阅读说明：本技术 基于lte-r系统的撒砂控制方法及轨道车辆撒砂系统 (Sanding control method based on LTE-R system and rail vehicle sanding system ) 是由 吴丽君 胡安华 徐锡江 漆程波 石俊 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于LTE-R系统的撒砂控制方法及轨道车辆撒砂系统,撒砂控制方法包括：步骤1：撒砂装置通过LTE-R系统接收第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息；步骤2：撒砂装置根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号,所述撒砂装置根据所述控制信号动作；步骤3：撒砂装置通过LTE-R系统输出当前的撒砂信息至机车监控系统。(The invention discloses a sanding control method based on an LTE-R system and a rail vehicle sanding system, wherein the sanding control method comprises the following steps: step 1: the sanding device receives first vehicle speed information, track flat curve radius information, environment temperature information and track gradient information through an LTE-R system; step 2: the sanding device generates a control signal according to first vehicle speed information, track flat curve radius information, environment temperature information, track gradient information, vehicle weight information, instantaneous speed increment, time increment and second vehicle speed information, and the sanding device acts according to the control signal; and step 3: the sanding device outputs current sanding information to the locomotive monitoring system through the LTE-R system.)

基于LTE-R系统的撒砂控制方法及轨道车辆撒砂系统

技术领域

本发明涉及一种基于LTE-R系统的撒砂控制方法及轨道车辆撒砂系统，特别涉及一种应用于轨道车辆技术领域中的基于LTE-R系统的撒砂控制方法及轨道车辆撒砂系统。

背景技术

目前轨道车辆技术领域中，全球基本采用GSM-R铁路通信系统，该通信系统已经实现铁路通信的数字化，在列车控制、通信安全、运行安全等方面发挥了重要作用。

随着无线通信技术的发展和铁路对于运行速度不断提高的要求，目前出现了LTE-R系统(Long Term Evolution-Railway，长期演进项目-轨道)铁路通信系统。该通信系统是铁路下一代无线通信系统，具备高安全可靠、高速率传输、多业务融合等特点，满足500km/h高速列车移动通信，承载CTCS3/4列车控制系统，铁路集群多媒体调度指挥、应急通信、防灾预警、视频监控、铁路物联网等多种业务应用。

而随着车辆速度的提高，对轨道车辆轮轨之间的粘着性提出了非常高的要求。撒砂装置是改善粘着性的优选系统。轨道车辆撒砂装置一般设置于轨道车辆的底部并向轨道车辆的轮对踏面和轨道之间喷撒特定规格的砂子(比如：石英砂)，以改善轮轨之间的粘着状态，从而保证轨道车辆的制动性能，进而保证轨道车辆的行驶安全性能。但是目前现有的撒砂装置均未考虑到LTE-R系统的架构。

因此急需开发一种基于LTE-R系统的撒砂控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于LTE-R系统的撒砂控制方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：撒砂装置通过LTE-R系统接收第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息；

步骤2：所述撒砂装置根据所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号，所述撒砂装置根据所述控制信号动作；

步骤3：所述撒砂装置通过所述LTE-R系统输出当前的撒砂信息至机车监控系统。

上述的撒砂控制方法，其中，所述LTE-R系统包括：核心网和基站，于所述步骤1中，所述核心网接收的所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息通过所述基站发送至所述撒砂装置。

上述的撒砂控制方法，其中，所述基站包括基带单元及射频拉远单元，所述步骤1包括：

步骤11：所述基带单元接收所述核心网输出的所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息后输出至所述射频拉远单元；

步骤12：所述射频拉远单元接收所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息后通过Uu接口输出至所述撒砂装置。

上述的撒砂控制方法，其中，所述撒砂装置包括：撒砂控制单元及撒砂执行单元，于所述步骤2中包括：

步骤21：通过传感器采集所述车重信息、所述瞬时速度增量及所述第二车速信息；

步骤22：所述撒砂控制单元接收并根据所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息、所述车重信息、所述瞬时速度增量、所述时间增量及所述第二车速信息生成所述控制信号；

步骤23：所述撒砂控制单元接收并根据所述控制信号控制所述撒砂执行单元的撒砂量及撒砂速度。

上述的撒砂控制方法，其中，于所述步骤3中，所述撒砂控制单元根据当前撒砂状态生成所述撒砂信息，所述撒砂控制单元通过所述基站及所述核心网输出所述撒砂信息至所述机车监控系统。

