CN109664923B - 基于车车通信的城市轨道交通列控系统 - Google Patents

基于车车通信的城市轨道交通列控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统，包括智能列车监控ITS系统、列车管理平台TMC、数据通信系统DCS、以及设置于各列车上的智能车载控制器IVOC，ITS系统、TMC和IVOC之间，以及不同列车的IVOC之间通过DCS通信连接。其中，所有在线列车的IVOC会按照预设周期分别向ITS系统上报第一列车运行信息，向TMC上报所述第二列车运行信息，TMC会将其接收到的第二列车运行信息发送至ITS系统，ITS系统根据第一列车运行信息和/或第二列车运行信息，确定出需要进行虚拟连挂运行的跟随车以及与跟随车相对应的头车，向头车的所述IVOC下发虚拟连挂运行指令，实现列车间的虚拟连挂运行。本发明的列控系统，能够有效提高列车运行效率，更好的满足实际应用需要。

Description

基于车车通信的城市轨道交通列控系统
技术领域
本发明涉及列车运行技术领域，具体涉及一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统。
背景技术
随着城市轨道交通的迅捷发展，城市轨道交通线路的建设速度持续加快，建设规模也前所未有。目前全国的城市轨道交通线路建设区域点多面广，已逐渐形成网络化的运营格局。城市轨道交通线路的运营能力需求在不断提高，信号系统设备的使用频率及设备维护量也随之增加。在保证行车安全的前提下，如何减少轨旁设备的数量，最大限度的缩短列车运行间隔，成为一项亟待研究的重要课题。
传统的城市轨道交通信号系统以地面设备为列车运行的控制核心，地面设备繁多，列车运行控制采用“列车-地面-列车”的方式，列车需要与地面进行“去、回”的通信交互，信息周转时间长，限制了列车运行控制的灵活性和智能化水平。对于传统城市轨道交通信号系统存在的缺陷，基于车车通信的列车自动控制(Communication Based TrainControl，CBTC)系统开始出现，该系统最大程度的精简了地面设备，以安装于列车上的智能车载控制器(Intelligent Vehicle On-based Controller，IVOC)为核心，基于列车间的直接通信，由列车根据运行计划，线路资源状况及自身运行状态自主计算行车许可，保证列车在线路上的自主安全运行控制，提高了列车运营效率和可靠性。
由于列车运行的高安全性及高运行效率的要求，一旦正线上出现运行故障的列车，如通信故障或者列车运行不稳定等，则需要及时的将故障列车转移，使列车回段或者撤离到待避线。现有的故障车的发现及转移方案，主要是通过人工的方式，由工作人员根据列车的IVOC和轨旁设备上报的信息，判断存在故障车时，通知救援车前往对应区域对故障车进行转移。现有的故障车转移方式需要专门配置故障救援车，由调度人员通过救援车完成故障车的转移，效率低，对正线正常运行列车的影响较大，影响列车运行效率。
此外，在现有列车运行控制方案中，所有在线列车的运行控制方式都是遵循同一运行控制原则，但在一些特殊运行场景时，例如，在早晚高峰时段，运行线路上大多一个运行方向乘客量非常大，而另一个方向则乘客很少，此时，两个方向运行的列车采用相同的运行控制原则，则会造成系统在乘客很少的方向上的列车控制及通信资源的使用不够高效。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统，通过该列控系统，能够有效提高列车运行效率。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统，包括智能列车监控ITS系统、列车管理平台TMC、数据通信系统DCS、以及设置于各列车上的智能车载控制器IVOC，ITS系统、TMC和IVOC之间，以及不同列车的IVOC之间通过DCS通信连接；
