一种基于5G无线编组的列车、列车无线编组方法以及列车无线解编方法与流程

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于5g无线编组的列车、列车无线编组方法以及列车无线解编方法。

背景技术：

随着城市人口的激增，目前单一的铁路运营方式已经无法满足人们快速频繁的出行要求，按目前的发车安排，上下班或春运高峰列车数量不足，平时客流量不足又浪费车次，怎样实现绿色节能、可持续发展并降低交通拥堵带来的压力，既满足人们出行以及多样化的信息数据需求又降低能耗成为整个轨道交通行业面临的一个课题。现有的列车运行方式如下：

cbtc(communicationbasedtraincontrolsystem)列车自动控制系统，采用信号系统控车，需要设置列车最小运行间隔，成为移动闭塞，轨道列车承载量固定，且无法灵活切换编组模式，列车间隔大。

ctcs4级列车运行控制系统地面取消轨道电路，由无线闭塞中心和列控车载设备共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。

但现有的列车运行方式仍然存在以下弊端：

1.现有技术都是以车地通信为主，以地面控制列车运行，即列车将信息发给地面，地面在进行处理发送命令，导致延时较高。

2.列车存在移动闭塞，即列车与列车之间要有一定的间隔，这就导致了铁路承载量降低。

3.无法实现列车脱离车钩的灵活编组，即列车只能在停车场进行编组，然后按照地面需求进行运行，而不能在运行过程中与相邻车建立通信形成编组，不够灵活，运行也不够绿色环保。

4.地面设备很多，成本上要考虑设备成本、维护成本等问题。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于5g无线编组的列车、列车无线编组方法以及列车无线解编方法。本发明主要利用先进的5g通信技术，实现列车与列车之间的直接通信，基于无线通信的列车灵活编组技术可以实现列车在运行时，根据客流状况进行灵活编组和解编，增加轨道车辆最大承载量并根据轨道交通的客流波动，有变化地开行不同编组列车，在高峰期采用大编组，平峰期采用小编组，实现列车的自主驾驶。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于5g无线编组的列车，包括：一个系统组成的多个列车单元；所述一个系统包括车载5g无线重联控制系统，所述列车单元包括编组控制单元、无线通信单元、定位单元、间隔检测单元和列车控制与管理单元；

所述车载5g无线重联控制系统，用于发送编组重联信号和控制信号，所述控制信号由编组控制单元计算生成。

所述编组控制单元还连接定位单元、间隔检测单元以及列车控制与管理；

所述定位单元，用于获取列车的定位信息；

所述间隔检测单元，用于获取列车之间的间隔距离；

所述列车控制与管理单元，用于根据所述控制信号控制列车单元的速度；

进一步地，所述车载5g无线重联控制系统用于：

根据所述编组重联信号，通过编组运行单元进行列车编组。

根据所述控制信号，通过列车控制与管理单元进行列车编组运行控制进一步地，所述车载5g无线重联控制系统还连接票务中心，用于：

根据票务中心提供的售票信息计算出始发站发车配置、中途编组变化配置。

进一步地，所述列车基于编组控制算法实现各列车单元之间的间距控制。

进一步地，所述列车单元还设置有特定拨码开关的车载无线通信单元，所述车载无线通信单元用于转发列车信息给所述车载5g无线重联控制系统。

本发明还提供了一种基于5g无线编组的列车无线编组方法，包括如下步骤：

s1、建立列车间通信条件：相同速度等级的列车在同一线路，前车速度小于后车，控制中心判定列车与列车间距达到通信临界距离时给出信号使前、后车进行通信；

s2、建立编组条件：两列车可以编组运行≥30min后；连续10个通信周期报文不丢包；达到临界通信距离；

s3、计算协同编组运行最小距离，计算公式如下：

smin＝tsum×vback+δs+d

tsum＝tc+tp+tb

其中，smin表示协同编组运行的最小距离，tsum表示延时时间，vback表示后车运行速度，δs表示两车紧急制动距离差，d表示安全余量，tc表示通信中断时间，tp表示算法执行时间，tb表示制动命令发出到制动施加时间；

