一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识方法、系统

技术领域

本发明涉及电气化公路运输技术领域，特别是关于一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识方法、系统。

背景技术

电气化公路运输，能大大减少运输业车辆对石油燃料的依赖，是一种绿色、低碳的交通运输方式。

一般的，电气化公路运输系统的中控平台会监控线路上车辆运行数量、功率负荷、线路实时供电电压等基本信息，监管维护线路正常运行。中控平台与运行车辆进行通信，从而可以获得车辆信息。目前，车辆与中控平台间通讯方式可采用卫星通讯、移动通信技术和微波通信技术，如安装车载4G模组、并沿线配置相关基站装置，另一种采用有线网络如光纤通讯方式，需要根据传输路径铺设通讯光纤线路。以上这几种方案构建通讯网络需要配置较多通讯设备，成本较高，且与高速移动车辆的通讯，无线通讯可靠性降低，还存在网络拥堵，掉网等问题。此外，由于可能存在其他不合规运营车辆直接接入电网，不受监管也不参与计费，中控平台需要及时识别出违规车辆，仅依靠监控摄像头或人工巡查线路，排查效率低且极大依赖车辆外观区别，可能会出现误判或漏判的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识方法、系统，结合电气化公路沿线铺设输电接触网的特点，供电线路采用贯通式方案，并直接采用宽带电力载波通信技术，利用已有的双极接触电力供电线作为通信载体，将通过受电弓在该接触网上取电的合规运营车辆信息传递到牵引所端载波机，再汇总给中控平台进行全线车辆信息监控。同时结合供电网各区间牵引所获取的实际功率输出量，与通过电力载波通信反馈的运营车辆信息综合对比研判，辨识出各线路区间运营车辆平均功率、数量，判定是否存在违规车辆，若存在就向中控平台上报存在的非法车辆数和所在区间信息，避免非法、不合规车辆进入电气化路段取电，维护电气化公路正常、安全运营。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识系统，包括：输电接触网、牵引所、中压环网以及中控平台；

所述输电接触网具有双极输电线，在双极输电线的沿线上设有若干分段区，相邻两个分段区之间形成一个供车辆运行的区间；

每一分段区处设有一牵引所，所述牵引所用于从所述中压环网取电，经降压和整流后为所述输电接触网供电；每一所述牵引所还用于监测对应的分段区两侧的区间的实际供电功率，并与所述中控平台进行通信，将所述实际供电功率上报给所述中控平台；

每一牵引所在对应的分段区的一侧还设置有载波机，用于与分段区同一侧区间的运行的合规车辆的载波应答器进行基于双极输电线的载波通信，获取分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息；所述牵引所还用于将分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息上报给所述中控平台；

所述中控平台，用于根据各个牵引所上报的实际供电功率和合规车辆的车辆信息的变化情况，确定各个区间中的车辆负载辨识结果。

在本申请的一种实现方式中，每个牵引所中用于整流的整流器的正极输出和负极输出分别连接双极输电线的正极线和负极线，且整流器的正极输出和负极输出同时分2路接入牵引所对应的分段区的左右两侧，实现分段区左右两侧供电贯通。

在本申请的一种实现方式中，所述整流器的正极输出和负极输出之间设置有电压传感器，所述整流器的正极输出在分段区的左右两侧配置电流传感器，以供对应的牵引所根据所述电压传感器和所述电流传感器的数据检测分段区两侧两个区间的实际供电功率。

在本申请的一种实现方式中，所述载波器的两端分别连接双极输电线的正极线和负极线；所述载波器所在区间的双极输电线的两端接有线路阻波器，阻止载波信号向其它区间传输，以实现载波器与所在区间的运行车辆的载波应答器进行区间载波通信。

在本申请的一种实现方式中，所述合规车辆的载波应答器向所述载波器发送的车辆信息，包括车辆的功率、电压和车辆编码信息。

第二方面，本申请提供一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识方法，包括：

每一所述牵引所监测对应的分段区两侧的区间的实际供电功率，并与所述中控平台进行通信，将所述实际供电功率上报给所述中控平台，由所述中控平台计算各个区间的负载总功率P

中控平台在区间的负载总功率P

每一牵引所在对应的分段区的一侧设置有载波机，获取分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息，将分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息上报给所述中控平台；

所述中控平台，根据各个牵引所上报的合规车辆的车辆信息，确定各个区间中合规车辆的区间总功率P

所述中控平台在区间的负载总功率P

在本申请的一种实现方式中，所述负载平均功率P

P

其中，λ为权重因子，P

在本申请的一种实现方式中，所述负载数目n

在本申请的一种实现方式中，差额功率计算为P

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：所述中控平台根据车辆的载波应答器超出设定的次数未应答区间的载波器，确定所述车辆需要人工帮助。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1)无需铺设额外的通讯线路，信号传输直接通过接触网电力线传输，仅需在各牵引所就近安装载波机，和车辆载波应答器，就可实现长距离，低成本通讯。

