CN106926871A - 一种基于全信息感知的列车运行控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于全信息感知的列车运行控制系统，该系统包括：地面中心设备；辅助列车获得通信列车信息，正确建立车车通信，并且自动接收数据对列车的运行进行监督和控制；车载设备；增加车车直接通信渠道和与目标控制器直接通信渠道，结合全面信息感知和输入进行列车主动防护；轨旁设备；形成基于IP通信的分布式目标控制器通信网络，支持列车通过无线通信对轨旁信号设备进行控制和状态采集。本发明提高了列控系统中车载设备的智能化程度，将既有系统的联锁和区间闭塞部分功能与原有车载列控功能合并，由车载设备完成联锁列控一体化控制，而轨旁设备实现全电子化的分布式控制，减少了轨旁设备的铺设复杂程度、维修难度和维护成本。

Description

一种基于全信息感知的列车运行控制系统

技术领域

本发明涉及列车运行控制系统中的系统结构领域，尤其涉及一种基于全信息感知的列车运行控制系统。

背景技术

列车运行控制系统是铁道信号系统的重要组成部分之一，由地面设备和车载设备构成，用于控制列车运行速度、保证列车安全和高效运行，是铁路运输系统的大脑和神经中枢。

在过去几十年中，列车运行控制技术主要解决了安全性和自动化的问题。目前广泛应用的列车运行控制系统，虽然具体实现方法有所不同，但主要结构和原理是统一的，均由地面设备、车载设备和车地通信系统构成。其中地面设备包含两个基本功能，一是为列车准备运行路径，通常由车站联锁系统实现；二是保证列车在运行路径上运行的安全间隔，通常由区间闭塞系统来控制。

车站联锁系统根据计划通过目标控制器采集轨旁基础设施的状态，并控制其实时建立安全进路，为列车提供进、出站及站内行车的安全进路，而区间闭塞系统根据前方行车条件，包括进路状态、轨道占用情况、线路状况以及调度命令等，为每列车产生行车许可，并通过地面信号、车载信号或车地信息交互等方式向司机提供安全运行的凭证。车载设备根据接收到的行车许可产生允许速度，当列车速度超过允许速度时控制列车实施制动，使列车降速乃至停车，防止列车超速颠覆或与前方列车追尾等，保证行车安全。

我国目前应用于干线铁路的列控系统为CTCS(Chinese Train Control System，列车运行控制系统)，分为CTCS-0到CTCS-3四个等级。列控系统的发展趋势为：支持的列车运行速度越来越高，行车密度越来越大，可靠性越来越高，车地通信信息量越来越大，自动化水平越来越强。应用于城市轨道交通的CBTC列控系统更是印证了列控系统发展的这一特点。然而尽管CTCS-3和CBTC的成熟应用标志了中国列控系统已跻身于世界前列，但是仍然希望列控系统的安全、效率、成本等方面得到进一步的提高与改进。

我国既有列控系统中，由于国情路情的限制，使得列控系统整体系统化设计不够，功能分配不尽合理，目前随着人们对动车组的青睐，客运专线不断增多成网，轨旁设备越来越复杂，这不但增加了现场维护工作的复杂度，还增加了系统的建设投资，最重要的是设备数量的增加导致了安全隐患的不断增大。

在传统铁路信号系统中，联锁和列控功能分离，这种方式不利于高效的行车控制，增加了信息转换，区间闭塞没有联锁逻辑检查，存在一定隐患。现阶段列控系统地面设备对线路基础设施的控制和状态采集，仍然采用继电器接口的电气控制方式，车站和区间需要铺设大量信号电缆，不仅造成建设和维护成本过高，而且故障率高、不易检测。系统以车站为中心集中控制，同时，新旧制式设备的叠加造成地面设备结构复杂。

现有列控技术中，对于移动体列车上装备的车载设备，其处理能力、完成的功能，以及智能化程度有限，关键的控制相关信息如行车许可等均由地面设备进行计算和生成，再通过车地信息传输发送至具体列车，可以说列车的运行区域是由地面设备来控制的，而车载设备只负责根据地面提供的信息控制列车实时速度，是一种被动的列车运行安全防护方式。车与车之间没有信息交互，后续运行的列车不能直接得到前方列车实时的位置和运行信息，不了解前方行车情况。当地面设备或车地信息传输系统出现故障时，列车的行车安全就会受到严重威胁。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于全信息感知的列车运行控制系统，大大减少了轨旁设备的铺设复杂程度和维修难度，降低了信号系统的维护成本。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，该系统包括：

