CN108569313B - 一种基于时延防护的列车管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于时延防护的列车管理方法，包括以下步骤：步骤A：轨旁ATP从轨旁次级检测设备获取轨道区段占用状态；步骤B：轨旁ATP从通信列车获取列车位置报告；步骤C：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告创建列车时延防护；步骤D：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告，通过统一的时空模型更新列车时延防护；步骤E：轨旁ATP对通信列车关联的列车时延防护进行筛选，删除其周围确认无车区域的列车时延防护；步骤F：轨旁ATP计算列车时延防护的转换、合并、拆分、调整和删除；步骤G：轨旁ATP根据列车时延防护更新列车序列。与现有技术相比，本发明提高了可维护性和可扩展性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通信号安全控制技术领域，尤其是涉及一种基于时延防护的列车管理方法。
背景技术
基于通信的自动列车控制系统(Communication Based Train Control,CBTC)的核心“自动列车保护系统”(ATP)由轨旁和车载两部分组成，其中轨旁部分主要负责采集轨旁设备和列车信息，为线路上所有列车计算移动授权并发送至车载ATP。轨旁ATP计算移动授权的依据是其管辖范围内车载ATP发送的列车位置信息和轨旁次级检测设备采集的轨道占用信息，如图1所示。这两个信息来源一般按如下方法定义：
“主要检测”：车载ATP通过位置报告发送的列车位置信息；
“次要检测”：轨旁检测设备提供的区段占用信息；
这样，当在实际运营中，出现如下情形时，轨旁ATP可不间断更新列车位置：
由于通信故障等原因车载ATP可能与轨旁ATP失去通信；
根据运营需要，轨旁ATP需能管理未装备ATP的列车进入线路运行。
这样，轨旁ATP需要一个高度抽象的逻辑对象来融合上述“主要检测”和“次要检测”提供的信息，以采用统一的理论框架抽象出列车与轨道的时空关系。这个理论框架既要能解决对“主要检测”和“次要检测”提供的列车位置信息进行一致性描述的问题，也要能解决由报文传输延时容忍度设计带来的定位不确定性问题和由报文异步引起的列车物理定位与逻辑定位的错位问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于时延防护的列车管理方法，对列车的位置信息、序列信息、报文传输延时信息、报文异步信息、列车状态变化信息进行抽象，解决了轨旁ATP在处理列车位置时信息来源多、信息异步、列车状态转换复杂的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于时延防护的列车管理方法，包括以下步骤：
步骤A：轨旁ATP从轨旁次级检测设备获取轨道区段占用状态；
步骤B：轨旁ATP从通信列车获取列车位置报告；
步骤C：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告创建列车时延防护；
步骤D：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告，通过统一的时空模型更新列车时延防护；
步骤E：轨旁ATP对通信列车关联的列车时延防护进行筛选，删除其周围确认无车区域的列车时延防护；
步骤F：轨旁ATP计算列车时延防护的转换、合并、拆分、调整和删除；
步骤G：轨旁ATP根据列车时延防护更新列车序列。
优选地，所述的步骤A中从轨旁次级检测设备获取的次级检测设备占用报告中得到轨道区段的占用信息和信息传输的延时信息。
优选地，所述的步骤B中从通信列车发送的列车位置报告中获取列车安全定位信息和列车定位信息的采集时间。
优选地，所述的步骤B中轨旁ATP通过列车安全定位信息的“生成时间”和“接收时间”估计列车定位报告的传输延时。
