磁浮交通特种车辆调度监视系统的制作方法

专利名称：磁浮交通特种车辆调度监视系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于车辆运行控制系统，特别是涉及一种对磁浮交通特种车辆的定位、管理、运行调度、运行监视、安全防护的调度监视系统。
背景技术：
当前公共交通运输的调度和管理技术得到了飞速的发展，广泛应用于各种铁路交通、出租汽车、公共汽车、公安警车、运钞车以及各种专业运输车辆的调度监视上。尤其是各种电子技术、通信技术、计算机技术和人工智能的发展为车辆的管理和调度提供了新的技术支持。当前GPS全球定位系统的建立，为全球范围内的用户提供了一种廉价、实用的定位手段，而各种车地通信系统，如常规对讲系统、寻呼系统、集群系统(如IDEN)、DataCell、CDPD、GSM/SMS/GPRS、CDMA等，也相继问世。
其中最为典型的是于2002年10月18日公开的KR2002-0078442号韩国浦项制铁株式会社申请的《利用DGPS信息及铁道线路信息以跟踪铁路车辆的装置及方法》专利。该跟踪铁路车辆的装置由以下五部分组成1)车辆搭载系统，它由GPS天线、GPS接受器、控制器、标示器、调制解调器、天线和无线电发射器等构成；2)轨道线路状态检测装置，它由轨道线路和监测继电器等构成；3)基站系统，它由基站和基站控制器等组成；4)车辆控制系统，它由人机联系界面、数据庫、进程计算机、数据输入输出装置、GPS天线等组成；5)基准站系统，它由GPS天线、GPS接收器、基准站服务器等组成。
其方法是，车辆控制系统通过基站系统将车辆搭载系统及包含有位置数据的作业相关信息进行无线通信，在该车辆控制系统中利用从车辆搭载系统获取的铁路车辆绝对位置、从轨道线路状态检测装置获取的铁路车辆所在位置、从基准站系统获得的修正数据，实现对该铁路车辆目前位置的跟踪。
但是该技术存在着系统复杂、安装施工困难，例如要在磁浮的高架轨道上全线安装轨道线路状态检测装置就是一个难题。而且方法繁琐、定位精度差、远远不能满足相距5米的两条轨道，其精度小于3米的要求。同时其功能单一，仅为车辆定位跟踪，不具备对车辆的管理、运行调度、运行监视、安全防护的功能，而这些功能又是运行在正常磁浮列车计划之外的磁浮特种车辆(如检测车、抢险车、维修车、清路车等)所必须的。此外，现有技术还存在车地通信的可靠性和实时性、组网的灵活性、费用等问题。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种磁浮交通特种车辆调度监视系统。解决调度监视方法简洁、设备简单、定位精确、车地通信安全有效，组网灵活的技术问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是一种磁浮交通特种车辆调度监视系统，由控制中心和车载系统组成，其特征在于该控制中心由对所有特种车辆的车辆定位、车辆管理、运行调度、运行监视、安全防护实现调度监视功能的中央工作站，接收GPS卫星信号产生差分数据具有第一GPS接入设备的差分基准站，采用MOBITEX专有数据通信标准发送或接收差分数据、应用定位数据、业务数据包含同步控制器、基站控制器和无线基站设备的无线基站三部分组成；该车载系统由采用MOBITEX专有数据通信标准接收或发送差分数据、应用定位数据及各种业务数据的无线接入设备，将该差分数据进行校正为初始定位数据的第二GPS接入设备，以及将该初始定位数据向一维线路轨道里程坐标系转换得到应用定位数据对该特种车辆实行车辆管理、车辆定位、运行监视、安全防护调度监视功能的包含车载应用模块及显示设备的车载工作站三部分。
进一步，差分基准站和无线基站组成固定基站，该固定基站通过局域网与中央工作站连接。
进一步，上述的无线基站设备依次通过同步控制器和基站控制器与局域网连接；差分基准站直接与局域网连接。
进一步，该同步控制器为主从双CPU结构，由主CPU通过无线基站设备接收车载系统的上行数据并发送给基站控制器，从CPU接收基站控制器的数据与同步数据一起发送给无线基站设备；且该同步控制器定期向基站控制器发送生命脉冲。
进一步，基站控制器为嵌入式操作系统，它定期向中央工作站发送生命脉冲。
进一步，该中央应用模块包含业务模块和通讯模块；该通讯模块定期接收差分基准站和基站控制器的生命脉冲，进行判别报警完成控制中心的系统监控。