地面中心设备；辅助列车获得通信列车信息，正确建立车车通信，并且自动接收数据对列车的运行进行监督和控制，辅助调度人员对列车进行管理；

车载设备；增加车车直接通信渠道和与目标控制器直接通信渠道，结合全面信息感知和输入进行列车主动防护；

轨旁设备；形成基于IP通信的分布式目标控制器通信网络，支持列车通过无线通信对轨旁信号设备进行控制和状态采集。

所述目标控制器通过实时采集轨旁信号设备状态并记录到状态信息库，列车通过无线通信网络查询所述状态信息库，根据查询结果向所述目标控制器发送操作请求，所述目标控制器接收请求并执行相应的动作命令；

所述的地面中心设备，包括：

地面列车管理单元，在地面增设列车信息管理的模块，用于辅助列车找到正确的通信列车，建立车车通信；还用于为全线路列车信息的登记记录器，记录和管理每列列车的通信信息和状态信息，并存入数据库中，每列列车通过查询并响应所述地面列车管理单元的数据库，获取指定范围内列车通信相关信息。

所述的地面中心设备，还包括：

列车自动监控系统，列车通过所述列车自动监控系统对列车运行情况进行集中监视、临时限速命令下达、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录列车运行实迹、自动进行运行数据统计并自动生成报表和自动检测设备运行状态。

所述的车载设备，包括：

列车管理单元，包括前车识别功能、车地通信管理和车车通信管理，其中，当线路运行多列车时，锁定具体的前车并与之建立车车通信连接，并向列控功能模块传达准确的前车实时位置；

列控功能单元，包括超速防护模块和行车许可生成模块，所述超速防护模块通过车载联锁功能接收列车速度，并将信息传达行车许可生成模块；所述行车许可生成模块实时接收列控管理模块识别前车的信息和接收目标控制器的状态信息，并检测符合行车规则后，生成行车许可指令发送接收信息的车载；

车载联锁单元，所述车载联锁单元通过列控模块提供的前车信息，以及通过车与目标控制器的通信获取信号设备状态，形成联锁关系，直接基于无线通信控制目标控制器进行进路管理、进路的排列和执行，并且为车载其他模块提供进路信息；

电子地图单元；列车通过所述电子地图单元存储和查询全线路固定信息，并可以统一和转换位置坐标系。

所述的轨旁设备包括应答器，所述应答器用于向车载设备传输定位信息，同时向车载设备传送线路参数和临时限速信息，满足后备系统需要。

所述的无线通信网络为基于IP的无线通信网络，通过所述基于IP的无线通信网络完成车载与车载、车载与目标控制器的通信。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例大大提高了列控系统中车载设备的智能化程度，将既有系统的联锁和区间闭塞部分功能(列车管理、行车许可生成等)与原有车载列控功能合并，由车载设备完成联锁列控一体化控制，而轨旁设备实现全电子化的分布式控制，大大减少了轨旁设备的铺设复杂程度和维修难度，降低了信号系统的维护成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于全信息感知的列车运行控制系统的详细流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于全信息感知的列车运行控制系统的子系统间信息交互的详细示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明实施例提供的一种基于全信息感知的列车运行控制系统的详细流程图；如图1所示：

本发明实施例提出的基于全信息感知的列车运行控制系统可分为以下几个层次，分别是：

层次一：地面中心设备；用于辅助列车获得通信列车信息，正确建立车车通信，并且自动接收数据对列车的运行进行监督和控制，辅助调度人员对列车进行管理；

在地面中心增设列车管理单元，并且从提高车载智能化的大需求出发，定位于辅助提供车车通信信息，仅作为线路列车信息登记存储和响应每列车查询的功能，不进行任何控车管理。

地面列车管理单元为全线路列车信息的登记记录器，记录所有列车信息并响应每列车对线路列车通信信息的查询。该单元主要功能是：支持管辖范围内列车登记和注销；负责记录、管理每列列车的通信信息和状态信息；响应每列车对其他列车最新信息的查询。地面列车管理单元相当于管辖范围内列车通信信息的记录数据库，即每列列车能够通过地面列车管理单元获取管辖范围内列车通信相关信息，便于正确实现车车通信管理功能。

