CN101254791B - 基于通信的轨道交通列车自动监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通信的轨道交通列车自动监控系统。包括车载设备和地面自动监控系统，车载设备设置在列车上，用于收集列车信息并通过无线网络发送给地面自动监控系统，还用于接收并执行由地面自动监控系统发送来的调度命令；地面自动监控系统用于接收车载设备发送来的列车信息，并根据列车信息进行联锁运算，生成调度命令，并通过无线网络发送给车载设备。本发明通过车-地间双向信息传输，实现对列车的闭环控制，大大降低了认为错误的影响，系统可靠性提高；ATS系统实时了解列车的位置、速度等各种运行参数，提高了系统运行效率和自动化程度；通过无线通信方式，可实现移动闭塞方式，有利于提高行车密度；列车可及时响应ATS系统的调度调整命令。

Description

基于通信的轨道交通列车自动监控系统

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，具体地说是一种基于通信的轨道交通列车自动监控系统。

背景技术

轨道交通是解决现代城市交通拥挤的有效手段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全、正点。近些年，城市人口急剧膨胀，从而对城市轨道交通的载客能力提出了越来越高的要求。为了提高载客能力，措施之一是增加每列车的车辆数目及增加车辆的空间容量；措施之二是缩短行车间隔，从而提高线路的通过能力。

现有列车控制系统主要是利用轨道电路传送地面至车上信息。轨道电路有它独特的优点，如：能比较完善的地检查列车完整性。但轨道电路的明显缺点，轨道电路只能达到地面到车上的单向传输，而不能实现双向传输。且轨道电路只能使用较低的频率发送信息，传输信息量较小，受环境影响大，很难实现列车对地面的信息传输。因此，难以满足大量信息传输的要求。为了保证列车的安全运行，提高服务质量，减少轨旁设备，加强地车的联系，需要列车与地面进行双向通信，传输大量的数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于通信的轨道交通列车自动监控(ATS，Automatic Train Supervision)系统，以满足车上、地面可靠信息量的扩大，满足对列车实施更为精确的控制的需求。

为了解决上述问题，本发明提供了基于通信的轨道交通列车自动监控系统，包括车载设备和地面自动监控系统，所述车载设备设置在列车上，用于收集列车信息并通过无线网络发送给地面自动监控系统，还用于接收由地面自动监控系统发送来的调度命令，并执行所述调度命令；所述地面自动监控系统用于接收所述车载设备发送来的列车信息，并根据列车信息进行联锁运算，根据运算结果生成调度命令，并将所述调度命令通过无线网络发送给所述车载设备。

进一步地，所述地面自动监控系统包括一个中央自动监控子系统和至少一个车站自动监控子系统，每个车站自动监控子系统配置一个地面设备；所述地面设备用于通过无线网络和车载设备通信；所述车站自动监控子系统用于在系统运行在分布控制模式时接收地面设备转发来的列车信息，进联锁运算，并根据联锁运算生成调度命令，再通过地面设备和无线网络发送给车载设备；所述中央自动监控子系统用于在系统运行在集中控制模式时接收车载设备通过无线网线网络发送来的列车信息，进联锁运算，并根据联锁运算生成调度命令，再通过无线网络发送给车载设备。

进一步地，所述地面设备上连接有位于轨道旁的显示窗口，用于显示信息供列车驾驶员参考。

进一步地，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统包括：

列车监视与跟踪模块及设备管理模块，用于对整个站场情况进行监视，包括列车的运行情况的监视和信号设备状态的监视，并根据计划时刻表，为列车分配车次号及其运营计划；列车根据其分配的运营计划模拟运行，并将列车的位置和到发时刻发送给所述地面自动监控系统；

