CN102089198A - 用于路线安全控制的方法和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在机动区的接近区上运行的车辆遵循的路线的安全控制的通信系统和方法，其中：机动区之前是在地上提供的关闭信号，并适合于通知车辆停止，由地面控制装置确定安全延时，以保证车辆在进入机动区之前停止，与关闭信号同时，将来源于地面控制装置的信息请求传送到车辆的车载安全控制装置，车载安全控制装置或相关联的评价模块对车辆制动能力进行评价并将其编码（例如二进制编码）成由地面控制装置请求的信息，然后被馈送回地面控制装置，根据信息状态，地面控制装置最小化安全延时，甚至于完全取消所述安全延时。

Description

用于路线安全控制的方法和通信系统

技术领域

本发明涉及按照权利要求1和8的前序部分所述的用于路线安全控制的方法和通信系统。

背景技术

所述路线安全控制特别面向沿路线移动的公共运输车辆，比如铁路运输装置、地铁列车、有轨电车、无轨电车、公共汽车等。本发明同样还适合于能够由在车辆中的驾驶员以完全自主的方式对其进行制导的车辆类型。比如对于在装备有与信令连接的自动制导控制的路线（铁道）上由自动制导系统管理的车辆即是如此，比如标准CBTC（=Communication Based Train Control（基于通信的列车控制））类型。然而，通过对此类车辆不加限制的扩展，术语“列车”可共同用于下面的文档中，而不会忽略上面列举的所有类型的车辆。

传统上在铁路信令中，用于路线紧急破坏的安全控制逻辑除了名义上的操作模式之外允许路线破坏，同时保持系统的安全。所允许的用于路线紧急破坏的所述列车的安全控制逻辑则基于其良好操作所需要的参数的统计学定义。这些参数被设计用于与在所谓“机动”区运行的列车的最坏情况相兼容，在此区上要考虑相撞的危险，在列车下切换操纵，并从而致使不能运行。

当前，用于在机动区的接近区中运行的车辆所行进的路线的安全控制的方法是已知的，为此：

-机动区之前是位于地上的关闭信号（在接近区和机动区连接处的交通信号灯），并适合指示车辆停止，

-通过地面控制装置充分地（在接近持续时间方面足够长）计算固定的安全延时，以保证车辆在其穿过机动区之前停止。

因此选择安全延时是长的，以便避免最坏情况（相撞、脱轨），而无论车辆接近的类型或特征如何，即使列车不可避免地不能在接近区的边界处停止。换句话说，即使列车安全技术这些年来得以改善，该固定延时也证明非常长。这造成列车停止长的时期，因此阻塞交通过量的时间。

因此，上述控制逻辑的原理基于传统的信令，为此，路线的手动“破坏”的安全（机动区被破坏以防止其被越过）取决于安全延时，和可能取决于确认在与停止信号相关联的接近区上列车的存在的信号（红色交通信号灯、电机断路器等）。路线遵循可能的顺序被破坏，按照此顺序：

1.在接收到来自地面控制装置的（远程）受控路线破坏请求时，地面停止信号被关闭；

2.初始化安全延时，和在所述安全延时消逝之后路线（机动区）被破坏。

此逻辑的原理是，在停止信号关闭时，驾驶员或对该信号接近的车载自动制导控制应该激活制动系统，以使列车停止，并尽全力遵守该信号。

在安全延时结束时，有两种可能的情况：

1.列车成功地在该信号之前停止，并不再越过信号（关闭信号被遵守）。因此路线（机动区）的破坏能够完全安全地实施。

2.列车不能在信号上游停止，但是通过触发锁定后者并防止任何其它列车行经同一机动区的开关，或者由于列车已越过了整个机动区，而不再受路线破坏影响，因此防止在机动区上相撞或脱轨。

计算安全延时保证接近在列车前面关闭的信号的列车将在所述延时消逝之后被停止。为了保证功能的安全，该计算将考虑以最大允许速度在此区域上运行的不同类型列车的最长停止时间（时间取决于接近列车的最大势能和动能及其制动能力）。

