CN105501255A - 基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统，其特征在于，包括：车载子系统与轨旁子系统；其中：所述车载子系统中包含一车载主机和一个车地通信单元LCU；所述轨旁子系统中包含三个LCU，记为LCU_A、LCU_B、LCU_C；当列车在所述防护区域起点停车时，车载LCU与LCU_A建立通信，通过相互传输信息来检测对方设备状态；当检测车地设备状态完好后，防护系统启动防护功能；当列车向防护区域运行并收到LCU_B的速度防护信息时，触发防护系统的列车速度距离防护功能；若列车未在到达防护区域终点前停车，则将收到LCU_C的位置防护信息，并触发防护系统的位置防护功能，对列车进行紧急制动。通过采用本发明公开的系统，可以在不干扰既有铁路信号系统防护的基础上，实现完善的区域防护功能。

Description

基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统

技术领域

本发明涉及轨道交通安全技术领域，尤其涉及一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统。

背景技术

在城市轨道交通领域，基于数字轨道电路的列车控制系统，列车的定位功能基于轨道电路的占用检测。当经过一段分路不良的轨道电路时或者由于其他原因导致占用检测异常，列车出现定位不准的故障。当列车在非司机人工控制的自动运行模式下，当这种故障发生时，若不能在预期设置的停车点停车，从而导致列车冲标(冲过停车标)事件的发生。如果这个预设的停车点的位置比较特殊，如在高架线路尽头线的车档位置，列车很可能冲标后冲下高架造成车毁人亡重大事故。因此，对于这种位置比较特殊的地点的列车冲标现象，有必要采取额外的防护措施。

为了降低对既有列车控制系统改造带来的风险和工程量，运营单位希望这种防护措施不能破坏既有的列车控制系统架构，通过叠加额外的防护装置成为合适之选。

在城市轨道交通领域，列车防冲标系统可以采用的定点车地通信方式，目前有如下几种方案：

1)欧洲标准应答器

应答器分为固定应答器与可变应答器，发送固定的或可选的报文信息。报文内容长度及格式受限，只能实现地道车的单向通信，添加额外的应答器可能对车辆运行造成影响，不适合作为叠加系统使用。

2)车地通信环线

在特定地点，沿列车行驶的轨道铺设一定范围，一定形式的车地通信环线，与安装在列车底部的车地通信天线相互作用，可以实现车地双向通信，但通信数据量小且速率比较慢，系统响应时间较长，维护成本较高。

3)速度测量-测速传感器

测速传感器测速精度高，但是在既有车载设备上添加新的速度传感器很困难，要求列车提供额外的车轴(通常速度传感器需要安装在列车的车轴端部)是很难实现的，此外也不能与既有设备共用测速传感器，以避免由于设备接入，对既有列车控制系统可能产生的负面影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统，可以在不干扰既有铁路信号系统防护的基础上，实现完善的区域防护功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统，包括：车载子系统与轨旁子系统；其中：所述车载子系统中包含一车载本地通信单元LCU；所述轨旁子系统中包含三个LCU，设置在防护区域起点的记为LCU_A，设置在防护区域内的记为LCU_B，设置在防护区域终点的记为LCU_C；

当列车在所述防护区域起点停车时，车载LCU与LCU_A建立通信，通过相互传输信息来检测对方设备状态；当检测车地设备状态完好后，防护系统启动防护功能；当列车向防护区域运行并收到LCU_B的速度防护信息时，触发防护系统的列车速度距离防护功能；若列车未在到达位于防护区域终点前一段距离的运营停车点停车，则将收到LCU_C的位置防护信息，并触发防护系统的位置防护功能，对列车进行紧急制动。

进一步的，所述车载LCU上电自检成功后进入待机状态；否则，启动故障报警；

待机状态下，若周期性自检正常，且与LCU_A相互传输信息，并成功启动防护功能后，则进入激活状态；若周期自检失败，则启动故障报警；

进入激活状态后，若车载LCU未收到LCU_B的速度防护信息且驶入防护区域的距离超过设定值、或者收到LCU_B的速度防护信息超速、或者驶入防护区域一段距离后才收到LCU_B的速度防护信息、或者收到LCU_C的位置防护信息、或者周期性自检异常时，则防护系统对列车施加紧急制动，进入紧急制动状态；

若检测到切除开关闭合，或者收到LCU_B的速度防护信息后列车速度在非紧急制动下到零且运行距离大于最小设定值，则回到待机状态；

紧急制动状态下，检测到切除开关闭合，则回到待机状态。

进一步的，所述车载子系统还包括与车载LCU相连的车载主机；所述车载主机通过多功能车辆通信总线MVB获取列车运行速度。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，车载子系统通过车载LCU与轨旁子系统的三个本地通信单元LCU通信实现互检初始化、速度防护触发、位置防护触发；一方面，该系统作为一种在既有铁路信号系统之外叠加的系统，其构成不会影响既有的信号系统功能，并考虑了安全性、可维护性、可靠性等；另一方面，通过LCU的信息交互与相应的逻辑运算实现完善的区域防护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的车载子系统的状态转换图；