上述的撒砂控制方法，其中，所述核心网包括：服务网关、PDN网关及IP网络，于所述步骤3包括以下步骤：

步骤31：所述撒砂控制单元根据当前撒砂状态生成所述撒砂信息；

步骤32：所述撒砂控制单元通过Uu接口输出所述撒砂信息至所述射频拉远单元，所述射频拉远单元接收并输出所述撒砂信息至所述基带单元；

步骤33：所述基带单元接收所述撒砂信息后，再依次通过S1-u接口、所述服务网关、所述PDN网关及所述IP网络输出所述撒砂信息至所述机车监控系统。

上述的撒砂控制方法，其中，于所述步骤22中包括：

所述撒砂控制单元根据以下公式获得参数D，并根据所述参数D为生成所述控制信号：

D＝[AV+(exp(F)-1)]；

其中，A为加速度数据信息，V为速度数据信息，F为向心力数据信息；

所述撒砂控制单元根据以下公式获得加速度数据信息：

T为环境温度信息，i为轨道坡度信息，Δt为时间增量，ΔV为瞬时速度增量，通过测速传感器测量获得；

所述撒砂控制单元根据以下公式获得速度数据信息：

V＝(V₁+V₂)/2；

其中，V₁为第一车速信息，通过卫星测量获得，V₂为第二车速信息，通过测速传感器测量获得；

所述撒砂控制单元根据以下公式获得向心力数据信息：

F＝MV²/R；

其中，M为车重信息，通过车重传感器测量获得，R为轨道平曲线半径信息。

上述的撒砂控制方法，其中，所述撒砂信息包括撒砂量信息及/或撒砂速度信息。

本发明还提供一种基于LTE-R系统的轨道车辆撒砂系统，其中，用以实现上述中任一项所述的撒砂控制方法，所述轨道车辆撒砂系统包括：

LTE-R系统；

撒砂装置，通过LTE-R系统接收第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息，所述撒砂装置根据所述第一车速信息、所述轨道平曲线半径信息、所述环境温度信息、所述轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号，所述撒砂装置根据所述控制信号动作，所述撒砂装置还通过所述LTE-R系统输出当前的撒砂信息至机车监控系统。

本发明针对于现有技术其功效在于：本发明适用于下一代通信系统，即LTE-R系统(Long Term Evolution-Railway，长期演进项目-轨道)铁路通信系统，借助下一代通信系统实现了数据的可靠传输，同时精确控制撒砂量和撒砂速度，提高了车辆的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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作一简单地介绍，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为本发明控制方法的流程图；

图2为图1中步骤1的分步骤流程图；

图3为图1中步骤2的分步骤流程图；

图4为图1中步骤3的分步骤流程图；

图5为本发明轨道车辆撒砂系统的结构示意图；

图6为本发明轨道车辆撒砂系统的应用示意图。

其中，附图标记为：

LTE-R系统：4

核心网：41

服务网关：411

PDN网关：412

IP网络：413

基站：42

基带单元：421

射频拉远单元：422

S1-u接口：423

撒砂装置：5

车重传感器：51

测速传感器：52

撒砂控制单元：53

撒砂执行单元：54

机车监控系统：6

列车控制应用服务器：61

列车：7

车厢：71

具体实施方式

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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

LTE-R系统作为宽带移动通信网络，将为铁路生产及相关工作人员提供便利的通信条件，除业务种类丰富，业务带宽增加给用户带来全新的应用体验以外，还可满足用户对终端的更加人性化的需求。通过调研了解到，无论是铁路线上的运营人员，还是铁路线下的现场维护人员，在作业时要携带多套不同制式终端，负担重，使用不灵活。铁路用户对于手持终端的需求，除了基本的语音通信功能之外，动车段、电务段、通信段等用户希望手持终端还可以支持数据、图片、视频回传，照明，定位等功能；客运段用户则希望手持终端除支持语音通信，数据、图片、视频回传功能外，还可以实现移动售票、验票、定位、考勤、文件签收、编制乘务日志等功能。所以，LTE-R系统用户终端应集成多种功能，同时可以考虑在形式上的多样化，适应各类铁路用户使用场景。

基站(eNodeB)采用分布式架构，包括：基带单元(BaseBand Unit，BBU)和射频拉远单元(Radio Remote Unit，RRU)。BBU主要完成基带信号处理、协议转换和资源调度等功能，并通过S1-u接口与核心网进行数据交互。RRU提供LTE-R系统网络的无线覆盖，通过Uu接口完成用户设备(User Equipment，UE)的接入和无线链路传输功能。RRU可通过光纤连接至BBU，呈带状分布于铁路沿线两边，保持对铁路的无缝覆盖，实现与列车的通信。

