融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置及系统的制作方法

1.本发明涉及地铁工程车辆技术领域，尤其涉及一种融合运行监控与调防防护功能的地铁工程车辆车载装置及系统。


背景技术：

2.地铁工程车辆通常需要在车辆站段场执行调车作业、线路施工和养护、正线突发事故救援等各项工作。且随着地铁站段场的发展，地铁线路不断延伸，地铁站段场内股道和道岔越来越多、机车作业场景变得越来越复杂且作业内容变得越来越繁多。而目前地铁工程车辆缺少智能的安全防护功能，车辆的状态监测也通常都是完全依靠人工观测实现，即由操作人员在观测操作机车进行作业的过程中观测车辆的运行状态，当观测到车辆存在安全风险时进行制动控制。而人工观测的方式极大的依赖于操作人员的经验，不仅效率低，且作业过程中极易发生越过关闭调车信号、越出站界、越过接触网终点标、异物侵限、挤岔脱轨、冲撞车挡、列车冲突等安全事故。
3.为解决车辆调车防护问题，有从业者提出通过增加调车防护装置(如干线机车站场调车作业安全防护系统)，接收地面广播的站场联锁信息，再将信息解析后发给列车运行监控装置(lkj)，由列车运行监控装置(lkj)进行车辆控制，实现调车作业防护，如图1所示。但是上述方案必须依赖于列车运行监控装置(lkj)，且仅能够分别独立的实现列车运行监控装置与调车安全防护，无法充分融合运行监控与调车的安全防护，致使控制复杂、效率低，同时由于需要额外增设调车防护装置，还会增加实现成本以及整体系统的体积重量，另外还会存在通信不可靠的风险，实际使用场景有较大的局限性，通常仅能用于针对干线机车调车作业，对于地铁工程车调车作业则不能直接适用。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低、灵活性强且安全可靠的融合运行监控与调防防护功能的地铁工程车辆车载装置及系统，能够充分融合运行监控与调车的安全防护功能为一体。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，包括：
7.主机单元，包括集成设置的主控模块、通信模块、数据采集模块以及隔离防护模块，所述主控模块、通信模块与数据采集模块通过通信总线连接，所述通信模块用于与地面端进行数据通信以及进行车辆当前位置的定位，所述数据采集模块用于采集布置在车辆上传感器的信息以及采集车辆开关量信息，所述隔离防护模块与车辆的制动信号输入接口连接，以用于对车辆的制动信号进行防护与隔离，所述主控模块用于接收各模块的信息，通过获取所述数据采集模块采集的数据对车辆的运行状态进行监控，以及通过控制所述隔离防护模块对车辆的调车作业进行防护；
8.交互控制dmi单元，与所述主机单元连接，以用于向所述主机单元发送控制指令以
及接收所述主机单元的输出数据并按照预设格式输出。
9.进一步的，所述主控模块包括：
10.数据接收单元，用于接收所述通信模块、数据采集模块、隔离防护模块的数据；
11.计算单元，用于计算车辆的运行限速曲线；
12.判断单元，用于根据接收到的数据以及所述车辆的运行限速曲线，判断车辆的运行速度是否在运行限速曲线范围内；
13.输出单元，用于根据所述判断单元的判断结果发出控制指令，以及输出数据给所述交互控制dmi单元。
14.进一步的，所述数据采集模块包括：
15.数字量模块，与车辆开关量接口连接，用于采集车辆开关量信息并按照预设格式进行转换后发送给所述主控模块，以及接收所述主控模块发送的制动输出指令，控制继电器输出开关量控制信号；
16.模拟量模块，与车辆中布置的各传感器连接，用于采集传感器发送的数据并按照预设格式进行转换后发送给所述主控模块。
17.进一步的，所述通信总线包括备用关系的eth总线及can总线，所述主控模块、通信模块、数据采集模块均设置有can通信接口以及eth接口。
18.进一步的，还包括与所述通信模块连接的融合定位模块，以用于通过所述通信模块获取地面标签编号信息并根据预先存储的地面标签信息实现机车定位，得到第一定位结果，通过所述通信模块获取地面应答器报文信息并根据预先存储的应答器编号信息系统实现机车定位得到第二定位结果，通过内部集成的卫星定位模块接收定位卫星信号以及车辆经纬度点，并根据预先存储的经纬度信息实现机车定位得到第三定位结果，通过获取地面差分基站发送的差分修正值实现差分定位得到第四定位结果，融合各定位结果得到最终的定位结果输出。
19.进一步的，还包括用于与地面服务器通信的无线控制模块、用于实现车地无线通信与卫星定位的无线通信模块以及网络交互的交换机模块，所述无线控制模块、无线通信模块以及交换机模块分别通过通信总线与所述主控模块连接。
