一种列车定位置信区间的安全处理方法、介质及系统与流程

1.本发明主要涉及列车定位技术领域，具体涉及一种列车定位置信区间的安全处理方法、介质及系统。


背景技术：

2.根据etcs标准（subset-026 ertms/etcs system requirements specification）和ctcs标准（tb/t 3530-2018 ctcs-3级列车运行控制系统需求规范），使用etcs/ctcs列控系统的列车是采用应答器结合里程计进行定位，以应答器作为位置参考点，叠加上里程计所测算的行驶距离，就得到了列车的位置，由于里程计的误差累积，列车位置的置信区间会随着行驶距离（与经过的最近一个位置参考应答器的距离）逐渐增加，因此需要在线路上设置多个应答器，每当经过应答器时，就将置信区间重置，从而将列车定位的误差范围控制在可接受的区间内。其中列车定位置信区间是指测速测距系统计算所得定位信息在一定置信水平要求时允许的上下偏差值。
3.根据subset-026和tb/t 3530-2018标准规定，应答器分为两类：链接应答器和非链接应答器，前者的信息存在于地面设备向车载atp设备发送的应答器链接信息包packet5（简写为p5）中，后者的信息则不在其中。根据subset-026 3.6.4节及tb/t 3530-2018的4.4.4节：每当经过链接应答器时，列车定位的置信区间应根据该应答器的安装精度和车载允许误差来重置，并可通过链接信息对距离进行修正。而经过非链接应答器则无此修正功能，如图1所示。
4.图1中，注1：置信区间=[q_locacc;测距误差]的函数；其中q_locacc由前一个链接信息或者默认值提供；注2：当车载设备接收到应答器组1的信息并确定应答器组的位置参照点时，根据应答器组1的安装位置精度和车载设备允许误差来重置置信区间；注3：当车载设备接收到应答器组1的信息时，至eoa（end of authority，行车许可的终点）的标称距离根据（标称距离(1)-d_link (1)）的结果进行修正，从而得到标称距离(2)。标称距离(1)可能是至eoa的距离、或者是前一个修正结果。
[0005]
注4：当车载设备接收到应答器组1的信息时，至下一个链接应答器组的距离确定为：d_link(2)
±
[q_locacc(1)+q_locacc(2)]。
[0006]
现有的符合etcs/ctcs标准的车载atp设备均必须采用上述定位算法，然而此算法并未能覆盖如下安全风险场景，导致在如下场景下，可能导致超速脱轨的风险：当列车启动后没有收到链接信息p5，或者虽然收到，但此时链接信息已经用完了（即已经越过所有链接信息中的链接应答器），此时列车没有可用的链接信息；列车经过了一个非链接应答器a，a中存有临时限速信息包p65，p65指出：以a为参考点，前方与a的距离为d_tsr的位置开始有长度为l_tsr的临时限速区域，限速值为v_tsr（v_tsr为一个速度值，例如40km/h,用于限制列车在临时限速区域内的行驶速度），如图2所
示。车载atp将接收并存储p65，并根据p65所给出的限速信息计算自身速度曲线以控制列车行驶；列车继续向前行驶，位置的置信区间随着误差累积而不断增大，如图2所示，此时列车的最大安全前端位置在smax点，最小安全前端在smin，估计前端位置在pest点，列车的真实位置可能在这个范围内任何一个点处，例如ptrain点；smax点距离临时限速区的起点的距离为d1。注：按照控车速度曲线，当列车最大安全前端进入临时限速区起点时，列车的速度应当下降到v_tsr以下。
[0007]
列车经过链接应答器b，根据标准要求，列车位置的置信区间将被重置（原置信区间用r1表示，新置信区间用r2表示），由于应答器a非链接，因此a与b之间的真实距离车载atp并不知道（仅能通过自身的里程计测速测距来计算，这就代入了所有累积误差），相当于列车此时与临时限速区的距离还是使用a为参考点进行计算（因为不知道a与b的距离，也就不知道b与临时限速区的距离），但是置信区间却又被重置（不再使用从a开始的累积误差导致的置信区间），这就可能导致新置信区间无法覆盖列车的真实位置而超出了范围。如图3所示，这就可能导致列车的车头已经进入临时限速区，然而新的置信区间所确定的最大安全前端还未到达临时限速区，让车载atp误以为列车尚未进入临时限速区，从而导致超速的安全风险。
[0008]
上述总结就是：按照当前标准所规定的算法，在列车没有链接信息时，若经过1个非链接应答器获得了临时限速信息（[p65]信息包），此后又经过了1个链接应答器导致置信区间重置，将会因为列车不知道非链接应答器与链接应答器之间的距离，导致列车的真实的车头位置超出了置信区间的范围，于是在列车已经进入了临时限速区域时（本应将速度降到临时限速以下），车载atp却认为还没有进入而未降速，于是产生安全风险。
[0009]
目前，《高速铁路列车定位技术的研究》和《method for determining position of e.g. suburban train, involves adjusting positions of rail vehicle in region of rail track from overrunning balise to successive balise based on exact position of overrunning balise》，均是在etcs的标准定位方法（基于应答器和里程计的列车定位方法）的基础上辅以卫星定位，该类方法存在的缺点为：1.卫星定位目前还不属于etcs/ctcs的标准所定义的设备，如果要在既有开通的线路和已经上道的列车上使用，升级改造成本巨大；2.若不使用卫星定位辅助设备，在特定场景下，存在无法覆盖的安全风险，可能导致列车超速脱轨等风险。