ITS系统，用于对全线在线列车进行监控，向IVOC下发列车运行计划，接收列车按照预设周期上报的第一列车运行信息和TMC按照预设周期发送的第二列车运行信息，根据第一列车运行信息和/或第二列车运行信息，确定出需要进行虚拟连挂运行的跟随车以及与跟随车相对应的头车，向头车的IVOC下发虚拟连挂运行指令；
虚拟连挂运行是指跟随车跟随头车运行，跟随车包括故障车和符合预设虚拟连挂运行条件的列车，第一列车运行信息和第二列车运行信息均包括列车的车次号、位置和运行状态，虚拟连挂运行指令包括跟随车的所在区域；
TMC，用于接收全线列车按照预设周期上报的第二列车运行信息，并将第二列车运行信息发送至ITS系统；
IVOC，用于与ITS系统、TMC、以及其它列车的IVOC进行信息交互，按照预设周期分别向ITS系统上报第一列车运行信息，向TMC上报第二列车运行信息，在列车被确定为头车时，控制列车到达虚拟连挂运行指令中的跟随车的所在区域，与跟随车的IVOC建立通信，完成虚拟连挂，进行虚拟连挂运行。
可选的，列控系统还包括对象控制器OC，OC与ITS系统之间以及OC与IVOC之间通过DCS通信连接；
IVOC，还用于在头车与跟随车之间完成虚拟连挂后，向ITS系统发送虚拟连挂完成信息和新编组车信息，新编组车信息包括头车的车次号、跟随车的车次号和组车长度；
ITS系统，还用于在接收到虚拟连挂完成信息和新编组车信息后，向OC发送新编组车信息中的跟随车的对象资源释放指令，注销新编组车信息中的跟随车的车次号，对象资源包括轨旁设备资源和区段资源；
OC，用于根据接收到的对象资源释放指令，释放对应的跟随车所占用的对象资源。
可选的，ITS系统，具体用于在第一列车运行信息或第二列车运行信息中存在运行状态故障的列车时，将运行状态故障的列车确定为故障车；
ITS系统，还用于根据第一列车运行信息或第二列车运行信息确定出故障车的所在区域。
可选的，ITS系统，具体用于在列车的运行信息在第一列车运行信息和第二列车运行信息中均未存在时，将列车的运行信息对应的列车确定为故障车；
ITS系统，还用于根据确定的故障车上一次上报的第一列车运行信息和第二列车运行信息确定出确定的故障车的所在区域。
可选的，IVOC，还用于在列车每次出站时，向ITS系统上报列车的车次号和出站时间；
ITS系统，还用于接收列车在每次出站时上报的车次号和出站时间，若在距离当前车站上报时间的设定时长内，未接收到列车在下一站上报的车次号和出站时间，则确定未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车为故障车，未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车的所在区域为当前车站与下一站之间。
可选的，IVOC，还用于在列车每次行至车站区域时，与车站区域对应的OC建立通信；
OC，还用于在与进入车站区域的列车建立通信失败时，向ITS系统上报对应的车站区域内存在故障车。
可选的，TMC，还用于根据接收到的第二列车运行信息识别出位置非确定车，根据位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息，计算位置非确定车的所在区域，并将位置非确定车的所在区域发送至ITS系统，位置非确定车包括当前上报的第二列车运行信息异常的列车；
ITS系统，还用于根据位置非确定车的所在区域和第一列车运行信息，确定出位置非确定车中的故障车。
可选的，当前上报的第二列车运行信息异常的列车包括：
在设定时长内未接收到第二列车运行信息上报的列车、列车速度发生跳变的列车、列车上报的当前位置信息与上一次上报的位置信息相同的列车，或者发生丢失位置降级的列车，设定时长不小于预设周期。
可选的，ITS系统，具体用于在未接收到位置非确定车的第一列车运行信息时，将位置非确定车确定为故障车。
可选的，TMC，具体用于根据位置非确定车的可能行车状态和上一次上报的第二列车运行信息，计算位置非确定车的所在区域，行车状态包括继续行车或紧急制动停车。
