CN108297900B - 一种真空管道磁悬浮列车信号系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空管道磁悬浮列车信号系统，包含三个子系统：磁悬浮列车自动监控系统、磁悬浮列车自动保护系统、磁悬浮列车自动驾驶系统；采用双层控制方式来控制所述三个子系统；其中，高优先级的一层为：控制中心与轨道信号应答机组合得到精确的各列车定位信息，通过处理计算得到各磁悬浮列车总进程运行图；低优先级的一层为：列车三个子系统通过信号应答机得到列车周围轨道与列车信息，自主处理得到列车前面部分进程路线；当控制中心被判定信息不可靠时，启动列车子系统控制进程路线。解决了现在CTCS‑3级信号系统中控制中心一旦出故障整个系统便会混乱的问题，可针对各种突发事件，快速做出反应，保障列车高速运行过程中的各种安全问题。

Description

一种真空管道磁悬浮列车信号系统
技术领域
本发明提供了一种磁浮列车的信号系统，涉及真空管道磁悬浮列车领域。
背景技术
磁悬浮列车是一种现代轨道交通工具，它通过磁铁的吸力或者斥力使列车与轨道之间无接触，极大地减少了列车前进过程中的摩擦阻力，使列车运行速度得到了极大的提升。同时磁悬浮列车的能耗较低、噪音较低，具有节能环保的优点，有着十分广泛的发展前景。在磁悬浮列车的基础上，加上了真空管道，不仅有效解决了列车与轨道之间的摩擦问题，同时解决了空气阻力对列车行驶的影响问题，使磁悬浮列车的速度达到质的飞跃。与此同时，真空管道磁悬浮列车能耗低，噪音污染小，便捷舒适，已成为很多国家重要研究方向。在轨道交通中，信号系统具有十分重要的作用，它直接关系到整个轨道交通是否能安全正常的运行，而在真空磁悬浮列车推广以后，磁悬浮列车信号系统的建立也十分必要，它与轨道交通信号系统不尽相同，真空的环境、无接触的列车与轨道、超高的速度，对其信号系统提出了更高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对磁悬浮列车信号系统的独特需求和现有空白，提供一种真空管道磁悬浮列车信号系统，保障整个磁悬浮列车轨道系统的正常运行，维护其安全与稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：包含由控制中心、人造卫星、与多个设置在轨道旁的轨道信号应答机组合而成的三个子系统；人造卫星依次通过控制中心、车站中枢和/ 或直接与各轨道信号应答机通讯，实时将各列车位置信息发送到控制中心或各轨道信号应答机；
轨道每隔一段距离设置轨道信号应答机，轨道信号应答机接收储存周围轨道信息，并能与附近轨道信号应答机通信，控制中心能够与所有轨道信号应答机通信，轨道信号应答机也能够通过无线通信与列车控制室实时传递轨道信息，同时列车所有子处理系统能够根据信号应答机传递的信号来控制进程；
列车控制室、轨道信号应答机、车站中枢之间采用无线通信模式；
三个子系统分别为：磁悬浮列车自动监控系统、磁悬浮列车自动保护系统、磁悬浮列车自动驾驶系统；磁悬浮列车自动监控系统随时监控真空管道内真空度以及轨道装置配置的正常与否，从而确保列车的安全行驶；磁悬浮列车自动保护系统对列车进行自动防护、负责列车的安全运行、控制列车运行的间隔，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速；磁悬浮列车自动驾驶系统实现驾驶列车的功能，进行车速的正常调整，给旅客传送信息；
采用双层控制方式来控制所述三个子系统；其中，高优先级的一层为：控制中心与轨道信号应答机组合得到精确的各列车定位信息，通过处理计算得到各磁悬浮列车总进程运行图；低优先级的一层为：列车三个子系统通过信号应答机得到列车周围轨道与列车信息，自主处理得到列车前面部分进程路线；当控制中心被判定信息不可靠时，启动列车子系统控制进程路线。