20.进一步的，所述主机单元中交换机模块上分别设置有eth维护接口、ic卡维护接口、远程无线维护接口中任意一种或两种以上的接口。
21.进一步的，还包括用于提供电源的电源模块以及ups电源模块，所述ups电源模块与蓄电池连接以提供备用电源，当启动所述ups电源模块供电时，控制优先为所述主控模块以及隔离防护模块供电，以优先启动隔离防护控制。
22.一种地铁工程车辆，包括车辆本体以及车载系统，所述车载系统中配置有如上述地铁工程车辆车载装置。
23.一种地铁工程车辆监控防护系统，包括：
24.地面系统；
25.如上述地铁工程车辆车载装置，所述地铁工程车辆车载装置与地面系统通信连接。
26.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过集成主控模块、通信模块、数据采集模块以及隔离防护模块形成主机单元，由主机单元与交互控制dmi单元交互可以同时
实现车辆的运行状态监控以及调车作业的安全防护以及隔离功能，将车辆的运行状态监控与调车作业的安全防护与隔离过程的充分融合，形成一体化的车辆监控防护装置，有效提高地铁工程车辆的运行可靠性，解决机车启机造成设备重启等各类安全问题，且基于集成融合的方式，无需依赖于列车运行监控装置，也无需额外设置调车防护装置，不仅可以降低实现成本以及整体装置的体积重量，还可以大大提高装置的应用灵活性，使得不受使用场景的局限，可以适用于各类地铁工程车辆中。
附图说明
27.图1是现有技术中地铁工程车辆实现监控与调车防护的结构原理示意图。
28.图2是本实施例融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置的整体架构示意图。
29.图3是本实施例融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置的具体结构示意图。
30.图例说明：1、主机单元；101、主控模块；102、通信模块；103、数据采集模块；131、数字量模块；132、模拟量模块；104、隔离防护模块；105、无线控制模块；106、无线通信模块；107、交换机模块；108、电源模块；109、ups电源模块；2、交互控制dmi单元。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
32.如图2所示，本实施例融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置包括：
33.主机单元1，包括集成设置的主控模块101、通信模块102、数据采集模块103以及隔离防护模块104，主控模块101、通信模块102与数据采集模块103通过通信总线连接，通信模块102用于与地面端进行数据通信以及进行车辆当前位置的定位，数据采集模块103用于采集布置在车辆上传感器的信息以及采集车辆开关量信息，隔离防护模块104与车辆的制动信号输入接口连接，以用于对车辆的制动信号进行防护与隔离，主控模块101用于接收各模块的信息，通过获取数据采集模块103采集的数据对车辆的运行状态进行监控，以及通过控制隔离防护模块104对车辆的调车作业进行防护；
34.交互控制dmi单元2，与主机单元1连接，以用于向主机单元1发送控制指令以及接收主机单元1的输出数据并按照预设格式输出。
35.本实施例通过集成主控模块101、通信模块102、数据采集模块103以及隔离防护模块104形成主机单元1，由主机单元1与交互控制dmi单元2进行交互，可以同时实现车辆的运行状态监控以及调车作业的安全防护以及隔离功能，将车辆的运行状态监控与调车作业的安全防护与隔离过程的充分融合，形成一体化的车辆监控防护装置，有效提高地铁工程车辆的运行可靠性，解决机车启机造成设备重启等各类安全问题，且基于集成融合的方式，无需依赖于列车运行监控装置(lkj)，也无需额外设置调车防护装置，不仅可以降低实现成本、整体装置的体积重量以及系统的维护成本，避免需要增加机车布线、处理设备、增长通信距离等而引起通信异常的问题，还可以大大提高装置的应用灵活性，使得不受使用场景的局限，可以适用于各类地铁工程车辆中。
36.本实施例中主控模块101包括：
37.数据接收单元，用于接收通信模块102、数据采集模块103、隔离防护模块104的数据；
38.计算单元，用于计算车辆的运行限速曲线；
39.判断单元，用于根据接收到的数据以及车辆的运行限速曲线，判断车辆的运行速度是否在运行限速曲线范围内；
