專利名稱：基于gsm-r實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵路及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前城市軌道交通運(yùn)用的信號(hào)系統(tǒng)多采用基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(CBTC)?；谕ㄐ诺牧熊囎詣?dòng)控制系統(tǒng)的車地間的無(wú)線擴(kuò)頻傳輸多采用通用的IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn),頻率米用2.4GHz,即WLAN (Wireless Local Area Networks,無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò))無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。CBTC (Communication Based Train Control System,無(wú)線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng))系統(tǒng)中利用WLAN (Wireless Local Area Networks,無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò))傳輸信息量大,傳輸速度快等特點(diǎn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，主要由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成:車載設(shè)備由車載ATO (Automatic Train Operation,自動(dòng)列車運(yùn)行裝置)中央處理板和軟件、車載雙向通信設(shè)備等組成；地面設(shè)備主要包括精確定位設(shè)備、ATO接口設(shè)備、軌旁雙向通信設(shè)備等。上述城市軌道交通所應(yīng)用的WLAN問(wèn)題在于應(yīng)用速度不能超過(guò)120km/h，同時(shí)由于缺乏互連互通標(biāo)準(zhǔn)，要做到軌道交通網(wǎng)內(nèi)或與現(xiàn)有國(guó)鐵線路的互聯(lián)互通很困難。國(guó)有城際客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)采用的是CTCS-2/CTCS-3 (Chinese Train ControlSystem,中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng))列控系統(tǒng)。其中，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)用于運(yùn)行速度200 250km/h的新建客運(yùn)專線和既有提速至160km/h以上鐵路干線；CTCS_3級(jí)列控系統(tǒng)主要應(yīng)用于運(yùn)行速度300 350km/h的客運(yùn)專線。目前世界上還沒(méi)有應(yīng)用在CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)下的列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。而要在國(guó)鐵客運(yùn)專線上實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，首要解決的問(wèn)題就是車地通信技術(shù)。與城市軌道交通的CBTC信號(hào)系統(tǒng)的WLAN相比，國(guó)鐵CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)采用GSM-R (GSM for Railways，專門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車地雙向通信，僅實(shí)現(xiàn)了車次號(hào)校核、無(wú)線調(diào)度命令、行車許可、線路參數(shù)、臨時(shí)限速、列車位置等數(shù)據(jù)傳輸功能，暫無(wú)法實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛功能。因此，要在國(guó)鐵CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛功能，必須對(duì)國(guó)鐵現(xiàn)有的車地通信技術(shù)，即GSM-R通信技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)，以支持實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛功能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在國(guó)鐵CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)駕駛。為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，包括屏蔽門(mén)系統(tǒng)、與屏蔽門(mén)系統(tǒng)連接的車站列控中心、車載安全計(jì)算機(jī)、列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器、與車載安全計(jì)算機(jī)連接的列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊，其特征在于:它還包括與列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器連接的通信控制服務(wù)器、GSM-R通信交換中心、車站GSM-R基站子系統(tǒng)、GSM-R通信天線、GSM-R通信車載設(shè)備和車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置，其中，所述通信控制服務(wù)器的控制信號(hào)端與車站列控中心連接，通信控制服務(wù)器的通信信號(hào)端通過(guò)GSM-R通信交換中心與車站GSM-R基站子系統(tǒng)連接，所述車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的控制信號(hào)端連接車載安全計(jì)算機(jī)，車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的通信信號(hào)端連接GSM-R通信車載設(shè)備，GSM-R通信車載設(shè)備連接GSM-R通信天線，所述GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)連接。所述GSM-R通信天線設(shè)置在列車頂部。所述車站GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)置在車站站臺(tái)進(jìn)站口。所述GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)GSM-R無(wú)線協(xié)議相互通信。所述車站列控中心還連接有列車信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)。本實(shí)用新型在現(xiàn)有國(guó)鐵GSM-R系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出新的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以彌補(bǔ)目前國(guó)鐵GSM-R系統(tǒng)不支持車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置(ATO)功能的不足。