进一步的，磁悬浮列车定位采用人造卫星定位与轨道信号应答机通信组合的方式：即人造卫星与轨道信号应答机组合进行列车定位、并且轨道信号应答机之间也相互传递信息。
进一步的，轨道信号应答机内部存在信息储存、处理系统，能够接收并储存人造卫星传递的周围轨道与列车信息，能够与列车控制室进行信息双向无线传输，并能与附近的信号应答机进行信息双向传输。
进一步的，自动监控系统设在磁悬浮线路中较大的车站，控制中心与各站连锁设备间的联系由遥控系统来完成。
进一步的，磁悬浮列车自动监控系统包含列车进程控制模块, 该模块设置为根据实际运营需求以及系统运行状态采取不同的进程选择方式；进程由系统根据运行图、列车识别号或者列车接近条件自动设置, 也能够通过控制中心或车站值班员手动设置。
进一步的，磁悬浮列车自动监控系统还包含列车信息跟踪与显示模块，该列车信息跟踪与显示模块设置为获取磁悬浮管道内各处的真空度信息，并将其传输到信号应答机，从而与列车控制室以及控制中心进行信号传递与显示。
进一步的，磁悬浮列车自动监控系统还包含运行管理模块，该模块设置为根据轨道占用空闲状态、车站占用空闲状态，规划出不同列车的运行轨道图，当列车运行偏离运行图时，系统自动调整列车的停站时间、区间走行时间；当偏离误差较大时，由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间走行时间，或对系统实施运行图进行调整。
进一步的，磁悬浮列车自动监控系统还包含设备管理部分，该模块设置为对列车和信号设备进行实时监控和管理，信号设备包括人造卫星、各轨道信号应答机、车站中枢信号接收设备以及列车信号接收设备；当信号设备出现故障后向自动监控系统的系统操作员发出报警信息并进行相应的记录。
进一步的，磁悬浮列车自动保护系统主要包括安全性停车点防护模块、超速防护与制动保证模块；安全性停车点防护模块设置为：根据系统运行图，确定进程中的危险点或不可避开轨道路段，避开危险点，而在其他可避开轨道路段当列车停车时，即设置为占用状态；超速防护与制动保证模块设置为：磁悬浮列车在靠近车站处存在最大限速值，在列车靠近车站路段时，需进行减速，在轨道间运行时磁悬浮列车也需要进行限速，如超速，系统会报警，并自动进行减速或紧急制动处理。
由此，本发明公开了一种针对于真空管道磁悬浮列车的信号系统，实现磁悬浮列车的自动控制现代化，并保障列车的运行安全。
自动监控系统随时监控真空管道内真空度以及轨道装置配置的正常与否，从而确保列车的安全行驶。整个系统配置为多层体系结构，控制中心的中央自动监控系统处于结构的高层，而车站的本地监控系统则处于结构的低层，与处于本地的前置、联锁机及自动保护系统和自动驾驶系统地面设备进行无线通信。整个自动监控系统包括磁悬浮列车进程控制、列车跟踪与显示、运行管理和设备管理等模块。
卫星定位系统实时将各列车位置信息发送到控制中心。与此同时，轨道每隔一段合适距离设置信号应答机，信号应答机可接收储存周围轨道信息，也可与附近信号应答机通信，控制中心可与所有信号应答机通信，信号应答机也可通过无线通信与列车实时传递轨道信息，同时列车有子处理系统可根据信号应答机传递的信号来控制进程。
进程控制部分，系统需要根据实际运营需求以及系统运行状态采取不同的进路选择方式。进路可由系统根据运行图、列车识别号或者列车接近条件自动设置, 也可通过控制中心或车站值班员手动设置。
列车跟踪与显示部分，系统根据列车识别号，对相应列车的信息进行跟踪显示，通过真空度传感器显示列车进路管道环境（真空度）是否正常，通过电流传感器检测列车进路轨道运行是否正常，通过速度传感器实时跟踪显示列车速度，同时实时监控进路轨道其他信息（轨道是否被占用，是否有抖动等不正常状态）。
运行管理部分，根据轨道占用空闲状态、车站占用空闲状态，规划出不同列车的运行轨道图，当列车运行偏离运行图时，系统可自动调整列车的停站时间、区间走行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间走行时间，或对系统实施运行图进行调整。