进一步，该车载系统设置有与第二GPS接入设备、无线接入设备相接的MCU同步控制器，该MCU同步控制器与第二GPS接入设备、无线接入设备一起组成完成与外部的数据通信的车载控制器。
进一步，该车载应用模块包含有按接收的第二GPS接入设备、无线接入设备发出的生命脉冲判别系统状态进行系统监控的通讯模块；该通讯模块定期向MCU同步控制器发出询问信号。
进一步，该中央工作站和车载工作站均设置有车辆定位应用模块、车辆管理应用模块、运行调度应用模块、运行监视应用模块和安全防护应用模块。
本实用新型具有如下的有益效果1、改变了以往用人工方法对磁浮特种车辆的调度、监视的落后状态，可高效、迅速、全盘地控制所有特种车辆。
2、同时对特种车辆实行车辆定位、车辆管理、运行调度、运行监视、安全防护五种综合的调度监视功能。
3、定位方法简便、定位精度高，定位误差小于2.5米。
4、使用基于MOBITEX技术的无线数传通信，其固定基站根据环境及发射功率等条件可以覆盖半径为20-30公里的范围，可通过增加基站组成网络扩大覆盖范围和信道容量，且组网灵活，通信安全有效。


图1是表示特种车辆调度监视系统示意图；图2是表示控制中心的组成示意图；图3是表示车载系统的组成示意图；具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型分为固定的控制中心和设置在各个移动的磁浮特种车辆上的车载系统两大部分，控制中心由中央工作站11、第一GPS接入设备21、差分基准站22和无线基站31组成；车载系统由车载工作站12、第二GPS接入设备23、无线接入设备32组成。
磁浮交通特种车辆调度监视系统在工作过程中主要面对中央操作员和车载操作员。系统调度监视功能分别在中央工作站11和各车载工作站12实现，并利用这两个工作站中的人机界面向操作员提供服务，同时接收各种命令和外部信息。中央操作员向系统输入操作命令信息，调度监视系统向中央操作员和各车载操作员显示该车辆运行状况(位置、方向、速度等)。
控制中心除第一GPS接入设备21和差分基准站22外，其中央工作站11和无线基站31详细的组成如图2所示无线基站31由无线基站设备311、同步控制器312、基站控制器313组成；中央工作站11主要由包含业务模块111和通讯模块112两部分的中央应用系统组成。其中无线基站31和差分基准站22一起构成固定基站10，该固定基站10与中央工作站11，通过局域网30(如以太网)连接起来。
该无线基站设备311包括无线发送和接收设备，负责无线信号的发送和接收，即收到同步控制器312传送来的数据后，通过Mobitex协议将信号发送出去，对于接收到的车载系统的数据信息发送给同步控制器312。
该同步控制器312采用主从双CPU系统，主CPU负责接收各车载系统的上行数据，并发送到基站控制器313，同时向基站控制器313按一定的时间间隔发送同步控制器312的生命脉冲。从CPU负责接收基站控制器313的数据，并按照同步脉冲发生规则产生同步脉冲，将同步数据和基站控制器313的数据打包通过无线基站设备311发送到各特种车辆的车载系统上。
该基站控制器313采用嵌入式操作系统，实时处理多端口的数据，实现数据类型的转换，其具体的功能如下1)将收到的中央工作站11的业务数据和差分基准站22的GPS差分数据打包，发送到同步控制器312；2)接收同步控制器312的数据，并转换成TCP/IP的数据格式，通过局域网30发送到中央工作站11；3)定时向中央工作站11发送生命脉冲。
该GPS差分基准站22采用嵌入式操作系统，提供高精度的GPS差分数据。具体的功能如下1)接收字节流的差分数据，打包后依照配置的IP地址发往指定的基站控制器313；2)检查差分基准站自身是否正常工作，定时向中央工作站11的通讯模块112发送生命脉冲报告状态信息。
各车载系统的详细组成如图3所示包括车载工作站12、第二GPS接入设备23、无线接入设备32，并设置有MCU同步控制器51；车载工作站12分为通讯模块112’和业务模块111’两部分。其中MCU(Microprocess Control Unit)同步控制器51和第二GPS接入设备23、无线接入设备32又构成车载控制器50。
