論列車調(diào)度通信系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目：論列車調(diào)度通信系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　鐵路是一個國家國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的大動脈。通過信息技術(shù)增強(qiáng)鐵路行業(yè)的競爭實(shí)力，是使其扭虧為盈、迎接新世界挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)和前提。鐵路是一個龐大的企業(yè)，包含了運(yùn)、

2、機(jī)、工、電、車輛等專業(yè)部門，各部門之間圍繞鐵路運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)作，為保證部門之間信息暢通，指揮列車運(yùn)行和編解列車，因此鐵路需要一套完整的專用通信。</p><p>　　列車開行時，為了避免撞車，需要實(shí)現(xiàn)行車順序的控制.現(xiàn)在的信號系統(tǒng)是采用區(qū)間信號實(shí)現(xiàn)這一目的。隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得行車控制可以考慮新方法，利用衛(wèi)星進(jìn)行定位，通過無線通信方式進(jìn)行列車與基站之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。</p><p&

3、gt;　　本文根據(jù)GPS定位技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了行車定位系統(tǒng)，結(jié)合GSM-R與地面以及列車之間傳輸列車位置動態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出一種新的行車順序控制方法，以較低的成本達(dá)到安全保障、提高行車效率、改善經(jīng)營管理，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖列控一體化。全線區(qū)間不設(shè)傳統(tǒng)的軌道電路，做到系統(tǒng)簡單、現(xiàn)場設(shè)備少，維護(hù)工作量小，具有集中監(jiān)測和智能化特點(diǎn)。通過本論文的研究，為在鐵路系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)列車的精確定位做出了具有積極意識的探索。</p><p>　　關(guān)鍵

4、字: GPS GSM-R 列車調(diào)度通信 列車自動控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1

5、.3 本論文研究的內(nèi)容及意義3</p><p>　　第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹3</p><p>　　2.1 GPS定位技術(shù)3</p><p>　　2.2 我國GPS北斗定位在鐵路應(yīng)用的主要領(lǐng)域4</p><p>　　2.3 GSM-R 技術(shù)6</p><p>　　2.3.1 GSM-R的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6</p

6、><p>　　2.3.2 GSM-R主要功能7</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的定位方案和數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)8</p><p>　　3.2 本系統(tǒng)的定位方案9</p><p>　　3.2.1 GPS在區(qū)間的定位9</p><p>　　3.2.2

7、GPS在站內(nèi)的定位15</p><p>　　3.3 本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方案16</p><p>　　3.3.1 車載計(jì)算機(jī)儲存文件17</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的優(yōu)化及安全措施18</p><p>　　4.1 GPS定位的主要誤差及消除辦法18</p><p>　　4.2 保證數(shù)據(jù)通信可靠的措施20

8、</p><p><b>　　總結(jié)21</b></p><p><b>　　謝辭22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b&g

9、t;　　1.1 研究背景</b></p><p>　　鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的大動脈，通過信息技術(shù)增強(qiáng)鐵路行業(yè)的競爭實(shí)力，是使其扭虧為盈、迎接新世界挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)和前提。</p><p>　　鐵路是一個龐大的企業(yè)，包含了運(yùn)、機(jī)、工、電、車輛等專業(yè)部門，各部門之間圍繞鐵路運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)作，為保證部門之間信息暢通，指揮列車運(yùn)行和編解列車，因此鐵路需要一套完整的專用通信。</p>

10、<p>　　列車開行時，為了避免撞車，需要實(shí)現(xiàn)行車順序的控制，現(xiàn)在的信號系統(tǒng)是采用區(qū)間信號實(shí)現(xiàn)這一目的。隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得行車控制可以考慮新方法，利用衛(wèi)星進(jìn)行定位，通過無線通信方式進(jìn)行相鄰列車之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）為列車監(jiān)控系統(tǒng)提供列車的位置信息。他是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的授時與測距導(dǎo)航無線電導(dǎo)航

11、定位系統(tǒng)，能為列車等諸多移動站提供精確的三維坐標(biāo)、速度和時間。是一種最直接、最經(jīng)濟(jì)、最可靠和最成熟的技術(shù)。伴隨著列車的一次次提速，我國鐵路整體裝備水平正在逐步提高。鐵路對系統(tǒng)的安全性要求更高，高速行駛中的列車各項(xiàng)信息要及時準(zhǔn)確的傳達(dá)，鐵路的安全生產(chǎn)、指揮調(diào)度與鐵路通信的服務(wù)越來越密不可分。采用GPS就可以很好的解決這個問題。講GPS技術(shù)運(yùn)用于鐵路，列車調(diào)度系統(tǒng)便可高度掌握列車的運(yùn)行位置，便于跟蹤監(jiān)測。根據(jù)機(jī)車行車路線的具體路況，將相應(yīng)的

12、調(diào)度命令，對司機(jī)進(jìn)行路況語音提示。這樣將大大提高機(jī)車的安全性，并緩解司乘人員作業(yè)緊張程度；將機(jī)車的位置信息及時發(fā)送給鐵路養(yǎng)護(hù)維修人員，從而有力地保證人身安全；同時旅客也可以知道自己所乘坐列車的確切位置和前方車站的有關(guān)信息。</p><p>　　GSM- R 是鐵路專用數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn), 它已得到歐洲議會的通過, 并已有超過30 個成員國參加。GSM- R 的優(yōu)點(diǎn)是它具有ISDN 特性, 可支持眾多應(yīng)用, 包括多媒

13、體業(yè)務(wù)和調(diào)度作業(yè)。另外, 它在歐盟各國鐵路間具有互操作性和開發(fā)性,能有效利用資源( 包括頻點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)資源) , 便于推廣應(yīng)用和維護(hù)、降低成本等優(yōu)勢。</p><p>　　GSM-R是從GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來的，作為中國鐵路新型的通信產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于中國鐵路通信系統(tǒng)中，比較典型的就是中國自主開發(fā)的青藏線鐵路通信的應(yīng)用，為中國鐵路通信信號技術(shù)的發(fā)展提供了一個成功的范例。</p><p>　　

14、采用GSM-R無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信號安全信息車地雙向傳輸;采用GPS和EOT設(shè)備,不設(shè)軌道占用檢查設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了列車占用檢查和完整性檢查;采用GPS差分定位技術(shù)提高了列車的定位精度,滿足了高速行車和虛擬閉塞系統(tǒng)控制的安全需求;取消地面信號機(jī)和區(qū)間軌道電路,實(shí)現(xiàn)了車站聯(lián)鎖和區(qū)間自動閉塞;全新的運(yùn)輸組織模式和維護(hù)管理方式,實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)、少維修的既定目標(biāo).</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p>

