CN101117128B - 车站调机自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车站调机自动驾驶系统，其与车站综合集成自动化系统相关，并作为车站综合集成自动化系统的一个组成部分，用于使车站的调机在所述的综合集成自动化系统支撑下，实现调机在全站按照调机与调车作业计划，配合地面调车进路自动控制，自动操纵机车行驶。本发明工作在车站综合集成自动化系统的环境下，以管控一体化、信息共享与信息交换为前提。本发明的调机自动驾驶是在申请人另一个发明专利编组站调机自动化系统基础上功能进一步发展而成。

Description

车站调机自动驾驶系统

技术领域

本发明涉及一种铁路车站的调车机车(简称调机)自动驾驶系统，属于铁路车站自动化技术领域，该系统依附于车站综合集成自动化系统。

背景技术

调车机车作为铁路车站内调车作业的动力，通常只在站内运动。调机计划包括调机与调车计划的匹配，调机单机折返，以及调机出入库整备等。目前，对车站内调机的控制是人工将纸面调车作业通知单递交给司机及地面调车人员，司机按照调车计划确认地面信号和调车人员的手信号，驾驶机车带动车辆行进，时进时退，完成车辆甩挂调车工作。调车计划执行完后，根据下一个调车计划的起始地点和地面信号机的指挥，司机驾驶单机折返到位。

迄今为止，国内外还没有实现车站调机自动驾驶的先例。在现有技术中，存在一些有关调车作业无线通讯系统和自动控制系统的技术方案，例如在专利文件CN 2151914Y中就公开了一种无线调车装置，在CN 2590823Y中则公开了一种调车报警控制装置。公开在EP 0697321A中的自动化编组站只涉及进路控制的自动化，并不包括调车机车的自动化、信息化系统，美国专利US 4582280A公开了一种铁路通讯系统，其采用了一些设备和措施使列车与地面保持实时信息沟通，但并未考虑铁路编组站的特殊情况和特定要求。

为解决调车机车的指挥问题，迄今为止，中国铁路曾先后发展过机车信号系统，将地面信号灯复示到机车上；驼峰推峰遥控系统，仅限于特定机车在特定区域的特定作业--驼峰预推和推送进路遥控；平面调车灯显系统，借助对讲无线电台，将调车人员的手信号显示在驾驶室内；编组站调机自动化系统，在人工驾驶基础上，加强车载信息化以及地面管理人员对机车作业过程的掌控，提供调车速度与距离防护功能，但国内外目前尚未出现完整意义上的调机自动驾驶系统。

另外，车站调机自动驾驶系统不能独立存在，必须依托车站综合自动化系统，在集中统一调度计划综合管理、管控一体化的支持下，使调机按定制的调车与折返指令计划行驶，并由调度中心管理系统协调地面进路控制与机车驾驶控制之间的逻辑一致性，即车站调机自动驾驶分系统应属于车站综合集成自动化系统的一个组成部分，由本申请人另行获得的专利申请中公开了一种编组站综合集成自动化系统、编组站调机自动化系统和编组站联锁自动化系统，为实现车站调机自动驾驶系统奠定了信息与技术基础。

发明内容

基于上述的情况，本发明的目的在于提出一种车站调机自动驾驶系统，其与上述的编组站综合集成自动化系统相关，并作为编组站综合集成自动化系统的一个组成部分，用于使编组站的调机自动驾驶能融合到所述的综合集成自动化系统中，从而实现调车机车自动驾驶功能。

在编组站综合集成自动化系统的环境下，以及站内管控一体化、信息共享与信息交换的前提下，本发明的目的得以实现。本发明的调机自动驾驶系统兼容调机自动化系统、原驼峰机车信号或驼峰机车遥控系统，并且功能进一步扩展达到调车全程自动驾驶。