所述地面中心设备还包括列车自动监控系统，通过自动接收数据对列车的运行进行监督和控制，辅助调度人员对列车进行管理；

所述列车自动监控系统对列车运行情况的进行集中监视、临时限速命令下达、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录列车运行实迹、自动进行运行数据统计及自动生成报表、自动检测设备运行状态等，辅助调度人员对管辖范围内列车进行管理。

层次二：车载设备单元，增加车车通信和车与目标控制器通信方式，结合全面信息感知和输入进行列车主动防护；

在本发明所述的列控系统中，车载设备提升自身的智能化程度，将地面区域控制和联锁功能转移到车载设备，增加车车通信、车与目标控制器通信等方式，结合更多的信息感知和输入进行列车主动防护。

车载设备的主要功能模块分为列车管理单元、列控功能单元、联锁单元和电子地图单元，其中列控功能单元包括基础的超速防护模块和行车许可生成模块。

所述列车管理单元可以识别前方移动障碍物——前车的正确识别，包括判定前车是否存在、线路运行多列车时锁定具体的前车并与之建立车车通信连接，向行车许可模块输出准确的前车实时位置。前车实时位置是行车许可功能实现的基础，其正确性和完整性保证了行车许可生成的准确性和有效性。

其中前车的确定方法是由向地面查询获得的线路所有列车的通信信息，结合各列车的位置映射筛选计算得出。

所述列车管理单元的主要功能包括：地面列车管理单元通信管理、前车识别和车车通信管理。

行车许可生成功能为原有列控系统地面区域控制功能，在本发明所描述的列控系统中由车载设备根据联锁的进路信息、目标控制器反馈的轨旁信号设备状态、前车实时位置信息、临时限速等，正确生成行车许可。而安全防护功能与既有列控系统中车载设备的安全防护功能一致。

电子地图单元主要负责支持全线路所有固定信息的存储和查询，并支持位置坐标系的统一和转换。

在本发明所述的列控系统中，联锁功能由车载设备完成。车载联锁通过列控模块提供的前车信息，以及通过车与目标控制器的通信获取信号设备状态，形成联锁关系，直接基于无线通信控制目标控制器进行进路管理、进路的排列和执行，并且为车载其他模块提供进路信息。

层次三：轨旁设备，形成基于IP通信的分布式目标控制器通信网络，支持列车通过与目标控制器通信对轨旁信号设备进行控制和状态采集。

所述的轨旁设备包括应答器，所述应答器用于向车载设备传输定位信息，同时向车载设备传送线路参数和临时限速信息，满足后备系统需要。

在本发明所述的列控系统中，所有对象均使用基于IP的通信网络，因此除了既有的应答器设备，专门设置基于IP通信的分布式目标控制器，形成信号设备通信网络，使得车载设备能够通过无线通信移动的控制和感知轨旁信号设备。

所述目标控制器负责采集道岔、转辙机、信号机等轨旁基础信号设备状态，通过基于IP的无线通信网络供车载实时查询；并根据车载发出的进路信息办理操纵请求，执行相应的动作命令。

所述目标控制器的功能包括：支持列车向对应的目标控制器请求道岔等信号设备的状态监督和控制；根据车载设备命令进行道岔锁闭、信号机关闭等动作。

在本发明所述的列控系统中，子系统之间基于全IP无线网络通信方式进行信息交互，图2为本发明实施例提供的一种基于全信息感知的列车运行控制系统的子系统间信息交互的详细示意图；如图2所示：

