一种利用PIS通道作为冗余的列控无线通信系统及方法与流程

本发明属于轨道交通列控无线通信，具体涉及一种利用pis通道作为冗余的列控无线通信系统及方法。

背景技术：

1、在城市轨道交通列车全自动运行技术领域，列车运行控制系统都是保障列车运行安全和效率的关键核心系统。现阶段主流的列车运行控制系统均为基于通信的列车控制系统，即cbtc系统；另一方面，随着通信技术的不断发展，运行控制系统的车地无线数据传输均采用了无线通信（radio）方式，那么此时的列车运行控制系统被称为cbtc-r。列车运行控制系统中的车载运控子系统和轨旁运控系统需要通过无线数据传输来实现实时数据交互，从而保障列车运行的安全和效率。

2、根据国际公共运输联合会 (uitp)的定义，列车自动运行等级分为goa0、goa1～goa4级，共5级，当列车运行处于goa3或goa4级时，一般可称为列车全自动运行。列车的全自动运行是通过提高运行控制系统的冗余度来实现的，例如涉及行车安全的atp系统和联锁系统一般采用2乘2取2、3取2的冗余架构，更有甚者在部分工程的核心系统上采用了双套2乘2取2，或双套3取2的冗余架构方案，从而进一步提高系统的可靠性和可用性。

3、目前cbtc-r系统的车地无线通信普遍采用的是lte-m单一技术制式，同时也是利用无线电管理委员会批复的1785mhz～1805mhz（共20mhz）频段资源中的部分频率资源（一般仅为10mhz）。cbtc-r运控系统的lte车地无线通信系统一般采用双网热备冗余架构，无线传播媒介采用同轴漏泄电缆，该无线通信系统架构方案可以基本满足goa3或goa4级的列车全自动运行场景的需求。

4、然而，lte设备均属于普通商用产品，其自身产品结构不属于安全冗余结构，即使采用了双网冗余的配置方案，其lte无线部分的平均故障间隔时间mtbf≧5×104h，小于信号其他安全相关子系统mtbf的105h级别要求。随着工程应用年限的加长，lte设备的故障率也会随之上升，从而导致全自动运行系统的稳定性和可靠性下降；另一方面，城市轨道交通所拥有的无线电频率资源较少，一旦出现恶意的特定频率干扰，或者临频干扰，又或者出现轨旁同轴漏泄电缆故障，那么将导致车地无线通信中断，列车将会紧急制动，正常运营将会中断；而且goa3或goa4级的列车全自动运行系统，一般不配置专职司机，因此一旦出现上述故障，列车恢复运行耗时较长，从而导致大面积晚点、乘客滞留车内/站台，导致不良的社会影响。

5、而且既有的单制式lte无线网络方案没有进行信息核对，没办法保证在极端情况下网络数据的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供了一种利用pis通道作为冗余的列控无线通信系统及方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种利用pis通道作为冗余的列控无线通信系统，包括lte车地无线传输系统和pis车地无线传输系统，所述lte车地无线传输系统位于车载运控系统与轨旁运控系统之间，用于实现车载运控系统与轨旁运控系统之间的实时数据交互，所述pis车地无线传输系统位于车载运控系统与轨旁运控系统之间，用于实现车载运控系统与轨旁运控系统之间的实时数据交互,所述pis车地无线传输系统包括乘客信息系统、pis无线传输媒介以及安装在列车上的pis车载无线天线和pis车载无线设备，所述乘客信息系统与轨旁运控系统连接，所述乘客信息系统与pis无线传输媒介连接，pis车载无线天线与pis车载无线设备连接，所述pis车载无线设备经车载网络交换机与车载运控系统连接。

3、所述pis无线传输媒介用于实现pis系统无线数据的发送和接收，pis车载无线天线用于实现pis系统无线数据的发送和接收。

4、进一步地，所述乘客信息系统与轨旁运控系统之间设有信息安全防护设备。

5、进一步地，pis车载无线设备与车载信息安全防护设备连接，车载信息安全防护设备经车载网络交换机与车载运控系统连接。

6、进一步地，所述lte车地无线传输系统包括lte网络设备、lte无线传输媒介以及安装在列车上的lte车载无线天线和lte车载无线接入单元，所述lte网络设备与轨旁运控系统、lte无线传输媒介连接，所述lte无线传输媒介用于实现lte无线数据的发送和接收，所述lte车载无线天线用于实现lte无线数据的发送和接收，所述lte车载无线天线与lte车载无线接入单元连接，所述lte车载无线接入单元经车载网络交换机与车载运控系统连接。