根据本发明，提供了一种车站调机自动驾驶系统，其包括：

地面设备，其负责在车站管理系统的共享信息库平台上收集、整理、组织有关调车机车的各种信息；

通信设备，其采用数据传输通道，在地面设备与车站内所有调机之间双向高速地实时传输所需的控制信息与表示信息；

车载设备，其可实现信息收发，进行控制运算，并能对机车进行控制，且可采集机车的运行状态；

平调设备，其可将地面调车人员的指挥手信号通过无线手持机发送并显示在机车上，且通过数据接口，将指挥信令传输到车载设备，

本系统对现有技术作出的贡献在于，系统的地面设备包括与车站管理系统连接并共享调机信息的调机地面服务器，为车载设备提供调度指令信息、地面进路信息以及地面进路反馈信息；所述系统的车载设备保存有据所述调度指令信息、地面进路信息以及地面进路反馈信息确定的调程信息和停车目标信息以及驾驶速度曲线信息，跟踪当前位置及车辆检测反馈信息，参考电子地图信息闲环控制机车按驾驶速度曲线行驶；平调设备包括平面调车无线灯显系统，调机进入存车线路后工作，手持机控制信号无线传送驾驶室，形成灯光组合信号，通过数据接口连接车载设备摄取动态限速信息，手动遥控机车安全连结停留车辆。

上述调度指令信息包括作业类型、调机号、运行经路、运行方向、折返要求、目标地点、车列长度、车列重量、分段触发允许信息，可同时向多个调机发送。

上述地面进路反馈信息包括调车进路上的道岔位置、区段锁闭、区段占用以及信号机开放的状态信息，是由地面联锁控制系统执行调度指令后建立的调车进路表示状况。

上述当前位置信息由车载设备利用调车进路上轨道区段占用/出清结合走行测距进行定位跟踪，以及调机上所安装的GPS接收器的定位信息共同确定。

上述电子地图信息包括车站所处站场的地面线路、信号机、轨道区段、道岔设备所在的位置、长度与距离，以及线路曲线、坡度地理数据。

上述驾驶速度曲线信息由系统根据调度指令信息、电子地图信息、定位的车列前后所在位置尺寸、重量信息，精确计算调车行程信息，按照车列定距离停车要求与机车自身的性能，综合考虑准确、快速、平稳与节能，建立数学模型计算获取。

上述驾驶速度曲线受限速包络曲线的限制实现调车超速防护，限速包络曲线依调机所在地点和调车/推峰/单机作业类型而不同。

上述调机自动驾驶系统与地面调车进路发生逻辑联锁：与调度指令信息相符的地面进路开通后方允许调车驶入进路；进路上现场设备发生故障调机紧急停车；中间调车信号机未开放时，停车目标点定在信号机外方，开放后向下一架信号机延伸，直至调程末端。

上述调车经过道口以及车载设备有故障时允许人工介入驾驶，由人工优先选择切入/切除自动驾驶，并通过车载显示器的站场表示和调车计划显示向司机展现地面调车指挥信息。

上述平调设备给出的手持机信号组合成信令，包括连结过程中地面给出的调车启动、停车、前进、后退、速度、连结信息，实现完整的手动遥控；或者手持机具有卫星定位GPS功能，传输到车载设备，地面调车人员站在车辆停留点作为地标，车载设备计算机车与连结点的相对距离，自动驾驶机车减速接近停留点，实现连结自动驾驶。

上述系统接收来自驼峰自动化系统要求的变速推峰信息，实现机车的推峰遥控。

本发明提供的调车自动驾驶系统，可减少驾驶人确认信号时间，提高调车作业效率，增强作业安全性，提升作业精准性，减少驾驶人员数量。下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。