设备管理部分，系统具备对列车和所有信号设备进行实时监控和管理的能力。系统中的设备出现故障后能向系统操作员发出报警信息并进行相应的记录。
磁悬浮列车自动保护系统主要是对列车进行自动防护，负责列车的安全运行，控制列车运行的间隔，主要包括了安全性停车点防护、超速防护与制动保证两个部分。安全性停车点防护部分，根据系统运行图，确定进程中的危险点（不可避开轨道路段），避开危险点。而在其他可避开轨道路段，当列车停车时，即设置为占用状态。超速防护与制动保证部分，磁悬浮列车在靠近车站处存在最大限速值，在列车靠近车站路段时，需进行减速，在轨道间运行时磁悬浮列车也需要进行限速，系统会根据列车当前状态及线路条件，实时计算出紧急制动情况下列车运行不超出目标点时应满足的速度限值。将这些速度限值连成一条曲线便是速度距离模式曲线。如果列车的时速超越最大允许速度，系统车载速度会立刻发出报警提示；当超速达到一定值时，会输出最大常用制动命令，保证在预计时间内能达到制动或减速的命令，否则的话立刻实施紧急制动，保证无论在什么情况下配有车载设备的列车都不会超出限制范围。
磁悬浮列车自动驾驶系统，保障列车的自动运行以及与之相关的设备的控制，根据列车的检测系统，识别列车的速度、位置、悬浮控制器状态、电源状态、车内温度，并对其加以控制。自动驾驶子系统能保证运行时间与定点停车，还能提高运行效率，提高舒适度，减少能耗。但作为信号系统的一个子系统，它的功能是要依靠信号系统各子系统协调工作共同完成的，缺少自动监控和自动保护子系统，自动驾驶系统将无法正常工作。
从运行中所起作用来说，自动驾驶系统主要实现驾驶列车的功能，能进行车速的正常调整，给旅客传送信息，但这只是执行操作命令，不能确保安全，这就需要自动保护系统来进行防护、自动监控系统起监督功能，, 对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速。由此可见自动保护系统是列车运行时必不可少的安全保障，自动驾驶系统则是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、平稳、节能)的技术措施。在任何时候，只要自动保护系统正常的话，就应让其执行防护工作，以确保行车安全。
相对于现存的城市轨道交通信号系统，对于超高速且与轨道无接触的真空管道磁悬浮列车不尽适用，本发明提出一种针对真空管道磁悬浮列车的信号系统，由磁悬浮列车自动监控系统、自动保护系统以及自动驾驶系统三部分构成。列车定位采用卫星定位系统与列车轨道信号传递组合，控制系统采用总系统集中处理、同时设置子系统分散控制的方式，即：双层控制方式，其中高优先极：控制中心通过人造卫星与轨道信号应答机组合得精确的各列车定位信息，可通过处理计算得磁悬浮列车总进行运行图；同时低优先极的一层为，列车子系统通过信号应答机得到列车周围轨道与列车信息，可自主处理得到列车前面部分进程路线。当控制中心被判定信息不可靠时，可启动列车子系统控制进程路线。解决了现在CTCS-3级信号系统中控制中心一旦出故障整个系统便会混乱的问题，可针对各种突发事件，快速做出反应，保障列车高速运行过程中的各种安全问题。
附图说明
图1 是真空管道磁浮列车信号系统总体拓补图。
图2是本发明列车控制简图。
图3 是信号系统结构示意图。
具体实施方式
根据本发明实施的真空管道磁浮列车信号系统如图1-2所示，一种真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：包含由控制中心、人造卫星、与多个设置在轨道旁的轨道信号应答机组合而成的三个子系统；人造卫星依次通过控制中心、车站中枢和/ 或直接与各轨道信号应答机通讯，实时将各列车位置信息发送到控制中心或各轨道信号应答机；