40.输出单元，用于根据判断单元的判断结果发出控制指令，以及输出数据给交互控制dmi单元2。
41.本实施例通过将主机单元1作为核心单元负责综合车辆及各模块发送的信息，计算机车运行限速曲线并监控机车在限速曲线范围内安全行车，进一步还可以形成运行记录文件，实现车辆运行状态的监控，同时通过控制隔离防护模块104将车辆的制动输出信号进行隔离，还可以实现调车作业的安全防护，避免发生越过关闭调车信号、越出站界、越过接触网终点标、异物侵限、挤岔脱轨、冲撞车挡、列车冲突等事故，有效确保车辆的运行安全可靠性。
42.本实施例中数据采集模块103包括：
43.数字量模块131，与车辆开关量接口连接，用于采集车辆开关量信息并按照预设格式进行转换后发送给主控模块101，以及接收主控模块101发送的制动输出指令控制对应继电器输出开关量控制信号；
44.模拟量模块132，与车辆中传感器连接，用于采集传感器发送的数据并按照预设格式进行转换后发送给主控模块101。
45.在具体应用实施例中，由数字量模块131采集各类机车开关量信息，并根据协议要求进行转换后将转换后的信息发送给主控模块101，同时接收主控模块101发送的制动输出指令，控制对应继电器输出开关量控制信号以完成制动。由模拟量模块132为外部传感器提供电源并实时采集外部传感器发送的信息，按照协议要求进行计算后将计算的结果发给主控模块101。
46.本实施例中，通信总线具体包括备用关系的eth(ethernet，以太网)总线及can(controller area network)总线，主控模块101、通信模块102、数据采集模块103各模块均设置有can通信接口以及eth接口，具体可由主机内各模块配置can通信接口作为备用通信总线，交互控制交互dmi单元2作为can总线节点最远端。即主机单元1内部与交互控制dmi单元2之间同时布置了eth及can两种通信总线，主机单元1内部带处理器的模块均设置eth接口，交互控制dmi单元2配置eth接口，各eth接口通过交换机模块进行连接，以实现各模块之间信息交互。通过设置eth、can两种内部总线，由该两种总线互为备用关系，可以解决传统方案中防护设备总线单一的问题，进一步提高通信可靠性。可以理解的是，通信总线也可使用其他类型通信总线，如flexray等，还可以进一步增加通信总线的类型。
47.本实施例中，通信模块102还分别与地面信标主机、地面应答器(btm)连接，以分别用于获取地面标签编号信息、地面应答器报文信息，通信模块102内还集成有卫星定位模块，以用于接收定位卫星信号以及车辆经纬度点，并根据预先存储的经纬度信息实现机车定位，以及或通信模块102还与地面差分基站通信，以获取地面差分基站发送的差分修正值。
48.本实施例中，还包括用于与地面服务器通信的无线控制模块105、用于实现车地无线通信与卫星定位的无线通信模块106以及网络交互的交换机模块107，无线控制模块105、无线通信模块106以及交换机模块107分别通过通信总线与主控模块101连接。由无线控制模块105与地面服务器建立通信，实现无线通信数据收发，以及通过以太网转发给装置内其他模块单元。无线通信模块106具体集成5g/4g/3g/wifi/gsm-r通信功能以及bd/gps卫星定位功能，以负责实现车载子系统车地无线通信并获取卫星信息及差分定位信息。交换机模块107作为内部的以太网交互单元。
49.本实施例中，还包括融合定位模块，以用于通过通信模块102获取地面标签编号信息并根据预先存储的地面标签信息实现机车定位，得到第一定位结果，通过所述通信模块102获取地面应答器报文信息并根据预先存储的应答器编号信息系统实现机车定位得到第二定位结果，通过内部集成的卫星定位模块接收定位卫星信号以及车辆经纬度点，并根据预先存储的经纬度信息实现机车定位得到第三定位结果，通过获取地面差分基站发送的差分修正值实现差分定位得到第四定位结果，融合各定位结果得到最终的定位结果输出。单一的定位结果可能存在定位误差或者定位信号接收不良等情况，本实施例通过融合信标定位、btm定位以及gps定位等多种方式形成融合定位方式，不仅可以灵活的提供多种定位方式，实现多方位的定位，还可以融合各定位结果来有效提高定位的精度以及可靠性。
