基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统及其方法

摘要

一种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统及其方法，设有车头装置、车尾装置及轨旁装置，轨旁装置包括通信基站和网络节点构成的无线传感器网络，将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间，在每个闭塞区间内的中点位置设置通信基站，通信基站的两侧等分设置网络节点。通信基站设有无线通信模块、GSM-R无线设备、电源模块和轨道检测器，网络节点包括无线通信模块、电源模块和轨道检测器。车头装置包括主控制器、无线通信模块、电源模块和制动模块。车尾装置包括无线通信模块和电源模块，电源模块输出连接无线通信模块，车头装置及车尾装置作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中。

主权项

基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞方法，其特征是：基于设有车头装置、车尾装置及轨旁装置的防碰撞系统，其中，轨旁装置包括通信基站和网络节点构成的无线传感器网络，将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间并予以有序编号，在每个闭塞区间内的中点位置设置通信基站，通信基站的两侧等分设置网络节点，通信基站设有无线通信模块、GSM‑R无线设备、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块输出连接GSM‑R无线设备，电源模块输出分别连接无线通信模块、GSM‑R无线设备及轨道检测器，无线通信模块及GSM‑R无线设备分别与各自的天线连接；网络节点包括无线通信模块、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线，电源模块输出分别连接无线通信模块和轨道检测器；每个区间的通信基站及其网络节点应保证能够大于覆盖本闭塞区间，两个相邻闭塞区间之间的区域能够同时被两个相邻区间的网络所覆盖；车头装置包括主控制器、无线通信模块、电源模块和制动模块，主控制器输出分别连接无线通信模块及制动模块，电源模块输出分别连接主控制器、无线通信模块及制动模块，无线通信模块连接天线；车头装置作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中；车尾装置包括无线通信模块和电源模块，电源模块输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线；车尾装置亦作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中；上述防碰撞方法为：闭塞区间内同一时刻、同一轨道只能有一辆列车行驶，由于整个闭塞区间都被区间内无线传感器网络覆盖，列车要想进入闭塞区间内行驶，首先要将车头装置的无线通信模块加入到无线传感器网络中，当列车车头驶入无线传感器网络覆盖范围内时，车头装置的主控制器将控制无线通信模块以网络节点的形式加入到该无线传感器网络中，并立即从该无线传感器网络中获取闭塞区间内列车所行驶轨道的占用信息；如果车头装置的无线通信模块从无线传感器网络中获得该闭塞区间内该条轨道已被占用，则由车头装置的主控制器控制制动模块使列车立即停止行驶，停留在闭塞区间前等待，此时车尾装置仍然占用之前的闭塞区间内列车所行驶的轨道，直到闭塞区间内列车所行驶的轨道恢复到空闲状态时列车才能继续行驶；如果车头装置的无线通信模块从网络中获得该闭塞区间内该条轨道未被占用，则列车将按计划继续行驶，车尾装置同时退出之前占用的闭塞区间内的该条轨道；当列车车头装置加入到无线传感器网络并允许进入闭塞区间时，通信基站便向无线网络中转发该闭塞区间内该条轨道已被该车占用的信息，并利用无线传感器网络对列车进行实时定位，当列车车尾装置退出无线传感器网络时，通信基站便向无线网络中转发该闭塞区间内该条轨道已经空闲的信息；列车在闭塞区间内行驶时，通信基站便向各网络节点发送无线测距命令，各网络节点向列车发送无线测距信号，当列车车头装置接收到某网络节点的无线测距信号便立即响应返回测距信号到该网络节点，再利用飞行时间TOF引擎测量出无线测距信号在网络节点和车头装置之间的飞行时间，从而计算出网络节点与车头装置的距离，然后网络节点再结合自身的坐标位置进行计算得到列车的无线定位结果，利用无线传感器网络将该定位结果转发给基站，基站再利用GSM‑R无线设备将定位结果发送给列车控制中心；当列车车头行驶至轨道检测器处时则利用轨道检测器对列车精确定位，并利用轨道检测器的精确定位结果对无线定位的结果进行校准。