CN104554299A - 基于atp/td环线制式的列车自动驾驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，包括ATO根据列车当前位置信息获知列车所在区段L_m，根据列车所在区段L_m获知列车在该区段L_m的限速信号；根据列车所在区段L_m的限速信号V_限’计算列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁；根据列车所在区段L_m的下一区段L_m+1的限速信号V_限计算列车所在区段L_m的第二推荐速度V₂；当前区段L_m的推荐速度V_m为V₁和V₂中的较小者；ATO根据列车当前速度与推荐速度V_m的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车当前速度与推荐速度V_m相同。本发明所述方法能够准确控制列车的运行速度，实现列车的自动驾驶。

Description

基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法

技术领域

本发明涉及信号控制领域，具体涉及一种基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法。

背景技术

跨坐式单轨以高强度混凝土梁(PC梁)作为车辆运行的轨道，采用跨座式单轨车辆。车辆的走行轮、导向轮和稳定轮均采用充气橡胶轮胎。引进自日本的ATP/TD系统，通过在轨道梁中预埋TD环线的方式，使用TD环线完成实现轨道区段占用检测以及地面到车载的限速信号下达。

ATP/TD系统的系统架构如图1所示。车载ATP设备通过TD环线设备主动发码，向地面汇报列车轨道占用信息，地面ATP设备通过TD环线采集到全线的列车占用信息后，结合联锁设备信息，为线路上的所有环线区段分别计算限制速度。地面ATP在计算限制速度时，采用分级速度阶梯控制，固定闭塞方式，每个闭塞区间的轨道区段仅分配一个速度等级，地面ATP通过TD环线将计算结果分别发往每个TD环线区段。固定闭塞速度控制如图2所示。

列车在闭塞区间的入口处，接收到地面ATP信号所定义的限速指令后，立即通过车载测速传感器对列车实际运行速度进行检查，若检测到当前列车速度超过了当前区段的限速信号，则根据该限速信号的要求施加最大常用制动或紧急制动。ATP限速信号含义说明如下表1所示。

表1ATP限速信号含义说明

但是ATP/TD制式的跨坐式单轨信号解决方案没有提供自动驾驶功能，随着地铁客流的增加，固定闭塞下的人工驾驶方式已经不能满足高密度的线路组织运营需求，运行间隔相对较长，司机劳动强度大，人力及管理成本较高。

基于上述描述可知，亟需提供一种列车自动驾驶方法，以降低司机劳动强度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，所述方法能够准确控制列车的运行速度，实现列车的自动驾驶。

本发明提供一种基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，包括：

ATO根据列车当前位置信息获知列车所在区段L_m，根据列车所在区段L_m获知列车在该区段L_m的限速信号；

ATO根据列车所在区段L_m的限速信号V_限计算列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁；根据列车所在区段L_m的下一区段L_m+1的限速信号V_限’计算列车所在区段L_m的第二推荐速度V₂；

ATO取第一推荐速度V₁和第二推荐速度V₂中的较小者作为当前区段L_m的推荐速度V_m；

ATO根据列车当前速度与推荐速度V_m的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车当前速度与推荐速度V_m相同。

其中，所述方法还包括：

在列车轨道沿线每隔预设间隔布置一个定位应答器，用于校正列车当前位置信息。

其中，所述第一推荐速度V₁的计算方法为：

ATO根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

将限速信号V_限减去预设的固定值V_固，得到列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁＝V_限-V_固。

其中，所述第二推荐速度V₂的计算方法为：

ATO根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

判断V_限’与V_限的大小关系；

若V_限’≥V_限，则令第二推荐速度V₂＝V₁；

若V_限’＜V_限，则第二推荐速度V₂为：以列车当前位置开始，按固定减速度制动，且驶入下一个区段L_m+1入口位置时，速度正好低于下一区段L_m+1的限速信号V_限’为目标计算V₂。

其中，所述预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’包括：

a1.若列车所在区段L_m的限速信号V_限是本区段L_m的最高限速，则代表前方不存在其他列车，那么下一区段L_m+1的最高限速为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

a2.若列车所在区段L_m的限速信号V_限不是本区段L_m的最高限速，代表前方几个区段内有车占用，则按列车所在区段L_m的限速信号V_限查找限速码表中该限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号作为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；若列车所在区段L_m的限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号有多种可能，则其中最低的一个为下一个区段L_m+1的限速信号V_限’；

a3.若列车所在区段L_m的限速信号V_限为S25、S15、X、M、01、02中的任意一种，则下一区段L_m+1的限速信号V_限’与区段L_m的限速信号V_限一致。

