北斗在火车控制中的应用建议

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 07:53:37
7.23的事故发生之后,我一直在关注,虽然我不是一个业内人士,但是勉强懂点其他知识,想了个办法,大家讨论下,有砖的同学轻拍。
就是在火车上建立北斗信号发射端,将火车的实时信号发给北斗卫星,再有北斗卫星将经纬度实时发给控制中心,由控制中心的服务器解算实时的火车位置。可以包括车头车尾,可以根据铁路的经纬度图形展示火车位置。采样频率建议在0.1秒/次,这样的话,如果火车速度为360km/h,则每0.1秒行驶距离为10米,加上北斗系统的定位误差,实际数据不知道,算为5米,则系统误差为0-20米。对于火车运行安全来说,20米可以忽略。意思就是说,如果系统计算出有两辆火车之间的距离已经达到某个安全临界值(例如4公里),可以直接要求两辆火车做出相应规避动作。
控制中心的计算机,可以采用比较好的计算机(例如小型机),能够实时解算,修正火车的位置和速度。我是做IT的,这块儿比较明白。
安全性,这样的系统,除非是硬件故障(例如卫星失效),一般的安全性是非常高的。
稳定性,系统的稳定性依赖于 北斗系统(这个是国家项目,稳定性肯定很高,况且有备份星),控制中心计算机(可以采用冗余设计),车载北斗终端(可以采用冗余设计)。所以总的来讲,稳定性可以达到非常高的高度(例如5个9)。
效率,效率主要受制于北斗系统的传输效率和通道效率,例如,如果不能达到0.1秒/次得采样频率,则系统的安全冗余将大幅缩小,所以,这个比较关键。但是现在的电气设备,0.1秒/次应该是轻松愉快的事情,请参考CPU的运算速度。对于信号在卫星和地面的传输时间损耗,可以采用一个通用算法加以精细化(简单的办法就是减去一个固定的时间值)。全国同一时刻运行的火车我想应该不足10000辆吧,假设每次需要传输256字节的数据(根据我编程的经验,256字节足够表明是哪个火车,第几次信号,在哪个位置等等),则通道带宽应该在50兆字节/秒左右(注意,这是全国所有的火车一起用,可以分配不同的卫星用于中继)。如果这样依然不能满足铁道部的需要,铁道部完全可以自己发射卫星用于中继嘛,发射10个也用不了100亿吧,对于铁道部来说,也不算大数字吧。
当然,这个系统也是可能故障的,但是,至少不会出现雷劈的故障,而且就系统级别的冗余来说,可以和CTC,LKJ共用嘛。
小弟是做IT的,有其他未想到的,欢迎各位大大(轻)拍。7.23的事故发生之后,我一直在关注,虽然我不是一个业内人士,但是勉强懂点其他知识,想了个办法,大家讨论下,有砖的同学轻拍。
就是在火车上建立北斗信号发射端,将火车的实时信号发给北斗卫星,再有北斗卫星将经纬度实时发给控制中心,由控制中心的服务器解算实时的火车位置。可以包括车头车尾,可以根据铁路的经纬度图形展示火车位置。采样频率建议在0.1秒/次,这样的话,如果火车速度为360km/h,则每0.1秒行驶距离为10米,加上北斗系统的定位误差,实际数据不知道,算为5米,则系统误差为0-20米。对于火车运行安全来说,20米可以忽略。意思就是说,如果系统计算出有两辆火车之间的距离已经达到某个安全临界值(例如4公里),可以直接要求两辆火车做出相应规避动作。
控制中心的计算机,可以采用比较好的计算机(例如小型机),能够实时解算,修正火车的位置和速度。我是做IT的,这块儿比较明白。
安全性,这样的系统,除非是硬件故障(例如卫星失效),一般的安全性是非常高的。
稳定性,系统的稳定性依赖于 北斗系统(这个是国家项目,稳定性肯定很高,况且有备份星),控制中心计算机(可以采用冗余设计),车载北斗终端(可以采用冗余设计)。所以总的来讲,稳定性可以达到非常高的高度(例如5个9)。
效率,效率主要受制于北斗系统的传输效率和通道效率,例如,如果不能达到0.1秒/次得采样频率,则系统的安全冗余将大幅缩小,所以,这个比较关键。但是现在的电气设备,0.1秒/次应该是轻松愉快的事情,请参考CPU的运算速度。对于信号在卫星和地面的传输时间损耗,可以采用一个通用算法加以精细化(简单的办法就是减去一个固定的时间值)。全国同一时刻运行的火车我想应该不足10000辆吧,假设每次需要传输256字节的数据(根据我编程的经验,256字节足够表明是哪个火车,第几次信号,在哪个位置等等),则通道带宽应该在50兆字节/秒左右(注意,这是全国所有的火车一起用,可以分配不同的卫星用于中继)。如果这样依然不能满足铁道部的需要,铁道部完全可以自己发射卫星用于中继嘛,发射10个也用不了100亿吧,对于铁道部来说,也不算大数字吧。
当然,这个系统也是可能故障的,但是,至少不会出现雷劈的故障,而且就系统级别的冗余来说,可以和CTC,LKJ共用嘛。
小弟是做IT的,有其他未想到的,欢迎各位大大(轻)拍。
楼主思路不错

