CN113276912B - 一种基于交叉感应环线的列车定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交叉感应环线的列车定位方法及系统，所述方法包括以下步骤：车载ATP通过检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；车载ATP通过地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向；车载ATP持续接收环线位置号完成列车的定位初始化；列车定位之后，车载ATP收到预期窗口内的交叉点或者有效环线边界的位置信号，对列车当前位置，进行校正；所述系统包括车载ATP和地面环线。本发明具有在无需存储线路电子地图的情况下通过车载ATP进行列车定位的效果。

Description

一种基于交叉感应环线的列车定位方法及系统

技术领域

本申请涉及列车定位的技术领域，尤其是涉及一种基于交叉感应环线的列车定位方法及系统。

背景技术

目前，车自动防护系统（ATP），其功能为列车超过规定速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车输出制动。

在一般的CBTC(基于通信的列车自动控制系统)中，地面轨旁设备通过无线通信将列车前方危险点的信息（移动授权）发送给车载设备，车载设备利用地面应答器等设备，并结合测速测距和电子地图建立列车定位，再根据线路固定限速、临时限速及移动授权等信息实时计算列车速度防护曲线，并监督列车运行速度。车载ATP通过切除牵引，常用制动及紧急制动等方式实现列车超速防护控制。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷，轨旁无线通信需要架设基站，敷设大量通信电缆，且沿线需要布置很多有源或无源的应答器，设备成本较高。对于较短的线路，车载ATP可将电子地图存储于自身设备当中，但当线路较长或需跨线运行时，则存储过大的电子地图变得不太现实。

发明内容

为了方便向地面发送列车相对位置，在无需存储线路电子地图的情况下通过车载ATP进行列车定位，本申请提供一种基于交叉感应环线的列车定位方法及系统。

第一方面，本发明公开了一种基于交叉感应环线的列车定位方法，所述方法包括以下步骤：

车载ATP通过检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；

车载ATP通过地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向；

车载ATP持续接收环线位置号完成列车的定位初始化。

更进一步的，列车定位之后，车载ATP收到预期窗口内的交叉点或者有效环线边界的位置信号，对列车当前位置，进行校正，其中具体包括：

ATP主机通过环线边界的区域标识号以及先后顺序确定列车的运行方向和计数方向；

车载ATP校检当前列车的线路运行方向；

车载ATP持续接收信号，在接收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置之后需要在指定距离内接收到有效的新区域标识报文。

更进一步的，所述方法还包括，地面设备和车载ATP协同进行列车位置的实时监控，具体包括：

车载ATP在列车建立定位之后，动态计算列车的位置号与精确位置；

车载ATP将列车运行方向和位置发送给地面设备；

车载ATP接收地面的呼叫位置号，通过与地面设备之间的交互，使得地面设备下一周期的呼叫位置即为本周期车载ATP计算的实际位置号；

地面ATP设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再结合各项信息计算出各项参数。

更进一步的，在对列车当前位置进行校正时，车载ATP先记录参考点的位置，参考点需要在预期窗口中才能作为校正位置的参考点。

更进一步的，车载ATP列车定位时，若车载ATP连续丢失两个或者三个交叉点后，需要连续收到两个交叉点；每个环线边界之后新环线的第一个交叉点均应在预期窗口内被识别；ATP判断列车经过环线边界时，从收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置开始计算，指定距离内应收到有效的新区域标识的报文；否则丢失定位。

更进一步的，车载ATP根据距上一定位置信点的列车走行距离计算测距累积误差，当定位误差超过列车的最大定位误差后，认为定位丢失；车载ATP在对定位进行校正之后，测距累积误差清零。

更进一步的，所述各项参数包括以下的一种或者多种：移动授权、目标速度、目标距离和车载ATP计算限速曲线应采用的制动系数。

更进一步的，车载ATP通过检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置，具体包括：若该环线边界位置在ATP收到最后一包有效的旧区域标识报文的位置和收到有效的新区域标识报文的位置之间，则环线边界位置有效，否则判断该环线边界的位置无效。

另一方面，本发明公开了一种列车定位系统，包括车载ATP和地面环线，其中，

车载ATP用于检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；

车载ATP用于接收地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向并建立定位，完成列车的定位初始化。