轨道每隔一段距离设置轨道信号应答机，轨道信号应答机接收储存周围轨道信息，并能与附近轨道信号应答机通信，控制中心能够与所有轨道信号应答机通信，轨道信号应答机也能够通过无线通信与列车控制室实时传递轨道信息，同时列车所有子处理系统能够根据信号应答机传递的信号来控制进程；
列车控制室、轨道信号应答机、车站中枢之间采用无线通信模式；
三个子系统分别为：磁悬浮列车自动监控系统、磁悬浮列车自动保护系统、磁悬浮列车自动驾驶系统；
磁悬浮列车自动监控系统随时监控真空管道内真空度以及轨道装置配置的正常与否，从而确保列车的安全行驶；
磁悬浮列车自动保护系统对列车进行自动防护、负责列车的安全运行、控制列车运行的间隔，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速；
磁悬浮列车自动驾驶系统实现驾驶列车的功能，进行车速的正常调整，给旅客传送信息；
采用双层控制方式来控制所述三个子系统；其中，高优先级的一层为：控制中心与轨道信号应答机组合得到精确的各列车定位信息，通过处理计算得到各磁悬浮列车总进程运行图；低优先级的一层为：列车三个子系统通过信号应答机得到列车周围轨道与列车信息，自主处理得到列车前面部分进程路线；当控制中心被判定信息不可靠时，启动列车子系统控制进程路线。
如图3所示，自动监控系统随时监控真空管道内真空度以及轨道装置配置的正常与否，从而确保列车的安全行驶。整个系统配置为多层体系结构，控制中心的中央自动监控系统处于结构的高层，而车站的本地监控系统则处于结构的低层，与处于本地的前置、联锁机及自动保护系统和自动驾驶系统地面设备进行无线通信。整个自动监控系统包括磁悬浮列车进程控制、列车跟踪与显示、运行管理和设备管理等模块。
卫星定位系统实时将各列车位置信息发送到控制中心。与此同时，轨道每隔一段合适距离设置信号应答机，信号应答机可接收储存周围轨道信息，也可与附近信号应答机通信，控制中心可与所有信号应答机通信，信号应答机也可通过无线通信与列车实时传递轨道信息，同时列车有子处理系统可根据信号应答机传递的信号来控制进程。
进程控制部分，系统需要根据实际运营需求以及系统运行状态采取不同的进路选择方式。进路可由系统根据运行图、列车识别号或者列车接近条件自动设置, 也可通过控制中心或车站值班员手动设置。
列车跟踪与显示部分，系统根据列车识别号，对相应列车的信息进行跟踪显示，通过真空度传感器显示列车进路管道环境（真空度）是否正常，通过电流传感器检测列车进路轨道运行是否正常，通过速度传感器实时跟踪显示列车速度，同时实时监控进路轨道其他信息（轨道是否被占用，是否有抖动等不正常状态）。
运行管理部分，根据轨道占用空闲状态、车站占用空闲状态，规划出不同列车的运行轨道图，当列车运行偏离运行图时，系统可自动调整列车的停站时间、区间走行时间。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间走行时间，或对系统实施运行图进行调整。
设备管理部分，系统具备对列车和所有信号设备进行实时监控和管理的能力。系统中的设备出现故障后能向系统操作员发出报警信息并进行相应的记录。
磁悬浮列车自动保护系统主要是对列车进行自动防护，负责列车的安全运行，控制列车运行的间隔，主要包括了安全性停车点防护、超速防护与制动保证两个部分。安全性停车点防护部分，根据系统运行图，确定进程中的危险点（不可避开轨道路段），避开危险点。而在其他可避开轨道路段，当列车停车时，即设置为占用状态。超速防护与制动保证部分，磁悬浮列车在靠近车站处存在最大限速值，在列车靠近车站路段时，需进行减速，在轨道间运行时磁悬浮列车也需要进行限速，系统会根据列车当前状态及线路条件，实时计算出紧急制动情况下列车运行不超出目标点时应满足的速度限值。将这些速度限值连成一条曲线便是速度距离模式曲线。如果列车的时速超越最大允许速度，系统车载速度会立刻发出报警提示；当超速达到一定值时，会输出最大常用制动命令，保证在预计时间内能达到制动或减速的命令，否则的话立刻实施紧急制动，保证无论在什么情况下配有车载设备的列车都不会超出限制范围。