起码可以做个冗余备份措施

但是要考虑到300KM高速的情况下   北斗是否支持
还有隧道  山谷什么的情况
300KM要是都支持不了,要它何用。。。飞机导弹不是全抓瞎。。。。
之前看到过一个类似的帖子
不知道北斗的定位精度,两辆相向行驶的车,能分辨得出是汇车还是相撞么?
bobo 发表于 2011-8-19 11:57
300KM要是都支持不了,要它何用。。。飞机导弹不是全抓瞎。。。。
被动式的应该没有问题   美国的很多武器已经配备

但是主动式的行不行   还不知道  
twtiansa 发表于 2011-8-19 15:44
之前看到过一个类似的帖子
不知道北斗的定位精度,两辆相向行驶的车,能分辨得出是汇车还是相撞么?
这个应该不是大问题
因为这个主要是防止追尾
只判断同向的列车位置就行了   
最大侠 发表于 2011-8-19 11:42
楼主思路不错

起码可以做个冗余备份措施
考虑到有可能速度太快不支持接收,所以我只说在火车上装发射端,应该没问题。接收端在固定的地方就好了
bobo 发表于 2011-8-19 11:57
300KM要是都支持不了,要它何用。。。飞机导弹不是全抓瞎。。。。
你说的也有道理,不过这个我真不知道,所以只好等高人来解答了。
最大侠 发表于 2011-8-19 11:42
楼主思路不错

起码可以做个冗余备份措施
隧道的情况确实不太好处理,我只有一个不是很好的解决方案,就是在隧道里埋感应线。希望由好办法的兄弟提供。
0.1秒/次得采样频率
=============================

这个频次是否过高
电器设备是没有问题   但是北斗卫星这么高频次的接受信号不知道能不能顶得住
twtiansa 发表于 2011-8-19 15:44
之前看到过一个类似的帖子
不知道北斗的定位精度,两辆相向行驶的车,能分辨得出是汇车还是相撞么?
每秒采集10次位置数据,根据历史数据还可以计算出火车的速度,方向。你说的应该不成问题。
最大侠 发表于 2011-8-19 17:35
这个应该不是大问题
因为这个主要是防止追尾
只判断同向的列车位置就行了
我想象中,这个系统要做到实施监控火车位置,不仅仅是防止追尾
silverbeetle 发表于 2011-8-19 18:24
我想象中,这个系统要做到实施监控火车位置,不仅仅是防止追尾
不矛盾啊