优选地，所述的步骤C中轨旁ATP根据步骤A中获取的次级检测设备占用信息在处于“占用状态”且没有被列车时延防护覆盖的次级检测设备上创建“默认列车时延防护”，并根据“次级检测设备的占用状态”、“次级检测设备的最大占用检测延时”和“线路列车最大运行速度”计算“默认列车时延防护”的覆盖范围。
优选地，所述的步骤C中轨旁ATP根据步骤B中获取的列车定位信息和已创建的“默认列车时延防护”，在列车定位信息描述的位置插入“通信列车时延防护”，该“通信列车时延防护”的范围由“列车运动学信息”和“列车定位报告传输延时”根据牛顿第二定律计算得到。
优选地，所述的步骤D中，有外部信息时，轨旁ATP根据收到的列车位置信息或次级检测设备占用信息更新“通信列车时延防护”；未收到外部信息时，根据列车时延防护的当前状态和线路最坏情况预测“通信列车时延防护”。
优选地，所述的轨旁ATP创建“通信列车时延防护”后，根据列车定位信息和设定次级检测设备的占用信息之间的时空关系筛选“通信列车时延防护”，删除其周围能确认没有隐藏列车的“默认列车时延防护”。
优选地，所述的步骤E完成“列车时延防护”计算后，轨旁ATP根据外部信息的有效性和当前轨道动态链接关系对“列车时延防护”进行类型转换、拆分、合并、调整和删除。
优选地，所述的步骤G根据“列车时延防护”建立轨道上的列车序列，该序列保证与列车的物理顺序一致。
与现有技术相比，本发明采用统一的“列车时延防护”模型实现了传感器信息融合，保证了核心算法的抽象度，提高了算法的可维护性和可扩展性，具体包括以下优点：
1)本发明利用“列车时延防护”对列车的位置信息、序列信息、报文传输延时信息、报文异步信息、列车状态变化信息进行了抽象，使得轨旁ATP其他功能模块在处理列车相关信息时不需要面临信息来源多样、信息延时多变、报文异步导致列车逻辑错位、列车状态转变复杂等状况。
2)采用本发明，将传统的分散在各个模块中根据具体需要进行局部计算的列车信息通过“列车时延防护”这个高度抽象的逻辑对象融合了“主要检测”和“次要检测”提供的信息，采用统一的理论框架抽象出列车与轨道的时空关系。这个理论框架既解决了对“主要检测”和“次要检测”提供的列车位置信息进行一致性描述的问题，同时也解决由报文传输延时容忍度设计带来的定位不确定性问题和由报文异步引起的列车物理定位与逻辑定位的错位问题。对内隐藏了外部信息接口的细节，可在完全不影响其他模块功能和接口的基础上增加或减少列车的检测方法，提高了系统的模块化程度、可维护性和可扩展性。
附图说明
图1为轨旁ATP与车载ATP通信示意图；
图2为根据轨道占用状态和列车位置报告创建列车时延防护并进行筛选示意图；
图3为通信列车计算时延防护示意图；
图4为非通信列车计算时延防护示意图；
图5为列车时延防护的调整示意图；
图6为列车时延防护的压缩与分裂示意图；
图7为列车时延防护计算流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明所要解决的技术问题，是通过“列车时延防护”对列车的位置信息、序列信息(在线路上的先后关系)、报文传输延时信息、报文异步信息、列车状态变化信息进行抽象，使轨旁ATP的其他模块在进行涉及到列车的运算时只需考虑“列车时延防护”，不再需要分别考虑来源复杂、延时多样、异步严重的原始信息。
如图7所示流程，步骤A和步骤B是轨旁ATP在每个周期的开始获取轨旁次级检测和列车位置报告的信息。
步骤C中，轨旁ATP根据上述信息可创建列车时延防护。
步骤D中，轨旁ATP对其管辖范围内的所有列车时延防护(包括新创建的和已存在的)进行更新。
步骤E中，轨旁ATP在更新完所有列车时延防护的位置后，可根据一定规则删除可确定无列车的时延防护。
图2展示了通信列车时延防护的创建、更新和筛选过程。列车首次进入设备区时轨旁ATP根据次级检测设备的占用信息为其创建“默认列车时延防护”。列车定位并向轨旁ATP发送定位报告后，轨旁ATP会根据该“列车定位报告”中的列车位置在上述“默认列车时延防护”中插入一个“通信列车时延防护”，原“默认列车时延防护”被分割为两个“默认列车时延防护”，这个处理流程用于保证当上述“通信列车时延防护”周围存在其他隐藏列车(未发送“列车位置报告”)时，轨旁ATP不会丢失对该车的跟踪。当轨旁ATP根据列车时延防护的时空关系确认上述“默认列车时延防护”中不会隐藏列车时可移除“默认列车时延防护”。同样的方法可对“通信列车时延防护”的后方进行“筛选”。