15、<p>　　盡管有關(guān)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的概念是最近幾年才提出的，但發(fā)達(dá)國家有關(guān)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的研究已有40余年的歷史了，并且在綜合運(yùn)營管理、列車運(yùn)行自動控制、電子付費(fèi)、緊急救援、安全監(jiān)控等發(fā)面取得了很多成就。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，定位技術(shù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，目前可用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的Glonass系統(tǒng)、我國自主研制的“北斗一號”導(dǎo)航系統(tǒng)，另外歐洲的伽利略（Galileo）衛(wèi)星定位系統(tǒng)。目前針對

16、鐵路列車定位，隔火采用的方式有所不用，法國ASTREE系統(tǒng)采用多普勒雷達(dá)進(jìn)行定位；北美ARES、PTC、PTS系統(tǒng)采用GPS進(jìn)行定位；歐洲ETCS、日本CARAT系統(tǒng)采用查詢應(yīng)答器和里程計(jì)進(jìn)行定位；德國LZBX系統(tǒng)采用軌間電纜進(jìn)行定位。</p><p>　　我國青藏線無線通信采用GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)，可為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)提供綜合數(shù)字移動通信平臺。GSM-R是目前歐洲鐵路廣泛使用的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，中國鐵路從20

17、03年開始引進(jìn)GSM-R系統(tǒng)，并把GSM-R作為今后客運(yùn)專線和京滬高速鐵路無線通信解決方案。青藏線是國內(nèi)最先使用GSM-R系統(tǒng)的鐵路，2004年完成了西寧GSM-R無線交換中心和格爾木至不凍泉試驗(yàn)段GSM-R工程，并于當(dāng)年通過鐵道部試驗(yàn)和測試。2006年青藏線全線GSM-R工程施工和Qos調(diào)試完成。</p><p>　　青藏線GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)在西寧和拉薩設(shè)無線交換中心,西寧、格爾木和拉薩設(shè)網(wǎng)管中心，西寧

18、設(shè)1套GSM-R基站（站型S222）格爾木至拉薩沿線和車站新設(shè)GSM-R基站193處（站型O2+O1），構(gòu)成雙交換中心同站址冗余雙網(wǎng)覆蓋方案。弱場強(qiáng)區(qū)采用增加光纖直放站和漏泄電纜以及射頻直放站解決。</p><p>　　青藏線GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)列車控制系統(tǒng)（ITCS）數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)度通信、區(qū)間公務(wù)通信（工務(wù)、電務(wù)、供電、水電、機(jī)務(wù)、公安等專用通信業(yè)務(wù)）、調(diào)度命令和車次號傳輸以及其它鐵路信息化（旅客列

19、車服務(wù)信息、機(jī)車工況等鐵路信息化等）的應(yīng)用。青藏線GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)的功能達(dá)到國際先進(jìn)技術(shù)水平。除了青藏鐵路以外，我國的大秦鐵路、膠濟(jì)鐵路以及合寧客運(yùn)專線等也都相繼采用了GSM-R系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 本論文研究的內(nèi)容及意義</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)了用GPS的方案對列車進(jìn)行定位，并結(jié)合GSM-R在鐵路上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基站于列車進(jìn)行雙向通信，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)

20、鎖列控一體化，全線區(qū)間不設(shè)傳統(tǒng)的軌道電路，做到系統(tǒng)簡單、現(xiàn)場設(shè)備少，維護(hù)工作量小，具有集中監(jiān)測和智能化特點(diǎn)。</p><p>　　目前，我國鐵路正向高速發(fā)展。列車的高速行駛對監(jiān)控系統(tǒng)中列車的定位信息和列車于監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信提出了更高的要求。相信隨著GSM-R技術(shù)的完善和深入應(yīng)用，基于GPS技術(shù)以及GSM-R通信技術(shù)的列車行車順序控制系統(tǒng)在建立我國智能鐵路系統(tǒng)發(fā)面會有更加廣泛的應(yīng)用前景。</p>&

21、lt;p>　　第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹</p><p>　　2.1 GPS定位技術(shù)</p><p>　　全球定位系統(tǒng)(Global Position System)GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的授時與測距導(dǎo)航無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能為車輛、輪船等諸多移動站提供精確的三維坐標(biāo)、速度和時間。全球定位系統(tǒng)就是利用人造衛(wèi)星來確定一個物體處在地球上的具體位置。根據(jù)幾何學(xué)理論，只要精確地測量該物體到三個人造

22、衛(wèi)星間的距離，然后分別以這三顆衛(wèi)星為球心來做三個球面(球的半徑為目標(biāo)到衛(wèi)星的距離)，球面的交點(diǎn)即為該物體的位置。這就是GPS最基本的原理。</p><p>　　GPS系統(tǒng)主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成?？臻g星座部分。GPS衛(wèi)星共24顆，由2l顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，衛(wèi)星分布在互成60度的6個軌道平面上，軌道傾角為55度，每個軌道面上布設(shè)4顆衛(wèi)星，軌道高度約202000km。衛(wèi)星運(yùn)行周期為

23、12小時，GPS每天24小時供世界范圍的覆蓋。每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號，GPS用戶正是利用這些信號來進(jìn)行工作的。GPS衛(wèi)星空問星座的分布保障了在地球上任何地點(diǎn)、任何時刻至少有4顆衛(wèi)星可供同時觀測，而且衛(wèi)星信號的傳播和接收不受天氣影響，因此，GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實(shí)施定位系統(tǒng)?？臻g星座部分可以提供星歷和時間信息、發(fā)射偽距和載波信號并提供其它輔助信息。GPS衛(wèi)星的地面監(jiān)控部分是由分布在全球的5個地面站組成，其中包

24、括衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站和信息注入站三大部分，完成中心控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)時間同步以及跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌等功能。根據(jù)GPS用戶的不同要求，所需的接收設(shè)備各異，其主要任務(wù)是接收并觀測衛(wèi)信號、記錄和處理數(shù)據(jù)、提供導(dǎo)航定位信息等。主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處軟件，以及微處理機(jī)和終端設(shè)備組成。根據(jù)GPS用戶的要求不同，G</p><p>　　利用GPS可以進(jìn)行海、陸、空、地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈制導(dǎo)，大地測量和精密工程測量，時間傳遞和速度測