可选的，若行车状态为继续行车，TMC，具体用于根据列车最大限速v最大限速、列车最大牵引加速度a最大牵引、上一次上报的第二列车运行信息中的列车速度v0以及距离上一次上报第二列车运行信息的时间差t总，确定位置非确定车距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置d非确定车位置的正向最远距离s正向，根据v最大限速、列车紧急制动加速度a紧急制动、v0以及t总，确定位置非确定车距离d非确定车位置的反向最远距离s反向，根据d非确定车位置、s正向和s反向确定位置非确定车的所在区域。
可选的，根据d非确定车位置、s正向和s反向确定的位置非确定车的所在区域为：
[d非确定车位置-s反向-d安全距离,d非确定车位置+s正向+d安全距离]
s正向＝v最大限速t总-(v最大限速-v0) 2/2a最大牵引
s反向＝-v最大限速t总+v最大限速 2/2a最大牵引+v0 2/2a紧急制动+v0v最大限速/a紧急制动
其中，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
可选的，若行车状态为紧急制动停车，所在区域为：
[d非确定车位置-d最大容忍退行距离-d安全距离,d非确定车位置+s前行距离+d安全距离]
Figure GDA0002737015080000051
其中，d非确定车位置表示位置非确定车距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置，d最大容忍退行距离表示预设的最大允许退行距离，d安全距离表示预设的列车间安全距离，s前行距离表示在预设的通信故障判断时间内列车运行的距离与紧急制动后列车前行的距离之和，v0表示位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息中的列车速度，t1表示通信故障判断时间，a最大牵引表示列车最大牵引加速度，a3表示列车紧急制动加速度和坡度加速度之和，α为预设的第一系数，β为预设的第二系数。
可选的，若跟随车为行车状态为紧急制动的故障车，虚拟连挂运行指令还包括虚拟连挂运行列车的退出路径；
IVOC，还用于在列车作为头车与对应的跟随车虚拟连挂成功之后，根据退出路径运行。
可选的，ITS系统，还用于将退出路径发送至TMC；
TMC，还用于将退出路径添加至相应的故障车的所在区域中，将添加后的区域发送给ITS系统和全线列车中非故障车的IVOC。
可选的，TMC，还用于在位置非确定车的所在区域包括道岔时，根据道岔的两种状态分别重新计算位置的所在区域，将两种状态下计算出的所在区域合并后得到的区域作为对应的位置非确定车的所在区域。
可选的，TMC，还用于根据以下至少一种位置修正信息，对位置非确定车的所在区域进行修正，将修正后的位置非确定车的所在区域发送至ITS系统，其中，位置修正信息包括：
位置非确定车的相邻前车的位置信息，相邻后车的位置信息，其他在线列车的位置信息，OC上报的轨旁设备状态信息，以及运行线路的线路终点。
可选的，TMC，还用于通过DCS与OC通信连接，获取全线正线入口计轴向OC上报的列车进入信息，根据上报列车进入信息的正线入口计轴的位置确定进入列车的所在区域，并将进入列车的所在区域发送至ITS系统；
ITS系统，还用于根据全线列车的运行计划，以及TMC发送的进入列车的所在区域确定出进入正线运行的非计划运行列车，将非计划运行列车确定为故障车。
可选的，进入列车的所在区域为：
[d入口计轴位置,d入口计轴位置+vRM模式限速t+d安全距离]
其中，d入口计轴位置表示上报进入列车进入的正线入口计轴的位置，vRM模式限速表示限制人工驾驶RM模式下的列车最高限速，t表示进入列车从列车压到正线入口计轴开始到目前所经历的时间，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
可选的，IVOC还包括：
主动识别装置，用于获取列车运行前方图像，根据获取的前方图像识别列车运行前方的列车，以及在列车被确定为头车且无法通过DCS系统与相对应的跟随车的IVOC建立通信时，列车在到达相对应的跟随车的所在区域且识别出跟随车后，基于预配置的通信方式与识别出的跟随车的主动识别装置建立通信，完成虚拟连挂。