发明内容

因此，本发明的目的是缩短在机动区中路线紧急破坏所需要的时间，同时保证安全。

因此，通过独立权利要求1和8，以方法以及系统的形式提出了有利的解决方案。

更具体说，提出用于在机动区的接近区上运行的车辆所行进的路线的安全控制的方法，为此：

-机动区之前是位于地上的关闭信号之前，并适于指示车辆停止，

-由地面控制装置计算安全延时，以保证车辆在越过机动区之前停止，

-与关闭信令同时，将来自地面控制装置的信息的请求传送到车辆的车载安全控制装置，

-车载安全控制装置或相关联的评价模块基于与车辆的动力学有关的能量平衡和由地面控制装置要求、然后被传送回地面控制装置的信息中的代码（比如二进制），对该车辆的制动能力进行评价，

-根据信息的状态，地面控制装置最小化安全延时，或如果信息的状态保证车辆停在机动区外的明确允许的状态，甚至于完全取消所述安全延时。

因此，如此叙述的本发明的实施例预期，遵循来源于关闭信号或地面控制装置的路线破坏的紧急手动控制，列车的动态参数被考虑，或甚至于也在列车和地面之间被传送，特别是与物理停止距离的确定有关的参数，所述参数利用二进制代码（在所要求的信息中）被编码以便能够将其与可接受的停止距离或二进制决策模块（在地面控制装置的水平上）进行比较。如果二进制编码的距离小于可接受的距离，安全延时甚至可完全被取消。

因此可同样设计线性编码，以便传送更加渐进的信号，比如公制距离，无论在任何情况下，这都将导致评价最初的安全延时是否能够被缩短或者甚至于取消。因此，该方面允许精确地调节安全延时，力图使其缩短。

也可以使编码更加安全（比如借助于计算冗余停止距离）并加密，以便更加安全地保护列车和地面之间的信息交换，因此避免在与能量平衡有关的信息被错误计算或者被错误传送或甚至预示不利的情况下缩短安全延时。

一组从属权利要求也提供本发明的优点。

附图说明

为了叙述本发明，特别是其多个技术特征及其优点，借助于所述附图提供一些示例性实施例和应用：

图1示出用于路线安全控制的通信系统。

图2示出用于适于CBTC型自动装置的路线安全控制的通信系统。

具体实施方式

图1表示用于在机动区ZM的接近区ZA上运行的车辆A所行进的路线的安全控制的通信系统，对此：

-机动区之前是位于地上的关闭信号D、C、F，并适合于指示车辆停止，

-地面控制装置USOL包括安全延时TS，所述安全延时被计算以保证车辆在其越过机动区之前停止，

-与关闭信号D、C、F同时，优选借助于空中通信，将来源于地面控制装置的信息请求RI传送到车辆的车载安全控制装置USEMB，

-车载安全控制装置USEMB包括（或连接到）评价模块ME，其基于与车辆的动力学有关的能量平衡对车辆的制动能力进行评价，

-用于对信息请求RI解码的车载模块控制由地面控制装置USOL发送、然后被传送回地面控制装置USOL的所要求的信息IR的编码模块（二进制）MCB，

-根据所要求的与能量平衡有关的信息IR的状态（二进制），地面控制装置包括安全延时的决定和再定义模块，旨在最小化安全延时，甚至于取消所述安全延时。

在结构上，图1是适合于在传统地面信令框架内的通信系统的实施例的例子，包括由地面控制装置USOL通过控制信号C控制的交通信号灯F（可由在接近区ZA上的列车驾驶员看见）。地面控制装置USOL本身受操作者F控制，该操作者希望通过发送给地面控制装置USOL的破坏信号D在机动区ZM上激活可能的路线破坏（或位移）。在此情况下，地面控制装置USOL激活交通信号灯F的关闭，在此情况下信息请求RI也被从地面控制装置USOL发送到车载安全控制装置USEMB。在此阶段中，还要根据所需要的制动的列车类型/最坏情况选择安全延时TS，以其最大值作为缺省值。在识别到在接近区ZA上靠近的列车之后，考虑到相当于安全延时TS的最大值的足够大的安全车间时距，激活信息请求RI的发送。因此驾驶员或车载自动控制器立即准备使列车停止。

于是地面控制装置USOL在以前发起的信息请求RI之后等待信息反馈（所要求的信息RI）。

因此可设想多种情况：

第一种情况：列车A“积极地”响应。

在接收到信息请求RI时，与列车A的车载安全控制装置USEMB相链接的安全计算机由于其位置评价其能量并将其与其制动能力进行比较。

如果列车A具有在接近区ZA上停止而不越过机动区ZM的能力，则安全计算机对地面控制装置USOL积极地响应，发送所要求的信息IR，即比如二进制0-1型消息，该消息可附带有其行程范围，并且准许或不准许缩短或甚至于取消安全延时TS。

