CN105882689B - 城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元 - Google Patents

城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，扩展单元扩展了ATP系统的通信接口和继电接口，作为信息交互通道分别与车载ATP系统、车载ATO系统、RTU系统以及列车接口单元连接，实现四者之间的相互通信。扩展单元采用二乘二取二架构，扩展单元中的通信单元1和通信单元2为热备冗余关系，当其中一路通信单元出现故障时，另一路通信单元由备用状态转换为主用状态，从而实现整个系统的不间断运行。此外，本发明还实现了既有ATP和ATO的协同配合，同时便于从CTCS‑2级升级至CTCS‑3级。

Description

城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元。
背景技术
为了运输紧张的繁忙干线修建四线或多线，实行客货分线运输，在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路。城际铁路是指专门服务于相邻城市间或城市群，旅客列车设计速度200公里/小时及以下的快速、便捷、高密度客运专线铁路。
如何将目前已经非常成熟的列控车载技术与列车自动驾驶技术有效结合，实现ATP安全控制下的列车自动运行，形成城际铁路自主化列控车载系统是当前研究的重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，实现了既有车载ATP系统和车载ATO系统的协同配合工作。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，包括：
所述扩展单元作为信息交互通道分别与车载ATP系统、车载ATO系统、RTU系统以及列车接口单元连接，实现四者之间的相互通信；
其中，所述车载ATP系统通过扩展单元将列车当前时间、列车位置、速度、运行等级、移动授权、人工开门动作、ATO允许命令、车门状态、左右门使能命令、折返允许命令和列车停准停稳信息发送给车载ATO系统；通过扩展单元将列车位置、屏蔽门开关命令和列车停准停稳信息发送给RTU系统；通过扩展单元将折返允许命令、左右门使能命令和ATO允许命令发送给列车接口单元。
进一步的，
所述车载ATO系统通过扩展单元将车门操作模式、ATO模式、ATO运行状态和开车门命令发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划反馈信息发送给RTU系统；
所述RTU系统通过扩展单元将屏蔽门状态信息发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划和折返命令发送给车载ATO系统；
所述列车接口单元通过扩展单元将驾驶台激活、休眠信号、车门状态、开关门按钮动作发送给车载ATP系统。
进一步的，所述扩展单元采用二乘二取二架构，包括：通过冗余串口422互相通信的通信单元1与通信单元2、分别为通信单元1与通信单元2供电的电源单元1与电源单元2，以及分别连接通信单元1与通信单元2的FIMIO模块1与FIMIO模块2。
进一步的，所述通信单元1与通信单元2均包含主用状态、备用状态和离线状态三个状态；状态切换流程如下：
备用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元为备用状态，远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第2)步；2)本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元未收到车载ATP数据信息时，本地通信单跳转为主用状态；远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元收到车载ATP数据信息的情况下，若本地为通信单元1则本地通信单元跳转为主用状态，否则跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元处于主用状态的情况下，跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且未收到车载ATP数据信息时，跳转至第3)步；3)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态；当设备自检正常时跳转至第4)步；4)本地通信单元为备用状态且远端通信单元处于离线状态时，本地通信单元跳转为主用状态；
主用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元处于主用状态且收到ATP数据时，跳转至第2)步；若本地通信单元处于主用状态但未收到ATP数据时，本地通信单元跳转为处于备用状态；2)远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第3)步；3)远端通信单元处于主用状态时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元处于非主用状态时，跳转至第4)步；4)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态。
进一步的，所述扩展单元遵循SUBSET-037协议，在无线连接建立时，通过对等实体验证程序，与正确的地面设备建立连接；数据传输时，通过消息源认证程序，验证消息是否来自于正确的地面设备。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于扩展单元实现了既有ATP和ATO的协同配合，实现了C2+ATO的车载完整功能；同时，将车地无线通信功能的安全层功能放置在扩展单元，车载ATP系统专注无线通信的上层应用功能，无线通信功能层次更加清晰明确，同时便于从CTCS-2级升级至CTCS-3级；此外，扩展单元还实现了ATP系统的通信接口和继电接口扩展。
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包含扩展单元的城际铁路自主化列控车载系统示意图；
图2为本发明实施例提供的扩展单元内部结构图。
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。
如图1所示，为本发明实施例提供的包含扩展单元的城际铁路自主化列控车载系统示意图。
所述扩展单元作为信息交互通道分别与车载ATP系统、车载ATO系统、RTU系统以及列车接口单元连接，实现四者之间的相互通信。
如图2所示，所述扩展单元采用二乘二取二架构包括：通过冗余串口422互相通信的通信单元1与通信单元2、分别为通信单元1与通信单元2供电的电源单元1与电源单元2，以及分别连接通信单元1与通信单元2的FIMIO(故障-安全智能输入输出)模块1与FIMIO模块2。
扩展单元实现串口和I/O的扩展功能以及无线传输安全层功能。
串口扩展功能：通过冗余RS422接口实现与ATP车载设备数据通信；通过冗余RS422接口实现与RTU数据通信；通过冗余RS485接口实现与ATO的数据通信。
I/O扩展功能：通过I/O接口与列车接口单元相连，为适应城际铁路而增加的I/O接口，包括9路输入和4路输出并预留。
无线传输安全层功能：扩展单元遵循SUBSET-037协议，实现车地无线传输安全层功能，包括数据加密、原语控制、链接管理等，提供双向同时进行的用户数据交换，并保证用户数据的完整性及界限。
本发明实施例中，所述车载ATP系统通过扩展单元将列车当前时间、列车位置、速度、运行等级、移动授权、人工开门动作、ATO允许命令、车门状态、左右门使能命令、折返允许命令和列车停准停稳信息发送给车载ATO系统；通过扩展单元将列车位置、屏蔽门开关命令和列车停准停稳信息发送给RTU系统；通过扩展单元将折返允许命令、左右门使能命令和ATO允许命令发送给列车接口单元；
所述车载ATO系统通过扩展单元将车门操作模式、ATO模式、ATO运行状态和开车门命令发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划反馈信息发送给RTU系统；
所述RTU系统通过扩展单元将屏蔽门状态信息发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划和折返命令发送给车载ATO系统；
所述列车接口单元通过扩展单元将驾驶台激活、休眠信号、车门状态、开关门按钮动作发送给车载ATP系统。
本发明实施例中，扩展单元的通信单元1和通信单元2为热备冗余关系，通过冗余串口422实现互相通信，当其中一路通信单元出现故障时，另一路通信单元由备用状态转换为主用状态，从而实现整个系统的不间断运行。所述通信单元1与通信单元2均包含主用状态、备用状态和离线状态三个状态；状态切换流程如下：
备用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元为备用状态，远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第2)步；2)本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元未收到车载ATP数据信息时，本地通信单跳转为主用状态；远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元收到车载ATP数据信息的情况下，若本地为通信单元1则本地通信单元跳转为主用状态，否则跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元处于主用状态的情况下，跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且未收到车载ATP数据信息时，跳转至第3)步；3)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态；当设备自检正常时跳转至第4)步；4)本地通信单元为备用状态且远端通信单元处于离线状态时，本地通信单元跳转为主用状态；
主用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元处于主用状态且收到ATP数据时，跳转至第2)步；若本地通信单元处于主用状态但未收到ATP数据时，本地通信单元跳转为处于备用状态；2)远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第3)步；3)远端通信单元处于主用状态时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元处于非主用状态时，跳转至第4)步；4)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态。
所述扩展单元遵循SUBSET-037协议，在无线连接建立时，通过对等实体验证程序，与正确的地面设备(通信控制服务器)建立连接；数据传输时，通过消息源认证程序，验证消息是否来自于正确的地面设备，防止传输通道里未授权用户的消息插入，以及验证消息在传输过程中是否被更改。
本发明实施例的上述方案中，基于扩展单元实现了既有ATP和ATO的协同配合，实现了C2+ATO的车载完整功能；同时，将车地无线通信功能的安全层功能放置在扩展单元，车载ATP系统专注无线通信的上层应用功能，无线通信功能层次更加清晰明确，同时便于从CTCS-2级升级至CTCS-3级；此外，扩展单元还实现了ATP系统的通信接口和继电接口扩展。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
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 (4)

