一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法与流程

1.本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法。


背景技术：

2.新型列控信号系统基于卫星、应答器组、速度传感器等多源融合实现列车自主定位，自主完成列车完整性检查，基于ip通信实现车-地双向传输，采用目标距离连续速度控制模式曲线自动控制列车运行。新型列控系统的应答器组类型分为实体应答器组和虚拟应答器组，站内布置实体应答器组，区间原则上只设置虚拟区间应答器组。在保证列车定位准确的条件下，区间布置虚拟应答器组，可以减少地面实体应答器组在铁路线路上的铺设密度，同时可以降低高海拔、沙漠等恶劣环境的铁路线路维护成本。
3.目前捕获虚拟应答器组的方法中，一般是依靠gnss(全球导航卫星系统)卫星定位确定列车的定位点，然后虚以虚拟应答器组布设位置为圆心，以一定距离为半径的圆形区域作为虚拟应答器组的捕获区域，当列车的定位点在虚拟应答器组的捕获区域内均认为该应答器组被捕获。但是这样的设计存在一些不足：(1)当列车的卫星信号被山体、隧道等特殊地形遮挡时，列车无法接收卫星信号，导致列车无法正常捕获虚拟应答器组。(2)列车运行速度很快时，列车当前定位点很容易越过圆形捕获区域，导致虚拟应答器组的漏捕获率大大升高，无法及时将虚拟应答器组中的报文传送给车载信号系统。无法适应高速铁路的需求。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明针对新型列控信号系统基于卫星、应答器组、速度传感器等多源融合实现列车定位，提出一种基于列车进路信号链表的方式捕获虚拟应答器组的方法。本发明的目的是减少虚拟应答器组的漏触发率，并保证列车卫星信号失效后，可以正常捕获虚拟应答器组，将应答器组中的报文信息及时传送给车载信号系统，提高列车运行时定位准确性。
5.本发明提供的一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法，包括以下步骤：
6.s1、列车上电获取车载电子地图，通过卫星接收机周期性接收卫星信号，获得列车的定位位置信息和方向；
7.s2、当卫星信号失效后，利用速度传感器确定列车的方向并计算列车的位置信息；
8.s3、从卫星的定位位置信息和速度传感器计算的位置信息中选择其中一个作为列车的位置，根据确定的列车位置和方向，搜索列车前方进路信号点组成信号链表；
9.s4、根据信号链表，获取列车前方进路期望捕获的虚拟应答器组，当列车越过虚拟应答器组时，捕获该虚拟应答器组。
10.优选地，所述s2包含以下内容：
11.s21、当列车经过实体应答器组后，获取实体应答器组在电子地图中的位置、站号、
轨道号，并以此确定速度传感器的起点位置、站号、轨道号；
12.s22、周期性计算速度传感器的位置；
13.s23、使用速度传感器计算的位置作为列车的位置信息。
14.优选地，所述s4包含以下内容：
15.s41、判断列车是否满足进行前方进路信号点搜索条件，如果列车方向手柄向前且地图状态有效时，则进行搜索进路信号点；
16.s42、根据列车的位置和运行方向，判断列车前方进路信号点的站号、轨道号与列车当前位置的站号、轨道号是否一致；若一致，则将该前方进路信号点存放到信号链表；
17.s43、若列车经过的虚拟应答器组编号与期望的虚拟应答器组编号一致，则捕获该虚拟应答器组。
18.优选地，所述s1中，根据卫星定位位置信息、方向、站号、轨道号，初始化速度传感器的初始位置、方向、站号、轨道号；
19.或者当列车经过实体应答器组时根据实体应答器组的位置、方向、站号、轨道号，初始化速度传感器的初始位置、方向、站号、轨道号。
20.优选地，速度传感器周期性的计算列车的走形距离，并根据列车的运行方向计算出走行距离的累计值，以确定列车的位置信息。
21.优选地，当列车经过道岔时，如果道岔状态已知时，则根据道岔状态变更列车的运行轨道号，继续累积列车走形距离；如果道岔状态未知时，则清空列车的速度传感器的位置信息。
22.优选地，当列车经过站界时，变更列车的运行轨道号和站号，继续累积列车走形距离。
23.优选地，本方法还包含s5、根据卫星和速度传感器融合确定的列车的位置信息和方向，补偿捕获的期望虚拟应答器组的中心位置，计算列车的置信区间。
24.优选地，计算列车的置信区间包含以下步骤：
25.初始化虚拟应答器组的中心位置信息，获取列车当前的走形距离和运行方向；
26.计算虚拟应答器组的中心距离；
27.解析虚拟应答器组的报文信息；
28.列车捕获虚拟应答器组后，如果虚拟应答器组依靠卫星信号确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间为卫星定位误差；如果虚拟应答器组是速度传感器确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间不进行校正。