25、量等。在測繪領(lǐng)域，GPS定位技術(shù)已用于建立高精度的大地測量控制網(wǎng)，測定地球動態(tài)參數(shù)；建立陸地及海洋大地測量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度海陸聯(lián)測及海洋測繪；檢測地球板塊運(yùn)動狀態(tài)和地殼形變；在工程測量方面，已成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段；在精密工程的變形檢測方面，它也發(fā)揮著極其重要的作用；同時GPS定位技術(shù)也用于測定航空航天攝影瞬間相機(jī)的位置，可在無地面控制或僅有少量地面控制點(diǎn)的情況下進(jìn)行航測快速成圖，推動了地理信息系統(tǒng)及全球環(huán)境遙感監(jiān)測的技術(shù)迅

26、速發(fā)展。</p><p>　　建國后，我國的航天科技事業(yè)逐步建立和發(fā)展起來，己躋身世界先進(jìn)水平的行列，成為空間強(qiáng)國之一。自從1970年4月第一顆人造衛(wèi)星上天以來，我國已成功地發(fā)射了30多顆不同類型的人造衛(wèi)星，從而為空間大地測量工作的開展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代后期，有關(guān)單位在理論研究的同時，引進(jìn)并試制成功了各種人造衛(wèi)星觀測儀器。其中包括人衛(wèi)攝影儀、衛(wèi)星激光測距儀和多普勒接收機(jī)。根據(jù)多年的觀測資料，實(shí)現(xiàn)了全國天

27、文大地網(wǎng)的整體平差，從而建立了1980年國家大地坐標(biāo)系，并成功地進(jìn)行了南海群島的聯(lián)測定位。20世紀(jì)80年代初，一些院校和科研單位已開始研究GPS技術(shù)。20多年來，測繪工作者在GPS定位基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)方面做了大量的工作。80年代中期，我國引進(jìn)了GPS接收機(jī)，并將其用于各個領(lǐng)域，同時研究建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國的衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備市場化的條件日趨成熟，批量化用戶群體正在逐步形成，已進(jìn)入應(yīng)用行業(yè)高速發(fā)展的時期。&l

28、t;/p><p>　　2.2 我國GPS北斗定位在鐵路應(yīng)用的主要領(lǐng)域</p><p>　　目前，我國鐵路在列車行車安全、路沿線災(zāi)害及基礎(chǔ)設(shè)施檢測、礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)品一般都采用GPS。由于GPS系統(tǒng)完全受控于美國，而且一直存在人為干擾，只有打破對GPS的單一依靠才能從戰(zhàn)略上解決系統(tǒng)的安全性問題，全面提升基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)的安全性和可靠性。</p><p&g

29、t;　　隨著我國既有線列車提速和客運(yùn)專線建設(shè)步伐加快，開展基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用，為鐵路行業(yè)提供全面的技術(shù)支持和配套解決方案已具備基本條件。</p><p>　?。?）列車監(jiān)控、調(diào)度管理系統(tǒng)。利用高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊，通過實(shí)施動態(tài)差分法（RTK）精密單點(diǎn)定位（P3）方法，結(jié)算得到精確三維坐標(biāo)和運(yùn)行速度、方向等，并通過數(shù)傳電臺或移動通信網(wǎng)路發(fā)送給控制中心，控

30、制中心利用應(yīng)用軟件得到所需相關(guān)數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的調(diào)度信息發(fā)送給列車或調(diào)度人員，確保列車安全行駛并提高線路的運(yùn)輸效率。</p><p>　?。?）鐵路沿線地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。鐵路沿線地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測主要包括災(zāi)情監(jiān)測、災(zāi)情分析預(yù)報、綜合信息服務(wù)平臺等。</p><p>　?。?）鐵路綜合應(yīng)急指揮調(diào)度。基于應(yīng)急指揮終端和服務(wù)平臺，通過救援人員的指揮終端獲取現(xiàn)場位置信息和險情信息，同時根據(jù)預(yù)案、決策支持等功能

31、，提供指揮調(diào)度信息，將指揮調(diào)度命令發(fā)送到救援人員攜帶的終端上，同時也可為公眾提供災(zāi)/險情信息服務(wù)。應(yīng)急指揮終端具體功能包括衛(wèi)星定位、移動通信、嵌入式GIS、現(xiàn)場多模式數(shù)據(jù)采集與上報、指揮調(diào)度命令接受、路徑導(dǎo)航等功能。</p><p>　?。?）鐵路關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備監(jiān)測。在橋梁、隧道、鋼軌、路基、輸電線等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，以及需要監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、泥石流、沉降等）的每一個形變監(jiān)測點(diǎn)上配置一套基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多頻接收

32、設(shè)備，并在遠(yuǎn)離監(jiān)測點(diǎn)的合適位置（如穩(wěn)固的基巖）上建立基準(zhǔn)點(diǎn)。根據(jù)這些觀測點(diǎn)精確的三維坐標(biāo)，通過建立安全監(jiān)測模型，結(jié)合形變矢量進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、分析總結(jié)，從而分析形變及其趨勢，達(dá)到基礎(chǔ)設(shè)備和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的目的。</p><p>　　（5）鐵路工程測量。利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路基礎(chǔ)建設(shè)期間，提供精確的工程測量（主要是坐標(biāo)）信息。</p><p>　?。?）重點(diǎn)貨物跟蹤。利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對

33、重要貨物運(yùn)輸物資/車輛的定位跟蹤。</p><p>　?。?）人員定位。利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對鐵路關(guān)鍵工作及工作人員的定位跟蹤。</p><p>　　為使鐵路行業(yè)有效引入北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，應(yīng)進(jìn)行有關(guān)的研究和實(shí)驗(yàn)，形成必要的技術(shù)方案和技術(shù)建議，為相關(guān)部門決策提供支持依據(jù)。并盡快形成其在行車安全、災(zāi)害及基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范（建議）,全面提高既有鐵

34、路運(yùn)行效率和安全性，徹底改變過度依賴美國GPS的問題，徹底消除安全隱患，確保人民財產(chǎn)安全。</p><p>　　2.3 GSM-R 技術(shù)</p><p>　　GSM-R是從GSM 網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來的，作為中國鐵路新型的通信產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于中國鐵路通信系統(tǒng)中，比較典型的就是中國自主開發(fā)的青藏線鐵路通信的應(yīng)用，為中國鐵路通信信號技術(shù)的發(fā)展提供了一個成功的范例。</p><

35、;p>　　2.3.1 GSM-R的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　GSM-R系統(tǒng)一般由7個子系統(tǒng)組成：交換子系統(tǒng)(SSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)(GPRS)、移動智能網(wǎng)子系統(tǒng)(IN)、固定用戶接入交換機(jī)子系統(tǒng)(FAS)、運(yùn)行與維護(hù)子系統(tǒng)(OMC)及終端子系統(tǒng)，其示意圖如下：</p><p>　　圖2-1 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><