其中，所述方法还包括：

ATO根据列车距站台停车点的距离或折返轨停车标的距离以及预设的进站停车减速度a，计算列车进站停车推荐速度V₃；

若V3<MIN(V1，V2)，ATO根据列车当前速度与推荐速度V₃的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车停车。

其中，所述方法还包括：

在所述进站口或折返轨道的始端布置一个定位应答器，以获得列车进站的准确位置或列车经过道岔的准确位置。

其中，所述方法还包括：

在所述进站口和站台停车点之间布置N个定位应答器，

或，

在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间布置N个定位应答器，

用于校正列车在所述进站口和站台停车点之间或在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间的位置信息。

其中，所述方法还包括：

在每一站台的停车点布置包含接口的地面通信设备，在列车上布置与所述地面通信设备进行通信的天线，地面设备通过所述地面通信设备的接口与地面通信设备相连，并向ATO发送地面设备运行状况，实现对自动驾驶功能的扩展。

其中，所述地面通信设备接口包括：

屏蔽门接口，用于接收地面设备屏蔽门向ATO发送的自动开关站台屏蔽门的开闭信息；

自动监控系统ATS接口，用于接收地面设备ATS向ATO发送的站台停车时间、站台运行等级、跳停和扣车指令；

地面ATP接口，用于接收地面设备ATP向ATO发送的下一站间的列车占用状态。

由上述技术方案可知，本发明的基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，在既有的ATP/TD系统基础之上，通过列车位置信息计算列车所在区段的推荐速度，并根据列车当前速度与推荐速度的差值计算需要输出的牵引或制动力大小，并将牵引或制动力指令输出给车辆，从而实现列车自动驾驶功能。

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是现有的ATP/TD系统的架构示意图；

图2是固定闭塞速度控制示意图；

图3是本发明实施例一提供的基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法的流程图；

图4是增加了定位应答器的ATP/TD系统的架构示意图；

图5是本发明实施例一步骤102中第一推荐速度的计算方法流程图；

图6是本发明实施例一步骤102中第二推荐速度的计算方法流程图；

图7是增加了用于车地双向通信的通信设备的ATP/TD系统架构示意图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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作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。

图3示出了本发明实施例一提供的基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法的流程图，如图3所示，本实施例的基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法如下所述。

步骤101：ATO根据列车当前位置信息获知列车所在区段L_m，根据列车所在区段L_m获知列车在该区段L_m的限速信号。

步骤102：ATO根据列车所在区段L_m的限速信号V_限计算列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁；根据列车所在区段L_m的下一区段L_m+1的限速信号V_限’计算列车所在区段L_m的第二推荐速度V₂。

步骤103：ATO取第一推荐速度V₁和第二推荐速度V₂中的较小者作为当前区段L_m的推荐速度V_m。

步骤104：ATO根据列车当前速度与推荐速度V_m的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车当前速度与推荐速度V_m相同。

其中，ATO的限速信号、列车速度、车辆状态等行车关键信息全部来自ATP(列车自动保护系统，Automatic Train Protection)。ATO(列车自动驾驶系统，Automatic Train Operation)综合列车位置和ATP信息计算推荐速度，并根据列车当前速度与推荐速度的差值计算需要输出的牵引或制动力大小，并将牵引或制动力指令输出给车辆。

本发明实施例的基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，在既有的ATP/TD系统基础之上，通过列车位置信息计算列车所在区段的推荐速度，并根据列车当前速度与推荐速度的差值计算需要输出的牵引或制动力大小，并将牵引或制动力指令输出给车辆，从而实现列车自动驾驶功能。

由于列车位置是根据当前速度累加推算得到的，因此列车位置信息会随时间产生累计误差，为了能够获得列车的准确位置，在列车轨道沿线每隔预设间隔布置一个定位应答器，以校正列车当前位置信息。其中预设间隔大小根据列车测速精度的不同而不同，当列车测速精度较高时，可以设置较大的预设间隔，比如500m。当列车测速精度较低时，可以设置较小的预设间隔，比如200m。如图4所示，在原有的ATP/TD系统上增加定位应答器和应答器天线，应答器天线位于列车上，用于接收定位应答器发送的位置信息。

其中，如图5所示，步骤102中第一推荐速度V₁的计算方法为：

(1)根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

(2)将限速信号V_限减去预设的固定值V_固，得到列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁＝V_限-V_固。

其中，固定值V_固跟车辆的牵引切除响应延时有关，作为一种实施例V_固取3km/h。具体限度信号与第一推荐速度取值的关系，按优先级由低到高排列如下表2所示：

表2当前区段限速信号与推荐速度关系表

特别地，当收到当前区段限速信号为X、01或02时，ATO需要退出自动驾驶模式；当收到当前区段限速信号为M、X、01或02时，ATO需要切除牵引指令的输出。ATP限速信号含义说明如背景技术中表1所示。

