何林慶 石景慧 安然 萬玥辰 張許諾 龍章勇

摘要：該文介紹了北斗導航系統(tǒng)在鐵路列車運行定位及監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。該系統(tǒng)由預警中心、LTE-R通信網(wǎng)絡、車載定位與預警終端等構成。系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星信號對列車進行準確定位，并把數(shù)據(jù)通過LTE-R通信網(wǎng)絡傳到預警中心，當各列車間的距離在設定預警條件范圍之內時，預警中心發(fā)出警告，提醒駕駛員和列車調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)展提供一個高精度、高可靠性的列車監(jiān)控系統(tǒng)。

關鍵詞：北斗車載定位;預警中心;LTE-R通信網(wǎng)絡

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）28-0060-02

1概述

一個國家的戰(zhàn)略水平主要靠科技的發(fā)展，科技能推動國家前進，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，注重高新技術的發(fā)展，近年來中國科技水平的發(fā)展，使中國達到了一個新高度。我國正在自主研發(fā)可以獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并把它取名為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它的建設使中國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。本文設計了一種基于北斗/LTE-R的列車輔助安全預警系統(tǒng)，系統(tǒng)能精準地對每一趟列車的位置定位，并計算出行進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，采用中國獨立發(fā)展運行的北斗導航系統(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警終端。接收與轉發(fā)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位傳送來的數(shù)據(jù)是車載定位的主要功能，預警終端主要負責列車之間距離的計算，并將距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A警中心;另一部分是LTE-R通信網(wǎng)絡，主要負責車載定位終端和預警中心的通信，目前鐵路使用最廣泛的是窄帶的GSM-R網(wǎng)絡，但是該網(wǎng)絡已經(jīng)不能滿足高鐵新業(yè)務的需求，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技術有著無可比擬的巨大優(yōu)勢，該系統(tǒng)時延更低，傳輸速率以及安全性更高;最后是預警中心，它由已有帶電子地圖的軟件平臺對列車輔助安全預警系統(tǒng)進行仿真開發(fā)，主要負責計算前后相鄰列車間距，當間距達到了預定的設置數(shù)值時，使預警終端發(fā)出警報提示，使司機能迅速地做出反應，防止列車追尾事故地發(fā)生，以至于危害人們的生命和財產(chǎn)安全事件不再產(chǎn)生。終端共有兩個模塊，其一接收北斗衛(wèi)星信息，然后轉發(fā)該信息;其二接收到轉發(fā)信息以后，再轉發(fā)到LTE-R通信模塊，通過串口模塊連接到計算機，再結合電子地圖準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

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

3.2 LTE-R無線模塊實現(xiàn)的功能

根據(jù)EC20Mini PCle芯片所做的電路構成了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。該芯片內置北斗導航定位模塊，用北斗衛(wèi)星的定位模塊進行定位，然后通過LTE-R網(wǎng)絡通信。

3.3 預警終端實現(xiàn)的功能

預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)絡傳輸給預警中心，當距離達到預警中心設置的條件時發(fā)出紅燈警報。

4 測試結果

4.1 調試LTE-R無線串口模塊

調試無線模塊，需要通過串口模塊連接計算機終端，在計算機上涌調試軟件來完成。

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，保證各個管腳與終端連接無誤并且接觸良好。上電進測試各個模塊的功能，確保功能完好。通過電子地圖精準無誤的定位到模塊所在位置，并在地圖上顯現(xiàn)出來。

5 結論

綜上所述，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對列車行進位置進行實時監(jiān)控，并根據(jù)LTE-R無線傳輸，把信息發(fā)送到預警中心，計算兩車的距離。當兩輛列車距離較近時，還會發(fā)出警報。北斗不僅有無線定位的功能，而且還能夠進行實時通信。目前北斗系統(tǒng)已經(jīng)商用，但應用中還需要進一步完善，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)在鐵路上的應用。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】