新系統(tǒng)解決了國(guó)鐵實(shí)現(xiàn)ATO數(shù)據(jù)的通信方案，使得在現(xiàn)有國(guó)鐵CTCS-2列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加ATO子系統(tǒng)，成為了可能。本實(shí)用新型中新增的通信控制服務(wù)器是連接GSM-R網(wǎng)絡(luò)與信號(hào)系統(tǒng)的核心設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的高效、可靠傳輸。使用本實(shí)用新型后國(guó)鐵GSM-R系統(tǒng)的傳輸速率和信息量可以滿足大部分ATO數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。本?shí)用新型是針對(duì)國(guó)鐵列車不具備列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)功能，提出的一種利用國(guó)鐵GSM-R網(wǎng)解決車地雙向數(shù)據(jù)通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速列車自動(dòng)駕駛功能的技術(shù)方案。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:如圖1所示的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，包括屏蔽門(mén)系統(tǒng)、與屏蔽門(mén)系統(tǒng)連接的車站列控中心、車載安全計(jì)算機(jī)、列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器、與車載安全計(jì)算機(jī)連接的列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊，其特征在于:它還包括與列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器連接的通信控制服務(wù)器、GSM-R通信交換中心、車站GSM-R基站子系統(tǒng)、GSM-R通信天線、GSM-R通信車載設(shè)備和車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置，其中，所述通信控制服務(wù)器的控制信號(hào)端與車站列控中心連接，通信控制服務(wù)器的通信信號(hào)端通過(guò)GSM-R通信交換中心與車站GSM-R基站子系統(tǒng)連接，所述車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的控制信號(hào)端連接車載安全計(jì)算機(jī)，車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的通信信號(hào)端連接GSM-R通信車載設(shè)備，GSM-R通信車載設(shè)備連接GSM-R通信天線，所述GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)連接。上述通信控制服務(wù)器用于進(jìn)行門(mén)控邏輯的判斷和信息轉(zhuǎn)發(fā)。上述技術(shù)方案中，GSM-R通信交換中心用于將列車運(yùn)行控制和開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電數(shù)據(jù)調(diào)制后從GSM-R基站子系統(tǒng)發(fā)射出去，另外，接受列車往車站發(fā)射的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給通信控制服務(wù)器。[0018]上述技術(shù)方案中，GSM-R通信天線設(shè)置在列車頂部。車站GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)置在車站站臺(tái)進(jìn)站口。上述GSM-R通信天線和車站GSM-R基站子系統(tǒng)的安裝位置選擇有利于保證GSM-R信號(hào)的穩(wěn)定。上述技術(shù)方案中，GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)GSM-R無(wú)線協(xié)議相互通信。GSM-R網(wǎng)絡(luò)無(wú)線覆蓋指標(biāo)應(yīng)滿足在95%統(tǒng)計(jì)概率下，對(duì)于8w的列控機(jī)車臺(tái)，在增益為OdBi的機(jī)車車頂天線處的最小接收電平不低于_92dBm。需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)具有以下特性:1電路交換異步透明數(shù)據(jù)傳輸；2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持多種速率數(shù)據(jù)傳輸，包括2.4kb/s、4.8kb/s等；3非限制數(shù)字信息(UDI);4全速率無(wú)線信道；5只支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，不支持話音/數(shù)據(jù)交替?zhèn)鬏?。時(shí)延要求:I GSM-R網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延應(yīng)滿足≤30s (95%)，≤35s (99%)，網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延> 40s時(shí)被認(rèn)定為注冊(cè)失??；2移動(dòng)用戶主叫的連接建立時(shí)延應(yīng)滿足:〈8.5s (95%), ≤10s (100%)，連接建立時(shí)延>10s則認(rèn)為連接建立失敗；3用戶數(shù)據(jù)幀(30字節(jié))傳送時(shí)延應(yīng)滿足:≤ 0.5s (99%)。上述技術(shù)方案中，車站列控中心還連接有列車信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)。一種利用上述基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛車地通信方法，其特征在于，它包括如下步驟:步驟1:車站列控中心接收屏蔽門(mén)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)，并將開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)傳遞給通信控制服務(wù)器；步驟2:通信控制服務(wù)器同時(shí)接收到列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器的列車運(yùn)行控制信號(hào)；步驟3:通信控制服務(wù)器將接收到的開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)和列車運(yùn)行控制信號(hào)通過(guò)GSM-R通信交換中心傳輸給車站GSM-R基站子系統(tǒng)，車站GSM-R基站子系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)和列車運(yùn)行控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)，并發(fā)射GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)；步驟4:列車上的GSM-R通信天線接收到上述GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)后傳遞給GSM-R通信車載設(shè)備；步驟5 =GSM-R通信車載設(shè)備將接收到的GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)解碼后傳輸給車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置；步驟6:車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置將解碼后的開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)和列車運(yùn)行控制信號(hào)傳輸給車載安全計(jì)算機(jī)；步驟7:車載安全計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)和列車運(yùn)行控制信號(hào)控制列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)運(yùn)行控制；步驟8:列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊將列車行駛狀態(tài)信號(hào)反饋給車載安全計(jì)算機(jī)；[0041]步驟9:所述車載安全計(jì)算機(jī)將列車行駛狀態(tài)反饋信號(hào)經(jīng)車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置傳輸給GSM-R通信車載設(shè)備；步驟10 =GSM-R通信車載設(shè)備將接收到的列車行駛狀態(tài)反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)，并通過(guò)GSM-R通信天線發(fā)射GSM-R協(xié)議通信數(shù)據(jù)；步驟11:所述位于車站站臺(tái)進(jìn)站口的車站GSM-R基站子系統(tǒng)接收GSM-R協(xié)議通信信號(hào)，并將GSM-R協(xié)議通信信號(hào)解碼后通過(guò)GSM-R通信交換中心傳輸給通信控制服務(wù)器，所述通信控制服務(wù)器分別將列車行駛狀態(tài)反饋信號(hào)傳輸給車站列控中心和列車調(diào)度集中控制中央控制服務(wù)器，所述列車調(diào)度集中控制中央控制服務(wù)器根據(jù)列車行駛狀態(tài)反饋信號(hào)制定出相應(yīng)的列車運(yùn)行控制信號(hào)；中央控制服務(wù)器接入通信控制服務(wù)器傳輸運(yùn)營(yíng)計(jì)劃信息，實(shí)現(xiàn)全程的列車運(yùn)行計(jì)劃的實(shí)時(shí)更新；步驟12:所述車站列控中心根據(jù)收到的列車行駛狀態(tài)反饋信號(hào)制定出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)，開(kāi)關(guān)門(mén)/門(mén)狀態(tài)繼電信號(hào)控制屏蔽門(mén)的工作狀態(tài)；上述技術(shù)方案中，車站列控中心將列車安全行駛數(shù)據(jù)傳輸給列車信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)。本說(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng),包括屏蔽門(mén)系統(tǒng)、與屏蔽門(mén)系統(tǒng)連接的車站列控中心、車載安全計(jì)算機(jī)、列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器、與車載安全計(jì)算機(jī)連接的列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊，其特征在于:它還包括與列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器連接的通信控制服務(wù)器、GSM-R通信交換中心、車站GSM-R基站子系統(tǒng)、GSM-R通信天線、GSM-R通信車載設(shè)備和車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置，其中，所述通信控制服務(wù)器的控制信號(hào)端與車站列控中心連接，通信控制服務(wù)器的通信信號(hào)端通過(guò)GSM-R通信交換中心與車站GSM-R基站子系統(tǒng)連接，所述車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的控制信號(hào)端連接車載安全計(jì)算機(jī)，車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置的通信信號(hào)端連接GSM-R通信車載設(shè)備，GSM-R通信車載設(shè)備連接GSM-R通信天線，所述GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，其特征在于:所述GSM-R通信天線設(shè)置在列車頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，其特征在于:所述車站GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)置在車站站臺(tái)進(jìn)站口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，其特征在于:所述GSM-R通信天線與車站GSM-R基站子系統(tǒng)之間通過(guò)GSM-R無(wú)線協(xié)議相互通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，其特征在于:所述車站列控中心還連接有列車信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了基于GSM-R實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛車地通信系統(tǒng)，包括屏蔽門(mén)系統(tǒng)、車站列控中心、車載安全計(jì)算機(jī)、列車調(diào)度集中控制中央服務(wù)器、列車自動(dòng)駕駛執(zhí)行模塊、通信控制服務(wù)器、GSM-R通信交換中心、車站GSM-R基站子系統(tǒng)、GSM-R通信天線、GSM-R通信車載設(shè)備和車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置，通信控制服務(wù)器與車站列控中心連接，通信控制服務(wù)器通過(guò)GSM-R通信交換中心與車站GSM-R基站子系統(tǒng)連接，車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置連接車載安全計(jì)算機(jī)，車載列車自動(dòng)運(yùn)行裝置連接GSM-R通信車載設(shè)備，GSM-R通信車載設(shè)備連接GSM-R通信天線。本實(shí)用新型能在國(guó)鐵CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)駕駛。
文檔編號(hào)B61L23/00GK203014867SQ20122074911
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者習(xí)博, 沈志凌, 張家炳, 鄭生全, 張孟彬, 石先明, 李乾社, 張敏慧, 李華, 李建兵 申請(qǐng)人:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司