调整模块，用于根据列车的到发时刻及计划时刻对列车的运行状态进行调整，以保证列车能够按预先制定的运营图运营；

进路控制模块，根据列车的位置信息、列车计划时刻表为列车办理相应的进路；

运行图管理模块，用于选择所需基本运行图作为当日的计划运行图，并将其下发至车站，所述基本运行图为预先由人工或系统自动制定好。

进一步地，所述运行图管理模块还用于离线管理编辑满足运营要求的基本运行图。

进一步地，所述运行图管理模块还用于使车站自动监控子系统的运行图与中央自动监控子系统的运行图同步。

进一步地，所述调整模块包括自动调整模块和人工调整模块，分别用于实现根据列车的到发时刻及计划时刻对列车的运行状态的自动或人工调整。

进一步地，所述进路控制模块包括自动进路控制模块和人工进路控制模块，分别用于根据列车的位置信息、列车计划时刻表自动或人工为列车办理相应的进路。

进一步地，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统还包括：

历史回放模块，用于对列车运营的全过程进行监视回放，对站场中信号设备正常运行和故障状态情况进行监视以及对操作员的操作命令过程进行监视。

进一步地，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统还包括：

权限管理模块，用于对操作人员用户信息、岗位信息进行维护，并且根据不同操作员身份为其分配不同的岗位职责权限，还用于完成正常权限的转移。

本发明的基于通信的轨道交通列车自动监控系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息及列车速度信息并将其传送至列车自动监控系统，使列车自动监控系统实时了解每一列车位置和速度信息，以便能够作出更好的调整计划；地面通信设备也将ATS系统实时有效的调度命令及时传送给列车，使列车能够及时按照调度命令运行，从而保证列车能够更好地按图运行，更好地完成运行计划；精确连续的列车定位可使固定闭塞分区取消，采用移动自动闭塞，提高运输组织的灵活性，提高运输效率。

基于通信的轨道交通列车自动监控系统通过无线通信网络保证车-地之间双向、连续、高效的信息通信，使车载信号设备的信息能够和地面轨旁信号设备信息进行交换，从而有效的确定列车的位置，并计算出前后列车间的相对距离。列车间隔是按照后续列车在当前速度下所需要的制动距离，加上设定的安全余量计算和控制的，最终确保前后列车的安全追踪距离。

本发明的有益效果是：

1、通过车-地间双向信息传输，实现对列车的闭环控制，从而大大降低认为错误的影响，系统可靠性提高；

2、ATS系统实时了解列车的位置、速度等各种运行列车的参数，结合智能技术调整列车运行，获得最佳的区间通过能力，减少列车在区段内运行时不需要的加速、制动等，有利于提高系统运行效率和自动化程度；

3、通过无线通信方式，可实现移动闭塞方式，有利于提高城市轨道交通中列车的行车密度；

4、通过车-地间双向通信，列车可及时响应ATS系统的调度调整命令，有利于采用更节能的运营计划方便旅客出行；有利于更好的指导监督列车完成运营计划。

附图说明

图1是本发明的基于通信的轨道交通列车自动监控系统的整体结构框图；

图2是本发明的地面自动监控系统的功能模块图；

图3是本发明的基于通信的轨道交通列车自动监控系统的数据流图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的基于通信的轨道交通列车自动监控系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用和信息传输的束缚，采用商用设备(CommercialOff-The-Shelf，简称COTS)技术，实现移动闭塞。实时或定时地进行列车与地面间的双向通信，后续列车可以及时了解前方列车运行情况。从而实现移动闭塞系统，不需要预先设置固定的闭塞分区，而是根据实际运行速度、制动曲线以及列车的相对位置等信息，实时动态的计算出相邻列车之间的安全距离，列车安全距离的计算是后续列车的受控停车点和前一列车尾部的确认位置之间的一段距离。

如图1所示，本发明的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，包括置于列车上的车载设备和地面自动监控系统，车载设备和地面自动监控系统之间通过无线网络通信。车载设备负责采集列车信息，例如列车位置、车速等，并将这些信息通过无线网络发送给地面自动监控系统；车载设备还负责接收地面自动监控系统发送来的信息或调度命令，将其显示给列车驾驶员，或者直接执行其中的调度命令。