可选的，TMC，还用于根据跟随车之外的其他在线列车的主动识别装置的前车识别结果，对跟随车的所在区域进行修正。
可选的，TMC，还用于在同一条运行线路上存在一个以上的位置非确定车时，若相邻位置非确定车的所在区域有重叠，或者相邻位置非确定车的所在区域之间的距离小于预设距离，则将相邻位置非确定车的所在区域进行合并，将合并后的所在区域作为相邻位置非确定车的所在区域，将相邻位置非确定车和合并后的区域发送至ITS系统。
可选的，预设虚拟连挂运行条件包括一个以上相邻的列车中运行最前方之外的列车，且一个以上相邻的列车的运行时间和运行方向符合预设条件；
ITS系统，具体用于将运行最前方的列车确定为与一个以上的列车中的跟随车相对应的头车。
可选的，ITS系统，还用于在列车被确定为故障车后再次接收到故障车的运行状态正常的第一列车运行信息或第二列车运行信息时，则取消将列车确定为故障车的判定和相对应的虚拟连挂运行指令。
本发明实施例的基于车车通信的城市轨道交通列控系统，提出了一种全新的虚拟连挂运行的概念，在列车故障或者满足预设条件时，由ITS系统下发虚拟连挂运行指令，使列车间实现跟随运行。通过该系统，由正常列车即头车带领跟随车运行，在故障时，无需再专门派出故障救援车，实现了故障车的快速转移，降低了系统的建设和维护成本，提高了列车运行效率和可靠性；在满足预设条件时，通过虚拟连挂运行，减少了跟随车的通信资源消耗，提高了列车运行效率，更好的满足了实际应用需求。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1示出了本发明实施例中一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统的系统架构示意图；
图2为本发明实施例中虚拟连挂运行的场景示意图；
图3为本发明实施例中位置非确定车正向继续行车和紧急制动停车后反向运行时位置未确定车的行车示意图；
图4为本发明实施例中位置非确定车紧急制动停车时位置非确定车的行车示意图；
图5为本发明具体实施例中TMC确定位置非确定车、计算位置非确定车所在区域，对所在区域进行修正和合并处理的流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图1示出了本发明实施例提供的一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统的系统架构示意图。由图中可以看出，本发明实施例的列控系统主要可以包括智能列车监控(Intelligent Train Supervision，ITS)系统、对象控制器、列车管理平台(Train ManageCenter，TMC)、数据通信系统(Data Communication System，DCS)、设置于各列车上IVOC等。其中，ITS系统、TMC和IVOC之间通过DCS通信连接，不同列车的IVOC之间通过DCS通信连接，实现车车通信。
本发明实施例中，ITS系统，用于对全线在线列车进行监控，向IVOC下发运行计划，接收列车按照预设周期上报的第一列车运行信息和TMC按照预设周期发送的第二列车运行信息，根据第一列车运行信息和/或第二列车运行信息，确定出需要进行虚拟连挂运行的跟随车以及与跟随车相对应的头车，向头车的IVOC下发虚拟连挂运行指令。
其中，虚拟连挂运行是指跟随车跟随头车运行，即头车带领跟随车运行，跟随车包括故障车和符合预设虚拟连挂运行条件的列车，第一列车运行信息和第二列车运行信息均包括列车的车次号、位置和运行状态，虚拟连挂运行指令包括跟随车的所在区域。
TMC，用于接收全线列车按照预设周期上报的第二列车运行信息，并将第二列车运行信息发送至ITS系统。