36、p>　　2.3.2 GSM-R主要功能</p><p>　　GSM-R系統(tǒng)不僅可以提供語音業(yè)務(wù)，而且可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，智能業(yè)務(wù)。針對鐵路應(yīng)用，GSM-R系統(tǒng)還提供了功能尋址、基于位置尋址、組呼叫、廣播呼叫、緊急呼叫等特殊功能，具體可歸納為以下9個方面：</p><p>　　1.列車調(diào)度通信列車調(diào)度通信是重要的鐵路行車通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)列車的位置和運(yùn)行方向，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)“大三角”(列車調(diào)

37、度員、車站值班員、機(jī)車司機(jī))通信和“小三角”(車站值班員、機(jī)車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長)通信。列車調(diào)度通信系統(tǒng)主要由NSS、BSS、OSS、FAS、調(diào)度臺、車站臺、機(jī)車綜合通信設(shè)備、手持臺等構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)成如圖2 所示。</p><p>　　2. 列車自動控制( CTCS3/CTCS4)：利用GSM-R提供車地之間雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道，代替目前的軌道電路傳輸色燈信號，并通過GSM-R傳輸系統(tǒng)獲得由GPS 或其他的定位服務(wù)提供

38、的準(zhǔn)確定位信息。</p><p>　　3.機(jī)車同步控制：重載列車需要多個機(jī)車牽引，在牽引過程中，本務(wù)機(jī)車和補(bǔ)機(jī)機(jī)車之間需要同步操作，也就是說要盡可能同時加速、減速和制動。如果操作不同步，會造成車廂間的擠壓或拉鉤現(xiàn)象，影響運(yùn)輸安全，因此本務(wù)機(jī)與補(bǔ)機(jī)之間需要實(shí)時傳遞控制命令。該業(yè)務(wù)可實(shí)現(xiàn)本務(wù)機(jī)與補(bǔ)機(jī)之間信息的交換和傳遞。</p><p>　　4 .調(diào)度指令傳輸：調(diào)度命令是調(diào)度所里的調(diào)度員或車站

39、值班員向轄區(qū)內(nèi)的司機(jī)下達(dá)的書面命令?；贕SM-R通信系統(tǒng)的調(diào)度命令，采用GPRS 數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)在機(jī)車號和IP間建立對應(yīng)關(guān)系，調(diào)度所里的調(diào)度員或車站值班員在工作臺編輯調(diào)度命令并發(fā)送，TDCS根據(jù)調(diào)度命令中的機(jī)車號查找到對應(yīng)的目的IP地址，將調(diào)度命令從無線列調(diào)車站臺發(fā)送出去，通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)傳到機(jī)車綜合通信設(shè)備，機(jī)車就能收到調(diào)度命令。</p><p>　　5. 車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息傳送：車次號傳送是鐵路

40、實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸生產(chǎn)調(diào)度指揮現(xiàn)代化的重要一環(huán)，即要實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對移動體位置管理，首先要實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對列車的車次號自動跟蹤?；贕SM-R電路交換技術(shù)(或GPRS技術(shù))的數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)GSM-R車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的數(shù)據(jù)傳輸，保證鐵路運(yùn)輸管理和行車安全性。</p><p>　　6 .列尾監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸：在列車行進(jìn)當(dāng)中，司機(jī)應(yīng)當(dāng)及時了解列車尾部的性能變化。列尾監(jiān)控系統(tǒng)可以提供列尾風(fēng)壓數(shù)值，電池電壓情況，主風(fēng)管

41、風(fēng)壓情況等等。通過GSM- R網(wǎng)絡(luò)，可以將這些列車尾部的數(shù)據(jù)傳送到機(jī)車綜合通信設(shè)備，供司機(jī)查看?；贕SM- R的列尾監(jiān)控系統(tǒng)采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)車頭和列尾之間的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　7 .調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸：GSM-R調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是提供調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和多臺車載設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，存儲進(jìn)入和退出調(diào)車模式的有關(guān)信息，構(gòu)成鐵路站場通信系統(tǒng)

42、重要組成部分。</p><p>　　8 .區(qū)間移動公(工)務(wù)通信及緊急救援移動服務(wù)：使用GSM-R作業(yè)手持臺代替區(qū)間通話柱，可滿足緊急救援、應(yīng)急搶險通信指揮的需要，方便靈活；同時還可實(shí)現(xiàn)區(qū)間作業(yè)人員的移動通信。</p><p>　　9 .旅客業(yè)務(wù)：利用GSM-R數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，每列旅客列車都能與地面中心維持一條實(shí)時雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，所有與旅客相關(guān)的移動信息服務(wù)數(shù)據(jù)(車- 地和地- 車)都可以

43、通過這條通道進(jìn)行傳輸，為旅客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，增加旅客的舒適性。如購票服務(wù)、預(yù)定服務(wù)、時刻表信息以及與公網(wǎng)通信等。</p><p>　　GSM- R 作為我國專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，更具有適應(yīng)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)的優(yōu)勢，必將在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。可以預(yù)見在不久的將來，必將建成覆蓋全路各線的GSM-R網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的定位方案和數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

44、</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖：</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　系統(tǒng)分為四個組成部分：分別是調(diào)度指揮中心，數(shù)據(jù)通信設(shè)備，車站分機(jī)系統(tǒng)及車載移動部分。車載移動設(shè)備上接收到的列車定位信息，以及車站分機(jī)子系統(tǒng)獲取的車站列車上運(yùn)行狀態(tài)通過數(shù)據(jù)通信設(shè)備傳送

45、到調(diào)度中心，由調(diào)度中心主控計(jì)算機(jī)處理后，將實(shí)時信息以可視化方式反饋給調(diào)度員、車站分機(jī)及車載微機(jī)及其他相關(guān)人員，為其提供決策依據(jù)。</p><p>　　3.2 本系統(tǒng)的定位方案</p><p>　　列車在運(yùn)行過程中，由于線路、地形及其它情況的變化較大，不同的地方需要采用不同的定位方式。因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案時，針對鐵路線路的具體情況，既要考慮定位的精度，又要考慮實(shí)現(xiàn)定位的經(jīng)濟(jì)成本，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效

46、的定位目的。因此，在鐵路區(qū)間GPS信號接收狀況良好的情況下，采用GPS定位;在車站戰(zhàn)線內(nèi)，使用GPS+軌道電路實(shí)現(xiàn)列車的定位。</p><p>　　下面分別對采用的定位方式進(jìn)行描述。</p><p>　　3.2.1 GPS在區(qū)間的定位</p><p>　　在本系統(tǒng)方案中，鐵路線路區(qū)間列車采用GPS進(jìn)行定位，可在列車上面安裝兩套GPS接收機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位，將GPS接收