50.在具体应用实施例中，为实现信标定位，在通信模块102中配置有rs485、rs422通信接口，通过该通信接口与信标主机相连，以获取地面标签编号信息，进而结合自身存储的信息实现机车定位；为实现btm定位，通信模块102中配置有can、rs422通信接口，以与btm主机相连，获取地面应答器报文信息，进而结合自身存储的应答器编号信息实现机车定位；为实现bd/gps定位，无线通信模块106集成了卫星定位模块，以接收定位卫星信号，通过无线通信模块106获取地面联锁设备状态信息，并结合自身存储的站场图数据文件进行进路解算获取机车经纬度点，进而结合自身存储的经纬度信息实现机车定位，以及通过无线通信模块获取卫星定位信息并结合自身存储的经纬度坐标实现机车定位。同时通过接收地面差分基站发送的差分修正值实现差分定位，进一步提升定位精度。
51.本实施例通过采用信标定位、btm定位及bds/gps定位多种定位方式，可以根据线路情况、运用场景等实际情况提供不同的定位方案，也可以同时使用卫星定位及点式定位等，使得定位更可靠，使得当机车在切换站场或其它需要切换定位方式的场景中，装置可以根据收到的数据自动判断定位采信数据，不仅实现灵活且精准可靠。
52.本实施例主机单元1中交换机模块107上设置有eth维护接口、ic卡维护接口、远程无线维护接口等，以使得各模块可以通过交换机模块107的eth维护接口实现对车载子系统的维护，还可以通过ic卡维护接口实现车载子系统运行记录文件下载、各部件/单板程序更换、各数据文件更换等，即实现对装置的维护；还可以通过无线通信模块106与地面服务器通信，将运行记录文件远程发送到地面终端，也可通过无线通信模块106实现远程程序更换、数据文件更换等，从而实现eth维护、ic卡维护、远程无线维护三种维护方式，可以灵活的根据实际应用场景选择维护方式，使得现场作业、维护更方便。
53.本实施例中，还包括用于提供电源的电源模块108以及ups电源模块109，ups电源模块109与蓄电池连接以提供备用电源，当启动ups电源模块109供电时，控制优先为主控模块101以及隔离防护模块104供电，以优先启动隔离防护控制。具体由电源模块108为主机单
元1内部各模块供电以及主机单元1外部设备供电，usp电源模块109在主机的机车蓄电池不稳定时，提供稳定的电压输出，且具备蓄电及控制能力，当机车蓄电池断电时，ups能为主机单元1提供一段时间供电，且供电时间可以设置。通过设置ups电源模块109，能有效解决机车启机时机车蓄电池电源瞬时跌落引起设备异常问题，保障设备正常运行及提升设备使用寿命。进一步的，通过在ups电源模块109供电时，控制优先为主控模块101以及隔离防护模块104供电，还可以使得优先确保调车防护功能，进一步确保紧急供电状态下车辆的安全可靠性。
54.在具体应用实施例中，交互控制dmi单元具体集成有电容式触摸屏、液晶显示屏、语音喇叭、按键输入及ic卡接口等，可以实现与司机的人机交互。
55.本实施例地铁工程车辆包括车辆本体以及车载系统，车载系统中配置有如上述地铁工程车辆车载装置。
56.本实施例还提供地铁工程车辆监控防护系统包括：
57.地面系统，以及如上述地铁工程车辆车载装置，该地铁工程车辆车载装置与地面系统通信连接，通过地面系统与地铁工程车辆车载装置进行数据交互，即可以实现远程对地铁工程车辆的运行监控以及调车作为安全防护。
58.如本发明公开所示，除非上下文明确提示例外情形，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
59.上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，包括：主机单元(1)，包括集成设置的主控模块(101)、通信模块(102)、数据采集模块(103)以及隔离防护模块(104)，所述主控模块(101)、通信模块(102)与数据采集模块(103)通过通信总线连接，所述通信模块(102)用于与地面端进行数据通信以及进行车辆当前位置的定位，所述数据采集模块(103)用于采集布置在车辆上传感器的信息以及采集车辆开关量信息，所述隔离防护模块(104)与车辆的制动信号输入接口连接，以用于对车辆的制动信号进行防护与隔离，所述主机单元(101)用于接收各模块的信息，通过获取所述数据采集模块(103)采集的数据对车辆的运行状态进行监控，以及通过控制所述隔离防护模块(104)对车辆的调车作业进行防护；交互控制dmi单元(2)，与所述主机单元(1)连接，以用于向所述主机单元(1)发送控制指令以及接收所述主机单元(1)的输出数据并按照预设格式输出。2.根据权利要求1所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，所述主控模块(101)包括：数据接收单元，用于接收所述通信模块(102)、数据采集模块(103)、隔离防护模块(104)的数据；计算单元，用于计算车辆的运行限速曲线；判断单元，用于根据接收到的数据以及所述车辆的运行限速曲线，判断车辆的运行速度是否在运行限速曲线范围内；输出单元，用于根据所述判断单元的判断结果发出控制指令，以及输出数据给所述交互控制dmi单元(2)。