专利名称：Cbtc系统地面设备的列车安全定位方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于通信的列控系统(CBTC系统) 中地面ATP设备对列车的安全定位方法。
背景技术：
城市轨道交通列车运行控制系统是实现行车指挥和列车运行自动化、提高运 输效率的关键系统。近年来，随着科技的进步，该系统正逐步向着基于通信的列控系统 (communication based traincontrol-CBTC)的方向发展。地面区域控制设备如何处理列 车发送来的位置，是CBTC系统的关键问题之一。目前的主流处理方法是按照我国CTCS3级 列控系统列车定位的方法进行的车载设备以地面应答器收到的信息为基准点，通过测速 单元等设备测量列车运行距离来获得列车位置，其中，计算列车位置时要考虑测速设备的 误差；车载设备将位置信息报告给地面设备；地面设备根据接受到的位置信息，配合轨道 电路的占用信息来进行列车运行防护。在现有的其他方案中，车载设备直接将定位传感器 或雷达数据产生的位置信息发送给地面控制设备直接使用，地面设备通过延时防护的方式 对列车进行控制和安全防护。现有的上述处理方法存在以下缺陷没有考虑车-地通信的延迟性，获得的安全 位置不精确，而地面控制设备利用如此获得的不精确的位置信息对列车进行控制时，极端 情况下可能出现控制异常；同时，由于地面设备必须通过其它方式对通信延迟引起的位置 变化进行安全防护，例如，用轨道电路的占用信息来校核列车的位置，增加逻辑判断当列 车位置与轨道电路信息一致时，认为位置是准确的，不一致则采取安全防护措施；或采用进 路延时解锁的方式保护列车，即在原来的进路处理基础上，增加延时时间解锁进路，以确 保列车运行的安全；这两种方式都要在地面设备控制逻辑的基础上，附加对位置不准确带 来的安全隐患处理，增加了控制算法的难度，使地面设备的控制算法变得非常复杂。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何克服现有的CBTC系统列车定位方法中存在的安 全位置计算不精确及其导致的地面设备控制算法复杂等缺陷。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种CBTC系统地面设备的列车 安全定位方法，包括以下步骤Sl 由车载设备实时获取当前列车行驶数据；S2 根据预设的通信延迟时间t、测量误差值、潜在退行量以及所述当前列车行驶 数据分别计算列车的前端安全包络和后端安全包络；S3 根据所述前端安全包络和后端安全包络获得列车安全位置。进一步地，所述步骤Sl还包括判断由所述车载设备获取的数据的生存周期是否小于预先设定的门限值，若是，则进入步骤S2 ；若否，则重新获取。进一步地，所述步骤S2还包括计算获得列车走行距离= + |如2，其中，V0为
当前行驶速度，a为加速度，则所述列车前端安全包络为所述测量误差值和所述走行距离之 和。其中，步骤S2中所述列车后端安全包络为所述测量误差值和潜在退行量之和。其中，步骤S3中，所述列车安全位置包括所述前端安全包络和后端安全包络。其中，步骤S2中，所述预设的通信延迟时间t取最大允许通信延迟时间6s。其中，步骤S2中，所述预设的测量误差值为2米，所述预设的潜在退行量为5米。(三)有益效果本发明的技术方案提出了通过地面设备主动计算列车位置的方式来获取列车的 安全位置，而不是被动地利用车载设备传来的位置信息进行防护；由于实时考虑了车-地 之间的通信延迟，使地面设备得到的安全位置更精确。
图1是根据本发明的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法的原理图；图2是根据本发明的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法的一个实施例 的示意图；图3是根据本发明的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法的一个实施例 的流程图。
具体实施例方式本发明提出的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，结合附图和实施例 说明如下。为使本发明的原理及特征更加清楚，有必要对CBTC系统的地面区域控制设备做 简要的介绍。CBTC系统的地面区域控制设备(以下简称地面设备)在对列车进行安全防护 及生成移动授权的过程中，需要使用到列车位置汇报中的列车位置信息。由于通信中不可 避免的存在延时、丢数等情况，通信协议在处理数据时，应对数据的生存时间进行判断，如 果某一数据的生存时间超过了系统允许的门限值，则通信协议将此数据丢弃，从而保证系 统间通信的安全性及实时性。但即便数据的生存时间没有超过预设定的门限值，地面设备 得到列车数据的时间与列车发送该数据的时间仍然存在着延时。本发明的技术方案的核心思想在于，在考虑最大值为预先定义的门限值的通讯延 迟的基础上，对地面设备获得的列车位置信息进行安全处理。具体来说，根据列车的相关参 数及预估的地面设备与车载设备之间的通信延时，对列车位置增加相应的包络，从而保证 列车的安全。由此，无论在何种情况下，由车载设备发送的列车位置数据都经过一定的安全 包络处理后才被地面设备所使用。经过安全包络处理后的列车位置称为列车的安全位置， 由车载设备汇报给地面设备的列车位置称为列车的非安全位置。即，通过地面设备主动计 算位置的方式来获取列车的安全位置，而不是被动地利用车载设备传来的位置信息进行防 护；由于实时考虑了车地之间通信的延迟，使地面设备得到的安全位置更精确。如图1所示为根据本发明的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法的原理图。