47、機(jī)安裝在列車頭部和尾部，這樣有助于對多套GPS定位結(jié)果及性能進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)互檢校，而且可同時對列車首尾跟蹤定位，定位及檢校的同時實(shí)現(xiàn)列車完整性檢測。</p><p>　　當(dāng)車載設(shè)備接收到GPS定位信息后，通過接口傳送到車載嵌入式微機(jī)系統(tǒng)中，再通過無線通信系統(tǒng)傳入地面，隨后利用通信交換網(wǎng)傳到調(diào)度中心的主控中心計(jì)算機(jī)。</p><p>　　本課題在設(shè)計(jì)系統(tǒng)區(qū)間定位時，選用了GPS2

48、5-LVS系列OEM板，它采用單一5V供電，內(nèi)置保護(hù)電池，RS232、TTL兩種電平自動輸出NMEA 0183 2.0格式(ASCII字符型)語句，是目前應(yīng)用最廣泛的GPS接收處理板，能滿足各種導(dǎo)航和授時領(lǐng)域的需求。具有很高的性價比和強(qiáng)有力的市場競爭力，其主要性能特點(diǎn)如下：</p><p>　　并行12通道，可同時接收12顆衛(wèi)星;定位時間：重捕＜2sec，熱 啟 動為15sec，冷 啟 動45sec，自動搜索90

49、sec；定位精度：15mRMS/差分時＜5m；可接收實(shí)時差分信號用于精確定位，信號格式為RTCM SC-104，波特率自適應(yīng)；1PPS秒脈沖信號輸出，精度指標(biāo)高達(dá)10-6秒；雙串口（TTL）輸出，波特率可由軟件設(shè)置(1200～9600)；環(huán)境工作溫度:-35C至+85C；尺寸：46.5×69.8×11.4mm；重量：31g；輸入電壓：5.0VDC+/-5%；靈敏度：-166Dbw；后備電源：板置3V鋰電池(10年壽命

50、)；功耗：1W；天線接口：50—ohm MCX接頭有源天線(5V)；電源/數(shù)據(jù)口：單排12插針。其引腳接口功能示意圖如下：</p><p>　　圖3-2 GPS25-LVS版引腳接口功能示意圖</p><p>　　其單片機(jī)控制系統(tǒng)的電路原理如下圖：</p><p>　　圖3-3 其單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　選用GPS

51、OEM板后，本系統(tǒng)中在每列車上安裝兩個GPS OEM板，列車首部和尾部各一個。分別由RS232通信接口接入車載嵌入式微機(jī)系統(tǒng)中。GPS區(qū)間定位由天線單元和接收單元及車載傳輸單元三部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示(下圖僅列出一個GPS接收機(jī)，另一個亦通過RS232接口接入車載微機(jī))：</p><p>　　圖3-4 系統(tǒng)GPS區(qū)間定位的構(gòu)成</p><p>　　單片機(jī)采用華邦W78E516B，

52、該芯片具有在系統(tǒng)下載編程功能，修改調(diào)試程序十分方便。其主要特性為：</p><p>　　32KB片內(nèi)Flash存儲器，具有在線可編程能力和保密功能；</p><p>　　512B片內(nèi)RAM；</p><p>　　增強(qiáng)型串行通信口和串行外圍接口；</p><p><b>　　支持C語言。</b></p>&l

53、t;p>　　系統(tǒng)采用12MHZ晶振，串口方式1接收GPS信息，P0口和P2口用于七段共陽LED顯示接口，可以輪流顯示實(shí)時時間、緯度、經(jīng)度及其它GPS信息數(shù)據(jù)。</p><p>　　GPS25-LVS的通信波特率默認(rèn)值為4800，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗(yàn)。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前

54、廣泛使用V2.0版本。由于該格式為ASCII碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級語言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，以提取用戶所需要的數(shù)據(jù)。GPS25-LVS系列OEM板可輸出12句語句，分別是GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，LCGLL，LCVTG，PGRME，PGRMF，PGRMT，PGRMV，GPGLL。不同的語句中傳送不同的信息，如GPGGA語句中傳送的格式為：$GPGGA,<1>,<

55、;2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>傳送的信息說明如下：$GPGGA： 起始引導(dǎo)符及語句格式說明（本句為GPS定位數(shù)據(jù)）<1>  UTC時間，時時分分秒秒格式<2>

56、;  緯度，度度分分.分分分分格式（第一位是零也將傳送）<3>  緯度半球，N或S（北緯或</p><p>　　在單片機(jī)串口收到信息后，先判別是否為語句引導(dǎo)頭“$”，然后再接收信息內(nèi)容，在收到“*”字符ASCⅡ碼后再接收二個字節(jié)結(jié)束接收,然后根據(jù)語句標(biāo)識區(qū)分出信息類別以對收到ASCⅡ碼進(jìn)行處理顯示。注意在處理北京時間時應(yīng)在UTC時間上加上8小時才是準(zhǔn)確的北京時，在超出24小時時應(yīng)

57、作減24小時處理。串口中斷程序的處理流程如下圖</p><p>　　圖3-5 串口中斷程序流程圖 </p><p>　　天線單元：由接收天線和前置放大器組成。其作用是把來自衛(wèi)星的信號能量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流量，并經(jīng)過前置放大器送入射頻部分進(jìn)行交換，以使接收機(jī)對信號進(jìn)行跟蹤處理測量。GPS接收機(jī)一般采用全向振子天線，小型螺旋天線和微帶天線，微帶天線是接收天線的主要發(fā)展方向。</p>

58、<p>　　接收單元：包括信號波道，存儲器，計(jì)算與顯示控制和電源部分。其中信號波道是核心部分，它把來自GPS接收天線的衛(wèi)星信號隔離開來，以便處理和測量。它不是簡單的信號波道，由相應(yīng)的硬件和軟件組成，按照波道的工作原理，波道類型可分為碼相關(guān)型波道，平方型波道和碼相位型波道。</p><p>　　車載傳輸單元：RS232通信接口，嵌入式微機(jī)系統(tǒng)，車載顯示器，無線傳輸設(shè)備組成。嵌入式微機(jī)接收并處理GPS信

59、息，由無線傳輸設(shè)備傳輸及接收定位信息。</p><p>　　系統(tǒng)采用的是GPS動態(tài)定位，用GPS接收機(jī)測定列車的運(yùn)行軌跡。列車上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運(yùn)動，接收機(jī)用GPS信號實(shí)時測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。</p><p>　　從原理上講，GPS觀測的是距離。通過所測量到的距離與位置之間的關(guān)系，反推出所要確定的位置在WGS84坐標(biāo)中的三維