其中，如图6所示，步骤102中第二推荐速度V₂的计算方法为：

(1)根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

(2)预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

(3)判断V_限’与V_限的大小关系；

若V_限’≥V_限，则令第二推荐速度V₂＝V₁；

若V_限’＜V_限，则第二推荐速度V₂为：以列车当前位置开始，按固定减速度制动，且驶入下一个区段L_m+1入口位置时，速度正好低于下一区段L_m+1的限速信号V_限’为目标计算V₂。

其中，所述预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’包括：

a1.若列车所在区段L_m的限速信号V_限是本区段L_m的最高限速，则代表前方不存在其他列车，那么下一区段L_m+1的最高限速为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

a2.若列车所在区段L_m的限速信号V_限不是本区段L_m的最高限速，代表前方几个区段内有车占用，则按列车所在区段L_m的限速信号V_限查找限速码表中该限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号作为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；若列车所在区段L_m的限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号有多种可能，则其中最低的一个为下一个区段L_m+1的限速信号V_限’；

a3.若列车所在区段L_m的限速信号V_限为S25、S15、X、M、01、02中的任意一种，则下一区段L_m+1的限速信号V_限’与区段L_m的限速信号V_限一致。

在本发明的另一个实施例中，所述基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法还包括：

ATO根据列车距站台停车点的距离或折返轨停车标的距离以及预设的进站停车减速度a，计算列车进站停车推荐速度V₃；

若V3<MIN(V1，V2)，ATO根据列车当前速度与推荐速度V3的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车停车。

在本发明的另一个实施例中，所述基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法还包括：

在所述进站口或折返轨道的始端布置一个定位应答器，以获得列车进站的准确位置或列车经过道岔的准确位置。

在进站口布置一个定位应答器是为了得到列车进站的准确位置，列车在不经过应答器时，是根据当前速度累加推算列车位置，这个位置会随时间产生累计误差，如果不在进站前布置应答器，那么就可能会因为累计误差而错误估计了进站位置，从而提前或推迟进行了制动操作，这样在最后停车时，可能会造成无法精确停车，车门与屏蔽门无法对位，影响乘客上下车。

在本发明的另一个实施例中，所述基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法还包括：

在所述进站口和站台停车点之间布置N个定位应答器，

或，

在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间布置N个定位应答器，

用于校正列车在所述进站口和站台停车点之间或在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间的位置信息。

ATO以准确停车为目的，在ATO制动进站后停稳前，需要多次校正列车位置，且距离停车点越近，校正越频繁，一般来说，N的取值为2-3个，用于多次准确定位，以使得列车准确停车。

列车在不经过应答器时，是根据当前速度累加推算列车位置，这个位置会随时间产生累计误差，所以最好每隔一段就布置一个应答器校正列车计算的位置，否则在停车过程中容易因为累计误差最终没有停在预期的停车位置点上。

其中，列车在站台或折返轨道停车期间，ATO持续输出一个3级常用制动，以防止列车在停车期间发生溜车。

本发明实施例针对ATP/TD环线制式提出了特别的推荐速度计算方法，能够在保证行车安全、乘客舒适度和停车精度的前提下，最大限度地提高自动驾驶的运行效率，缩短发车间隔。

针对跨坐式单轨线路的轨旁特点，本发明的一些实施例中提出了特别的定位应答器布置方案，在既有的ATP/TD系统基础之上，布置了定位应答器，以获得较为准确的列车位置信息，从而更精确地调整列车推荐速度。

在具体实施中，列车两端各增加一套ATO系统，并与本端的ATP系统和车辆接口，这样便于控制工程改造成本，降低系统复杂度，单端设备接单端车辆接口即可。

本发明实施例以ATP/TD环线制式为基础，在既有的ATP/TD系统功能基础上实现列车自动离站、巡航、进站提前制动、准确停车、折返、站间追踪等自动驾驶功能。

在本发明的另一个优选实施例中，所述基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法还包括：

在每一站台的停车点布置包含接口的地面通信设备，在列车上布置与所述地面通信设备进行通信的天线，地面设备通过所述地面通信设备的接口与地面通信设备相连，并向ATO发送地面设备运行状况，实现对自动驾驶功能的扩展。

其中，所述地面通信设备接口包括：

屏蔽门接口，用于接收地面设备屏蔽门向ATO发送的自动开关站台屏蔽门的开闭信息；

自动监控系统ATS接口，用于接收地面设备ATS向ATO发送的站台停车时间、站台运行等级、跳停和扣车指令；

地面ATP接口，用于接收地面设备ATP向ATO发送的下一站间的列车占用状态。

图7示出了增加了含接口的地面通信设备的ATP/TD/ATO系统架构示意图，这里的地面通信设备为双向通信环线；列车上与所述地面通信设备进行通信的天线为双向环线天线。

