一种城轨列车定位设备首尾冗余设计方法技术

本发明专利技术属于城市轨道交通信号技术领域，涉及一种城轨列车定位设备首尾冗余设计方法，包括在CBTC信号系统中，车辆的首尾两端分别安装一套BTM定位设备；车辆首尾两端的车载ATP设有交互通道；车辆首尾两端的车载ATP交互通道进行信息交互，交互的信息包括定位信息；利用交互信息，完成首尾两端时间分布和尾端定位。本发明专利技术所述方法在首端定位设备发生故障时，可以使用尾端定位信息维持自身定位，提高了系统可用性。首端ATP切换到尾端ATP的定位时瞬间安全包络可能会扩大，在最不利的情况下安全包络超过最大允许范围，ATP输出紧急制动。

A Design Method of Head and Tail Redundancy for Location Equipment of Urban Rail Train

The invention belongs to the technical field of urban rail transit signal, and relates to a redundancy design method for the head and tail of the positioning equipment of urban rail trains, including a set of BTM positioning equipment installed at both ends of the vehicle in the CBTC signal system, an interactive channel for the on-board ATP at both ends of the vehicle and an interactive channel for the on-board ATP at both ends of the vehicle to exchange information, and the interactive information includes positioning information. Interactive information is used to complete the time distribution and tail positioning at both ends of the head and tail. The method of the invention can use the tail-end positioning information to maintain self-positioning when the head-end positioning device fails, thereby improving the system availability. The instantaneous safety envelope may be enlarged when the head ATP switches to the tail ATP. In the most disadvantageous case, the safety envelope exceeds the maximum allowable range, and the ATP outputs emergency braking.