60、坐標(biāo)。6PS系統(tǒng)采用高軌測距體制，以觀測站至GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。為了獲得距離觀測量，主要采用兩種方法：一是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間，即偽距測量；一是測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。通過對4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時進(jìn)行偽距或相位的測量即可推算出接收機(jī)的三維位置。GPS接收機(jī)根據(jù)接收所選衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航信息和星鐘校正參數(shù)的時間，能算出

61、接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。如果測量到三顆衛(wèi)星的距離，則分別以三顆衛(wèi)星發(fā)射時刻的衛(wèi)星位置(按發(fā)射的星歷參數(shù)確定)為中心，根據(jù)測得的距離畫出三個球，其交點(diǎn)便是用戶的三維位置。但是由于接收機(jī)的本機(jī)鐘對星載原子鐘存在偏差，上面所測的距離并不能代表衛(wèi)星到接收機(jī)的真實(shí)距離，通常把這種距離稱為“偽距離’’(簡稱偽距)。</p><p>　　對第1顆星來說，偽距RI的表達(dá)式為：</p><p><b>

62、;　　式中 真距；</b></p><p><b>　　光速；</b></p><p><b>　　信號傳播延時；</b></p><p>　　用戶鐘相對于GPS時間的偏差；</p><p>　　衛(wèi)星鐘相對于GPS時間的偏差，可以依據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，是一個已知數(shù)。</p>

63、<p>　　正因?yàn)橛脩翮娕cGPS時間不能精確同步，故每次測量總會有一個固定的偏差，這種偏差使定位產(chǎn)生不定性。如果再測量一個到第4顆衛(wèi)星的偽距，則這時由用戶鐘偏差造成的定位不定性就產(chǎn)生一個由4個相交球面所圍成的誤差體積。從每個偽距測量中加上或減去這個固定值就消去了該固定體積，結(jié)果得到4個球面相交于一點(diǎn)，這就是用戶的三維位置。實(shí)際上，這只要觀測4顆衛(wèi)星的偽距并接收衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，算出4個方程的解就可以得到。</p>

64、<p>　　GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可紀(jì)錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為

65、參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位精度，也只能采用相位觀測值。</p><p>　　系統(tǒng)中GPS接收機(jī)采用單點(diǎn)定位技術(shù)，即根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，用于列車的導(dǎo)航定位。這與在列車首尾各裝一臺接收機(jī)的方案并不沖突，在列車安裝兩臺的目的是對多套GPS定位結(jié)果及性能進(jìn)行

66、數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)互檢校，而且可同時對列車首尾跟蹤定位，定位及檢校的同時實(shí)現(xiàn)列車完整性檢測。</p><p>　　3.2.2 GPS在站內(nèi)的定位</p><p>　　在區(qū)間采用了GPS定位，但是在車站，又存在特殊之處，車站的股道之間的線間距是四米左右，而根據(jù)鐵路的特點(diǎn)，要求定位一定很精確才行，因此在車站定位方案采用差分GPS+軌道電路法，在站內(nèi)設(shè)置差分基準(zhǔn)站，由GPS接收到的定位信息經(jīng)

67、過地圖匹配之后，由主控計(jì)算機(jī)判斷其匹配的精度，再結(jié)合軌道電路的信息進(jìn)行精確定位。其中軌道電路是用來判斷站內(nèi)軌道的真實(shí)占用情況，差分GPS信號則是精確顯示列車運(yùn)行軌跡的基礎(chǔ)。軌道電路是利用鐵路線路的兩條鋼軌作導(dǎo)線，用以檢查有無列車、傳遞列車占用信息以及其它信號信息的電氣回路。軌道電路一般由送電端、鋼軌線路和受電端三部分組成。</p><p>　　送電端(又稱電源端或始端)由軌道電源和限流器等組成。根據(jù)軌道電路的類型

68、不同，軌道電源可以用鉛蓄電池浮充供電(或其它直流電源)，也可以用軌道變壓器或信號發(fā)生器供電。限流器一般可以用電阻器或電抗器構(gòu)成，它的作用是保護(hù)電源設(shè)備，當(dāng)軌道電路被機(jī)車車輛分路時，防止電流過大而損壞電源，并保證在列車占用軌道時，軌道繼電器能可靠地落下，對某些交流軌道電路而言，它還兼有相位調(diào)整的功效。軌道電路使用電子設(shè)備時，一般都不需要限流器。鋼軌線路是由軌條、軌端接續(xù)線(又稱軌端連接線或?qū)Ы泳€)和鋼軌絕緣等組成。為了減少軌條連接處的接觸

69、電路，采用了軌端接續(xù)線。鋼軌絕緣安裝于軌道電路分界處，是為了分隔或劃分軌道回路而裝設(shè)的。也有不裝鋼軌絕緣的，這時根據(jù)軌道電流衰減到一定程度時即作為軌道電路的分界處。</p><p>　　受電端(又稱繼電器端或終端)的主要設(shè)備是軌道電路繼電器(GJ)，用它接收軌道信號電流來反映軌道電路的工作狀態(tài)，電子軌道電路的接收設(shè)備一般都采用電子器件，其作用和軌道繼電器相同。送、受電端的設(shè)備，都是通過引接線接向鋼軌的。兩個絕緣節(jié)

70、之間的鋼軌線路(即從送電端到受電端之間)，稱為軌道電路的控制區(qū)段，也就是軌道電路的長度。軌道電路的長度要受到軌道電路工作狀態(tài)的制約，各種類型的軌道電路長度不同。</p><p>　　本方案采用了先進(jìn)的車輛導(dǎo)航技術(shù)，具有精度高、體積小和可靠性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)成本相對較低等特點(diǎn)。本組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以迅速、準(zhǔn)確、全天候、不間斷地提供定位、導(dǎo)航和實(shí)時信息。</p><p>　　3.3 本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方案&

71、lt;/p><p>　　GSM-R系統(tǒng)很多技術(shù)借鑒了公網(wǎng)的GSM技術(shù)，保留了GSM的大體結(jié)構(gòu)，使得從一開始GSM-R系統(tǒng)就是一個成熟可靠的系統(tǒng)，它的絕大多數(shù)軟硬件都已在現(xiàn)網(wǎng)中得到檢驗(yàn)。不僅如此，由于二者都可以工作在900M頻段，因此在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面也是基本相同的，GSM—R系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)也可借助于己成熟的GSM系統(tǒng)工具，可以方便快捷地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)安裝。GSM—R的基本特性已在鐵路網(wǎng)的MORANE試驗(yàn)中得到安裝