地面自动监控系统包括地面设备、车站自动监控子系统和中央自动监控子系统，其中，地面设备设置在轨道旁，用于与车载设备进行通信，同时，还可以在轨道旁提供信息显示窗口供列车驾驶员参考。根据轨道长度，地面设备可以有多个，可称为相邻地面设备。车站自动监控子系统位于各车站，每个地面设备配置一套车站自动监控子系统，车站控制子系统的作用是在系统运行在分布控制时，实现对列车的自动控制。中央自动监控子系统可设置在任意地点，中央自动监控子系统用于是在系统运行在集中控制模块时，实现对列车的自动控制。

如图1所示，地面自动监控系统还可以包括一个联锁计算机系统，用于根据车站自动监控子系统或中央自动监控子系统提供的列车信息进行联锁运算，制定运行图，并将运算结果反馈给车站自动监控子系统或中央自动监控子系统。当然，联锁运算也可以由车站自动监控子系统或中央自动监控子系统内部的计算机设备完成。

基于通信的轨道交通列车自动监控系统通过无线通信网络保证车-地之间双向、连续、高效的信息通信，使车载信号设备的信息能够和地面轨旁信号设备信息进行交换，从而有效的确定列车的位置，并计算出前后列车间的相对距离。列车间隔是按照后续列车在当前速度下所需要的制动距离，加上设定的安全余量计算和控制的，最终确保前后列车的安全追踪距离。

为保证ATS系统与列车连续通信主要包括地面和车载设备，地面和车载设备通过无线通信网络连接。考虑到不同的线路长度，可能需要配置多套ATS车站系统设备、地面设备，所以在系统结构图中增加了“相邻地面ATS设备”、“相邻车站ATS设备”。

图2为本发明中地面自动监控系统的功能结构图，图中可以看到各功能模块分布情况，具体说明如下：

列车监视与跟踪的主要功能是将轨道区段的占用同特定的列车识别号联系起来，以便操作员准确了解列车在区间运行中的具体位置。

ATS(列车自动监控)系统提供了进路控制功能，包括自动设置进路和人工进路控制。自动设置进路的功能，它只适用于正向列车运行。自动进路根据列车跟踪信息和时刻表信息以及列车间的顺序和联锁条件进行。自动进路的排列可以有不同的方式。

ATS系统的时刻表管理主要包括离线管理和在线管理功能。车站ATS具备时刻表在线管理功能。

运行调整包括列车的自动调整(ATR)和人工调整。其中自动调整的主要任务是调整列车运行，确保列车运行遵照时刻表。ATR还给其他系统提供数据。正常情况下，中心的列车自动调整的数据提供给其他系统，车站ATS子系统自动调整地数据输出被封锁。

列车自动调整(ATR)功能在列车实际的运行时刻信息和计划时刻信息比较的基础上调整停站时间和站间运行时间。当列车停在某站，ATR自动计算出列车运行偏差，ATR从时刻表读取计划的停站时间和运行时间，并且和收到的偏差作比较，发送新的停站时间和运行时间来调整列车运行，报文执行时间也将被考虑在内。ATO车载设备负责及时地以最节能的方案到达下一站。

当列车停止运行或有重大延迟时，实施的调整策略。可以采用等间隔列车调整和重大延迟和列车聚集时列车调整两种措施来实现系统中列车的等间隔运行。

列车人工调整功能主要是为操作人员针对列车提供调整功能，列车人工调整功能的优先级高于自动调整，即当列车进入被“跳停”或“扣车”的车站时，不论列车是自动控制还是人工控制，人工调整命令都会立即执行。

设备管理主要是通过工作站显示器，能对轨道区段、道岔、信号机、列车识别号、在线列车运行状态、命令执行情况及系统设备状态等进行监视。当列车运行或信号设备发生异常时，根据不同的报警信息，在工作站上报警框中给出相应的报警提示。报警信息内容以时间、产生报警的设备、内容及状态等显示。可以通过选择打印报警信息类别，使所选的报警信息在事件打印机中实时打印输出，同时所有的报警信息都会在服务器中保存，保存时间不小于90天(保存时间在设计联络时商定)，并能以文本文件方式输出。