磁悬浮列车自动驾驶系统，保障列车的自动运行以及与之相关的设备的控制，根据列车的检测系统，识别列车的速度、位置、悬浮控制器状态、电源状态、车内温度，并对其加以控制。自动驾驶子系统能保证运行时间与定点停车，还能提高运行效率，提高舒适度，减少能耗。但作为信号系统的一个子系统，它的功能是要依靠信号系统各子系统协调工作共同完成的，缺少自动监控和自动保护子系统，自动驾驶系统将无法正常工作。
从运行中所起作用来说，自动驾驶系统主要实现驾驶列车的功能，能进行车速的正常调整，给旅客传送信息，但这只是执行操作命令，不能确保安全，这就需要自动保护系统来进行防护、自动监控系统起监督功能，, 对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速。由此可见自动保护系统是列车运行时必不可少的安全保障，自动驾驶系统则是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、平稳、节能)的技术措施。在任何时候，只要自动保护系统正常的话，就应让其执行防护工作，以确保行车安全。
自动监控系统采用多层体系结构，由中央控制处统一调配，当中央控制系统故障时，列车子系统自动调整监控列车周围一定范围。磁悬浮列车与轨道各种信息，包括真空管道真空度、轨道线路正常与否、轨道占用情况、各列车速度、各列车设备运行状况信息、地面设备信息等等，最终发送到控制系统进行处理。线路运行过程中，中央控制处根据需要制定出各轨道磁悬浮列车的运行图，然后发送到各个列车控制室，各磁悬浮列车按指定线路运行。若真空管道线路被占用或不正常运行，相关列车线路由监控系统重新调配，保障整个磁悬浮线路的正常安全运行。
自动监控系统设在磁悬浮线路中较大的车站，控制中心与各站连锁设备间的联系由遥控系统来完成。自动保护系统从自动监控系统处得到列车运行任务命令，信息是与地面线路信息一起组成报文，通过无线通信传送，由车载自动保护系统统一接收，自动保护系统将处理过后的对自动驾驶系统有用的信息传给自动驾驶系统，并显示相关信息，且不断地监视自动驾驶系统的工作。自动驾驶系统获得有用信息后，并根据实际运行速度和自动保护系统的最大允许速度，计算运行速度，得出控制量并执行控制命令。巡航/惰行模块由独立的控制器来辅助完成。定点停车采用站内交叉环线实现。到站后自动驾驶系统通过无线通信向地面发送列车信息，并传到自动监控系统，以便识别列车的位置。自动监控系统根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过无线通信传送给自动驾驶系统。在区间运行时，每进入新的轨道区段，自动驾驶系统便接收新的地面信息, 以便进行速度调整。在运行过程符合自动驾驶系统条件时，允许灵活地切换到自动驾驶模式。

Claims (9)

1.一种真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：包含由控制中心、人造卫星、与多个设置在轨道旁的轨道信号应答机组合而成的三个子系统；人造卫星依次通过控制中心、车站中枢和/ 或直接与各轨道信号应答机通讯，实时将各列车位置信息发送到控制中心或各轨道信号应答机；
轨道每隔一段距离设置轨道信号应答机，轨道信号应答机接收储存周围轨道信息，并能与附近轨道信号应答机通信，控制中心能够与所有轨道信号应答机通信，轨道信号应答机也能够通过无线通信与列车控制室实时传递轨道信息，同时列车所有子处理系统能够根据信号应答机传递的信号来控制进程；
列车控制室、轨道信号应答机、车站中枢之间采用无线通信模式；