1、车载设备与地面列车管理单元交换的信息，包括：

a)车载设备向地面列车管理单元发送通信管理信息(建立、断开等)及查询全线路范围内列车信息；

b)地面列车管理单元向车载设备发送通信管理信息(请求相应等)及查询相应信息，即全线路范围内列车的位置和IP等通信信息。

2、车载设备与列车自动监控系统交换的信息，包括：

a)列车自动监控系统向车载设备发送行车计划、临时限速等信息；

b)车载设备向列车自动监控系统发送列车运行状态信息。

3、车载设备与目标控制器交换的信息，包括：

b)车载设备向目标控制器发送驱动其管辖设备的信息；

b)目标控制器在确定轨旁设备已经分配给本车后，将各设备的状态信息发送给车载设备。

4、列车与列车交换的信息，包括：通信管理信息、实时位置和状态信息。

综上所述，本发明实施例通过打破列控系统的通用结构，功能重新分配，联锁和列控重要功能均由车载设备完成，弱化地面设备的控制功能，提高车载设备智能化程度；

基于全IP无线网络通信，增加车车通信、车与目标通信的渠道，使车载设备获得多方面信息，车载设备进行主动防护；

轨旁设备采用基于无线通信的分布式控制系统，降低轨旁设备的复杂程度，提高系统性能。

本发明大大提高了列控系统中车载设备的智能化程度，将既有系统的联锁和区间闭塞部分功能(列车管理、行车许可生成等)与原有车载列控功能合并，由车载设备完成联锁列控一体化控制，而轨旁设备实现全电子化的分布式控制，大大减少了轨旁设备的铺设复杂程度和维修难度，降低了信号系统的维护成本；并且由于大部分列控核心功能都移至车载上实现，车—地之间交互的信息量以及交互时间减少，提高了整个系统性能，从而更好地保障列车运行安全、进一步提升运输能力，有效降低全生命周期成本。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，该系统包括：

地面中心设备；辅助列车获得通信列车信息，正确建立车车通信，并且自动接收数据对列车的运行进行监督和控制，辅助调度人员对列车进行管理；

车载设备；增加车车直接通信渠道和与目标控制器直接通信渠道，结合全面信息感知和输入进行列车主动防护；

轨旁设备；形成基于IP通信的分布式目标控制器通信网络，支持列车通过无线通信对轨旁信号设备进行控制和状态采集。

2.根据权利要求1所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，所述目标控制器通过实时采集轨旁信号设备状态并记录到状态信息库，列车通过无线通信网络查询所述状态信息库，根据查询结果向所述目标控制器发送操作请求，所述目标控制器接收请求并执行相应的动作命令。

3.根据权利要求2所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，所述的地面中心设备，包括：

地面列车管理单元，在地面增设列车信息管理的模块，用于辅助列车找到正确的通信列车，建立车车通信；还用于为全线路列车信息的登记记录器，记录和管理每列列车的通信信息和状态信息，并存入数据库中，每列列车通过查询并响应所述地面列车管理单元的数据库，获取指定范围内列车通信相关信息。

4.根据权利要求3所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，所述的地面中心设备，还包括：

列车自动监控系统，列车通过所述列车自动监控系统对列车运行情况进行集中监视、临时限速命令下达、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录列车运行实迹、自动进行运行数据统计并自动生成报表和自动检测设备运行状态。

5.根据权利要求4所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于：所述的车载设备，包括：

列车管理单元，包括前车识别功能、车地通信管理和车车通信管理，其中，当线路运行多列车时，锁定具体的前车并与之建立车车通信连接，并向列控功能模块传达准确的前车实时位置；

列控功能单元，包括超速防护模块和行车许可生成模块，所述超速防护模块通过车载联锁功能接收列车速度，并将信息传达行车许可生成模块；所述行车许可生成模块实时接收列控管理模块识别前车的信息和接收目标控制器的状态信息，并检测符合行车规则后，生成行车许可指令发送接收信息的车载；

车载联锁单元，所述车载联锁单元通过列控模块提供的前车信息，以及通过车与目标控制器的通信获取信号设备状态，形成联锁关系，直接基于无线通信控制目标控制器进行进路管理、进路的排列和执行，并且为车载其他模块提供进路信息；

电子地图单元；列车通过所述电子地图单元存储和查询全线路固定信息，并可以统一和转换位置坐标系。

6.根据权利要求1所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于：所述的轨旁设备包括应答器，所述应答器用于向车载设备传输定位信息，同时向车载设备传送线路参数和临时限速信息，满足后备系统需要。

7.根据权利要求2所述的基于全信息感知的列车运行控制系统，其特征在于，所述的无线通信网络为基于IP的无线通信网络，通过所述基于IP的无线通信网络完成车载与车载、车载与目标控制器的通信。