附图说明

图1是根据本发明的车站调机自动驾驶系统的原理框图。

具体实施方式

图1中的原理框图表示了根据本发明优选实施方式的车站调机自动驾驶系统。从图1可见，该系统包括四部分：地面设备、通信设备、车载设备及平调设备。地面设备负责在车站管理系统的共享信息库平台上收集、整理、组织各种调机信息，这些信息包括调机及调车计划指令、包括调车进路在内的站场表示、现车(线路上存在的车辆)，同时向信息平台提供调机跟踪定位动态位置、机车实际走行方向与速度、车载设备状态等信息，供车站管理系统或其它子系统共享。通信设备采用以太网及无线局域网蜂窝地面基站无缝连接的数据传输通道，在地面与编组站内的所有调机之间高速双向实时不间断地传输所需的控制与表示信息。车载设备包括无线局域网天线与移动基站、车载计算机、GPS接收器、车载显示器及机车测控装置与接口组成，其可实现机车的信息收发、司机的显示界面、机车定位、机车驾驶控制及机车状态采集等功能。平调设备包括跟随机车的调车组成员手持式带控制按钮的无线对讲机，以及带信号灯的平调车载电台，其车载台可通过数据传输接口输出信号到车载设备。

调机自动驾驶系统所依托的车站综合管理系统具有自动综合调度功能，包括行车、调车、调机、本务机调度计划，其自动决策优化应包括计划决策与过程决策两个方面，并且在管控一体的平台上实现调度计划与执行反馈之间的互动。车站调度计划中与行车计划紧密相关、相互作用的调车与调机计划信息是调机自动驾驶的基础数据源，包括调机与调车计划的匹配、调机推拉运动实现调车计划、不同调机间的作业均衡、调机的合理调配、增加平行调车机会、调机与调车的最佳走行路径、机车出入库整备、燃料加注、机车待令等，机车在途车辆数量、长度与总重也将随着调车进程而不断变化，所有这些计划与执行要求均以调度指令的形式同时输出给调车自动驾驶系统和地面联锁自动化系统联合执行。

调机行驶路线由地面进路决定，相同的调度指令首先被地面车站联锁自动化分系统执行，按照调度指令要求选排进路、转辙道岔至正确位置、锁闭轨道区段、开放调车信号机。地面按调车指令办理好进路后，指令执行状态以及包含调车进路的站场表示信息分别反馈到车站综合管理系统，这些反馈信息同时被调机自动驾驶地面服务器分享获得，并发送到各台调机上，系统可核对其实际进路与指令的一致性，一致则允许调机驾驶准入。

通过通信设备，地面设备将指令以及地面进路对指令的反应分发到车载设备上，车载计算机将根据上述信息计算调程与目标停车点。车载计算机通过来自地面的轨道占用或出清，跟踪调机的走行，并结合机车测速、测距，可计算出调车机的当前位置。另外，通过机车上安装的GPS卫星定位信息作为跟踪机车的运动轨迹，确定机车当前位置的辅助手段。由于地面设有固定GPS差分基站，通过无线通道不断发送差分数据，在机车上对机车GPS测量数据进行校正，可进一步消除定位误差。对机车及其牵引车辆的定位通过其车列总长度被折算成车列前部和后部所在进路上的位置。

车列当前位置、目标停车点、电子地图(包括地面线路、信号机、轨道区段、道岔等设备所在的位置、长度与距离，以及线路曲线、坡度等地理数据)、定位的车列前后部所在位置、重量信息，被用来实时动态计算调程内的行驶速度曲线，其数学模型应考量走行时间较短、行驶平稳舒适、节省燃油与降低机车磨耗。

单机、预推、推峰、调车等不同的作业对调车的最高限速不同，此外线路与道岔区的限制速度也可分设，综合考量限速因素可在调程内不同位置设定不同的限速值，构成限速包络线，其计算驾驶速度曲线与实际驾驶速度线的速度值必须在限速线之下，一旦接近或超出，将自动采取级别较高的制动措施，将调车速度拉回到限速线以下。该功能称为调车超速防护功能，为安全起见，超速防护的运算与处理应独立于驾驶曲线的计算与处理。