IVOC，用于与ITS系统、TMC、以及其它列车的IVOC进行信息交互，按照预设周期分别向ITS系统上报第一列车运行信息，向TMC上报第二列车运行信息，在列车被确定为头车时，控制列车到达虚拟连挂运行指令中的跟随车的所在区域，与跟随车的IVOC建立通信，完成虚拟连挂，进行虚拟连挂运行。
本发明实施例的列控系统，列车的IVOC分别向TMC和ITS系统上报自身的运行状态信息，TMC将接收到的列车的运行状态信息发送至ITS系统，ITS系统便能够根据列车上报的运行信息和TMC发送来的列车运行信息判断出需要进行虚拟连挂运行的跟随车，在确定出跟随车和与跟随车对应的头车后，向头车的IVOC发送虚拟连挂运行指令，以使头车运行至跟随车的所在区域，带领跟随车进行虚拟连挂运行。当作为头车的列车接收到ITS系统下发的虚拟连挂运行指令时，根据指令中跟随车的所在区域前去与跟随车进行虚拟连挂，在到达距离跟随车所在区域一定距离(如100米，可配置)时，头车低速行驶进入跟随车所在区域。在跟随车的车车通信功能正常时(头车与跟随车的IVOC之间能够通过DCS建立通信)，头车与跟随车建立起通信，完成虚拟连挂。
为了描述方便并结合实际运行场景，本发明实施例中，将虚拟连挂运行中起带领作用的称为头车，被带领运行的列车即需要进行虚拟连挂运行的列车称为跟随车。虚拟连挂运行时，一辆头车可以带领至少一辆跟随车运行，也就是说，跟随车可以是多辆。
本发明实施例的列控系统，跟随车可以是故障车或者是符合虚拟连挂运行条件的列车。在跟随车为故障车时，采用本发明实施例的方案，无需再专门派出故障救援车，可由头车带领故障车运行，实现了故障车的快速转移，提高了列车运行效率和可靠性。在跟随车为满足上述虚拟连挂运行条件的列车时，通过虚拟连挂运行的方式，跟随车无需再与ITS系统、TMC等进行实时通信，减少了跟随车与系统其它设备间通信资源的消耗，提高了列车运行效率，更好的满足了实际应用需求。
本发明实施例中，在跟随车为故障车时，ITS系统指定与跟随车相对应的头车。在实际应用中，ITS系统一般优选调度故障车附近列车作为头车对故障车实施虚拟连挂救援。
本发明一具体实施例中，预设虚拟连挂运行条件包括一个以上相邻的列车中运行最前方之外的列车，且一个以上相邻的列车的运行时间和运行方向符合预设条件。
此时，ITS系统，具体用于将运行最前方的列车确定为与一个以上的列车中的跟随车相对应的头车。
即一个以上的相邻列车的运行时间和运行方向符合预设条件时，则将一个以上的相邻列车中位于最前方的列车作为头车，其他列车作为跟随车，由头车带领跟随车进行虚拟连挂运行。
本发明实施例中，上述预设条件可以包括运行时间为设定的早/完高峰时间段，且运行方向为设定方向。
在实际应用场景中，由于早/晚高峰时段，如上午七点至九点的早高峰时段或者下午五点至七点的晚高峰时段，乘客在一个方向很多，而另一个方向乘客则相对较少，此时，则可以将乘客少的方向作为上述设定方向，使一个以上的相邻列车在设定方向运行时进行虚拟连挂运行。
本发明实施例中，IVOC还可以包括主动识别装置。
主动识别装置，用于获取列车运行前方图像，根据获取的前方图像识别列车运行前方的列车，以及在列车被确定为头车且无法通过DCS系统与相对应的跟随车的IVOC建立通信时，列车在到达相对应的跟随车的所在区域且识别出跟随车后，基于预配置的通信方式与识别出的跟随车的主动识别装置建立通信，完成虚拟连挂。
本发明实施例的列控系统，通过设置主动识别装置，在跟随车的车车通信功能故障时，头车在到达跟随车的所在区域且通过主动识别装置识别出跟随车后，可以基于两列车的主动识别装置建立起通信，即在待连挂的头车与跟随车无法基于车车通信功能通信时，则可采用主动识别的虚拟连挂后备方案来进行虚拟连挂。
在本发明的一具体实施例中，主动识别装置包括但不限于用于采集列车运行前方图像的图像采集模块、用于根据前方图像和预设的图像识别算法识别图像中是否存在列车的图像识别模块、用于显示识别结果和显示与其他列车基于主动识别装置交互的信息的显示模块(如LED显示屏)、以及基于预配置的通信方式在通信范围内与其他列车进行通信的通信模块等。其中，图像采集模块可以采用摄像头(如高清双目摄像头)和/或激光雷达等实现，通过图像采集模块和图像识别模块实现前车识别等功能，头车在基于主动识别装置识别出跟随车后，即可通过上述通信模块与跟随车的主动识别装置的通信模块建立通信，并通过显示模块显示两者交互的信息，完成虚拟连挂。其中，通信模块的具体实现可以根据实际需要进行选择，如可以是数传电台。