权限管理主要是负责中心ATS与车站ATS权限的人工转移。正常情况下，控制权限在中心ATS系统，当车站操作人员需要通过车站ATS子系统进行操作时，需要向中心ATS系统申请控制权限，属于正常的控制权限转移。另外，在紧急情况下，站级ATS可以不请求中央ATS而直接获得控制权，这可以由安全相关的联锁命令触发。

站场回放可在站场现实中看到事先记录下来的列车在线路运营和操作员的操作情况，以便操作员运营后对列车运行全过程的查看及对其运营的分析。

通信模块可保证中心ATS与车站ATS系统数据通信，同时保证ATS系统与列车双向通信。

中央ATS与站级ATS的关系以及实际操作办法描述如下：

(1)常规操作：

在常规操作的情况下，中央ATS处于启动状态，负责控制列车运行，站级ATS计算机处于备用状态。它们从其他系统那里接收所有的信息，并处理所有的命令(如进路自动排列命令等)，但是命令输出被封锁，只显示现场设备状态、追踪列车运行及车次号、提供给其他系统相关信息。在车站级ATS可以获得和中心级ATS同样详细的时刻表信息，包括列车的晚点正点和早点信息。在正常运营情况下，本地ATS无需进行操作。但是，在一些特殊的情况下，必须要执行安全相关的命令(如转换被挤的道岔)，这只能由站级ATS来进行。在执行命令前，控制权必须下放给站级ATS。

在紧急情况下，站级ATS可以不请求中央ATS而直接获得控制权，这可以由安全相关的联锁命令触发。

(2)后备模式下的站级ATS：

如果中央ATS故障，站级ATS自动由备用状态转换到主机状态，这时站级ATS计算出的命令(如自动进路排列、停站时间命令、根据每天的时刻表进行车次号替换等)直接发送给其他系统，而不再被封锁。站级ATS的功能包括自动进路排列、列车监视和跟踪、时刻表管理器、时刻表偏离以及列车自动调整。这些站级ATS的功能提供类似中央ATS的一些基本的自动操作，以协助调度员在后备模式下仍能够保证列车的准点运行。

以上各功能模块可设置在车站自动监控子系统中，用于实现分布式自动控制；也可以设置在中央自动监控子系统中，用于实现集中式自动监控；还可以在车站自动监控子系统和中央自动监控子系统中各设置一套，以实现集中和分布两种运营模式的自由切换。

图3中提供了整个模拟系统中主要部分的数据流，主要的过程如下：

在正常情况运营情况下：

通过运行图管理模块的离线管理编辑满足运营要求的基本运行图；

通过运行图管理模块在线管理的加载模块选择所需基本运行图作为当日的计划运行图，并将其下发至车站；

车站的运行图管理模块的在线管理模块将使本地运行图与中央同步

列车监视与跟踪中的自动分配模块根据计划时刻表，为列车分配车次号及其运营计划；

列车根据其分配的运营计划模拟运行，及将列车的位置和到发时刻发送给车站、中心；

通过运行调整模块的自动调整模块根据列车的到发时刻及计划时刻进行自动调整，以保证列车能够按图运营；

通过进路控制模块的自动进路控制模块根据列车的位置信息、列车计划时刻表为列车办理相应的进路；

通过列车监视与跟踪模块、设备管理模块可对整个站场情况进行监视，包括列车的运行情况的监视和信号设备等情况状态的监视；

通过运行调整模块的人工调整模块针对列车进行人工控制，如扣车、跳停、放行、时间调整；

通过历史回放模块的回放功能可对列车运营的全过程进行监视回放，对站场中信号设备正常运行和故障状态等情况进行监视以及对操作员的操作命令过程的监视；

通过权限管理模块可对对操作人员用户信息、岗位信息等信息进行维护，并且根据不同操作员身份为其分配不同的岗位职责权限，也可以完成正常权限的转移，即可通过操作人员的人工申请进行对权限的转移，如中心转至车站、车站转至中心，以达到控制模式的转换，集中控制与分散控制，另外当特殊情况下，车站级ATS可以不请求中央ATS而直接获得控制权，这可以由安全相关的联锁命令触发。