s4、根据两车不同工况调整目标间隔，使得两列车达到稳定的目标间隔。

进一步地，所述临界通信距离为保证两列车紧急状态下不会出现碰撞事故的距离。

本发明还提供了一种基于5g无线编组的列车无线解编方法，包括：

当前车判断出编组列车将在不久之后运行在不同的线路上时，前车根据当前运行速度与解编后两车的运行距离差，对后车进行运行控制，使得两车之间的距离逐渐增大；

前车下发解编命令给后车，后车收到解编命令后返回响应帧；

前车收到响应帧后，设置拓扑帧中初运行状态为禁止初运行；

当后车收到禁止初运行的拓扑帧后启动自动驾驶模式，完成解编。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的基于5g的列车、列车无线编组方法以及列车无线编组方法，列车控制以车车通信为主，地面通信为辅助，延时降低。

2、本发明提供的基于5g的列车、列车无线编组方法以及列车无线编组方法，采用先进的灵活编组控制算法使得两列车实现重联(即两列车变为一列车)，降低车车距离，取消移动闭塞；

3、本发明提供的基于5g的列车、列车无线编组方法以及列车无线编组方法，能够实现列车在运行过程中即可编组，使得列车更加灵活，从空气动力学角度上讲更加节能环保；同时，取消地面的一系列控车设备，解决制造成本和维护成本。

4、本发明提供的基于5g的列车、列车无线编组方法以及列车无线编组方法，能够实现列车出行动态分配，根据出行人员和时间进行合理划分，计算列车间距，实现列车与列车动态重联，脱离车钩，实现列车自主驾驶，降低移动闭塞，提高运载量。提出新的运营模式，实现列车的智能化提升。

基于上述理由本发明可在轨道交通车辆等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明无线编组控制系统连接关系示意图。

图3为本发明建立编组通信示意图。

图4为本发明各功能单元的输入输出示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供一种基于5g无线编组的列车，其特征在于，包括：一个系统组成的多个列车单元；所述一个系统包括车载5g无线重联控制系统，所述列车单元包括编组控制单元、无线通信单元、定位单元、间隔检测单元和列车控制与管理单元；

所述车载5g列车无线重联控制系统，用于获取控制信号，所述控制信号为车载5g列车无线重联控制系统根据无线编组控制系统发送的编组重联信号生成的；

如图2所示，所述编组控制单元还与无线通信单元、定位单元、间隔检测单元以及列车控制与管理单元连接；

所述定位单元，用于获取列车的定位信息；

所述间隔检测单元，用于获取列车之间的间隔距离；

所述列车控制与管理单元，用于根据所述控制信号控制列车单元的速度。

优选地，所述车载5g无线重联控制系统用于：根据所述编组信号与控制信号，通过列车控制与管理单元进行列车编组与运行控制。

优选地，所述车载5g无线重联控制系统还连接票务中心，用于：根据票务中心提供的售票信息计算出始发站发车配置、中途编组变化配置。根据该配置进行调车安排。调车安排的信息发送给无线编组控制系统，无线编组控制系统接收地面控制中心发送的调车安排信息。与区域内所有列车进行数据交互，时刻监控列车运行状态以及道岔信息。具有下发列车信息、调度库内列车、给列车下发电子地图及运行时刻表等功能。

优选地，所述列车基于编组控制算法实现各列车单元之间的间距控制。

在本发明又一优选的实施例中，列车与地面通信，每个基站的通信距离越远、需要的基站越少越好，要求时延＜500ms，越小越好，列车与列车之间通信带宽≥500kb。5g技术相比于lte-r延时小，传输速度快，也是未来车地无线、车车无线的主流技术，采用5gd2d技术实现短距离列车与列车通信，可以实现数据无延时的传输，是间隔计算以及列车协同控制的基础。