在本发明一具体实施例中，头车根据虚拟连挂运行指令与对应的跟随车完成虚拟连挂的方式可以为：接收ITS系统的虚拟连挂运行指令，根据指令得知跟随车的车次号和所在区域，到达跟随车的所在区域，与跟随车基于车车通信(车车的IVOC之间通过DCS通信)或主动识别装置(主动识别装置的预设通信方式)建立通信，根据预设的通信握手协议，头车与跟随车之间传递握手信息完成虚拟连挂，在完成握手的过程中，跟随车需要将列车的基本信息(如车次号、车型及车长等)发送给头车，以供头车对跟随车的信息进行确认，完成握手，使跟随车跟随头车运行。
图2示出了本发明一具体实施例中虚拟连挂运行的场景示意图。由图中可以看出，本具体实施例中，跟随车有3辆，此时，虚拟连挂运行指令中跟随车的所在区域对应为3辆跟随车的整体所在区域，当头车开往跟随车的所在区域后，可以采用车车通信的方式或者基于主动识别装置分别与3辆跟随车建立通信，进行跟随车基本信息确认后，完成与3辆跟随车的虚拟连挂，3辆跟随车跟随头车运行。
需要说明的是，对于本领域技术人员来说清楚的是，本发明实施例的列控系统除了包括ITS系统、TMC、DCS和IVOC外，还包括列控系统的一些其它必不可少的构成部分，如图1所示，还包括对象控制器(Object Controller，OC)，当然还包括轨旁设备等。OC与ITS系统、TMC以及IVOC之间通过DCS通信连接。其中，轨旁设备包括道岔、计轴、站台屏蔽门(PSD)、防洪门及站台紧急停车按钮(EMP)等。轨旁设备及区段可统称为对象，OC用于获取对象信息即轨旁设备信息以及区段信息，并将对象信息发送给ITS系统和IVOC，为列车安全运行及控制提供依据，还用于根据IVOC和ITS系统下发的轨旁设备控制信息对轨旁设备进行控制。
本发明实施例中，DCS为列控系统的无线管理集散控制系统，作为列控系统的传输通道，DCS包括有线网络和无线网络，有线网络实现地面设备(主要是指轨旁设备与OC之间)的通信信息传输，无线网络实现车车通信以及车地通信信息传输。
在本发明一具体实施例中，列控系统的DCS无线网络按照地下站基于自由波通信，高架站基于波导管通信的原则设计，在地下站之间、高架站之间，以及地下站和高架站之间都要保证信息的无缝切换。室外的自由波无线设备及波导管设备，按照场强测试的结果，布置接入点(AP)后，每个AP的光缆都需要连接到相应的设备集中站，供电电缆可就近选择设备集中站或非设备集中站连接。在列车的头尾两端均安装无线自由波与波导管网络设备，包括无线接收的天线和波导管的接收天线。车头车尾的无线网络设备分属于两个独立的无线网络系统，任意一个网络发生故障，整个系统均能够继续保持正常工作。
由图1中可以看出，按照逻辑功能及布置地点的不同，列控系统主要可以分为三层：中心层、轨旁层以及车载层。
中心层：包括ITS系统和TMC。全线可以只配置一个ITS系统和一个TMC。ITS系统与TMC、DCS以及全线列车的IVOC进行通信，对全线的行车、车辆、机电设备和供电设备进行监视、控制和维护，并进行紧急事故情况下的应急处理(如调度列车实施虚拟连挂运行，由头车对故障车救援或带领符合虚拟连挂运行条件的列车运行)，并负责下发列车运行计划给车载设备即IVOC，同时接收各个列车的IVOC上报的列车状态信息即上述第一列车运行信息。ITS系统还用于基于轨旁设备信息、区段信息以及列车运行信息，生成列车运行控制信息并发送给IVOC，以及获取线路限速信息，并发送给TMC。
TMC负责管理线路数据和配置数据，以及下发临时限速等功能，同时还接收各列车的IVOC上报的第二列车运行信息，并将第二列车运行信息再发送至ITS系统。TMC的具体功能主要可以包括：
1)作为系统统一的数据源，存储运行线路电子地图、系统配置数据、协议配置数据、设备IP配置表以及动态的临时限速数据，并与列车实时在线校核数据的版本。