如果通信列车通信中断、失去定位或发生其他不可预知的错误，则轨旁ATP将“通信列车时延防护”转变为“非通信列车时延防护”，直到列车重新发送有效的“列车位置报告”，再按照“通信列车时延防护”的筛选流程进行转换。
图3是“列车报告位置”与“列车时延防护”的关系示意图。“列车时延防护”的覆盖范围由轨旁ATP根据车载ATP根据列车运动不确定性计算的列车安全定位区间和报文传输时延不确定性根据运动学定律计算得到。
图3中：
Tail_Correction＝Max_Reverse_Distance_For_Talkative_Train
其中，v为车载ATP发出列车定位报告时刻的列车速度，Δt为从车载ATP发出列车定位报告到轨旁ATP收到该定位报告的时间间隔，a为最极端情况下列车的加速度，这样Head_Correction就等于轨旁ATP收到“列车定位报告”时列车头部物理位置变化的极限。相应的Tail_Correction表示列车尾部物理位置变化的极限。
图4是“默认列车时延防护”计算方法。此时轨旁ATP无精确列车定位信息，需以“次级检测区段”为基准对列车可能占用的轨道区段的范围进行估计。如果“次级检测区段”所关联“次级检测设备”处于“占用”状态，则其成为潜在的“列车时延防护”的基准。对某个处于占用状态的“次级检测区段”，如果轨旁ATP根据列车运行的时空一致性认为该区段上可能有列车存在，轨旁ATP用一个“默认列车时延防护”将该次级检测设备完全覆盖；如果轨旁ATP根据列车运行的时空一致性判断该区段上不可能有列车存在，则轨旁ATP判断该次级检测设备故障。在列车首次进入信号系统管理区域时，会经过一个特殊用于“发现”的列车的特殊次级检测设备，该“次级检测设备”占用时，轨旁ATP无条件在其上创建“列车时延防护”。其后，轨旁ATP根据列车运行的时空一致性判断其他占用的“次级检测设备”上是否可能存在列车。列车运行的时空一致性主要遵循列车最高速度限制、次级检测信息最大时延限制和列车必然依次通过连续区段的物理限制。在此原则下可计算如下时空关系：
Correction＝Max_V*Max_STDE_Occupation_Delay
其中，Max_V为线路授权的列车最大运行速度，Max_STDE_Occupation_Delay为轨旁ATP获取“次级检测”占用信息的最大时延。Correction即为“次级检测”提供的列车位置与列车物理位置的最大偏差。
根据“主要检测”更新的“列车时延防护”称为“通信列车时延防护”，根据“次级检测”更新的“列车时延防护”称为“默认列车时延防护”或“非通信列车时延防护”。
图5是“列车时延防护”的调整方法。线路上列车的物理位置不可能发生重叠和跳跃。但轨旁ATP计算的的“列车时延防护”由于包含了列车定位的时空不确定性，所以，轨旁ATP计算的“列车时延防护”可能存在重叠或错位。因此，轨旁ATP在计算“列车时延防护”时，不仅要计算“列车时延防护”的覆盖范围，还要维护所有“列车时延防护”的序列(即在线路上的排列顺序)，并通过调整“列车时延防护”的位置保证其覆盖范围与序列关系的一致性。
轨旁ATP调整“列车时延防护”的基本原则如下：
●列车物理位置的一致性：列车的物理位置不可能发生跳跃，所以如果列车对应“列车时延防护”的极限位置越过前方列车的“列车时延防护”，则相应的“列车时延防护”应按下述优先级原则调整
■基于“主要检测”的“列车时延防护”优先于基于次要检测的“列车时延防护”
■“列车时延防护”优先级相同时，尽量扩大覆盖范围
步骤F406中，轨旁ATP处理了内部出现断链点的列车时延防护，它们可能被压缩或分裂，以确保在线路断链的情况下保证列车时延防护对列车的完全覆盖。