72、、測試和驗(yàn)證。歐洲GSM-R采用的頻段是上行(MS到BTS)876—880MHz，下行(BTs到MS)921-925ⅫZ。我國GSM-R采用的頻段是上行(MS到BTS)885—889Hz，下行(BTS到MS)930-934MHz。</p><p>　　基于以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)本方案的數(shù)據(jù)通信方案如圖：</p><p>　　圖3-6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方案圖</p><p>　

73、　其中，通信服務(wù)器負(fù)責(zé)與通信子系統(tǒng)的協(xié)同工作，通過通信接口進(jìn)行站間信息交換，與終端的通信(接受通信報文，下達(dá)調(diào)度指令等)，另外還負(fù)責(zé)各種通信方式狀態(tài)的監(jiān)測，在必要的時候進(jìn)行切換；無線交換中心(MSC)設(shè)置在調(diào)度監(jiān)控中心內(nèi)(含位置寄存器、監(jiān)控管理終端、配線柜、交流配電屏、高頻開關(guān)電源、蓄電池等配套設(shè)施)。無線交換機(jī)、基站控制器(BSC)、各基站設(shè)備利用鐵路的光傳輸系統(tǒng)構(gòu)成GSM-R無線交換網(wǎng)。沿線各站、區(qū)間設(shè)基站(含基站設(shè)備、鐵塔、接發(fā)設(shè)

74、備、接口等)。車載設(shè)備包括車載算機(jī)、GPS接收機(jī)(雙套)、GSM-R車載電臺等。</p><p>　　3.3.1 車載計(jì)算機(jī)儲存文件</p><p>　　車載計(jì)算機(jī)中應(yīng)存儲如下幾類數(shù)據(jù)庫文件：</p><p>　　1．線路描述數(shù)據(jù)線路描述數(shù)據(jù)包含全線起始和結(jié)束位置、股道數(shù)、區(qū)間位置等概要性</p><p>　　數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)描述鐵路沿線和基礎(chǔ)設(shè)

75、施不可變特性的數(shù)據(jù)，由線路拓?fù)浜脱鼐€基礎(chǔ)設(shè)施目標(biāo)位置以及特性數(shù)據(jù)組成。</p><p><b>　　2．列車運(yùn)行數(shù)據(jù)</b></p><p>　　系統(tǒng)控制的每個運(yùn)行列車的特點(diǎn)都存儲在數(shù)據(jù)庫中，可作為用來觸發(fā)更新相應(yīng)狀況的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫描述本次列車的固定信息，包含列車車長、軸重、機(jī)車號、車次號、客貨類型等執(zhí)行任務(wù)所必需的全部信息。列車的各項(xiàng)任務(wù)與可操作的列車ID相對

76、應(yīng)。</p><p><b>　　3．通信數(shù)據(jù)</b></p><p>　　通信數(shù)據(jù)庫描述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)每個位置上能夠使用的各種通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，旨在使運(yùn)行的列車能夠以最高的效率與該系統(tǒng)的其它部分進(jìn)行通信聯(lián)系。</p><p>　　4．固定設(shè)備狀況數(shù)據(jù)庫</p><p>　　該數(shù)據(jù)庫包含固定設(shè)備或受這些設(shè)備控制的其它設(shè)備狀況的有

77、關(guān)數(shù)據(jù)。利用該數(shù)據(jù)庫向行車管理人員顯示該系統(tǒng)及其組成部分的當(dāng)前狀態(tài)。隨著狀況的改變觸發(fā)一些功能或報警。</p><p><b>　　5．信號表示索引</b></p><p>　　將所有會用到的信號表示，其所包含的具體限速要求都在這個表中列出，供軟件計(jì)算限速時取用?？蛙嚺c貨車將使用不同的信號表示索引。</p><p><b>　　6．臨

78、時限速文件</b></p><p>　　該文件描述當(dāng)前區(qū)域的臨時限速指令。這些指令由調(diào)度員從調(diào)度中心發(fā)出，經(jīng)由通信管理服務(wù)器發(fā)送至車載計(jì)算機(jī)，保存在數(shù)據(jù)庫中。使用最新的臨時限速文件與車載計(jì)算機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)檢查，校驗(yàn)失敗則進(jìn)行更新。在通信發(fā)生故障時，車載計(jì)算機(jī)可以實(shí)施缺省臨時限速，缺省臨時限速值可以由用戶來定義。</p><p>　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案為：使用GSM-R系統(tǒng)以及調(diào)度中

79、心局域網(wǎng)。將列車內(nèi)GPS接收機(jī)及相關(guān)定位方式生成的車載動態(tài)位置信息利用GSM-R系統(tǒng)的無線傳輸方式傳到設(shè)于車站的GSM—R基站，基站利用GSM—R網(wǎng)絡(luò)把信息傳到調(diào)度中心通信服務(wù)器，調(diào)度中心通信服務(wù)器則通過局域網(wǎng)與MSC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，MSC通過局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳到調(diào)度中心主控計(jì)算機(jī)，反之亦然。車站相關(guān)信息是GSM-R網(wǎng)絡(luò)傳到調(diào)度中心通信服務(wù)器，隨后傳到主控計(jì)算機(jī)。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的優(yōu)化及安全措施&l

80、t;/p><p>　　4.1 GPS定位的主要誤差及消除辦法</p><p>　　影響測量精度的主要誤差按性質(zhì)可分為：</p><p>　　(1)偶然誤差：主要包括多路徑效應(yīng)、儀器構(gòu)造引起的誤差和觀測誤差；</p><p>　　(2)系統(tǒng)誤差：主要有軌道誤差、鐘差及大氣折射誤差等。</p><p><b>　　按

81、來源可以分為：</b></p><p>　　(1)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差：軌道誤差、相對論效應(yīng)、衛(wèi)星鐘差；</p><p>　　(2)與信號傳播有關(guān)的誤差：對流層折射、電離層折射、多路徑效應(yīng)；</p><p>　　(3)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：觀測誤差、天線相位中心偏差、接收機(jī)鐘差：</p><p>　　(4)其他誤差：地球旋轉(zhuǎn)影響

82、、地球固體潮影響、地面基準(zhǔn)誤差、SA頻率抖動。</p><p>　　在這些誤差源中，地球旋轉(zhuǎn)影響、地球固體潮影響等誤差經(jīng)模型化改正后，剩余殘差對短基線的影響可以忽略。短基線平差一般采用雙差相位觀測模型，根據(jù)基線兩端的相關(guān)性原理，可完全消除相對論效應(yīng)、衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差的影響。雙差模型對大氣折射和衛(wèi)星軌道誤差也有很好的減弱作用。SA政策在2000年己取消，即使有SA，在雙差模型下也能得到很好消除。</p&g