控制中心的第一GPS接入设备21和差分基准站22接收到GPS卫星信号，产生差分数据，发往基站控制器313。基站控制器313收到差分数据，查询是否有车辆管理、调度、运行、安全防护等业务数据到达。若有业务数据到达，则一起打包后送往同步控制器312，由同步控制器312送到无线基站31，用MOBITEX专有数据通信标准，通过基站天线发送。各车载系统无线接入设备32均收到控制中心无线基站31广播的数据，MCU同步控制器51依照数据到达的时间来产生同步信号，使该数据为车载系统各部分各取所需，第二GPS接入设备23取该差分数据与其接收的GPS卫星信号一起产生校正后的GPS初始定位数据，送往通讯模块112’，通讯模块112’送往业务模块111’，经业务模块111’根据磁浮交通轨道线路信息采用一定的定位算法完成GPS初级定位据向一维线路轨道里程上的转换或投影，从而确定该特种车辆在一维线路轨道里程坐标系中的准确位置和相应的轨道梁号、墩柱编号等，即应用定位数据。该定位算法为各种现有的轨道匹配、路线/线路回归、地图匹配、坐标系投影、数据库查询等方法的任一种。计算得到的应用定位数据是整个特种车辆调度监视系统的各种功能，如运行监视、安全防护、车辆管理、调度等的重要基础数据和判别输入。该应用定位数据，提供给车载应用系统和MCU同步控制器51。MCU同步控制器51收到该应用定位数据后和由车载系统自生的或车载操作员输入的业务数据一起打包由无线数传发往控制中心的无线基站设备311。控制中心无线基站设备311收到后送往同步控制器312，同步控制器312送往基站控制器313，基站控制器313送往通讯模块112，通讯模块112再送往业务模块111，这样就完成了定位数据的传输处理。
通讯模块112’则抽取车辆管理、调度、运行、安全防护等业务数据送往业务模块111’实行该特种车辆的管理、调度、运行、安全等功能。
由于整个系统比较复杂，各部分环节比较多，任何一部分的不正常都有可能导致整个系统不能正常运转，因此有必要对系统的各个环节加以监控。为此控制中心的差分基准站22依照指定的时间间隔向通讯模块112发送生命脉冲报告自己的状态信息，如通讯模块112连续五个周期不能收到差分基准站22的生命脉冲或差分基准站22生命脉冲的状态异常则系统报警；同步控制器312每半小时模拟车载设备发一条数据经基站控制器313传到通讯模块112，当通讯模块112在指定的周期内不能收到数据，则报警。对各车载系统，第二GPS接入设备23和无线接入设备32分别每秒各发送一次生命脉冲到通讯模块112’，当通讯模块112’在指定的周期内不能收到生命脉冲，系统报警；依照协议通讯模块112’定时询问MCU同步控制器51的状态，若未回答或异常，则系统报警。
定位、管理、运行调度、运行监视、安全防护等调度监视功能和其应用都通过计算机应用软件的形式加载到设置在中央和/或车载工作站上业务模块111、111’的各应用模块中，其中，车辆定位应用模块收集来自差分GPS定位系统的初始位置信息，采用一定的定位算法实现车辆在轨道线路上的准确位置计算的功能；车辆管理应用模块可实现对车辆名称、编号、尺寸、重量、作业任务、操作人员、作业特性等车辆属性进行管理的功能；运行调度应用模块通过车辆登录、人员配置、作业管理、信息记录和运行控制等实现特种车辆的任务调度的功能；运行监视应用模块通过实时检测特种车辆的车辆位置、运行速度、运行方向等控制参数实现车辆的运行监视功能；安全防护应用模块则是根据磁浮轨道上运行的特殊位置要求、运行速度限制以及与磁浮列车的联锁防护等要求，实现特种车辆的安全防护功能，包括速度防护、进路防护、车辆防护、记录回放等。
本领域的技术人员在本实用新型公开的系统平台上，可以灵活设计各种应用模块的组成，进而利用定位应用数据完成各种调度监视任务。一般来说，中央工作站应用系统和车载工作站应用系统均分为业务模块和通讯模块两个部分，通讯部分实现车地通信的中央/车载处理功能，业务部分实现车辆的各种业务相关功能。其中业务部分由根据各种需求设计相应的功能模块组成，如工作流程界面模块、轨道管理及定位模块、数据库管理模块等。
本系统采用的无线数传通信系统是基于Mobitex技术，其固定基站的小区根据环境及基站发射功率等条件的不同可以覆盖半径为20-30公里的范围。扩大覆盖范围和信道容量可以通过增加基站的方式来解决。
本系统的定位误差小于2.5米，因此可以对运行于磁浮列车轨道上的特种车辆实施精确的跟踪，这样的位置适合于对特种车辆的精确感应及实施更加精确和灵活的调度监视指令。