29.与现有技术相比，上述技术方案包括以下创新点及有益效果：
30.1、上述方案中卫星确定列车的定位信息和依靠速度传感器确定的位置信息同时运行，根据卫星信号的精度确定选择使用卫星位置信息还是速度传感器位置信息。克服了现有技术中如果卫星信号失效后，无法确定列车位置信息，导致虚拟应答器组无法捕获；
31.2、上述方案根据列车位置信息搜索列车前方进路的信号点，将进路信号点组成线性链表，有效降低虚拟应答器组的捕获时间和漏捕获率；
32.3、上述方案结合速度传感的位置信息，补偿捕获虚拟应答器组的中心位置误差，准确计算列车的置信区间，保证列车高速运行时位置的准确性和实时性。
附图说明
33.图1为卫星信号有效时，计算列车的位置信息流程示意图；
34.图2为卫星信号无效时，计算列车的位置信息流程示意图；
35.图3为列车根据位置信息捕获虚拟应答器组流程示意图；
36.图4为根据虚拟应答器组的位置计算列车的置信区间流程示意图。
具体实施方式
37.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
38.本发明提供了一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法，本方法包含以下步骤：
39.s1、列车上电获取车载电子地图，当卫星信号有效时，通过卫星接收机周期性接收卫星信号，获得列车的定位位置和方向；
40.s2、当卫星信号失效后，列车根据经过的实体应答器组在地图文件的信息并利用速度传感器计算列车的定位位置；
41.s3、根据卫星信号的精度，从通过卫星接收机接收的定位位置和通过速度传感器计算的定位位置中选择其中一个作为列车的当前位置，根据确定的列车位置和方向，搜索列车前方进路信号点组成的信号链表，所述信号点包括虚拟应答器组、实体应答器组、站界、道岔等；当卫星信号精度够时，选择卫星定位的位置作为列车的当前位置，当卫星信号精度不够时，选择速度传感器计算的定位位置作为列车的当前位置。
42.s4、根据信号链表，获取列车前方进路期望捕获的虚拟应答器组，当列车越过虚拟应答器组时，捕获该虚拟应答器组；
43.s5、根据卫星和速度传感器融合确定列车的位置信息的方向和位置，补偿捕获的期望虚拟应答器组的中心位置，准确计算列车的置信区间。此处的融合即上述通过卫星信号精度从卫星定位位置和速度传感器计算的定位位置择一选择其中一个确定列车的位置信息，由于虚拟应答器组的捕获需要列车位置超过虚拟应答器组的位置才能捕获，因此存在位置误差，需要补偿，补偿捕获虚拟应答器组中心位置可以提高列车捕获应答器组的位置精度；置信区间指的是列车的包络(安全距离)，目的是提高触发应答器组的位置精度，保证列车位置更准确。
44.所述s2步骤具体为：
45.s21、当列车经过某一实体应答器组后，获取该实体应答器组在电子地图中的位置、站号、轨道号，并以此确定速度传感器的起点位置、站号、轨道号；
46.s22、根据速度传感器发送给列车的距离信息和运行方向，周期性计算速度传感器
的位置；具体地，列车通过速度传感器计算出列车一个周期的走行距离，根据步骤s21中确定的起点位置、站号、轨道号进行距离累计，最终得到列车的距离信息；
47.s23、当卫星定位无效时，使用速度传感器计算的位置作为列车的位置信息。
48.所述s4步骤具体为：
49.s41、判断列车是否满足前方进路信号点搜索条件，如果列车方向手柄向前且地图状态有效时，则进行前方进路信号点搜索；各虚拟应答器是一个信号点，虚拟应答器编号是该信号点的属性；
50.s42、根据列车的位置和运行方向，判断列车前方进路信号点的站号、轨道号与列车当前位置的站号、轨道号是否一致；若一致，则将该前方进路信号点存放到信号链表；
51.s43、若列车经过的虚拟应答器组编号与期望的虚拟应答器组编号一致，则捕获该虚拟应答器组。
52.图1是列车卫星信号有效时，计算列车的位置信息，具体流程包括以下步骤：
53.步骤100，列车上电完成自检后，下载并存储车载电子地图；
54.步骤101，列车通过gnss接收机收到的经纬度信息，周期性获取列车的位置信息；
55.步骤102，若列车还未经过实体应答组时，使用卫星确定的列车位置、方向、站号、轨道号初始化列车速度传感器(sdmu)的轨道起点位置、方向、站号、轨道号；
56.步骤103，速度传感器计算列车每个周期的走形距离，根据列车上、下行的运行方向，计算列车走行距离的累计值，并由此确定列车的位置信息；
57.步骤104，列车使用卫星确定列车的位置、方向、站号、轨道号进行列车前方进路搜索，捕获虚拟应答器组。
58.图2是列车的gnss接收机无法接收卫星信号时，列车根据速度传感器的走行距离确定列车的基于轨道起点的位置信息，具体流程包括以下步骤：
59.步骤200，初始化列车速度传感器的位置信息，获取列车经过应答器组的状态；