本发明一个优选实施例提出了自动驾驶功能的扩展方案，在扩增少量设备的基础上，可以覆盖用户列车站间追踪、列车运行调整、屏蔽门联动等主流需求，适应国内分段建设、分段开通的主流地铁建设方式，并满足用户对系统自动化和运营效率日益增长的需求。

在已经开通运营9年的重庆2号线跨坐式单轨线路上完成了基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶系统的工程化改造。经理论验证和实际测试，系统实现了本发明提及的全部方法，ATO在保证安全行车，满足线路要求的旅行速度前提下，舒适度和停车精度与人工驾驶持平，降低了司机劳动强度，一定程度上缓解了运营压力，解放了劳动力。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；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。

Claims (10)

1.一种基于ATP/TD环线制式的列车自动驾驶方法，其特征在于，包括：

ATO根据列车当前位置信息获知列车所在区段L_m，根据列车所在区段L_m获知列车在该区段L_m的限速信号；

ATO根据列车所在区段L_m的限速信号V_限计算列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁；根据列车所在区段L_m的下一区段L_m+1的限速信号V_限’计算列车所在区段L_m的第二推荐速度V₂；

ATO取第一推荐速度V₁和第二推荐速度V₂中的较小者作为当前区段L_m的推荐速度V_m；

ATO根据列车当前速度与推荐速度V_m的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车当前速度与推荐速度V_m相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在列车轨道沿线每隔预设间隔布置一个定位应答器，用于校正列车当前位置信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一推荐速度V₁的计算方法为：

ATO根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

将限速信号V_限减去预设的固定值V_固，得到列车所在区段L_m的第一推荐速度V₁＝V_限-V_固。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二推荐速度V₂的计算方法为：

ATO根据列车的位置信息得到列车所在区段L_m的限速信号V_限；

预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

判断V_限’与V_限的大小关系；

若V_限’≥V_限，则令第二推荐速度V₂＝V₁；

若V_限’＜V_限，则第二推荐速度V₂为：以列车当前位置开始，按固定减速度制动，且驶入下一个区段L_m+1入口位置时，速度正好低于下一区段L_m+1的限速信号V_限’为目标计算V₂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预测下一区段L_m+1的限速信号V_限’包括：

a1.若列车所在区段L_m的限速信号V_限是本区段L_m的最高限速，则代表前方不存在其他列车，那么下一区段L_m+1的最高限速为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；

a2.若列车所在区段L_m的限速信号V_限不是本区段L_m的最高限速，代表前方几个区段内有车占用，则按列车所在区段L_m的限速信号V_限查找限速码表中该限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号作为下一区段L_m+1的限速信号V_限’；若列车所在区段L_m的限速信号V_限对应的下一个区段L_m+1的限速信号有多种可能，则其中最低的一个为下一个区段L_m+1的限速信号V_限’；

a3.若列车所在区段L_m的限速信号V_限为S25、S15、X、M、01、02中的任意一种，则下一区段L_m+1的限速信号V_限’与区段L_m的限速信号V_限一致。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

ATO根据列车距站台停车点的距离或折返轨停车标的距离以及预设的进站停车减速度a，计算列车进站停车推荐速度V₃；

若V3<MIN(V1，V2)，ATO根据列车当前速度与推荐速度V₃的差值调整列车牵引力或制动力，直至列车停车。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述进站口或折返轨道的始端布置一个定位应答器，以获得列车进站的准确位置或列车经过道岔的准确位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述进站口和站台停车点之间布置N个定位应答器，

或，

在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间布置N个定位应答器，

用于校正列车在所述进站口和站台停车点之间或在所述折返轨道的始端和折返轨停车标之间的位置信息。

9.根据权利要求1、2、6、7、8任一所述的方法，其特征在于，还包括：

在每一站台的停车点布置包含接口的地面通信设备，在列车上布置与所述地面通信设备进行通信的天线，地面设备通过所述地面通信设备的接口与地面通信设备相连，并向ATO发送地面设备运行状况，实现对自动驾驶功能的扩展。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述地面通信设备接口包括：

屏蔽门接口，用于接收地面设备屏蔽门向ATO发送的自动开关站台屏蔽门的开闭信息；

自动监控系统ATS接口，用于接收地面设备ATS向ATO发送的站台停车时间、站台运行等级、跳停和扣车指令；

地面ATP接口，用于接收地面设备ATP向ATO发送的下一站间的列车占用状态。