3.根据权利要求1所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，所述数据采集模块(103)包括：数字量模块(131)，与车辆开关量接口连接，用于采集车辆开关量信息并按照预设格式进行转换后发送给所述主控模块(101)，以及接收所述主控模块(101)发送的制动输出指令，控制继电器输出开关量控制信号；模拟量模块(132)，与车辆中布置的各传感器连接，用于采集传感器发送的数据并按照预设格式进行转换后发送给所述主控模块(101)。4.根据权利要求1所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，所述通信总线包括备用关系的eth总线及can总线，所述主控模块(101)、通信模块(102)、数据采集模块(103)均设置有can通信接口以及eth接口。5.根据权利要求1所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，还包括与所述通信模块(102)连接的融合定位模块，以用于通过所述通信模块(102)获取地面标签编号信息并根据预先存储的地面标签信息实现机车定位，得到第一定位结果，通过所述通信模块(102)获取地面应答器报文信息并根据预先存储的应答器编号信息系统实现机车定位得到第二定位结果，通过内部集成的卫星定位模块接收定位卫星信号以及车辆经纬度点，并根据预先存储的经纬度信息实现机车定位得到第三定位结果，通过获取地面差分基站发送的差分修正值实现差分定位得到第四定位结果，融合各定位结果得到最终的定位结果输出。6.根据权利要求5所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征
在于，还包括用于与地面服务器通信的无线控制模块(105)、用于实现车地无线通信与卫星定位的无线通信模块(106)以及网络交互的交换机模块(107)，所述无线控制模块(105)、无线通信模块(106)以及交换机模块(107)分别通过通信总线与所述主控模块(101)连接。7.根据权利要求1～6中任意一项所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，所述主机单元(1)中交换机模块(107)上分别设置有eth维护接口、ic卡维护接口、远程无线维护接口中任意一种或两种以上的接口。8.根据权利要求1～6中任意一项所述的融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置，其特征在于，还包括用于提供电源的电源模块(108)以及ups电源模块(109)，所述ups电源模块(109)与蓄电池连接以提供备用电源，当启动所述ups电源模块(109)供电时，控制优先为所述主控模块(101)以及隔离防护模块(104)供电，以优先启动隔离防护控制。9.一种地铁工程车辆，包括车辆本体以及车载系统，其特征在于，所述车载系统中配置有如权利要求1～8中任意一项所述的地铁工程车辆车载装置。10.一种地铁工程车辆监控防护系统，其特征在于，包括：地面系统；如权利要求1～8中任意一项所述的地铁工程车辆车载装置，所述地铁工程车辆车载装置与地面系统通信连接。

技术总结
本发明公开一种融合运行监控与防护功能的地铁工程车辆车载装置及系统，该装置包括：主机单元，包括集成设置的主控模块、通信模块、数据采集模块以及隔离防护模块，通信模块用于与地面端进行数据通信以及进行定位，数据采集模块用于采集传感器的信息以及采集车辆开关量信息，隔离防护模块用于对车辆的制动信号进行防护与隔离，主控模块通过获取采集的数据对车辆的运行状态进行监控，以及通过控制隔离防护模块对车辆的调车作业进行防护；交互控制DMI单元，用于向主机单元发送控制指令以及接收主机单元的输出数据输出。本发明具有结构简单紧凑、成本低、灵活性强且安全可靠，能够充分融合运行监控与调车的安全防护功能等优点。融合运行监控与调车的安全防护功能等优点。融合运行监控与调车的安全防护功能等优点。


技术研发人员：陆春风 李亚军 马茗岗 祝国锦 贾安 吴洪波 范旭 肖立志 蒋春雷
受保护的技术使用者：湖南中车时代通信信号有限公司
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/3/28