请参照图1，图1为本发明控制方法的流程图。如图1所示，本发明的控制方法包括以下步骤：

步骤1：撒砂装置通过LTE-R系统接收第一车速信息、轨道平曲线平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息，撒砂装置为现有的任意一种轨道车辆撒砂装置，能够实现向轨道车辆的轮对踏面和轨道之间喷撒特定规格的砂子即可，本发明并不对撒砂装置的具体架构进行限制。

其中，LTE-R系统包括核心网和基站(eNodeB)，于步骤1中，核心网接收的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息通过基站发送至撒砂装置。在本实施例中，第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息为通过卫星测量获得。

步骤2：撒砂装置根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号，撒砂装置根据控制信号动作，其中，在本实施例中，撒砂装置还可包括车重传感器及测速传感器，车重传感器将采集到的车重信息发送给撒砂装置，测速传感器将采集到的第二车速信息及瞬时速度增量发送给撒砂装置，撒砂装置根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号，撒砂装置根据控制信号控制其自身的撒砂量及撒砂速度。

步骤3：撒砂装置通过LTE-R系统输出当前的撒砂信息至列车控制应用服务器，其中，撒砂装置根据当前撒砂状态生成撒砂信息，撒砂信息包括但不限于：当前的撒砂量及当前的撒砂速度，撒砂控制系统将当前的撒砂信息发送给基站，基站通过核心网将当前的撒砂信息发送给机车监控系统的列车控制应用服务器，列车控制应用服务器存储撒砂信息，机车监控系统读取列车控制应用服务器存储的撒砂信息，从而进行对撒砂装置的监测。

进一步地，基站包括基带单元(BaseBand Unit，BBU)及射频拉远单元(RadioRemote Unit，RRU)，请参照图2，图2为图1中步骤1的分步骤流程图，步骤1包括：

步骤11：基带单元接收核心网输出的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息后输出至射频拉远单元，其中，基带单元通过核心网接收第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息并将第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息发送给射频拉远单元；

步骤12：射频拉远单元将接收的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息通过Uu接口输出至撒砂装置，其中，射频拉远单元将接收到的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息通过Uu接口输出至撒砂装置。

再进一步地，撒砂装置包括：撒砂控制单元及撒砂执行单元，撒砂控制单元用于生成控制信号对撒砂执行单元进行控制，撒砂执行单元用以根据控制信号完成撒砂作业，请参照图3，图3为图1中步骤2的分步骤流程图，于步骤2中包括：

步骤21：通过传感器采集车重信息、瞬时速度增量及第二车速信息，其中，通过车重传感器及测速传感器分别采集轨道车辆的车重信息以及当前轨道车辆的第二车速信息及瞬时速度增量。

步骤21：撒砂控制单元接收并根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息及第二车速信息生成控制信号，其中撒砂控制单元电性连接于车重传感器、测速传感器及射频拉远单元，撒砂控制单元接收射频拉远单元输出的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息，同时撒砂控制单元还接收车重传感器及测速传感器输出的车重信息、瞬时速度增量及第二车速信息后，根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、瞬时速度增量、时间增量及第二车速信息生成控制信号。

步骤22：撒砂控制单元根据控制信号控制撒砂执行单元的撒砂量及撒砂速度，其中，撒砂控制单元电性连接于撒砂执行单元，撒砂执行单元根据撒砂控制单元输出的控制信号调节自身的撒砂量及撒砂速度，从而完成撒砂作业。

又进一步地，核心网包括：服务网关(Serving GateWay，S-GW)、PDN网关(PDNGateWay，P-GW)及IP网络，基站包括：S1-u接口，请参照图4，图4为图1中步骤3的分步骤流程图，于步骤3包括以下步骤：

步骤31：撒砂控制单元根据当前撒砂状态生成撒砂信息；

步骤32：撒砂控制单元通过Uu接口(空中接口)输出撒砂信息至射频拉远单元，射频拉远单元接收并输出撒砂信息至基带单元，其中，撒砂控制单元通过Uu接口与射频拉远单元相连，并通过基站与核心网实体通信，进而完成整个端到端的业务接续；