更进一步的，列车定位之后，车载ATP还用于根据收到的预期窗口内的交叉点或者有效环线边界的位置信号，对列车当前位置，进行校正，其中具体包括：

ATP主机通过环线边界的区域标识号以及先后顺序确定列车的运行方向和计数方向；

车载ATP校检当前列车的线路运行方向；

车载ATP持续接收信号，在接收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置之后需要在指定距离内接收到有效的新区域标识报文。

更进一步的，所述系统还包括地面设备，其中地面设备和车载ATP协同进行列车位置的实时监控，具体包括：

车载ATP在列车建立定位之后，动态计算列车的位置号与精确位置；

车载ATP将列车运行方向和位置发送给地面设备；

车载ATP接收地面的呼叫位置号，通过与地面设备之间的交互，使得地面设备下一周期的呼叫位置即为本周期车载ATP计算的实际位置号；

地面ATP设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再结合各项信息计算出列车参数。

本发明至少具有如下的技术效果：

车载ATP不需要依赖存储的电子地图，也避免了车地之间电子地图版本不一致的风险；当路线过长或需跨线运行时也能通过上述方法来实现列车定位；车地之间周期性地进行信息交互，以保证列车控制的实时性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是申请实施例中的系统结构示意图；

图2是申请实施例中地面环线布置示意图；

图3是申请实施例中车载ATP建立定位及位置报告的流程图；

图4是申请实施例中交叉点校位流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，示出了本方法的系统结构图，

本申请实施例公开了一种列车定位系统，包括车载ATP和地面环线，其中，车载ATP用于检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；

车载ATP用于接收地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向并建立定位，完成列车的定位初始化。

列车定位之后，车载ATP还用于根据收到的预期窗口内的交叉点或者有效环线边界的位置信号，对列车当前位置进行校正，具体包括：

ATP主机通过环线边界的区域标识号以及先后顺序确定列车的运行方向和计数方向；

车载ATP校检当前列车的线路运行方向；

车载ATP持续接收信号，在接收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置之后需要在指定距离内接收到有效的新区域标识报文。

上述的列车定位系统还包括地面设备，其中地面设备和车载ATP协同进行列车位置的实时监控，具体包括：

车载ATP在列车建立定位之后，动态计算列车的位置号与精确位置；

车载ATP将列车运行方向和位置发送给地面设备；

车载ATP接收地面的呼叫位置号，通过与地面设备之间的交互，使得地面设备下一周期的呼叫位置即为本周期车载ATP计算的实际位置号；

地面ATP设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再结合各项信息计算出各项参数。

参照图1所示，列车定位系统还包括环线接收与发送装置车载TWC、人机交互HMI和测速单元。其中车载TWC通过地面环线与轨旁ATP设备进行数据交互，并通过感应到的环线电信号识别出环线边界和交叉点。ATP主机负责实现列车防护系统的主要功能，包括限速曲线计算、速度监控等核心控制逻辑。车载ATP用于验证环线边界的位置并对列车进行定位。

HMI负责与司机的交互，显示各种列车及设备状态。测速单元包括测速测距设备，测速测距设备负责采集速度脉冲以计算列车当前的速度和走行方向。

本申请实施例还公开了一种基于交叉感应环线的列车定位方法，包括以下步骤：

步骤一、车载ATP通过检测收到区域标识号的位置来验证环线边界的位置。

在进行列车定位之前，需要布置地面交叉感应环线，如图2所示，环线每隔若干公里分为一个环线区域，每个环线区域所发送的区域号不同（见图2中的的环线区域X、Y、Z），两个环线区域交界处称为环线边界。在环线区域内，环线每隔100米固定交叉一次，即每隔100米设置一个交叉点。交叉点之间的区域设置虚拟的位置号，如环线区域Y所示，向上计数方向为1到114，向下计数方向为255到142。

在车载接收天线进入到相邻环线的边界处时，车载TWC将给车载ATP一个信号，表明目前列车行驶至环线边界位置。之后ATP主机通过检测收到区域标识号时的位置来验证TWC给出的环线边界的物理位置。方式如下，若该环线边界位置在ATP收到最后一包有效的旧区域标识报文的位置和收到第一包有效的新区域标识报文的位置之间，则环线边界位置有效，否则判断该环线边界的位置无效。环线边界位置有效，才符合建立列车定位的条件。