7、进一步地，车载运控系统内预设有第一程序，使得车载运控系统接收到轨旁运控系统经lte车地无线传输系统、pis车地无线传输系统传输的第一数据时，执行第一数据处理步骤或第二数据处理步骤；第一数据信息包括校验数据、时间戳、列车运行控制信息、设备状态信息；

8、第一数据处理步骤，包括：车载运控系统接收到第一条第一数据信息时，解析并校验该第一数据信息，当第一数据信息准确时，采信该第一数据信息作为当前周期的有效数据信息，当车载运控系统每次接收到下一条第一数据信息时，解析该第一数据信息，判断该条第一数据信息与当前采信的第一数据信息是否属于同一周期轨旁运控系统发送的数据，若是，则忽略该条第一数据信息，若否，则校验第一数据信息，当第一数据信息准确时采信该第一数据信息作为下一周期的有效数据信息；

9、第二数据处理步骤，包括：车载运控系统实时接收第一数据信息，在设定的时间范围t1内当车载运控系统收到至少两路第一数据信息时，解析所有收到的第一数据信息，并对第一数据信息进行核对，若满足收到的多路第一数据中有至少两路第一数据信息内容相同时，则车载运控系统采信相同的第一数据信息作为当前周期的有效数据信息，若无法满足收到的多路第一数据中有至少两路第一数据信息内容相同的情况时，则车载运控系统认定本周期内的第一数据信息不可信，进入下一周期；若连续出现n个周期内，均无法出现至少两路第一数据信息核对相同的情况，则车载运控系统认定无线网络出现干扰或者故障，车载运控系统进行故障报警，并控制列车紧急制动停车。

10、进一步地，轨旁运控系统内预设有第二程序，使得轨旁运控系统接收到车载运控系统经lte车地无线传输系统、pis车地无线传输系统传输的第二数据时，执行第三数据处理步骤或第四数据处理步骤；第二数据信息包括校验数据、时间戳、轨旁运行控制信息、设备状态信息；

11、第三数据处理步骤，包括：轨旁运控系统接收到第一条第二数据信息时，解析并校验该第二数据信息，当第二数据信息准确时，采信该第二数据信息作为当前周期的有效数据信息，当轨旁运控系统每次接收到下一条第二数据信息时，解析该第二数据信息，判断该条第二数据信息与当前采信的第二数据信息是否属于同一周期车载运控系统发送的数据，若是，则忽略该条第二数据信息，若否，则校验第二数据信息，当第二数据信息准确时采信该第二数据信息作为下一周期的有效数据信息；

12、第四数据处理步骤，包括：轨旁运控系统实时接收第二数据信息，在设定的时间范围t2内当轨旁运控系统收到至少两路第二数据信息时，解析所有收到的第二数据信息，并对第二数据信息进行核对，若满足收到的多路第二数据中有至少两路第二数据信息内容相同时，则轨旁运控系统采信相同的第二数据信息作为当前周期的有效数据信息，若无法满足收到的多路第二数据中有至少两路第二数据信息内容相同的情况时，则轨旁运控系统认定本周期内的第二数据信息不可信，进入下一周期。

13、进一步地，若连续出现n个周期内，均无法出现至少两路第二数据信息核对相同的情况，则轨旁运控系统认定无线网络出现干扰或者故障，轨旁运控系统进行故障报警，并控制相关列车采取紧急措施。

14、本发明还公开了一种利用pis通道作为冗余的列控无线通信方法，包括如下步骤：

15、在车载运控系统与轨旁运控系统之间分别设置lte车地无线传输系统和pis车地无线传输系统；

16、车载运控系统与轨旁运控系统之间通过lte车地无线传输系统进行实时数据交互；

17、车载运控系统与轨旁运控系统之间通过pis车地无线传输系统进行实时数据交互；

18、轨旁运控系统每隔设定时间向车载运控系统发送第一数据，第一数据信息包括校验数据、时间戳、列车运行控制信息、设备状态信息，车载运控系统接收第一数据信息，并执行第一数据处理步骤或第二数据处理步骤；

19、第一数据处理步骤，包括：车载运控系统接收到第一条第一数据信息时，解析并校验该第一数据信息，当第一数据信息准确时，采信该第一数据信息作为当前周期的有效数据信息，当车载运控系统每次接收到下一条第一数据信息时，解析该第一数据信息，判断该条第一数据信息与当前采信的第一数据信息是否属于同一周期轨旁运控系统发送的数据，若是，则忽略该条第一数据信息，若否，则校验第一数据信息，当第一数据信息准确时采信该第一数据信息作为下一周期的有效数据信息；