1.一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，其特征在于，包括：
所述扩展单元作为信息交互通道分别与车载ATP系统、车载ATO系统、RTU系统以及列车接口单元连接，实现四者之间的相互通信；
其中，所述车载ATP系统通过扩展单元将列车当前时间、列车位置、速度、运行等级、移动授权、人工开门动作、ATO允许命令、车门状态、左右门使能命令、折返允许命令和列车停准停稳信息发送给车载ATO系统；通过扩展单元将列车位置、屏蔽门开关命令和列车停准停稳信息发送给RTU系统；通过扩展单元将折返允许命令、左右门使能命令和ATO允许命令发送给列车接口单元；
所述扩展单元包括：通过冗余串口422互相通信的通信单元1与通信单元2；所述通信单元1与通信单元2均包含主用状态、备用状态和离线状态三个状态；状态切换流程如下：
备用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元为备用状态，远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第2)步；2)本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元未收到车载ATP数据信息时，本地通信单元跳转为主用状态；远端通信单元不处于主用状态且远端通信单元收到车载ATP数据信息的情况下，若本地为通信单元1则本地通信单元跳转为主用状态，否则跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且收到车载ATP数据信息时，远端通信单元处于主用状态的情况下，跳转至第3)步；本地通信单元为备用状态且未收到车载ATP数据信息时，跳转至第3)步；3)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态；当设备自检正常时跳转至第4)步；4)本地通信单元为备用状态且远端通信单元处于离线状态时，本地通信单元跳转为主用状态；
主用状态的通信单元跳转流程：1)本地通信单元处于主用状态且收到ATP数据时，跳转至第2)步；若本地通信单元处于主用状态但未收到ATP数据时，本地通信单元跳转为处于备用状态；2)远端通信单元双链接收异常时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元双链接收正常时，跳转至第3)步；3)远端通信单元处于主用状态时，本地通信单元跳转为离线状态；远端通信单元处于非主用状态时，跳转至第4)步；4)设备自检失败时，本地通信单元跳转为离线状态。
2.根据权利要求1所述的一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，其特征在于，
所述车载ATO系统通过扩展单元将车门操作模式、ATO模式、ATO运行状态和开车门命令发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划反馈信息发送给RTU系统；
所述RTU系统通过扩展单元将屏蔽门状态信息发送给车载ATP系统；通过扩展单元将运行计划和折返命令发送给车载ATO系统；
所述列车接口单元通过扩展单元将驾驶台激活、休眠信号、车门状态及开关门按钮动作发送给车载ATP系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，其特征在于，所述扩展单元采用二乘二取二架构，包括：分别为通信单元1与通信单元2供电的电源单元1与电源单元2，以及分别连接通信单元1与通信单元2的FIMIO模块1与FIMIO模块2。
4.根据权利要求1所述的一种城际铁路自主化列控车载系统中的扩展单元，其特征在于，所述扩展单元遵循SUBSET-037协议，在无线连接建立时，通过对等实体验证程序，与正确的地面设备建立连接；数据传输时，通过消息源认证程序，验证消息是否来自于正确的地面设备。
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