图3为本发明实施例提供的轨旁子系统的状态转换图。

具体实施方式

下面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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统，其特征在于，包括：车载子系统与轨旁子系统；其中：所述车载子系统中包含一车载本地通信单元(LocalCommunicationUnit，LCU)；所述轨旁子系统中包含三个LCU，设置在防护区域起点的记为LCU_A，设置在防护区域内的记为LCU_B，设置在防护区域终点的记为LCU_C；

当列车在所述防护区域起点停车时，车载LCU与LCU_A建立通信，通过相互传输信息来检测对方设备状态；当检测车地设备状态完好后，防护系统启动防护功能；当列车向防护区域运行并收到LCU_B的速度防护信息时，触发防护系统的列车速度距离防护功能；正常情况下，列车在信号系统控制下，运行至防护区终点前方一段距离(例如，10米)的运营停车点，若列车没能在位于防护区域终点前方的运营停车点前停车而收到LCU_C的位置防护信息时并触发防护系统的位置防护功能，对列车进行紧急制动。

进一步的，所述车载LCU上电自检成功后进入待机状态；否则，启动故障报警；

待机状态下，若周期性自检正常，且与LCU_A相互传输信息且完成相互的信息传递，并成功启动防护功能后，则进入激活状态；若周期自检失败，则启动故障报警；进入激活状态后，若车载LCU未收到LCU_B的速度防护信息且驶入防护区域的距离超过设定值、或者收到LCU_B的速度防护信息后且速度超过设定值，或者收到LCU_B的速度防护信息后且运行距离超过设定值或者收到LCU_C的位置防护信息、或者周期性自检异常时，则防护系统对列车施加紧急制动，进入紧急制动状态；

若检测到切除开关闭合，或者收到LCU_B的速度防护信息后列车速度在非紧急制动下到零且运行距离大于最小设定值，则回到待机状态；

紧急制动状态下，检测到切除开关闭合，则回到待机状态。

本发明实施例中，车载LCU安装在列车底部，轨旁子系统中的三个LCU安装在轨道上，二者采用780MHZ的通信频率，可以实现车地高速双向数据通信。LCU内部有两个采用直接数字扩频通信DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)方式的射频通信模块。两个模块间可以通过使用相同的频率互检增加可维护性，两个模块使用不同的频率实现与其他LCU冗余通信增加可靠性(车载LCU与地面的LCU_A,LCU_B、LCU_C)。另外，对上述LCU采用数字化配置技术，限制灵敏度及发射功率限制通信范围。

本发明实施例所述的基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统示意图可如图1所示；其主要包括：车载子系统与轨旁子系统(轨旁设备与设备房设备)。

车载子系统中的LCU与车载主机相连，所述车载主机连多功能车辆通信总线(Multi—FunctionVehicleBus，MVB)。

本发明实施例中利用MVB获取列车运行速度；具体的：利用车辆既有的MVB总线的可扩展性，通过添加MVB通信节点设备，接入车辆MVB总线，获取总线上既有的速度信息(由车MV辆系统所属的测速单元计算生成，并通过MVB总线传输至不同模块，以实现数据的网络共享)，该节点设备只接收总线通信数据包，但不对外发送数据，从而不影响既有MVB总线上的数据传输。

轨旁子系统中的轨旁设备主要包括：三个LCU及相应的通信设备，设置在防护区域起点(站台)的记为LCU_A，设置在防护区域内的记为LCU_B，设置在防护区域终点(车档)的记为LCU_C；

轨旁子系统中的设备房设备主要包括：光纤交换机、轨旁主机与车控室报警设备；其中光纤交换机通过与LCU相对应的轨旁设备箱进行通信连接，实现设备房设备与轨旁设备的信息交互。

车载子系统与轨旁子系统工作过程如下：当列车在站台停车时，车载LCU与站台LCU_A建立通信，车地通过相互信息传输，检查车地设备状态完好后防护系统启动防护功能，否则防护系统失效；司机通过观看防护系统的状态灯，判断防护系统的防护功能是否启动；防护功能未能启动，司机应监督车辆的运行过程并负责安全。当列车向防护区域运行并收到防护区域内的LCU_B的速度防护信息时，触发防护系统的列车速度距离防护功能；如车辆没能在停车点前停车而收到LCU_C的位置防护信息时，触发防护系统的位置防护功能而紧急制动；如车载设备没能收到LCU_B和LCU_C的信息时，超过一定距离后防护系统施加紧急制动。

本发明实施例中车载子系统与轨旁子系统可以通过相应的系统软件来实现上述功能。

车载子系统能够实现在确定位置的一定范围内与轨旁子系统完成数据交换功能；其具有兼有自检功能、速度防护功能、位置防护功能、故障报警及防护功能、数据记录等。

车载子系统软件需要在不同的运营场景下工作。因此，针对不同的运营场景设计不同的工作状态，如图2所示，为车载子系统的状态转换图；其具体含义如下：

初始化状态:车载子系统重新上电后，进入初始化状态。该状态下完成上电自检功能、数据记录功能、故障报警及防护功能。

待机状态：该状态下完成周期自检功能、测速功能、数据交换功能、数据记录功能、故障报警及防护功能。

激活状态：该状态下完成周期自检功能(不包含LCU本地通信单元互检)、测速测距功能、位置防护功能、速度防护功能、速度防护曲线计算功能、数据记录功能、故障报警及防护功能。