通过权限管理模块可进行控制权模式转换，当中央ATS故障或网络故障，站级ATS自动由备用状态转换到主机状态，这时站级ATS计算出的命令(如自动进路排列、停站时间命令、根据每天的时刻表进行车次号替换等)直接发送给其他系统，而不再被封锁。

车站级ATS系统也具备列车监视与跟踪、进路控制、运行图在线管理、运行调整、设备管理、权限管理、站场回放等方面。在正常情况下系统中各模块的输出被封锁，当车站具备权限时，将各模块的输出打开直接发送至其他系统。

Claims (9)

1.基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，包括车载设备和地面自动监控系统，所述车载设备设置在列车上，用于收集列车信息并通过无线网络发送给地面自动监控系统，还用于接收由地面自动监控系统发送来的调度命令，并执行所述调度命令；所述地面自动监控系统用于接收所述车载设备发送来的列车信息，并根据列车信息进行联锁运算，根据运算结果生成调度命令，并将所述调度命令通过无线网络发送给所述车载设备；

其中，所述地面自动监控系统包括一个中央自动监控子系统和至少一个车站自动监控子系统，每个车站自动监控子系统配置一个地面设备；所述地面设备用于通过无线网络和车载设备通信；所述车站自动监控子系统用于在系统运行在分布控制模式时接收地面设备转发来的列车信息，进联锁运算，并根据联锁运算生成调度命令，再通过地面设备和无线网络发送给车载设备；所述中央自动监控子系统用于在系统运行在集中控制模式时接收车载设备通过无线网线网络发送来的列车信息，进联锁运算，并根据联锁运算生成调度命令，再通过无线网络发送给车载设备。

2.如权利要求1所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述地面设备上连接有位于轨道旁的显示窗口，用于显示信息供列车驾驶员参考。

3.如权利要求1所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统包括：

列车监视与跟踪模块及设备管理模块，用于对整个站场情况进行监视，包括列车的运行情况的监视和信号设备状态的监视，并根据计划时刻表，为列车分配车次号及其运营计划；列车根据其分配的运营计划模拟运行，并将列车的位置和到发时刻发送给所述地面自动监控系统；

调整模块，用于根据列车的到发时刻及计划时刻对列车的运行状态进行调整，以保证列车能够按预先制定的运营图运营；

进路控制模块，根据列车的位置信息、列车计划时刻表为列车办理相应的进路；

运行图管理模块，用于选择所需基本运行图作为当日的计划运行图，并将其下发至车站，所述基本运行图为预先由人工或系统自动制定好。

4.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述运行图管理模块还用于离线管理编辑满足运营要求的基本运行图。

5.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述运行图管理模块还用于使车站自动监控子系统的运行图与中央自动监控子系统的运行图同步。

6.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述调整模块包括自动调整模块和人工调整模块，分别用于实现根据列车的到发时刻及计划时刻对列车的运行状态的自动或人工调整。

7.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述进路控制模块包括自动进路控制模块和人工进路控制模块，分别用于根据列车的位置信息、列车计划时刻表自动或人工为列车办理相应的进路。

8.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统还包括：

历史回放模块，用于对列车运营的全过程进行监视回放，对站场中信号设备正常运行和故障状态情况进行监视以及对操作员的操作命令过程进行监视。

9.如权利要求3所述的基于通信的轨道交通列车自动监控系统，其特征在于，所述中央自动监控子系统或车站自动监控子系统还包括：

权限管理模块，用于对操作人员用户信息、岗位信息进行维护，并且根据不同操作员身份为其分配不同的岗位职责权限，还用于完成正常权限的转移。

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