基于北斗/LTE-R的列車輔助安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何林慶 石景慧 安然 萬玥辰 張?jiān)S諾 龍章勇

摘要：該文介紹了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路列車運(yùn)行定位及監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)由預(yù)警中心、LTE-R通信網(wǎng)絡(luò)、車載定位與預(yù)警終端等構(gòu)成。系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星信號對列車進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并把數(shù)據(jù)通過LTE-R通信網(wǎng)絡(luò)傳到預(yù)警中心，當(dāng)各列車間的距離在設(shè)定預(yù)警條件范圍之內(nèi)時(shí)，預(yù)警中心發(fā)出警告，提醒駕駛員和列車調(diào)度員注意列車行駛安全，防止列車追尾事故地發(fā)生。該系統(tǒng)可以為未來的鐵路發(fā)展提供一個(gè)高精度、高可靠性的列車監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：北斗車載定位;預(yù)警中心;LTE-R通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）28-0060-02

1概述

一個(gè)國家的戰(zhàn)略水平主要靠科技的發(fā)展，科技能推動國家前進(jìn)，國家的高度也取決于科技的高度。中國以來始終是科技大國，注重高新技術(shù)的發(fā)展，近年來中國科技水平的發(fā)展，使中國達(dá)到了一個(gè)新高度。我國正在自主研發(fā)可以獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并把它取名為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它的建設(shè)使中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。本文設(shè)計(jì)了一種基于北斗/LTE-R的列車輔助安全預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)能精準(zhǔn)地對每一趟列車的位置定位，并計(jì)算出行進(jìn)中列車與附近相鄰列車之間的距離，為列車的定位和監(jiān)控提供了一套有效的解決方案，采用中國獨(dú)立發(fā)展運(yùn)行的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，提高了通信的可靠性，有利于國家鐵路行業(yè)的安全發(fā)展。

2 系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)大致分為三部分，第一部分是車載定位與預(yù)警終端。接收與轉(zhuǎn)發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位傳送來的數(shù)據(jù)是車載定位的主要功能，預(yù)警終端主要負(fù)責(zé)列車之間距離的計(jì)算，并將距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)警中心;另一部分是LTE-R通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)車載定位終端和預(yù)警中心的通信，目前鐵路使用最廣泛的是窄帶的GSM-R網(wǎng)絡(luò)，但是該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足高鐵新業(yè)務(wù)的需求，而寬帶的LTE-R系統(tǒng)已經(jīng)成為下一代鐵路無線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向，LTE-R相較于GSN-R技術(shù)有著無可比擬的巨大優(yōu)勢，該系統(tǒng)時(shí)延更低，傳輸速率以及安全性更高;最后是預(yù)警中心，它由已有帶電子地圖的軟件平臺對列車輔助安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行仿真開發(fā)，主要負(fù)責(zé)計(jì)算前后相鄰列車間距，當(dāng)間距達(dá)到了預(yù)定的設(shè)置數(shù)值時(shí)，使預(yù)警終端發(fā)出警報(bào)提示，使司機(jī)能迅速地做出反應(yīng)，防止列車追尾事故地發(fā)生，以至于危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全事件不再產(chǎn)生。終端共有兩個(gè)模塊，其一接收北斗衛(wèi)星信息，然后轉(zhuǎn)發(fā)該信息;其二接收到轉(zhuǎn)發(fā)信息以后，再轉(zhuǎn)發(fā)到LTE-R通信模塊，通過串口模塊連接到計(jì)算機(jī)，再結(jié)合電子地圖準(zhǔn)確地找到列車所在位置。

3系統(tǒng)主要功能

3.1北斗定位模塊功能

列車在運(yùn)行的狀態(tài)下，需要考慮的因素很多，列車的速度，列車會進(jìn)入隧道，山洞等北斗信號較弱的地區(qū)，這就需要一個(gè)信號加強(qiáng)的芯片來提高信號的強(qiáng)度，北斗EC20Mini PCle芯片為保證在缺乏3G和4G網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)也能正常使用，有能向后兼顧現(xiàn)有的EDGE和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的功能。運(yùn)用北斗EC20Mini PCle芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，做成一個(gè)簡單的高精準(zhǔn)、高可靠性、方便快捷的定位模塊連接到運(yùn)行的列車上，同時(shí)注意芯片對環(huán)境的要求，為了確保芯片的高效率運(yùn)行，應(yīng)該放置在適合芯片工作的環(huán)境之下。

3.2 LTE-R無線模塊實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)EC20Mini PCle芯片所做的電路構(gòu)成了LTE-R無線串口模塊。上行速率為50Mbps，下行速率為100Mbps。EC20Mini PCle芯片是一個(gè)收發(fā)數(shù)據(jù)透傳的無線串口模塊，用于2.4G無線接收和發(fā)送。該芯片內(nèi)置北斗導(dǎo)航定位模塊，用北斗衛(wèi)星的定位模塊進(jìn)行定位，然后通過LTE-R網(wǎng)絡(luò)通信。

3.3 預(yù)警終端實(shí)現(xiàn)的功能

預(yù)警終端主要是測量兩輛列車之間的距離，它與LTE-R無線傳輸模塊連接，并把數(shù)據(jù)信息通過LTE-R網(wǎng)絡(luò)傳輸給預(yù)警中心，當(dāng)距離達(dá)到預(yù)警中心設(shè)置的條件時(shí)發(fā)出紅燈警報(bào)。

4 測試結(jié)果

4.1 調(diào)試LTE-R無線串口模塊

調(diào)試無線模塊，需要通過串口模塊連接計(jì)算機(jī)終端，在計(jì)算機(jī)上涌調(diào)試軟件來完成。

4.2 電子地圖定位

首先將該電路板與PC電腦端連接在一起，保證各個(gè)管腳與終端連接無誤并且接觸良好。上電進(jìn)測試各個(gè)模塊的功能，確保功能完好。通過電子地圖精準(zhǔn)無誤的定位到模塊所在位置，并在地圖上顯現(xiàn)出來。

5 結(jié)論

綜上所述，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對列車行進(jìn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)LTE-R無線傳輸，把信息發(fā)送到預(yù)警中心，計(jì)算兩車的距離。當(dāng)兩輛列車距離較近時(shí)，還會發(fā)出警報(bào)。北斗不僅有無線定位的功能，而且還能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前北斗系統(tǒng)已經(jīng)商用，但應(yīng)用中還需要進(jìn)一步完善，所以它主要用于軍事用途。由于LTE-R通信系統(tǒng)未在鐵路中全面推廣，這都影響著本系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】