技术实现要素：

[0010]
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，本发明提供一种提高列车行驶安全且不会增加成本的列车定位置信区间的安全处理方法、介质及系统。
[0011]
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种列车定位置信区间的安全处理方法，包括步骤：1）在列车经过应答器时，读入应答器报文；2）当列车已有存储的链接信息，应答器为链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；
或者当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；或者列车没有存储链接信息且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；3）在进行列车控制时，判断是否存在标识f；若存在标识f，则根据对应记录的上限值和下限值来对当前置信区间进行更新，以确保列车的真实位置不会超出置信区间范围。
[0012]
优选地，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器不是链接信息中最后一个链接应答器，直接重置置信区间。
[0013]
优选地，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器是链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。
[0014]
优选地，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。
[0015]
优选地，在步骤2）中，当列车没有存储链接信息，应答器为链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。
[0016]
优选地，在步骤3）中，若存在标识f，则将当前置信区间上限值加上对应记录的上限值，当前置信区间下限值加上对应记录的下限值，得到更新的置信区间。
[0017]
优选地，在步骤3）之后，判断列车是否已经越过应答器报文中的位置信息对应的位置区域；若已经越过，则删除标识f。
[0018]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0019]
本发明进一步公开了一种列车定位置信区间的安全处理系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0020]
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明针对链接应答器和非链接应答器以及当前车载设备所存储的链接信息的不同，对存在安全风险的情况来设置标识f并记录置信区间的上下限，在计算与标识f相关的位置处理逻辑时，将置信区间按照此前设置标识f时所记录的上下限进行扩充，确保列车的真实位置不会超出置信区间范围，从而保证了列车安全。而且上述方法可以直接应用于既有etcs/ctcs车载列控设备的改造升级，而不需要对车载设备的硬件做变动（如增加卫星定位辅助设备），在提高安全性的同时也不会增加设备成本。
附图说明
[0021]
图1为现有技术中的列车定位的置信区间示意图。
[0022]
图2为现有技术中的列车定位的置信区间误差累计示意图。
[0023]
图3为现有技术中的列车定位的置信区间重置示意图。
[0024]
图4为本发明的方法在实施例的流程图。
具体实施方式
[0025]
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0026]
如图4所示，本发明实施例的列车定位置信区间的安全处理方法，包括步骤：1）在列车经过应答器时，读入应答器报文；2）当列车已有存储的链接信息，应答器为链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文包含位置信息（如临时限速信息包p65），设置标识f（或者称标识f置位），记录此时置信区间的上限值和下限值；或者当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；或者列车没有存储链接信息且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；3）在进行列车控制时，判断是否存在标识f；若存在标识f，则根据对应记录的上限值和下限值来对当前置信区间进行更新，以确保列车的真实位置不会超出置信区间范围。
[0027]
在一具体实施例中，在步骤3）中，若存在标识f，则将当前置信区间上限值加上对应记录的上限值，当前置信区间下限值加上对应记录的下限值，得到扩充后的置信区间。
[0028]
在步骤3）之后，判断列车是否已经越过应答器报文中的位置信息对应的位置区域；若已经越过，则删除标识f。
[0029]
本发明首先增加了一个标识f用于标识安全风险，当列车已有存储的链接信息，应答器为链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文包含位置信息；或者当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文包含位置信息；或者列车没有存储链接信息且应答器报文包含位置信息时，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；此后如果遇到链接应答器并重置了置信区间，但在计算与此前标识f相关的位置处理逻辑时，将新的置信区间按照此前设置标识f时所记录的上下限进行扩充，确保列车的真实位置不会超出置信区间范围，从而保证了安全；直到列车离开标识f相关的位置信息所覆盖的范围，再删除标识f（或称标识f复位），等待下一次类似情况的处理。
[0030]
本发明在没有遇到类似安全风险情况（背景技术所述）时，标识f不起作用，车载atp会按照标准规定的正常处理逻辑进行反应，仅在遇到上述安全风险情况时，设置标识f，实现额外的风险防范手段。
[0031]
本发明针对链接应答器和非链接应答器以及当前车载设备所存储的链接信息的不同，对列车位置的置信区间进行不同的处理，从而避免了原有算法中存在的安全风险，使得整个定位算法更加安全。
[0032]
本发明可以直接应用于既有etcs/ctcs车载列控设备的改造升级，而不需要对车载设备的硬件做变动，在提高安全性的同时并不增加设备成本。