60.步骤201，列车经过实体应答器组后，获取实体应答器组在电子地图中的位置、站号和轨道号，根据列车通过应答器组的方向判断列车运行方向；
61.若列车运行下行方向：
62.sdmu初始位置＝|列车走形距离
–
应答器组内1#应答器组的绝对位置|+应答器组在地图中的位置+应答器组天线到车头的距离
–
卫星天线到车头距离；
63.若列车运行上行方向：
64.sdmu初始位置＝应答器组在地图中的位置-|列车走形距离
–
应答器组内1#应答器组的绝对位置|-应答器组天线到车头的距离+卫星天线到车头距离；
65.步骤202，根据速度传感器发送给列车的距离信息，计算列车每个周期的走形距离，如果列车下行方向运行，则列车sdmu位置为列车初始位置+列车每个周期的走形距离；如果列车上行方向运行，则列车sdmu位置为列车初始位置-列车每个周期的走形距离；
66.步骤203，当列车经过道岔时，如果道岔状态已知时，则根据道岔状态变更列车的运行轨道号，重复步骤202，继续累积列车走形的距离，如果道岔状态未知时，则清空列车的sdmu距离信息；
67.步骤204，当列车经过站界时，变更列车的运行轨道号和站号，重复步骤202，继续累积列车走形的位置；
68.步骤205，列车使用速度传感器确定列车的位置、方向、站号、轨道号进行列车前方进路搜索，捕获虚拟应答器组；
69.图3描述根据列车的位置信息搜索列车前方进路信号点(应答器组、站界、道岔)，建立信号链表。在列车前方进路信号链表中捕获虚拟应答器组，具体流程包括以下步骤：
70.步骤300，初始化列车前方进路搜索信号链表和搜索状态；
71.步骤301，判断列车是否满足进路搜索的条件，若列车方向手柄向前且电子地图文件状态有效，则进行进路搜索，建立信号链表；否则不进行列车前方进路信号链表搜索；
72.步骤302，当列车下行方向运行，根据列车当前位置增加的方向遍历列车前方进路的信号点，如果信号点的站号和轨道号同列车当前的站号和轨道号一致时，则将该信号添加到列车前方进路信号链表；当列车上行方向运行，根据列车当前位置递减的方向遍历列车前方进路的信号点，如果信号点的站号和轨道号同列车当前的站号和轨道号一致时，则将该信号添加到列车前方进路信号链表；
73.步骤303，当前方信号点是站界信号点时，获取站界的位置、轨道号和站号，重复步骤302搜索下一个具有相同轨道号的进路信号点；
74.步骤304，当前方是道岔信号点时，若列车经过的道岔状态已知，则列车继续进行搜索前方进路的信号点；若列车经过的道岔状态未知时，则列车停止进行前方进路信号点搜索，清空既有的前方进路信号链表；
75.步骤305，列车前方进路信号链表建立完成后，根据列车的位置遍历进路信号链表上的信号点，判断列车前方期望触发的虚拟应答器组编号；
76.步骤306，若列车经过的虚拟应答器组编号与期望的虚拟应答器组编号一致，同时该虚拟应答器组的编号同当前的最新捕获过的应答器组编号不相同，则捕获该虚拟应答器组。
77.图4描述根据速度传感器的距离信息补偿虚拟应答器组的中心距离，虚拟应答器组触发后计算列车置信区间，具体流程包括以下步骤:
78.步骤400，初始化虚拟应答器组的中心位置信息，获取列车当前的走形距离和运行方向；
79.步骤401，根据列车当前的走形距离和运行方向计算虚拟应答器组的中心距离。如果列车运行时速传方向正向运行，则虚拟应答器组中心位置＝列车走形距离+应答器组天线到车头的距离+|列车位置
–
虚拟应答器组在电子地图中的位置|+应答器组在地图中的位置
–
卫星天线到车头距离；如果列车运行时速传方向反向运行，则虚拟应答器组中心位置＝列车走形距离-应答器组天线到车头的距离+|列车位置
–
虚拟应答器组在电子地图中的位置|+应答器组在地图中的位置+卫星天线到车头距离；
80.步骤402，如果列车的运行方向与电子地图文件描述的虚拟应答器组方向一致，则按照列车正向捕获虚拟应答器组，解析虚拟应答器组的报文信息；否则则按照列车反向捕获虚拟应答器组，解析虚拟应答器组的报文信息；
81.步骤403，列车捕获虚拟应答器组后，如果虚拟应答器组依靠卫星信号确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间为卫星定位误差，当列车运行时置信区间不断累加；如果虚拟应答器组是速度传感器确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间不进行校正；
82.步骤404，结束根据卫星与速度传感器融合位置捕获虚拟应答器组流程。
83.与现有技术相比，上述技术方案包括以下创新点及有益效果：
84.1、上述方案中卫星确定列车的定位信息和依靠速度传感器确定的位置信息同时运行，根据卫星信号的精度确定选择使用卫星位置信息还是速度传感器位置信息。克服了现有技术中如果卫星信号失效后，无法确定列车位置信息，导致虚拟应答器组无法捕获；