在接收到所要求的信息IR时，地面控制装置USOL检验二进制0/1信号，检验行程范围恰当地对应于要破坏的路线，列车A完全保证遵守停止信号F。从而按照本发明，地面控制装置USOL因此准许路线破坏装置D立即破坏路线（不考虑安全延时TS）。

因此操作者F通过地面控制装置USOL发出的信号RES获悉路线破坏。

按照理想的方式，通过空中通信E，比如通过射频实现在地面控制装置USOL和车载安全控制装置USEMB之间信息请求RI和所要求的信息IR的交换。

第二种情况：列车对请求“消极地”响应，或者根本不响应（与列车有关的故障，或者列车未装备有自动装置或适当的车载安全控制装置USEMB）：

路线破坏装置D等待安全延时TS结束（缺省最大值）以对路线进行物理破坏（=机动区ZM上的位移）。

操作者F通过信号RES获悉路线的破坏。

图2表示用于适于在地面控制装置USOL和车载安全控制装置USEMB之间连接的CBTC型H_CBTC自动装置的路线安全控制的通信系统。

因此如在图1中那样，在车载安全控制装置USEMB和H_CBTC自动装置（因此其本身命令地面控制装置，以便通过破坏信号DI来激活安全延时的缩短）之间进行信息请求RI与所要求的信息IR的交换。反之，与来自操作者或地面控制装置USOL的破坏请求有关的信息请求，将借助于破坏信号D通过H_CBTC自动装置被发送到列车的车载安全控制装置USEMB，然后借助于“外延”破坏信号D_CBTC从地面控制装置USOL被发送到H_CBTC自动装置。

在此例中，自动装置H_CBTC的作用是，列车驾驶员从而知道该列车的所有动态参数，并且也能够具有来源于与在不同区域上的交通、信令等有关的任何信息源的可用的数据。因此，在没有驾驶员而对车辆进行动态交通管理的情况下这是十分有利的，特别是允许更严格受控的行程区域。

如在图1中那样，操作者F向地面控制装置USOL发送用于路线的手动破坏的命令。

地面控制装置USOL立即关闭与路线相关联的停止信号F，通过破坏信号D触发路线的手动破坏装置（安全延时TS被初始化为其最大值），通过外延信号D_CBTC向地上的H_CBTC自动设备发送当前的路线破坏信号，以便能够将信息请求RI发送到车载安全控制装置USEMB。

驾驶员（如果有的话）或车载安全控制装置USEMB立即准备停止列车A。

因此地面自动装置H_CBTC识别接近停止信号F的列车A，通过地面/列车链接发送包括停止列车A的请求的信息请求RI。

于是地面自动设备H_CBTC等待对信息请求RI的响应IR：

第一种情况：列车A“积极地”响应。

在接收到信息请求RI时，列车A的车载安全控制装置USEMB（根据CBTC类型也相兼容地自动的）从其位置评价其能量并将其与其制动能力进行比较。

如果列车A具有停止的能力，车载安全控制装置USEMB通过向自动设备H-_CBTC发送回所要求的信息IR，对其积极地响应，即比如二进制0-1型信息可伴有其行程范围，并可以准许或阻止缩短或甚至取消安全延时TS。

在接收到消息时，地面自动设备H_CBTC检验该行程范围准确地对应于待破坏的路线，并且列车A保证停止信号F确实被遵守。

地面自动设备H_CBTC 借助于二进制破坏信号DI向地面控制装置通知接近的列车A是否遵守（或不遵守）信号F。

按照二进制破坏信号DI的允许状态，因此地面控制装置USOL准许路线破坏装置D立即破坏路线（没有考虑取消安全延时TS）。

操作者F通过地面控制装置USOL获悉路线的破坏。

第二种情况：列车对信息请求RI“消极地”响应，或者根本不响应（与列车有关的故障或列车未装备自动装置或适当的车载安全控制装置USEMB）。

如果需要的话，处于备用模式的地面控制装置USOL等待直到安全延时TS结束，以破坏路线。因此，不会存在任何“过早”缩短安全延时TS的危险。

然后操作者F被地面控制装置USOL告知路线的非破坏。

因此，按照图1和图2的两个通信系统允许实施前面在图中提出的安全控制方法。

小结：

-根据所要求的信息IR的状态，如果所要求的信息IR的理想二进制状态保证列车A在不越过机动区ZM的情况下停止，则地面控制装置USOL取消安全延时TS。因此，这在节约用于交通的时间方面是主要的优点，此时间与机动或其它服务动作有关，而无特定的公共运输功能。