步骤二、建立列车的定位，完成定位初始化。

参照图3，为车载ATP建立定位的流程图。

首先，在列车越过环线边界且车载ATP判定环线边界位置有效的前提下，ATP主机通过收到环线边界两边的环线的区域标识号及其先后顺序，确定列车在线路中的运行方向和计数方向。

其次，车载ATP通过地面环线发送的环线位置号，校验当前列车所在的线路运行方向，校检的依据为，若位置号属于1-127区间，则当前线路运行方向为向上计数，若位置号属于255-129区间，则当前线路运行方向为向下计数。例如：列车驶离区域X进入区域Y，若收到的位置号属于1-127区间，则校验正确；否则校验失败；反之，列车从区域Z进入区域Y，则收到的位置号应属于255-129区间。位置号的范围与该线路运行方向相关。

再次，在列车行驶过程中车载ATP应当持续地接收信号，从收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置开始计算，车载ATP应在25米内收到有效的新区域标识的报文，否则建立定位失败。在车载ATP判断出运行方向后，在预期窗口内收到第一个有效交叉点，若在此过程中未发生可导致定位丢失的事件，则车载ATP建立定位，完成定位初始化。

步骤三、列车位置的校正。

首先，在收到预期窗口内的交叉点或者有效的环线边界时，车载设备记录参考点的位置并判别校正位置的参考点，若交叉点或者环线边界的位置不在预期窗口内，则不能作为校正位置的参考点。

其次，根据预期窗口内收到的交叉点的数量进行不同的响应，若预期窗口内收到了多个交叉点，车载ATP采用离预期交叉点（预期交叉点距离上一个识别出的交叉点100米）最近的交叉点作为校正参考点来校正位置；若预期窗口内未收到交叉点，那么车载ATP将预期交叉点作为替代交叉点，以计算下一个预期窗口。

再次，车载ATP根据距上一定位置信点的列车走行距离计算测距累积误差，当定位误差超过列车的最大定位误差后，认为定位丢失。测距累计误差为位置校准后的列车走行距离与测距误差值之积，特定情况下，该测距误差值可为2%，定位误差需要考虑到该测距累计误差和固定安装误差。车载ATP使用交叉点实现定位误差校正功能，车载设备在对定位进行校正后，应重新计算定位误差，也即测距累计误差复位清零。

需要注意的是，若出现了以下情况，则判定车载ATP丢失定位。

第一、在车载ATP连续丢失两个或三个交叉点后，如果不能连续收到两个交叉点，则列车定位信息应不可用，也即车载ATP丢失定位。第二，每个环线边界之后新环线的第一个交叉点均应在预期窗口内被识别，否则车载ATP应丢失定位。第三，列车建立定位之后，ATP判断列车经过环线边界时，从收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置开始计算，50米内应收到有效的新区域标识的报文，否则丢失定位。

步骤四、进行车地信息的交互。

首先，列车建立定位之后，车载ATP根据列车测距功能和在线路中的运行方向，实时动态计算列车的位置号与精确位置，该精确位置表示为列车最大安全前端与上一个经过的交叉点或有效环线边界位置的距离。

其次，车载ATP在建立定位后把列车运行方向和位置发送给地面设备，描述该位置的方式为：控制区标识号+位置号偏差+精确位置，也即将上述的三种信息发送给地面设备，用来传递列车的实时位置。该精确位置为上一步中得到的精确位置。

再次，车载ATP接收地面命令报文中的呼叫位置号,并将自身计算的实际位置号与上述呼叫位置号的偏差发送给地面设备，之后地面设备下一周期的呼叫位置即为本周期车载ATP计算的实际位置号。

最后，地面设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再结合联锁信息、线路信息，计算出移动授权、目标速度、目标距离和车载ATP计算限速曲线应采用的制动系数，并将上述计算出的结果发送给车载ATP，最后车载ATP依此计算限速曲线并进行速度监控。

图4为交叉点校位流程图，下面结合图4的流程进行进一步的说明，在未建立初始定位的状态时，在列车行驶并经过环线边界时，车载ATP接收区域标识号，并判断列车运行方向，同时确定是否符合建立初始定位的条件，等待接收下一个信号。若满足定位条件，则建立列车初始定位。在建立定位中，车载ATP接收到交叉点N，若交叉点N的位置不在预期设定的窗口内，则交叉点N不能作为校正参考点。若交叉点N的位置在预期窗口内，则将收到N的位置，作为校正参考点。