尽管本实用新型已经参照附图和优选实施方式进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。但这些更改、变化，和等同物仍为本申请涵盖的范围内。
权利要求1.一种磁浮交通特种车辆调度监视系统，由控制中心和车载系统组成，其特征在于该控制中心由对所有特种车辆的车辆定位、车辆管理、运行调度、运行监视、安全防护实现调度监视功能包含中央应用模块及显示设备的中央工作站(11)，接收GPS卫星信号产生差分数据具有第一GPS接入设备(21)的差分基准站(22)，采用MOBITEX专有数据通信标准发送或接收差分数据、应用定位数据、业务数据包含同步控制器(312)、基站控制器(313)和无线基站设备(311)的无线基站(31)三部分组成；该车载系统由有采用MOBITEX专有数据通信标准接收或发送差分数据、应用定位数据及各种业务数据的无线接入设备(32)，将该差分数据进行校正为初始定位数据的第二GPS接入设备(23)，以及将该初始定位数据向一维线路轨道里程坐标系转换得到应用定位数据对该特种车辆实行车辆管理、车辆定位、运行监视、安全防护调度监视功能的包含车载应用模块及显示设备的车载工作站(12)三部分组成。
2.根据权利要求1所述的调度监视系统，其特征在于该控制中心差分基准站(22)和无线基站(31)组成固定基站(10)，该固定基站(10)通过局域网(30)与中央工作站(11)连接。
3.根据权利要求2所述的调度监视系统，其特征在于无线基站设备(311)依次通过同步控制器(312)和基站控制器(313)与局域网(30)连接；差分基准站(22)直接与局域网(30)连接。
4.根据权利要求1所述的调度监视系统，其特征在于该同步控制器(312)为主从双CPU结构，主CPU通过无线基站设备(311)接收车载系统的上行数据并发送给基站控制器(313)，从CPU接收基站控制器(313)的数据与同步数据一起发送给无线基站设备(311)，该同步控制器(312)定期向基站控制器(313)发送生命脉冲。
5.根据权利要求3或4所述的调度监视系统，其特征在于基站控制器(313)为嵌入式操作系统，它定期向中央工作站(11)发送生命脉冲。
6.根据权利要求1所述的调度监视系统，其特征在于中央应用模块包括业务模块(111)和通讯模块(112)，其中通讯模块(112)定期接收差分基准站(22)和基站控制器(313)的生命脉冲，进行判别报警完成控制中心的系统监控。
7.如权利要求1所述的调度监视系统，其特征在于该车载系统设置有与第二GPS接入设备(23)、无线接入设备(32)相接的MCU同步控制器(51)，该MCU同步控制制器(51)与第二GPS接入设备(23)、无线接入设备(32)一起组成完成车载工作站(12)与外部数据通信的车载控制器(50)。
8.如权利要求1所述的调度监视系统，其特征在于该车载应用模块包括接收由第二GPS接入设备(23)、无线接入设备(32)定期发送的生命脉冲判别系统状态进行系统监控的通讯模块(112’)，该通讯模块(112’)并定期向MCU同步控制器(51)发出询问信号。
9.如权利要求1、6或8所述的调度监视系统，其特征在于该中央工作站(11)和车载工作站(12)均设置有车辆定位应用模块、车辆管理应用模块、运行调度应用模块、运行监视应用模块和安全防护应用模块。
专利摘要本实用新型涉及磁浮交通特种车辆调度监视系统，由控制中心和车载系统组成，该控制中心由对所有特种车辆的车辆定位、车辆管理、运行调度、运行监视、安全防护实现调度监视功能的中央工作站(11)，接收GPS卫星信号产生差分数据具有第一GPS接入设备(21)的差分基准站(22)，采用MOBITEX专有数据通信标准的无线基站(31)三部分组成；该车载系统由采用MOBITEX专有数据通信标准的无线接入设备(32)，将该差分数据进行校正为初始定位数据的第二GPS接入设备(23)，以及转换得到应用定位数据对该特种车辆实行车辆管理、车辆定位、运行监视、安全防护调度监视功能的包含车载应用模块及显示设备的车载工作站(12)三部分组成。
文档编号B61L25/00GK2858424SQ20052004590
公开日2007年1月17日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者王晓勇, 虞翊, 潘洪亮 申请人:上海磁浮交通工程技术研究中心