85.2、上述方案根据列车位置信息搜索列车前方进路的信号点，将进路信号点组成线性链表，有效降低虚拟应答器组的捕获时间和漏捕获率；
86.3、上述方案结合速度传感的位置信息，补偿捕获虚拟应答器组的中心位置误差，准确计算列车的置信区间，保证列车高速运行时位置的准确性和实时性。
87.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、列车上电获取车载电子地图，通过卫星接收机周期性接收卫星信号，获得列车的定位位置信息和方向；s2、当卫星信号失效后，利用速度传感器确定列车的方向并计算列车的位置信息；s3、从卫星的定位位置信息和速度传感器计算的位置信息中选择其中一个作为列车的位置，根据确定的列车位置和方向，搜索列车前方进路信号点组成信号链表；s4、根据信号链表，获取列车前方进路期望捕获的虚拟应答器组，当列车越过虚拟应答器组时，捕获该虚拟应答器组。2.如权利要求1所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，所述s2包含以下内容：s21、当列车经过实体应答器组后，获取实体应答器组在电子地图中的位置、站号、轨道号，并以此确定速度传感器的起点位置、站号、轨道号；s22、周期性计算速度传感器的位置；s23、使用速度传感器计算的位置作为列车的位置信息。3.如权利要求1所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，所述s4包含以下内容：s41、判断列车是否满足进行前方进路信号点搜索条件，如果列车方向手柄向前且地图状态有效时，则进行搜索进路信号点；s42、根据列车的位置和运行方向，判断列车前方进路信号点的站号、轨道号与列车当前位置的站号、轨道号是否一致；若一致，则将该前方进路信号点存放到信号链表；s43、若列车经过的虚拟应答器组编号与期望的虚拟应答器组编号一致，则捕获该虚拟应答器组。4.如权利要求1所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，所述s1中，根据卫星定位位置信息、方向、站号、轨道号，初始化速度传感器的初始位置、方向、站号、轨道号；或者当列车经过实体应答器组时根据实体应答器组的位置、方向、站号、轨道号，初始化速度传感器的初始位置、方向、站号、轨道号。5.权利要求4所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，速度传感器周期性的计算列车的走形距离，并根据列车的运行方向计算出走行距离的累计值，以确定列车的位置信息。6.如权利要求5所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，当列车经过道岔时，如果道岔状态已知时，则根据道岔状态变更列车的运行轨道号，继续累积列车走形距离；如果道岔状态未知时，则清空列车的速度传感器的位置信息。7.如权利要求5所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，当列车经过站界时，变更列车的运行轨道号和站号，继续累积列车走形距离。8.如权利要求1所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，还包含s5、根据卫星和速度传感器融合确定的列车的位置信息和方向，补偿捕获的期望虚拟应答器组的中心位置，计算列车的置信区间。9.如权利要求8所述的捕获虚拟应答器组的方法，其特征在于，计算列车的置信区间包含以下步骤：初始化虚拟应答器组的中心位置信息，获取列车当前的走形距离和运行方向；
计算虚拟应答器组的中心距离；解析虚拟应答器组的报文信息；列车捕获虚拟应答器组后，如果虚拟应答器组依靠卫星信号确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间为卫星定位误差；如果虚拟应答器组是速度传感器确定的列车位置触发的虚拟应答器组，则列车的置信区间不进行校正。

技术总结
本发明涉及一种列控信号系统捕获虚拟应答器组的方法，包括以下步骤：列车通过卫星接收机周期性接收卫星信号，获得列车的定位位置信息和方向；当卫星信号失效后，利用速度传感器确定列车的方向并计算列车的位置信息；根据确定的列车位置和方向，搜索列车前方进路信号点组成信号链表；根据信号链表，捕获列车前方进路期望捕获的虚拟应答器组。本发明克服了现有技术中如果卫星信号失效后，无法确定列车位置信息，导致虚拟应答器组无法捕获的问题；有效降低虚拟应答器组的捕获时间和漏捕获率；可准确计算列车的置信区间，保证列车高速运行时位置的准确性和实时性。位置的准确性和实时性。位置的准确性和实时性。


技术研发人员：孙建东 曹德宁 张军涛 张旭 王宁 孙志涵
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.09
技术公布日：2023/3/14