如图4所示，若收到了不止N一个交叉点，车载ATP采用离预期交叉点（预期交叉点距离上一个识别出的交叉点100米）最近的交叉点作为校正参考点来校正位置；若预期窗口内未收到交叉点，那么车载ATP将预期交叉点作为替代交叉点，以计算下一个预期窗口。

上述过程需要车地之间周期性地进行信息交互，以保证列车控制的实时性。车载ATP不需要依赖存储的电子地图，也避免了车地之间电子地图版本不一致的风险。当路线过长或需跨线运行时也能通过上述方法来实现列车定位。

具体而言，本领域技术人员可以根据本发明的原理对所述具体操作进行选择性设置，只要能够实现本发明的控制方法的原理即可。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

车载ATP通过检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；

车载ATP通过地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向；

车载ATP持续接收环线位置号完成列车的定位初始化。

2.根据权利要求1所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：所述方法还包括：

车载ATP通过收到环线边界两边环线的区域标识号以及先后顺序确定列车的运行方向和计数方向；

车载ATP校检当前列车所在线路的运行方向；

车载ATP持续接收信号，在接收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置之后，在指定距离内接收到有效的新区域标识的报文。

3.根据权利要求1所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：所述方法还包括，地面设备和车载ATP协同进行列车位置的实时监控，具体包括：

车载ATP在列车建立定位之后，动态计算列车的位置号与精确位置；

车载ATP将列车运行方向和位置发送给地面设备；

车载ATP接收地面的呼叫位置号，通过与地面设备之间的交互，使得地面设备下一周期的呼叫位置号即为本周期车载ATP计算的实际位置号；

地面设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再计算出各项参数。

4.根据权利要求2所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：所述方法还包括对列车当前位置进行校正，在对列车当前位置进行校正时，车载ATP先记录参考点的位置，参考点需要在预期窗口中才能作为校正位置的参考点。

5.根据权利要求2所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：车载ATP定位时，若车载ATP连续丢失两个或者三个交叉点后，需要连续收到两个交叉点；每个环线边界之后新环线的第一个交叉点均应在预期窗口内被识别；车载ATP判断列车经过环线边界时，从收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置开始计算，指定距离内应收到有效的新区域标识的报文；否则丢失定位。

6.根据权利要求2所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：车载ATP根据距上一定位置信点的列车走行距离计算测距累积误差，当定位误差超过列车的最大定位误差后，认为定位丢失；车载ATP在对定位进行校正之后，测距累积误差清零。

7.据权利要求3所述一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：所述各项参数包括以下的一种或者多种：移动授权、目标速度、目标距离和车载ATP计算限速曲线应采用的制动系数。

8.根据权利要求1所述的一种基于交叉感应环线的列车定位方法，其特征在于：车载ATP通过检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置，具体包括：若该环线边界的位置在车载ATP收到最后一包有效的旧区域标识的 报文的位置和收到有效的新区域标识的 报文的位置之间，则环线边界的位置有效，否则判断该环线边界的位置无效。

9.一种列车定位系统，其特征在于：包括车载ATP和地面环线，其中，

车载ATP用于检测收到区域标识号时的位置来验证环线边界的位置；

车载ATP用于接收地面环线发送的环线位置号判断当前线路的运行方向并建立定位，完成列车的定位初始化。

10.根据权利要求9所述的一种列车定位系统，其特征在于：

车载ATP还用于通过收到环线边界两边环线的区域标识号以及先后顺序确定列车的运行方向和计数方向；

车载ATP还用于校检当前列车所在线路的运行方向；

车载ATP还用于持续接收信号，在接收到最后一包有效的旧区域标识的报文的位置之后，在指定距离内接收到有效的新区域标识的报文。

11.根据权利要求10所述的一种列车定位系统，其特征在于：

所述系统还包括地面设备，其中地面设备和车载ATP协同进行列车位置的实时监控，具体包括：

车载ATP在列车建立定位之后，动态计算列车的位置号与精确位置；

车载ATP将列车运行方向和位置发送给地面设备；

车载ATP接收地面的呼叫位置号，通过与地面设备之间的交互，使得地面设备下一周期的呼叫位置号即为本周期车载ATP计算的实际位置号；

地面设备根据车载ATP发送的列车相对位置，再结合各项信息计算出列车参数。

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