[0033]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明进一步公开了一种列车定位置信区间的安全处理系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明的介质和系统与上述方法相对应，同样具有如上所述方法的优点。
[0034]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明：
预先设置一个标识f；每当列车经过应答器，将通过应答器传输模块（btm）读入应答器报文；列控车载设备将查阅自身是否已经存储了链接信息（链接信息包packet5由轨旁设备应答器或无线闭塞中心发送给列控车载设备）；若已经存储了链接信息，则当前经过的应答器是否链接应答器；若为链接应答器并存在于链接信息中（也不是当前链接应答器中的最后一个应答器），则将置信区间重置；若为链接应答器并且是当前链接信息中的最后一个应答器，则判断此应答器报文中是否包含位置相关报文；若此应答器报文中不包含位置相关报文，则重置置信区间；若此应答器的报文中，包含有与位置相关的应答器报文，则检查当前标识f是否有效；若无效，则设置标识f有效，并记录置信区间的上限ro和下限ru；若标识f有效，则将当前置信区间的上下限ro、ru与此前已经记录的上下限比较，并更新记录较大的上下限，然后记录应答器相关信息，重置置信区间；若不是链接应答器，且应答器报文中包含有与位置相关的报文，则检查当前标识f是否有效，若无效，则设置标识f有效，并记录置信区间的上限ro和下限ru；若f有效，则将当前置信区间的上下限ro、ru与此前已经记录的上下限比较，并更新记录较大的上下限值，然后记录应答器相关信息，不重置置信区间；若没有已经存储的链接信息，则若应答器中不包含与位置相关的应答器报文，则检查当前标识f是否有效，若无效，则设置标识f有效，并记录置信区间的上限ro和下限ru；若标识f有效，则将当前置信区间的上下限ro、ru与此前已经记录的上下限比较，并更新记录较大的上下限，并记录应答器相关信息；接着判断是否为链接应答器；若为链接应答器则将置信区间重置；根据所收到的应答器报文处理了列车的位置和置信区间后，开始处理列车控制逻辑时，需要增加如下处理：若处理的逻辑与列车位置有关时，若当前设置有标识f，且处理的逻辑与标识f所对应的应答器位置相关，则应将当前置信区间上下限分别加上ro以及减去ru后再进行计算；若当前没有设置标识f，或处理的逻辑与标识f对应的应答器位置无关，则按照当前置信区间进行处理；当列车越过与标识f相关的位置区域，则将标识f复位。
[0035]
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“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。
[0036]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，包括步骤：1）在列车经过应答器时，读入应答器报文；2）当列车已有存储的链接信息，应答器为链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；或者当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；或者列车没有存储链接信息且应答器报文包含位置信息，设置标识f，记录此时置信区间的上限值和下限值；3）在进行列车控制时，判断是否存在标识f；若存在标识f，则根据对应记录的上限值和下限值来对当前置信区间进行更新，以确保列车的真实位置不会超出置信区间范围。2.根据权利要求1所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器不是链接信息中最后一个链接应答器，直接重置置信区间。3.根据权利要求1所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器是链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。4.根据权利要求1所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤2）中，当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。5.根据权利要求1所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤2）中，当列车没有存储链接信息，应答器为链接应答器且应答器报文不包含位置信息，直接重置置信区间。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤3）中，若存在标识f，则将当前置信区间上限值加上对应记录的上限值，当前置信区间下限值加上对应记录的下限值，得到更新的置信区间。7.根据权利要求1-5中任意一项所述的列车定位置信区间的安全处理方法，其特征在于，在步骤3）之后，判断列车是否已经越过应答器报文中的位置信息对应的位置区域；若已经越过，则删除标识f。8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述方法的步骤。9.一种列车定位置信区间的安全处理系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种列车定位置信区间的安全处理方法、介质及系统，方法包括步骤：1）在列车经过应答器时，读入应答器报文；2）当列车已有存储的链接信息，应答器为链接信息中最后一个链接应答器且应答器报文包含位置信息；或者当列车已有存储的链接信息，应答器为非链接应答器且应答器报文包含位置信息；或者列车没有存储链接信息且应答器报文包含位置信息时，设置标识F，记录此时置信区间的上限值和下限值；3）在进行列车控制时，判断是否存在标识F；若存在标识F，则根据对应记录的上限值和下限值来对当前置信区间进行更新，以确保列车的真实位置不会超出置信区间范围。本发明能够提高列车行驶安全且不会增加成本。行驶安全且不会增加成本。行驶安全且不会增加成本。


技术研发人员：李启翮 杨阳 屈永正 薛仁溥 温抿雄 沈涛 宋岩 赵昱 郑艺 李胜桂 柯长博 宋沛东 杨凯 李涛
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：2023.04.21
技术公布日：2023/6/6