【技术实现步骤摘要】
一种城轨列车定位设备首尾冗余设计方法
本专利技术属于城市轨道交通信号
，特别涉及一种城轨列车定位设备首尾冗余设计方法。
技术介绍
在城轨CBTC(CommunicationBasedTrainControlSystem基于通信的列车自动控制)信号系统中，列车的定位主要依据地面的应答器信息，当列车经过地面应答器时，车载应答器天线激活地面应答器，并接收应答器发送的应答器报文，应答器报文中包括应答器标识信息、应答器链接信息等。如图1所示，车载信号设备主要由车载ATP(AutomaticTrainControl列车自动控制系统)、ATO(AutomaticTrainOperation列车自动运行系统)、MMI(ManMachineInterface人机接口)、BTM(BaliseTransferModule应答器传输模块)组成，其中BTM为列车的定位设备，用于从车载应答器天线中获取地面应答器信息，并将信息发送给车载ATP，车载ATP通过在电子地图中标识的对应应答器坐标来获取列车的初始位置，在列车初始定位的基础上，结合速度信息及连续的应答器信息，对列车的定位进行校正，这就是列车定位的建立和校正原理。在既有的CBTC信号系统中，车辆首尾两端分别安装一套BTM定位设备。本端车载ATP只能采集到本端BTM设备的数据，且首尾端车载ATP之间没有定位信息交互，若本端BTM故障，则导致本端的车载ATP无法投入使用，严重降低了车载ATP系统的可用性。对于技术交底书中出现的英文缩写或专业技术名词需要给出解释，对于英文缩写，还要有英文全拼及译文。CBTC：CommunicationBasedTrainControlSystem基于通信的列车自动控制FAO：FullyAutomaticOperation全自动无人驾驶信号系统ATP：AutomaticTrainControl列车自动控制系统ATO：AutomaticTrainOperation列车自动运行系统MMI：ManMachineInterface人机接口BTM：BaliseTransferModule应答器传输模块
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：现有CBTC信号系统中，车辆首尾端车载ATP之间没有定位信息交互，若本端BTM故障，则导致本端的车载ATP无法投入使用，严重降低了车载ATP系统的可用性。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，包括S1，在CBTC信号系统中，车辆的首尾两端分别安装一套BTM定位设备；S2，车辆首尾两端的车载ATP设有交互通道；S3，车辆首尾两端的车载ATP交互通道进行信息交互，交互的信息包括定位信息；S4，利用交互信息，完成首尾两端时间分布和尾端定位，在首端出现故障的情况下，根据下列情况确定是否使用尾端信息：若交互的信息中，首尾两端的信息无差异或者差异在预先设定的阈值内，则首尾两端都无问题，在首端出现故障的情况下，可使用尾端信息；若交互的信息中，首尾两端的信息有差异，且差异不在预先设定的阈值内，则尾端存在问题，在首端出现故障的情况下，不可使用尾端信息。进一步，步骤S4中，定位信息的阈值是定位误差为25m。进一步，步骤S3中，交互的信息还包括安全包络信息、道岔信息和时间同步信息；安全包络信息包括置信位置、最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端、最小安全后端。进一步，首尾端车载ATP进行时间同步，通过互相交互时间同步信息来实现，尾端ATP预先配置时间发送校时请求，尾端收到校时请求帧后，在相应帧中发送回复时间同步信息；尾端通过回复的时间同步信息来计算两个时钟的偏移，从而进行校时。交互的时间同步信息如下表所示：进一步，在首端设备故障时，首端ATP使用尾端定位，如果安全包络扩大超过允许阈值，则ATP输出紧急制动；在首尾端经过时间同步的前提下，对于收到的任意一帧信息，首端均可以获得尾端的测量时间，进而计算通信帧的传输延时，利用传输延时计算定位及速度信息的误差；设车辆的极限加速度为amin和amax，极限速度为vmin和vmax，传输延迟为t.首端ATP收到时间t之前的尾端ATP定位信息s，在最不利情况下，车辆以极限速度运动，则由延时t造成的定位误差为[vmint，vmaxt]。(三)有益效果与现有技术相比较，本专利技术具备如下有益效果：本专利技术所述方法在首端定位设备发生故障时，可以使用尾端定位信息维持自身定位，提高了系统可用性。首端ATP切换到尾端ATP的定位时瞬间安全包络可能会扩大，在最不利的情况下安全包络超过最大允许范围，ATP输出紧急制动。由于尾端ATP在运行过程中根据首端定位信息进行了包络收缩，使得正常情况下首尾包络偏差不大，降低了安全包络超过最大允许范围的概率。附图说明图1为车载信号设备组成示意图。图2为车载通信网组网示意图。图3为本专利技术本端BTM信息与对端ATP定位信息交互示意图。图4为实施例中尾端定位示意图。图5为实施例中尾端定位时，尾端BTM天线经过应答器示意图。图6为实施例中尾端定位时，首端BTM天线经过应答器示意图。图7为首端位置不确定性示意图。具体实施方式本专利技术中，本端指首端，对端指尾端。为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。实施例1一种城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，包括S1，在CBTC信号系统中，车辆的首尾两端分别安装一套BTM定位设备；S2，车辆首尾两端的车载ATP设有交互通道；如图2所示，车载通信网通过以太网组网，保证了冗余数据的传输量及通信速率；首尾端车载ATP通过车载通信网进行通信，并对定位信息进行冗余和通信处理。S3，车辆首尾两端的车载ATP交互通道进行信息交互；如图3所示，本端的车载ATP采集本端BTM信息并与对端ATP进行定位信息交互，同时首尾端车载ATP进行时间同步，以保证交换数据的时效性，从而提高车载系统的可用性。首端和尾端交互的信息相同，包括定位信息、安全包络信息、道岔信息和时间同步信息，如下表所示：其中：定位信息用于尾端车载ATP的定位校正，备注栏里的内容是定位信息有效的先决条件。安全包络信息和道岔信息用于尾端搜索进路列表和应答器列表，备注栏里的内容是其一部分。S4，利用交互信息，完成首尾两端时间分布和尾端定位；尾端处理首端BTM接收的应答器信息建立定位，建立定位的条件与首端一致。尾端建立定位的过程不依赖于首端信息。尾端处理首端的测速测距设备信息，完成运行速度测量和运行距离累加。尾端维护定位的过程不依赖于首端信息，如图4所示。在车辆运行过程中，尾端需要使用首端定位信息校正本端的位置，则尾端进行位置校正和安全包络收缩分为两种情况：情况1：尾端BTM天线经过应答器，此时尾端根据当前应答器校正位置，收缩位置不确定性为：校位固定误差，如图5所示；情况2：首端BTM天线经过应答器，首端根据当前应答器校正位置，收缩位置不确定性为：校位固定误差。尾端根据首端发送的应答器信息和安全包络信息进行位置校正。如果校正后包络收缩则进行位置校正，调整当前位置不确定性为：校位固定误差+时间同步误差导致的包络扩大；否则不进行位置校正，如图6所示。在首端出现故障的情况下，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，其特征在于，包括S1，在CBTC信号系统中，车辆的首尾两端分别安装一套BTM定位设备；S2，车辆首尾两端的车载ATP设有交互通道；S3，车辆首尾两端的车载ATP交互通道进行信息交互，交互的信息包括定位信息；S4，利用交互信息，完成首尾两端时间分布和尾端定位，在首端出现故障的情况下，根据下列情况确定是否使用尾端信息：若交互的信息中，首尾两端的信息无差异或者差异在预先设定的阈值内，则首尾两端都无问题，在首端出现故障的情况下，可使用尾端信息；若交互的信息中，首尾两端的信息有差异，且差异不在预先设定的阈值内，则尾端存在问题，在首端出现故障的情况下，不可使用尾端信息。

【技术特征摘要】
1.一种城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，其特征在于，包括S1，在CBTC信号系统中，车辆的首尾两端分别安装一套BTM定位设备；S2，车辆首尾两端的车载ATP设有交互通道；S3，车辆首尾两端的车载ATP交互通道进行信息交互，交互的信息包括定位信息；S4，利用交互信息，完成首尾两端时间分布和尾端定位，在首端出现故障的情况下，根据下列情况确定是否使用尾端信息：若交互的信息中，首尾两端的信息无差异或者差异在预先设定的阈值内，则首尾两端都无问题，在首端出现故障的情况下，可使用尾端信息；若交互的信息中，首尾两端的信息有差异，且差异不在预先设定的阈值内，则尾端存在问题，在首端出现故障的情况下，不可使用尾端信息。2.根据权利要求1所述城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，其特征在于，步骤S4中，定位信息的阈值是定位误差为25m。3.根据权利要求1所述城轨列车定位设备首端车载ATP实用性提升方法，其特征在于，步骤S3中，交互的信息还包括安全包络信息、道岔信息和时间同步信息；安全包络信息包括置信位置、最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端、最...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成建，郭飞，刘键，袁通，王清永，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12