紧停状态：该状态下完成数据记录功能、故障报警及防护功能。

故障状态：该状态下完成数据记录功能、故障报警及防护功能。

图2中附图标记1-7的过程如下：

1-上电自检成功。2-周期自检正常，完成互检数据交换。3-未收到速度防护触发命令且超过设定距离；或收到速度触发防护命令且超速；或收到速度触发防护命令且超过设定一定距离；或收到位置防护触发命令；或周期自检异常。4-检测到切除开关闭合。5-检测到切除开关闭合；收到速度防护信息后列车速度在非紧急制动下到零且运行距离大于最小设定值；6-上电自检失败。7-周期自检失败。

轨旁子系统能够实现在确定位置的一定范围内与车载子系统完成数据交换功能。其有自检功能、故障报警及防护功能、数据记录功能等。

轨旁子系统软件需要在不同的运营场景下工作。因此，针对不同的运营场景设计不同的工作状态。如图3示，为轨旁子系统的状态转换图；其具体含义如下：

初始化状态:轨旁子系统重新上电后，进入初始化状态。该状态下完成上电自检功能、数据记录功能、故障报警及防护功能。

待机状态：该状态下完成周期自检功能、数据交换功能、数据记录功能、故障报警及防护功能。

激活状态：该状态下完成周期自检功能(不包含LCU本地通信单元互检)、数据记录功能、故障报警及防护功能。

故障状态：该状态下完成数据记录功能、故障报警及防护功能。

图3附图标记1-6过程如下：

1-检成功。2-自检正常，完成互检数据交换。3-检测到切除开关闭合；或收到切除命令；或者激活后超过预定时间。4-上电检测失败。5-周期自检失败。6-周期自检失败。

本发明实施例所提供的方案，主要具有如下优点：

1、系统包含车载子系统和轨旁子系统，二者通过LCU实现互检初始化、速度防护触发、位置防护触发。系统的构成不会影响既有的信号系统功能，同时考虑了安全性、可维护性、可靠性等。

2、LCU内部有两个数字射频通信模块，其可以配置成不同的工作模式，在自检状态下，两个模块工作在相同频段，彼此之间可以互检保证其可维护性。在车地通信模式下，可以工作在并行工作在两个不同频段，实现双通道冗余通信，以增加通信的抗干扰能力，提升系统RAMS(可靠性、可用性、可维护性、安全性)指标。

3、软件根据不同的运营场景选择不同的工作状态，即使在自身功能故障的情况下也不影响既有信号系统的功能。

4、通过使用MVB节点设备获取MVB总线上既有的速度信息，可以不改动既有的信号系统设备，避免了额外安装速度传感器，同时实现了列车速度信息来源的一致性，避免引入了由于设备个体离散性和软件逻辑处理不同引入的测量误差。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于定点双通道冗余车地通信的列车冲标防护系统，其特征在于，包括：车载子系统与轨旁子系统；其中：所述车载子系统中包含一车载本地通信单元LCU；所述轨旁子系统中包含三个LCU，设置在防护区域起点的记为LCU_A，设置在防护区域内的记为LCU_B，设置在防护区域终点的记为LCU_C；

当列车在所述防护区域起点停车时，车载LCU与LCU_A建立通信，通过相互传输信息来检测对方设备状态；当检测车地设备状态完好后，防护系统启动防护功能；当列车向防护区域运行并收到LCU_B的速度防护信息时，触发防护系统的列车速度距离防护功能；若列车未在到达位于防护区域终点前一段距离的运营停车点停车，则将收到LCU_C的位置防护信息，并触发防护系统的位置防护功能，对列车进行紧急制动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述车载LCU上电自检成功后进入待机状态；否则，启动故障报警；

待机状态下，若周期性自检正常，且与LCU_A相互传输信息，并成功启动防护功能后，则进入激活状态；若周期自检失败，则启动故障报警；

进入激活状态后，若车载LCU未收到LCU_B的速度防护信息且驶入防护区域的距离超过设定值、或者收到LCU_B的速度防护信息超速、或者驶入防护区域一段距离后才收到LCU_B的速度防护信息、或者收到LCU_C的位置防护信息、或者周期性自检异常时，则防护系统对列车施加紧急制动，进入紧急制动状态；

若检测到切除开关闭合，或者收到LCU_B的速度防护信息后列车速度在非紧急制动下到零且运行距离大于最小设定值，则回到待机状态；

紧急制动状态下，检测到切除开关闭合，则回到待机状态。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载子系统还包括与车载LCU相连的车载主机；所述车载主机通过多功能车辆通信总线MVB获取列车运行速度。