调程内的调车进路可能是分段办理的，调车信号机将分段开放，其目标停车点应设为最远端一架未开放的阻挡信号机外方，即确保自动驾驶的车列能够停在信号机之外，当阻挡信号机在行进中开放时，将目标停车点自动向下一架信号机延伸，重新计算其驾驶速度曲线，最终延伸到调程末端。

速度曲线可在车载计算机或地面服务器上进行计算，但是驾驶闭环控制计算必须在车载计算机上实现。驾驶速度曲线确定后，控制机车按照速度曲线行驶由车载设备完成，机车上的测量装置可检测的反馈信息，包括驾驶方向、实际速度、发动机转速及相关电量，机车上的控制包括有关机车动力与制动接口，车载计算机将根据车载测量设备测量数据实时输出，闭环控制驾驶机车，使其按规定速度行驶。自动控制数学模型应考虑机车性能与工况参数，减少重复调节频度，保持驾驶平稳。

调车进路上有信号设备发生故障，例如轨道电路故障、道岔失去表示、敌对信号开放、灯丝断丝等，导致信号机异常关闭，将通过指令反馈到管理系统，并送达机车上，机车应采取紧急制动措施。

调车作业结果是车辆在不同的线路间被移动，通过调机牵引车辆反复前进与后退中完成，因此调机折返属常见情况。需折返时，其调程的目标停车点应根据折返调车信号机的位置，以及车列在途长度进行计算，使调机的走行距离最短，调车效率最高。

以上解决了车站调机机车在调车进路上的自动驾驶问题。在调机进入有存车的轨道(线路)后，通常需要与停留车进行连挂，即连结，此时地面信号机已失去了指挥作用。由于连结的速度要求较严格，考虑到司机无法瞭望，通常由调车组成员在连结地点就近瞭望，并通过手信号传达给司机，司机按照手信号驾车。为了解决手信号的传递问题，车站已普遍使用平面调车无线灯显系统，调车员利用改造过的无线对讲机，按动对讲机上的信令按钮，产生音频编码，并通过话音通道送达驾驶室，改造过的车载电台装有不同颜色的信号灯光，车载电台对信令解码并显示对应的灯光组合，调车员的信令有机车启动、停车、后退、以及代表不同限速的逻辑。调车自动驾驶系统与带有数据接口的车载台接口接收信令，在调机进入线路后将信令转换为自动驾驶系统的动态限速值，自动驾驶调机进行连结，由此构成了受地面调车员操纵的调机远程遥控模式。该模式只有当调车接近或进入有车线路时才有效，否则无效。如果调机进入有存车的线路而没有接收到来自地面的信令，其目标停车点将设在线路端头固定位置。

为了将连结过程的人工地面遥控驾驶改变为自动驾驶，可选择的方法之一是地面手持机智能化，具有GPS定位功能，并且定位信息使用信令通道传送到车载设备，当需要连结时，地面调车人员站在停留车连结地点作为地标，发信令通知调机接近，车载设备可以计算出车列与停留车的距离，并将地标作为停车目标点，算出驾驶速度曲线进行减速连结。连结自动驾驶可减少地面人员的劳动强度，提高自动化程度。连结自动驾驶可与人工遥控驾驶结合使用。

决定线路存车是否存有车辆在有轨道电路的线路由轨道电路占用表示及综合管理系统中的实时现车共同决定，无轨道电路的线路则完全由实时现车决定。

当调机进入推峰作业时，其驾驶速度应取决于车辆停放的间隔状况与解体效率要求，其速度曲线应由驼峰自动化系统计算并提供，调机自动驾驶系统将通过车站管理系统的共享信息平台获得其输出，并按其自动驾驶、变速推峰。

大多数车站内存在道口，调车经过道口以及车载设备有故障时有人工介入驾驶紧急处理的可能，选择有人自动驾驶方式，为此，车载信息化与数字化指挥的功能将继续保留，包括车载显示器的站场表示与调车计划显示，以及车载调车作业通知单打印。人工驾驶将优先于自动驾驶，并由人工选择自动驾驶的切入与切除。