步骤33：基带单元接收撒砂信息后，再依次通过S1-u接口、服务网关、PDN网关及IP网络输出撒砂信息至机车监控系统。

更进一步地，于步骤22中包括：

撒砂控制单元根据以下公式获得参数D，并根据所述参数D为生成所述控制信号：

D＝[AV+(exp(F)-1)]；

其中，A为加速度数据信息，V为速度数据信息，F为向心力数据信息；

撒砂控制单元根据以下公式获得加速度数据信息：

T为环境温度信息，i为轨道坡度信息，Δt为时间增量，ΔV为瞬时速度增量，通过测速传感器测量获得；

撒砂控制单元根据以下公式获得速度数据信息：

V＝(V₁+V₂)/2；

其中，V₁为第一车速信息，通过卫星测量获得，V₂为第二车速信息，为通过测速传感器测量获得；

撒砂控制单元根据以下公式获得向心力数据信息：

F＝MV²/R；

其中，M为车重信息，通过车重传感器测量获得，R为轨道平曲线半径信息。

值得注意的是，在本实施例中，撒砂装置可以设置于轨道车辆底部，机车监控系统可以设置于轨道车辆内部，但本发明并不以此为限。

请参照图5，图为本发明轨道车辆撒砂系统的结构示意图。如图5所示轨道车辆撒砂系统包括：LTE-R系统4及撒砂装置5；撒砂装置5通过LTE-R系统4接收第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息，撒砂装置5根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、时间增量、瞬时速度增量及第二车速信息生成控制信号，撒砂装置5根据控制信号动作，撒砂装置5还通过LTE-R系统4输出当前的撒砂信息至机车监控系统6。

进一步地，LTE-R系统包括核心网41和基站42，核心网41接收的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息通过基站42发送至撒砂装置5。

其中，基站42包括基带单元421及射频拉远单元422，核心网41接收的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息发送给基带单元421，基带单元421将接收到的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息发送给射频拉远单元422，射频拉远单元422通过Uu接口8将接收到的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息发送给撒砂装置5。

再进一步地，撒砂装置5包括车重传感器51、测速传感器52、撒砂控制单元53及撒砂执行单元54，车重传感器51及测速传感器52将分别采集的车重信息及第二车速信息发送给撒砂控制单元53，撒砂控制单元53还接收射频拉远单元422输出的第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息及轨道坡度信息，撒砂控制单元53根据第一车速信息、轨道平曲线半径信息、环境温度信息、轨道坡度信息、车重信息、时间增量、瞬时速度增量及第二车速信息生成控制信号控制撒砂执行单元54的撒砂作业。

更进一步地，核心网41包括：服务网关411、PDN网关412及IP网络413，基站42还包括S1-u接口423，撒砂控制单元53根据当前撒砂状态生成撒砂信息，撒砂控制单元53通过Uu接口8输出撒砂信息至射频拉远单元422，射频拉远单元422接收并输出撒砂信息至基带单元421，基带单元421输出的撒砂信息依次通过S1-u接口423、服务网关411、PDN网关412及IP网络413至机车监控系统6的列车控制应用服务器61，列车控制应用服务器61存储撒砂信息，机车监控系统6读取列车控制应用服务器61存储的撒砂信息，从而进行对撒砂装置5的监测，撒砂信息包括但不限于：撒砂装置5当前的撒砂量及当前的撒砂速度。

请参照图6，图6为本发明轨道车辆撒砂系统的应用示意图。图6所示出的轨道车辆撒砂系统与图5所示出轨道车辆撒砂系统的结构大致相同，因此相同部分在此就不再赘述了，现将不同部分说明如下，在本实施例中，LET-R采用分布式架构，基站42包括一个基带单元421及四个射频拉远单元422，列车7包括八节车厢71，撒砂装置5设置于每节车厢71的底部，四个射频拉远单元422相应对应于第一、二节车厢71之间，第三、四节车厢71之间、第五、六节车厢71之间以及第七、八节车厢71之间，通过这种采用分布式架构能够使得三个射频拉远单元422输出的信息能够全面覆盖整个列车的撒砂装置5，同时撒砂装置5输出的撒砂信息也能被三个射频拉远单元422完全接收，从而输出给基带单元421，但本发明并不对基带单元421、射频拉远单元422、撒砂装置5以及车厢71的数量进行限制，同样本发明并不对基带单元421、射频拉远单元422及撒砂装置5的设置方式进行限制。

综上所述，本发明基于LTE-R系统实现了撒砂数据的可靠传输以及对撒砂状态的实时监控，且根据撒砂量及撒砂速度实现了撒砂作业的精确控制，提高了车辆的安全性。

尽管参照前述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精神和范围。