由于精度的原因  
对相向的两列列车不做追尾判断就行了
火车位置还是有的啊  
嗯,不矛盾
silverbeetle 发表于 2011-8-19 18:21
隧道的情况确实不太好处理,我只有一个不是很好的解决方案,就是在隧道里埋感应线。希望由好办法的兄弟提 ...
这个方法很好

在隧道中设置接收器   通过电缆传到隧道外的发射装置发射到北斗卫星上

当然调度那里接受到这个隧道外发射装置传来的信号要进行特别处理
计算出火车在隧道中得位置
飞机上有一个与楼主想法类似的系统叫做ACARS(飞机通信寻址与报告系统),这是一个低速数据链系统,可以在飞机和地面之间建立数据连接,传输任何数字化的信息,但是它的上行下行手段除了卫星网络之外,还有地面无线电网络可以使用,比起楼主的想法要更加多样化一点,所以我觉得楼主的想法是完全可行的
geneweapon 发表于 2011-8-19 21:57
飞机上有一个与楼主想法类似的系统叫做ACARS(飞机通信寻址与报告系统),这是一个低速数据链系统,可以在飞机 ...
是的,我本来想建立的就是一个数据链(但是是单向的),但是,由于卫星的通讯能力比较弱,且其资源少,成本高。所以只把它用于接收简单信号,中继。由后面的控制中心进行运算,然后通过其他的数据链(铁路系统现有的),将控制指令发到火车驾驶控制台上。所以,这是一个闭环数据链,中间的通讯基本都是单向的。如果能有更多的卫星通信资源,并解决隧道通讯问题,则可以做成标准数据链系统(可以是双向的)。 同时,由于地面无线网络的可靠性不如卫星高,并且,异构系统的兼容问题、技术难度、成本都需要考虑,故本系统不考虑采用地面无线网络。但如果铁道部对安全的需求非常高的话,可以考虑与地面无线网络系统做成系统间的安全冗余。
高铁沿线已经有GSM-R
信号比卫星信号稳定
要北斗星参与也只能做个备份
tomwang163 发表于 2011-8-20 12:54
高铁沿线已经有GSM-R
信号比卫星信号稳定
要北斗星参与也只能做个备份
GSM信号是不能用于精确定位的。要北斗参与,一个是希望使用稳定的系统,GSM信号是地面接收站,是受限制的,并且属于移动运营商,要商用控制,不太可能。二个是用于精确定位,北斗的用途就是商用和军用定位。我们只需要在他的商用定位服务上做个简单的二次开发,就可以开发出这个系统。
最大侠 发表于 2011-8-19 17:35
这个应该不是大问题
因为这个主要是防止追尾
只判断同向的列车位置就行了
显然要做定位的话,不能只考虑追尾而不考虑相撞的问题
毕竟,一切皆有可能..
silverbeetle 发表于 2011-8-19 18:23
每秒采集10次位置数据,根据历史数据还可以计算出火车的速度,方向。你说的应该不成问题。
双线铁路上,这个也只能定位&确定轨迹而已,一样测不出是汇车还是相撞,因为有道岔的存在..
silverbeetle 发表于 2011-8-19 18:23
每秒采集10次位置数据,根据历史数据还可以计算出火车的速度,方向。你说的应该不成问题。
双线铁路上,这个也只能定位&确定轨迹而已,一样测不出是汇车还是相撞,因为有道岔的存在..
建议了解北斗一的工作模式
北斗一是主动定位,客户端发送定位请求,主控站解算然后下发定位信息。
延时比较大,而且每秒请求数有限制。

最最重要的是,卫星信号受天气影响很大,特别是雨。。。。。。。。。。。。。
还有日凌
至于300KM,不好意思,不行。

你可以算一下一个请求的大概时间然后就可以算出300KM/小时的精度了。

以下是放狗叼回来的参数
短报文通信:一次可传送多达120个汉字的讯息。

精密授时:精度达10纳秒。

定位精度:水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率:2491.75MHz。

系统容量:每小时540000户。
我对北斗不是太了解,所以,这只是个建议。