尽管上文中对本发明的具体实施方式进行了描述，但这仅是示例性的，本领域技术人员可以领会到：在权利要求书所限定的范围内，还可以有多种其它的实施方式，且所有基于本发明设计思想的实施方式都在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种车站调机自动驾驶系统，其包括：

地面设备，其负责在车站管理系统的共享信息库平台上收集、整理、组织有关调车机车的各种信息；

通信设备，其采用数据传输通道，在地面设备与车站内所有调机之间双向高速地实时传输所需的控制信息与表示信息；

车载设备，其可实现信息收发，进行控制运算，并能对机车进行控制，且可采集机车的运行状态；

平调设备，其可将地面调车人员的指挥手信号通过无线手持机发送并显示在机车上，且通过数据接口，将指挥信令传输到车载设备，

其特征在于：所述系统的地面设备包括与车站管理系统连接并共享调机信息的调机地面服务器，为车载设备提供调度指令信息、地面进路信息以及地面进路反馈信息；所述系统的车载设备保存有据所述调度指令信息、地面进路信息以及地面进路反馈信息确定的调程信息和停车目标信息以及驾驶速度曲线信息，跟踪当前位置及车辆检测反馈信息、参考电子地图信息闭环控制机车按驾驶速度曲线行驶；平调设备包括平面调车无线灯显系统，调机进入存车线路后工作，手持机控制信号无线传送驾驶室，形成灯光组合信号，通过数据接口连接车载设备摄取动态限速信息，手动遥控机车安全连结停留车辆。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：调度指令信息包括作业类型、调机号、运行经路、运行方向、折返要求、目标地点、车列长度、车列重量、分段触发允许信息，可同时向多个调机发送。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述地面进路反馈信息包括调车进路上的道岔位置、区段锁闭、区段占用以及信号机开放的状态信息，是由地面联锁控制系统执行调度指令后建立的调车进路表示状况。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述当前位置信息由车载设备利用调车进路上轨道区段占用/出清结合走行测距进行定位跟踪，以及调机上所安装的GPS接收器的定位信息共同确定。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述电子地图信息包括车站所处站场的地面线路、信号机、轨道区段、道岔设备所在的位置、长度与距离，以及线路曲线、坡度地理数据。

6.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述驾驶速度曲线信息由系统根据调度指令信息、电子地图信息、定位的车列前后所在位置尺寸、重量信息，计算调车行程信息，按照车列定距离停车要求与机车自身的性能，建立数学模型计算获取。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述驾驶速度曲线受限速包络曲线的限制实现调车超速防护，限速包络曲线依调机所在地点和调车/推峰/单机作业类型而不同。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述调机自动驾驶系统与地面调车进路发生逻辑联锁：与调度指令信息相符的地面调车进路开通后方允许调车驶入进路；进路上现场设备发生故障调机紧急停车；中间调车信号机未开放时，停车目标点在信号机外方，开放后向下一架信号机延伸，直至调程末端。

9.根据权利要求8所述的自动驾驶系统，其特征在于：调车经过道口以及车载设备有故障时允许人工介入驾驶，由人工优先选择切入/切除自动驾驶，并通过车载显示器的站场表示和调车计划显示向司机展现地面调车指挥信息。

10.根据权利要求9所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述平调设备给出的手持机信号组合成信令，包括连结过程中地面给出的调车启动、停车、前进、后退、速度、连结信息，实现完整的手动遥控；或手持机具有卫星定位GPS功能，传输到车载设备，地面调车人员站在车辆停留点作为地标，车载设备计算机车与连结点的相对距离，自动驾驶机车减速接近停留点，实现连结自动驾驶。

11.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述系统接收来自驼峰自动化系统要求的变速推峰信息，实现机车的推峰遥控。

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