20、第二数据处理步骤，包括：车载运控系统实时接收第一数据信息，在设定的时间范围t1内当车载运控系统收到至少两路第一数据信息时，解析所有收到的第一数据信息，并对第一数据信息进行核对，若满足收到的多路第一数据中有至少两路第一数据信息内容相同时，则车载运控系统采信相同的第一数据信息作为当前周期的有效数据信息，若无法满足收到的多路第一数据中有至少两路第一数据信息内容相同的情况时，则车载运控系统认定本周期内的第一数据信息不可信，进入下一周期。

21、进一步地，若连续出现n个周期内，均无法出现至少两路第一数据信息核对相同的情况，则车载运控系统认定无线网络出现干扰或者故障，车载运控系统进行故障报警，并控制列车紧急制动停车。

22、进一步地，在设定的时间范围t1内当车载运控系统没有收到任何第一数据信息或只收到一路第一数据信息，则车载运控系统认定无线网络出现干扰或者故障，车载运控系统进行故障报警，并控制列车紧急制动停车。

23、进一步地，车载运控系统每隔设定时间向轨旁运控系统发送第二数据，第二数据信息包括校验数据、时间戳、轨旁运行控制信息、设备状态信息等，轨旁运控系统接收第二数据信息，并执行第三数据处理步骤或第四数据处理步骤；

24、第三数据处理步骤，包括：轨旁运控系统接收到第一条第二数据信息时，解析并校验该第二数据信息，当第二数据信息准确时，采信该第二数据信息作为当前周期的有效数据信息，当轨旁运控系统每次接收到下一条第二数据信息时，解析该第二数据信息，判断该条第二数据信息与当前采信的第二数据信息是否属于同一周期车载运控系统发送的数据，若是，则忽略该条第二数据信息，若否，则校验第二数据信息，当第二数据信息准确时采信该第二数据信息作为下一周期的有效数据信息；

25、第四数据处理步骤，包括：轨旁运控系统实时接收第二数据信息，在设定的时间范围t2内当轨旁运控系统收到至少两路第二数据信息时，解析所有收到的第二数据信息，并对第二数据信息进行核对，若满足收到的多路第二数据中有至少两路第二数据信息内容相同时，则轨旁运控系统采信相同的第二数据信息作为当前周期的有效数据信息，若无法满足收到的多路第二数据中有至少两路第二数据信息内容相同的情况时，则轨旁运控系统认定本周期内的第二数据信息不可信，进入下一周期；若连续出现n个周期内，均无法出现至少两路第二数据信息核对相同的情况，则轨旁运控系统认定无线网络出现干扰或者故障，轨旁运控系统进行故障报警，并控制相关列车采取紧急措施。

26、进一步地，车载运控系统接收用户的指令信息，当车载运控系统接收到用户的第一指令信息时，车载运控系统执行第一数据处理步骤，当车载运控系统接收到用户的第二指令信息时，则车载运控系统执行第二数据处理步骤。

27、进一步地，预先划分第一区域和第二区域，当列车位于第一区域时，车载运控系统执行第一数据处理步骤，当列车位于第二区域时，则车载运控系统执行第二数据处理步骤。

28、进一步地，进行干扰检测，当测定的干扰量小于或等于设定门限值时，则车载运控系统执行第一数据处理步骤，当测定的干扰量大于设定门限值时，则车载运控系统执行第二数据处理步骤。

29、本发明至少具有如下有益效果：

30、目前行业内既有单制式lte无线网络方案，其系统的可靠性和稳定性相对薄弱，lte无线网络核心设备故障，或轨旁无线传输媒介故障，又或遇到频率干扰问题，则会导致列车紧急制动停车，从而中断列车正常运行；尤其在全自动运行系统中，由于列车上不配置专职司机，因此车地无线通信故障，将导致列车恢复运行速度较慢，从而降低运营服务品质。

31、相比既有方案，本发明提出了一种利用pis通道作为冗余的列控无线通信方案。轨旁运控系统和车载运控系统可以通过lte和pis两个无线通道进行数据的实时交互，传输数据可采用先到先用得处理逻辑，也可以采用多路数据校核验证的处理方式。由于pis系统的无线通信采用的技术特性和无线频点资源均与既有得lte技术制式不同，因此降低整体系统的同频干扰概率；与此同时增加了车地无线通信通道的冗余度，提高了无线系统的整体稳定性和可靠性，提升了线路运营服务水平。

32、且由于本发明采用了多路信息核对的处理方案，可以提高极端情况下的网络数据的安全性，保障行车安全。