-根据所要求的信息IR的状态，车载安全控制装置USEMB将理想上伴随有行程范围的用于停止的安全指令转发给地面控制装置USOL。因此该空中传输动态地被实施，同时保持列车A和地面之间的安全。

-地面控制装置USOL和车载安全控制装置USEMB可借助于地面自动装置H_CBTC通信，该自动装置H_CBTC至少检测并命令车辆在接近区ZA上的移动，并通过连接与（地面）信令装置通信。因此，这致使按照本发明的方法灵活和适用于装备有自动设备的列车，为此，通过不断发展和改进的工具使通信和指令技术越来越有效。反之，本发明也适合于未装备有这样的自动装置的列车，这使本发明通用地适用于现有的交通网并致力于更新或现代化。

-本方法适用于装备有射频发射机/接收机的任何类型的公共运输车辆，并是无在列车和地面之间的任何类型的轨道或悬挂型物理通信链接的。由于车载安全控制装置USEMB借助于空中链接E与地面装置USOL、H_CBTC通信，所以这是便利的。因此当车辆底盘不被轨道引导或甚至被至少一个、两个或三个轨道引导时，建立持久的安全链接的能力可能被重视。

-信息请求RI和所要求的信息IR能够利用二进制代码被编码以便一旦此区的安全按照本发明得以保证，就简化与本发明有关的信息交换，而且还能够与地面的激活机制相兼容，比如在机动区中的切换点。

Claims (9)

1.用于在机动区（ZM）的接近区（ZA）上运行的车辆（A）所行进的路线的安全控制的方法，其中：

-机动区之前是位于地上的关闭信号（D、C、F），并适合于指示车辆停止，

-由地面控制装置（USOL）计算安全延时（TS），以保证车辆在其越过机动区之前停止，

-与关闭信号（D、C、F）同时，将来源于地面控制装置的信息请求（RI）传送给车辆的车载安全控制装置（USEMB），

-车载安全控制装置基于与车辆的动力学有关的能量平衡和由地面控制装置要求、然后被传送回地面控制装置的信息（IR）中的代码对车辆的制动能力进行评价，

-根据所要求的与能量平衡有关的信息IR的状态，地面控制装置最小化安全延时。

2.按照权利要求1的方法，其中根据所要求的信息的状态，如果理想地二进制的该状态保证列车不越过机动区而停止，则地面控制装置取消安全延时。

3.按照权利要求1至2中之一的方法，其中根据所要求的信息的状态，车载安全控制装置将伴随有行程范围的安全停止指令转发给地面控制装置。

4.按照权利要求3的方法，其中借助于地面自动装置（H_CBTC）实现地面控制装置和车载安全控制装置的通信，该地面自动装置至少检测并且命令在接近区（ZA）上车辆的移动，并通过连接与信令装置通信。

5.按照前面各项权利要求中之一的方法，其中该车辆被至少一个轨道引导。

6.按照前面各项权利要求中之一的方法，其中车载安全控制装置借助于空中连接（E）与地面装置通信。

7.按照前面各项权利要求中之一的方法，其中信息请求（RI）和所要求的信息（IR）利用二进制代码被编码。

8.用于在机动区（ZM）的接近区（ZA）上运行的车辆所行进的路线的安全控制的通信系统，其中：

-机动区之前是位于地上的关闭信号（D、C、F）并适合于指示车辆停止，

-地面控制装置（USOL）包括安全延时（TS），所述安全延时被计算用以保证车辆在越过机动区之前停止，

-与关闭信号（D、C、F）同时，将来源于地面控制装置的信息请求（RI）传送到车辆的车载安全控制装置（USEMB），

-车载安全控制装置包括评价模块（ME），其基于与车辆的动力学有关的能量平衡对车辆的制动能力进行评价，

-信息请求（RI）的车载解码模块命令由地面控制装置要求、然后被转发回地面控制装置的信息（IR）的编码模块（MCB），

-根据所要求的与能量平衡有关的信息（IR）的状态，地面控制装置包括安全延时的再定义模块，其旨在最小化安全延时，或者甚至取消所述安全延时。

9.按照权利要求8的系统，其中地面控制装置和车载安全控制装置通过地面自动装置（H_CBTC）相连接，该地面自动装置至少检测并命令车辆在接近区（ZA）上的移动，并通过接口与信令装置通信。

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