三个子系统分别为：磁悬浮列车自动监控系统、磁悬浮列车自动保护系统、磁悬浮列车自动驾驶系统；磁悬浮列车自动监控系统随时监控真空管道内真空度以及轨道装置配置的正常与否，从而确保列车的安全行驶；磁悬浮列车自动保护系统对列车进行自动防护、负责列车的安全运行、控制列车运行的间隔，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速；磁悬浮列车自动驾驶系统实现驾驶列车的功能，进行车速的正常调整，给旅客传送信息；
采用双层控制方式来控制所述三个子系统；其中，高优先级的一层为：控制中心与轨道信号应答机组合得到精确的各列车定位信息，通过处理计算得到各磁悬浮列车总进程运行图；低优先级的一层为：列车三个子系统通过信号应答机得到列车周围轨道与列车信息，自主处理得到列车前面部分进程路线；当控制中心被判定信息不可靠时，启动列车子系统控制进程路线。
2.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于： 磁悬浮列车定位采用人造卫星定位与轨道信号应答机通信组合的方式：即人造卫星与轨道信号应答机组合进行列车定位、并且轨道信号应答机之间也相互传递信息。
3.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：轨道信号应答机内部存在信息储存、处理系统，能够接收并储存人造卫星传递的周围轨道与列车信息，能够与列车控制室进行信息双向无线传输，并能与附近的信号应答机进行信息双向传输。
4.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：自动监控系统设在磁悬浮线路中较大的车站，控制中心与各站连锁设备间的联系由遥控系统来完成。
5.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：磁悬浮列车自动监控系统包含列车进程控制模块, 该模块设置为根据实际运营需求以及系统运行状态采取不同的进程选择方式；进程由系统根据运行图、列车识别号或者列车接近条件自动设置,也能够通过控制中心或车站值班员手动设置。
6.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：磁悬浮列车自动监控系统还包含列车信息跟踪与显示模块，该列车信息跟踪与显示模块设置为获取磁悬浮管道内各处的真空度信息，并将其传输到信号应答机，从而与列车控制室以及控制中心进行信号传递与显示。
7.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：磁悬浮列车自动监控系统还包含运行管理模块，该模块设置为根据轨道占用空闲状态、车站占用空闲状态，规划出不同列车的运行轨道图，当列车运行偏离运行图时，系统自动调整列车的停站时间、区间走行时间；当偏离误差较大时，由调度员人工介入，指定列车的停站时间和区间走行时间，或对系统实施运行图进行调整。
8.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：磁悬浮列车自动监控系统还包含设备管理模块，该设备管理模块设置为对列车和信号设备进行实时监控和管理，信号设备包括人造卫星、各轨道信号应答机、车站中枢信号接收设备以及列车信号接收设备；当信号设备出现故障后向自动监控系统的系统操作员发出报警信息并进行相应的记录。
9.根据权利要求1所述的真空管道磁悬浮列车信号系统，其特征在于：磁悬浮列车自动保护系统主要包括安全性停车点防护模块、超速防护与制动保证模块；安全性停车点防护模块设置为：根据系统运行图，确定进程中的危险点或不可避开轨道路段，避开危险点，而在其他可避开轨道路段当列车停车时，即设置为占用状态；超速防护与制动保证模块设置为：磁悬浮列车在靠近车站处存在最大限速值，在列车靠近车站路段时，需进行减速，在轨道间运行时磁悬浮列车也需要进行限速，如超速，系统会报警，并自动进行减速或紧急制动处理。
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