本发明的技术方 案中，列车的安全位置包括前端安全位置(前端安全包络)和后端安全位置(后端安全包 络)。如图2所示为根据本发明的基于CBTC系统地面设备的列车安全定位方法的流程 图，由图中可知，该方法包括以下步骤Sl 由车载设备实时获取当前列车行驶数据；其中，所述当前行驶数据包括行驶 速度Vtl、加速度a、列车的最大速度；具体地，在实施该步骤的过程时，通常还同时获取车载设备汇报的这些数据的生 存周期，判断该生存周期是否小于一个预先设定的门限值(该门限值通常与上述最大允许 通信延迟时间相同)，若是，则以该数据为基础进行安全位置的计算(进入步骤S2)；若否， 则丢弃数据重新获取。S2 根据预设的通信延迟时间t、测量误差值、潜在退行量以及步骤Sl中获取的所 述当前列车行驶数据计算获得列车的前端安全包络和后端安全包络。关于本步骤中的预设值，根据我国城市轨道交通的运营现状，CBTC系统时间参数 如下地面区域控制设备运行周期为400-600ms ；车载设备运行周期为200ms ；考虑到最不 利的通信状态，即地面设备与车载设备失去通信联系时，车地之间的最大允许通信延迟时 间为6s。本步骤中的中预设的通信延迟时间t的取值一般为该最坏情况下的最大允许通 信延迟时间，即6s ；所述测量误差主要包括列车行驶速度测量误差、加速度测量误差、测距 (例如，列车长度测量)误差等；所述潜在退行量为列车在停止行驶时，由于未稳定停止等 原因造成的可能的退行距离；上述测量误差值和潜在退行量可以根据当前的列车行驶状态 并结合经验值确定，分别优选为2米和5米。关于本步骤中的计算过程，具体来说，前端安全包络=测量误差值+走行距离；其中，走行距离S的计算公式如下S~V0t + ^at2(1)其中Vtl为地面设备接收到的最新的列车当前速度，t为延迟时间，a为加速度。后端安全包络=测量误差值+潜在退行量。S3 根据所述前端安全包络和后端安全包络获得列车安全位置；具体来说，列车的安全位置包括前端安全位置和后端安全位置，所述前端安全位 置和后端安全位置分别为由步骤S2所计算获得的前端安全包络和后端安全包络。实施例一如图3所示为列车最不利情况，即，列车运行在线路上B点时(加速度为0)，车载 设备与地面设备之间失去通信联系，此时获取的列车行驶速度为80km/h，按车地最大允许 通信延迟时间6s来计算安全位置，则有前端安全包络(位置)=(80000m/3600) X (6s) +测量误差值= 22. 2 X 6+测量误差值^ 133m后端安全包络(位置)=测量误差值+潜在退行量按照现有技术的处理方法，列车实际运行133米后列车到达A点，此时地面设备才收到车载设备发送的B点位置，很明显是非常不精确的。而根据本发明的技术方案计算得到的位置是B点测量位置+133米+测量误差 值。其与真实位置的差距只是列车本身的“测量误差值”，通常< 2. 0米，显然大大提高了精度。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征在于，包括以下步骤S1由车载设备实时获取当前列车行驶数据；S2根据预设的通信延迟时间t、测量误差值、潜在退行量以及所述当前列车行驶数据分别计算列车的前端安全包络和后端安全包络；S3根据所述前端安全包络和后端安全包络获得列车安全位置。
2.如权利要求1所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征在于，所述步 骤Sl还包括判断由所述车载设备获取的数据的生存周期是否小于预先设定的门限值，若 是，则进入步骤S2 ；若否，则重新获取。
3.如权利要求1所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征在于，所述步骤S2还包括计算获得列车走行距离《S 二 V0t + ^at2 ,其中，Vtl为当前行驶速度，a为加速度，则所述列车前端安全包络为所述测量误差值和所述走行距离之和。
4.如权利要求1所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征在于，步骤S2 中所述列车后端安全包络为所述测量误差值和潜在退行量之和。
5.如权利要求1所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征在于，步骤S3 中，所述列车安全位置包括所述前端安全包络和后端安全包络。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征 在于，步骤S2中，所述预设的通信延迟时间t取最大允许通信延迟时间6s。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，其特征 在于，步骤S2中，所述预设的测量误差值为2米，所述预设的潜在退行量为5米。
全文摘要
本发明提供了一种CBTC系统地面设备的列车安全定位方法，包括S1由车载设备实时获取当前列车行驶数据；S2根据预设的通信延迟时间t、测量误差值、潜在退行量以及所述当前列车行驶数据分别计算列车的前端安全包络和后端安全包络；S3根据所述前端安全包络和后端安全包络获得列车安全位置。本发明的技术方案通过地面设备主动计算列车位置的方式来获取列车的安全位置，而不是被动地利用车载设备传来的位置信息进行防护；由于实时考虑了车地之间的通信延迟，使地面设备得到的安全位置更精确。
文档编号H04B17/00GK101941447SQ201010264278
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘朔, 唐涛, 杨旭文, 王海峰, 郜春海 申请人:北京交通大学