优选地，所述列车单元还设置有特定拨码开关的车载无线通信单元，所述车载无线通信单元用于转发列车信息给所述车载5g无线重联控制系统。并同时为与其他列车进行重联建立了桥梁。基于此：

本发明还提供了一种基于5g通信的列车无线编组方法，包括如下步骤：

s1、建立列车间通信条件：相同速度等级的列车在同一线路，前车速度小于后车，控制中心判定列车与列车间距达到通信临界距离时给出信号使前、后车进行通信；

s2、建立编组条件：两列车可以编组运行≥30min后(车与前车的运行轨迹、运行状态在30min内一致)；连续10个通信周期报文不丢包；达到临界通信距离；如图3所示，为建立编组通信示意图。协同运行是在多列车之间无线编组的基础上，实现编组内列车作为一个整体，统一由头车控制的编组运行过程。列车协同控制技术主要功能是控制列车在无线编组行进过程中保持安全行车距离，各功能单元的输入输出如图4所示。

s3、协同编组运行的最小距离为两列车编组协同运行时，列车间距所能达到的最小值；计算协同编组运行最小距离，计算公式如下：

smin＝tsum×vback+δs+d

tsum＝tc+tp+tb

其中，smin表示协同编组运行的最小距离，tsum表示延时时间，vback表示后车运行速度，δs表示两车紧急制动距离差，d表示安全余量，tc表示通信中断时间，tp表示算法执行时间，tb表示制动命令发出到制动施加时间；

在列车协同控制过程中，首先是后车追前车的运行，编组协同控制根据两车不同工况调整目标间隔。本模式为后车追前车，最终达到稳定的目标间隔的行车过程。通过控制列车在运行过程中的某一个间隔采用某一种运行速度，达到间隔控制的目标。编组协同控制根据两车不同工况调整目标间隔。列车变速过程中以最大加速度aup和最大减速度adown运行，同时加速度的变化率(加加速度)不应影响到乘客的舒适性。前车以速度v1匀速运行，后车以速度v2匀速运行，且v2＞v1。表1为不同工况下的后车追前车过程。

表1后车追前车过程

s4、根据两车不同工况调整目标间隔，使得两列车达到稳定的目标间隔。

定义s0为两车平稳运行时两车最小目标间隔距离，s1为前后两车目标间隔距离，dz为列车抖动距离，两列车达到稳定的目标间隔后的行车过程如下：

前车加速

前后两车均由速度v1开始加速，达到速度v2后稳定运行。

间隔距离为s0时，前车首先施加牵引力，后车根据间隔控制，逐渐施加牵引力。

间隔距离为s1时，当s0＜s1时，前后车同时施加牵引力或制动力。

前车匀速

根据列车载重，前后车同时施加牵引力或制动力。此时采用距离蠕动调节模式，调节小段间隔距离。

车间隔由s0变为s0+dz时，后车先减速后加速，最后与前车稳定运行在速度v1。

车间隔由s0，变为s0-dz时，后车先加速后减速，最后与前车稳定运行在速度v1。

前车减速

前后车由稳定运行速度v1开始减速，达到速度v2后稳定运行。

间隔距离为s0时，前车首先施加制动力，后车根据间隔控制，逐渐施加制动力。

间隔距离为s1时，前车首先施加制动力，后车先保持速度v1，逐渐减小间隔；运行到减速距离后，后车施加制动力开始减速，逐渐达到目标间隔距离。

本发明还提供了一种基于5g通信的列车无线解编方法，包括如下步骤：

当前车判断出编组列车将在不久之后运行在不同的线路上时，前车根据当前运行速度与解编后两车的运行距离差，对后车进行运行控制，使得两车之间的距离逐渐增大；

前车下发解编命令给后车，后车收到解编命令后返回响应帧；

前车收到响应帧后，设置拓扑帧中初运行状态为禁止初运行；

当后车收到禁止初运行的拓扑帧后启动自动驾驶模式，完成解编。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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