2)车辆负载辨识能获取各区间车辆平均功率和数量信息，同时监控是否有长期丢失的编码车辆信息，进而及时联系该编码车辆下的司机，为人车安全提供保障。

3)根据各区间的总功率情况，和编码运营车辆反馈的功率结果，辨识是否出现违规非运营车辆在接触网上取电，并及时上报，维护电气化公路运输线安全运营。

附图说明

图1是本申请实施例中合规车辆基于输电接触网进行运输和通信的场景示意图；

图2是本申请实施例中的系统架构的部分示意图；

图3是本申请一个详细实施例中的载波通信和车辆负载辨识的流程图；

图4是本申请一个详细实施例中的算法流程图。

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的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术亟需降低电气化公路通信成本以及准确高效辨识非法车辆的问题。本发明技术方案相应提供一种电气化公路区间载波通信及车辆负载辨识方法、系统。其中，所述系统包括：输电接触网、牵引所、中压环网以及中控平台；所述输电接触网具有双极输电线，在双极输电线的沿线上设有若干分段区，相邻两个分段区之间形成一个供车辆运行的区间；每一分段区处设有一牵引所，所述牵引所用于从所述中压环网取电，经降压和整流后为所述输电接触网供电；每一所述牵引所还用于监测对应的分段区两侧的区间的实际供电功率，并与所述中控平台进行通信，将所述实际供电功率上报给所述中控平台；每一牵引所在对应的分段区的一侧还设置有载波机，用于与分段区同一侧区间的运行的合规车辆的载波应答器进行基于双极输电线的载波通信，获取分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息；所述牵引所还用于将分段区同一侧区间中的合规车辆的车辆信息上报给所述中控平台；所述中控平台，用于根据各个牵引所上报的实际供电功率和合规车辆的车辆信息的变化情况，确定各个区间中的车辆负载辨识结果。本方案，能够降低通信成本，并高效和准确辨识区间的非法车辆。

请参阅本发明实施例的更多附图，在本发明的更多详细的实施例中进一步说明本发明提供的方法及系统。

如图1，车辆运行在常规公路车道上，车道上方架设双极接触网，一般为DC1.5kV供电接触网，车辆顶部受电弓升起与接触网接触取电，为车辆电驱系统提供动力来源。车辆还带有载波应答器，能收集车辆取电电压、功率信息。发送应答信息时，会附带该车辆特定的编码标识符，用于中控平台识别为运营车辆。

在本申请实施例中，采用图2所示的贯通式供电方案，受限接触网载流能力，每隔几公里会配置牵引所，每隔牵引所从中压环网AC35kV上取电，通过降压和整流后得到DC1.5kV，每个整流器正负极均同时接入分段区左右侧，保证分段区左右侧供电贯通，分段区左右侧就近安装电流传感器，整流器输出端口安装电压传感器，三个传感器能计算出牵引所左侧从供电功率，右侧主供电功率，实测功率信息上传给中控平台。以区间1为例，中控平台整和区间1左侧牵引所1主功率P

具体的，由于区间线路路况固定，运行在当前区间的车辆负载功率差别不会太大，首先平均功率辨识前，默认平均功率P

P

然后按照该区间实测总功率和辨识平均功率获取车辆数量：

牵引所接入分段区右侧就近接载波机，用于收取该区间车辆应答信息。正负极分段区左右装线路阻波器，阻隔载波通信传递到其他区间，保证每个区间载波机通信对象仅限该区间的受电弓取电的运营车辆。运行在电气化公路上的运营车辆，统一编码，具有特定的通信标识码，一般运营车辆开始驶入整条电气化路段，会在入口处录入车辆编码，并上报给中控平台标识车辆为正常运营车辆，驶出电气化路段出口，则会剔除该运营车辆编码，即中控平台具有一份当前时刻行驶在电气化公路上所有运营车辆的编码清单信息，且每辆车装有载波应答机，当车辆通过受电弓与接触网滑动接触，车辆与接触网形成电力传输通路，同时依靠该电力线形成实时的载波通信网络。当接收到载波机发出应答指令，区间上的编码运营车辆通过载波通信线路发送各自的功率、电压、车辆编码信息。载波机接收来自当前输电线传输的载波通信信息，计算通信获取的区间总功率P

依靠接触网区域建立实施电力载波通信的网络，正负极分段区左右侧还串联线路阻波器，实现在贯通供电线路上，分段通信线路，使得就近安装的载波机仅与该区间的取电运营车辆进行载波通讯。固定频率令载波机向区间通信线路发送应答指令，收到指令后，区间上的车辆载波应答机通过受电弓、接触线传递车辆功率、电压、编码信息到载波机。载波机获取信息上传到中控平台。以上实现如图3所示的载波电力通信环节。

中控平台按照图4所示处理流程，收集载波通讯得到的区间总功率P

图4为具体的区间环节车辆负载辨识、运营监管方法和全线监管方法。首先区间根据牵引所配置的电压电流传感器获取区间负载实时总功率P

图4所示，全线监管需要在电气化线路入口处录入驶入的运营车辆编码，出口处删除驶出的运营车辆编码，得到一份线路当前时刻运营有效车辆编码清单，然后统计所有区间载波通讯应答获取的车辆编码信息，监控是否出现连续30次未应答的车辆编码，若出现则认定该车辆可能出现异常情况，中控平台需要及时联系该编码车辆对应的司机，人工确认运营车辆运行情况，确认是否需要人工帮助。若未出现连续30次不应答车辆编码，则判定当前有效运营车辆在全线正常行驶，无异常。

综上所述，本申请技术方案，采用宽带电力载波通信技术，整合分析辨识各环节的信息，实现对线路运行车辆进行有效监管，维护电气化运输系统安全、稳定运行。整体方案具有如下有益效果：

1)无需铺设额外的通讯线路，信号传输直接通过接触网电力线传输，仅需在各牵引所就近安装载波机，和车辆载波应答器，就可实现长距离，低成本通讯。

2)车辆负载辨识能获取各区间车辆平均功率和数量信息，同时监控是否有长期丢失的编码车辆信息，进而及时联系该编码车辆下的司机，为人车安全提供保障。

3)根据各区间的总功率情况，和编码运营车辆反馈的功率结果，辨识是否出现违规非运营车辆在接触网上取电，并及时上报，维护电气化公路运输线安全运营。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例上述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。