83、t;<p>　　多路徑效應(yīng)引起的誤差，隨著反射物距離的增加衰減很快，這就使得多路徑效應(yīng)的測站相關(guān)性很弱，即使很短的基線，兩站間多路徑影響差異也很大，站間求差方法對多路徑誤差的消除作用不大，且沒有較好的模型來改正。因而，多路徑效應(yīng)己成為影響高精度、短基線進(jìn)一步提高精度的最大的制約因素。</p><p>　　圖4-1 多路徑反射示意圖</p><p>　　GPS衛(wèi)星從約2萬公里

84、高空向地面發(fā)射電磁波，地面接收機(jī)的天線可以收到這種信號并跟蹤GPS衛(wèi)星完成定位或?qū)Ш饺蝿?wù)。但是GPS發(fā)射的電磁波信號并不是一條條的直線信號而是向四面八方的，地面上接收機(jī)周圍必定有一些其他的物體，這些物體或多或少要反射GPS信號。因此，接收機(jī)天線不但收到了沿最小光程路徑來的GPS直達(dá)信號，也會收到經(jīng)各種反射物反射后到達(dá)接收機(jī)天線的信號。這兩種經(jīng)不同路徑到達(dá)接收機(jī)天線的信號會產(chǎn)生疊加，成為一種新的復(fù)合信號。這種復(fù)合信號與直達(dá)信號相比會產(chǎn)生路

85、徑延遲和相位延遲，從而對定位結(jié)果產(chǎn)生影響，這就是多路徑效應(yīng)現(xiàn)象。如圖3—8為多路徑反射示意圖，a代表一次反射方式；b代表直射方式；C代表地面反射方式：d代表多次反射方式。</p><p>　　要削弱多路徑效應(yīng)對接收信號的干擾，通常的辦法是采用特制的天線，以達(dá)到消除或減弱多路徑影響。天線制造上采用的抗多路徑技術(shù)主要有：</p><p>　　(1)采用右旋極化天線，削弱左旋信號的接收強(qiáng)度；&l

86、t;/p><p>　　(2)底部安裝抑徑板，隔斷反射物反射的低于天線的多路徑信號； </p><p>　　(3)采用扼流圈天線，阻斷較低高度角的衛(wèi)星信號和多路徑信號；</p><p>　　(4)采用組合天線，提高組合天線主瓣增益，降低旁瓣增益，減弱多路徑影響；</p><p>　　(5)零位自適應(yīng)天線，通過調(diào)節(jié)自適應(yīng)天線的零增益方向與最大多路徑干

87、擾方向一致來減小等效反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)抗多路徑。</p><p>　　4.2 保證數(shù)據(jù)通信可靠的措施</p><p>　　通信部分的可靠性，特別是無線通信部分的可靠性是保證行車安全的關(guān)鍵。在GSM-R系統(tǒng)中，無線交換中心(MSC)與車載設(shè)備無線連接中斷，主要是由于GSM—R的無線連接失效，即移動臺(MS)與基站(BTS)的連接中斷，可能是MS或BTS發(fā)生了故障，其中BTS故障的影響尤為重大，因

88、為它的故障會造成整個覆蓋區(qū)域內(nèi)的無線連接中斷，使該區(qū)域內(nèi)的所有列車延誤運(yùn)行。為避免BTS故障造成的無線連接失效，方案設(shè)計(jì)中考慮采取以下措施：</p><p>　　(1)BTS冗余配置：在鐵路沿線的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)，每個車站的BTS應(yīng)該是雙機(jī)熱備，如果工作的BTS發(fā)生故障，備份BTS就可以立即接替工作，對故障的BTS隨即進(jìn)行維修，這樣就不會造成無線連接的中斷，雙機(jī)備份后，傳輸系統(tǒng)的可靠性可大大提高。</p>

89、;<p>　　(2)區(qū)間弱場強(qiáng)區(qū)應(yīng)該采用增加基站、光纖直放站和漏泄電纜方式增加覆蓋強(qiáng)度。</p><p>　　(3)基站小區(qū)可考慮采用雙網(wǎng)進(jìn)行重疊覆蓋，即中間基站被兩端基站的電波覆蓋，一旦中間基站故障后，由兩端基站代替其工作，示意圖見圖3-8：</p><p>　　圖4-2 基地小區(qū)重疊覆蓋示意圖</p><p><b>　　總結(jié)</

90、b></p><p>　　本論文設(shè)計(jì)了基于GPS和GSM-R技術(shù)的列車行車順序控制系統(tǒng)，針對區(qū)間和站內(nèi)對定位精確度要求的不同，分別設(shè)計(jì)了GPS和GPS結(jié)合軌道電路的定位方法，來實(shí)現(xiàn)列車的定位。在新的控制列車行車順序方法的基礎(chǔ)上，對于GPS定位的誤差提出了消除辦法，對于GSM-R數(shù)據(jù)通信，提出了提高其通信可靠性的措施。</p><p>　　由于時間、精力和能力的限制，在課題中的研究工作

91、還存在很多需要改進(jìn)和深入的地方：對于一些地形復(fù)雜的區(qū)域，GPS信號不好時，需要一些更可靠的定位方法；對于數(shù)據(jù)的處理需要進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)的功能還有待于完善和細(xì)化。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　時光如逝，總是來不及感嘆，轉(zhuǎn)眼間大學(xué)的三年生活已接近尾聲，三年的努力和付出，隨著本次論文的完成，將要畫下完美的句號。</p><

92、;p>　　首先要感謝我的導(dǎo)師xx老師。在設(shè)計(jì)課題期間，老師在生活上給我無微不至的關(guān)懷和幫助，在學(xué)習(xí)上給我提供了良好的環(huán)境。老師既教給我科研工作的方法，勤奮嚴(yán)謹(jǐn)和實(shí)事求是的工作作風(fēng)，也教會了我做人的道理，使我得到很多啟迪，受益終身。</p><p>　　在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會，向在這三年里給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示深深的謝意，正是老師們的悉心教導(dǎo)和幫助下，我才能更好的運(yùn)用專業(yè)知識，順利完成畢業(yè)

93、設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 馬寧。GSM與GSM-R之異同及GSM-R在高速鐵路上的應(yīng)用[J]。工程技術(shù)。武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009年第5期</p><p>　　[2] 李相文，王曉明，周玲?；贕OS的列車監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]。 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用（研發(fā)與開發(fā)）。2004,13（

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