图6是“列车时延防护”的压缩和拆分方法。“列车时延防护”覆盖的范围内不能有断链点，否则，不可能得到确定的列车覆盖区间。根据断链点出现在“列车时延防护”覆盖范围内的位置规定了如下处理原则：
●如果断链点出现在“列车时延防护”的Head_Correction或Tail_Correction内，则压缩“列车时延防护”，并在断链点的另一侧创建新的“列车时延防护”保证列车仍能被“列车时延防护”覆盖
●如果断链点出现在列车安全定位范围内，则删除相应列车，并将相应的“列车时延防护”转变为“默认列车时延防护”
步骤F407中，轨旁ATP删除了确认无隐藏列车的列车时延防护，轨旁ATP判断一个列车时延防护内无列车的依据是“次要检测”确认该列车时延防护覆盖范围内无列车。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：轨旁ATP从轨旁次级检测设备获取轨道区段占用状态；
步骤B：轨旁ATP从通信列车获取列车位置报告；
步骤C：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告创建列车时延防护；
步骤D：轨旁ATP根据轨道区段占用状态和列车位置报告，通过统一的时空模型更新列车时延防护；
步骤E：轨旁ATP对通信列车关联的列车时延防护进行筛选，删除其周围确认无车区域的列车时延防护；
步骤F：轨旁ATP计算列车时延防护的转换、合并、拆分、调整和删除；
步骤G：轨旁ATP根据列车时延防护更新列车序列；
所述的步骤C中轨旁ATP根据步骤A中获取的次级检测设备占用信息在处于“占用状态”且没有被列车时延防护覆盖的次级检测设备上创建“默认列车时延防护”，并根据“次级检测设备的占用状态”、“次级检测设备的最大占用检测延时”和“线路列车最大运行速度”计算“默认列车时延防护”的覆盖范围；
所述的步骤C中轨旁ATP根据步骤B中获取的列车定位信息和已创建的“默认列车时延防护”，在列车定位信息描述的位置插入“通信列车时延防护”，该“通信列车时延防护”的范围由“列车运动学信息”和“列车定位报告传输延时”根据牛顿第二定律计算得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤A中从轨旁次级检测设备获取的次级检测设备占用报告中得到轨道区段的占用信息和信息传输的延时信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤B中从通信列车发送的列车位置报告中获取列车安全定位信息和列车定位信息的采集时间。
4.根据权利要求3所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤B中轨旁ATP通过列车安全定位信息的“生成时间”和“接收时间”估计列车定位报告的传输延时。
5.根据权利要求1所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤D中，有外部信息时，轨旁ATP根据收到的列车位置信息或次级检测设备占用信息更新“通信列车时延防护”；未收到外部信息时，根据列车时延防护的当前状态和线路最坏情况预测“通信列车时延防护”。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的轨旁ATP创建“通信列车时延防护”后，根据列车定位信息和设定次级检测设备的占用信息之间的时空关系筛选“通信列车时延防护”，删除其周围能确认没有隐藏列车的“默认列车时延防护”。
7.根据权利要求1所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤E完成“列车时延防护”计算后，轨旁ATP根据外部信息的有效性和当前轨道动态链接关系对“列车时延防护”进行类型转换、拆分、合并、调整和删除。
8.根据权利要求1所述的一种基于时延防护的列车管理方法，其特征在于，所述的步骤G根据“列车时延防护”建立轨道上的列车序列，该序列保证与列车的物理顺序一致。
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