2)通过DCS骨干网络与ITS系统双向通信，获知ITS系统对线路运行限速的调整，并将已设置/取消生效的临时限速上传ITS系统，告知调度员当前系统生效的限速信息。
3)通过DCS骨干网络与整条线路中的列车双向通信，接收列车的位置信息，并转发给ITS系统，以在ITS系统的显示界面显示。
4)通过DCS骨干网络与整条线路中的列车双向通信，接收列车请求，对列车更新临时限速信息以进行列车行车控制。
轨旁层：轨旁区间无任何信号设备，在每个车站配置一个对象控制器OC，OC是列控系统中的核心地面设备，它实现轨旁对象(包括道岔、PSD、EMP等)状态的采集和控制。OC通过无线通信或DCS骨干网与列车IVOC、ITS系统实时双向通信，向列车IVOC和ITS系统提供采集到的轨旁对象状态，接收并响应IVOC和ITS系统的轨旁对象资源控制命令，对管辖范围的轨旁对象进行权限分配，并根据命令和权限的分配情况对道岔、PSD等轨旁对象进行操控。
本发明实施例的列控系统，相比较传统CBTC系统，可极大程度的精简地面设备和轨旁设备，如区域控制器(Zone Controller，ZC)、计算机联锁(Computer Interlocking，CI)、信号机、有源应答器等设备。只需在每个站安装一个OC，控制道岔、PSD以及EMP等设备。
车载层：主要是指列车的IVOC，车载为车车通信的核心设备，IVOC通过雷达、速度传感器等设备实现列车测速，采用卫星、地面应答器以及速度积分等，实现列车自主定位；通过头尾贯通线实现完整性自检测；利用无线通信传输实时地进行列车与列车、列车与地面之间的双向通信。通过与前车的实时通信获得前车的位置以及驾驶模式等信息，通过车地通信接收轨旁道岔、屏蔽门、紧急停车按钮等状态信息，计算列车的自身移动授权(MA)/允许运行速度和制动干预曲线，输出牵引和制动控制列车运行，实现移动闭塞运行控制，保证列车安全运行。此外，在轨旁布置有无源应答器时，列车行驶过应答器时，接收应答器激发的应答器报文，从而用来实现列车的初始定位和位置校正等功能。
本发明一具体实施例中，IVOC可以包括：
保证列车的安全防护的智能列车防护(Intelligent Train Protection，ITP)子系统，用于获取列车运行信息，并发送给ITS系统，以及基于目的地信息、轨旁设备信息以及区段信息生成行车路径，并基于行车路径进行行车控制。
实现列车自动运行的智能列车驾驶(Intelligent Train Operation，ITO)子系统，用于在ITP子系统控制下在自动驾驶线路上进行无人驾驶。
速度传感器：在列车两端各安装两个速度传感器，实现列车的测速测距功能。
多普勒雷达速度传感器：实现对列车测速的校正功能。
应答器传输模块(Balise Transmission Module，BTM)：两端各安装一套BTM设备，实现接收地面应答器报文功能。
人机接口(Man-Machine Interface，MMI)模块：配备两套MMI单元设备(包括MMI显示器)，两端司机室各安装一套，实现提供司机提示及报警功能。
无线通信模块及天线：列车两端各布设一套车地无线通信天线，实现车车与车地通信的功能。
其他辅助设备和部件，包括装备MMI和开关按钮的结构件等。
列车在线运行时，列车的IVOC与列车运行前方区域范围内的OC建立通信，获取OC中的IVOC列表、计轴列表和道岔列表等信息，根据运行计划中下一停车区域编号，查询线路电子地图，并根据获取到的IVOC列表、计轴列表的逻辑区段状态情况和道岔列表进行路径规划。
其中，上述IVOC列表为存储与OC有通信的所有列车的ID信息的列表。本车IVOC从IVOC列表获取到当前与OC有通信的所有列车ID后，向所有列车ID对应的列车的IVOC分别发送通信请求信息，所有列车IVOC收到通信请求信息后，与上述本车建立起车车通信，向本车的IVOC发送各自的当前位置，本车的IVOC根据所有列车的当前位置对应的逻辑区段，对各列车进行排序，并根据本车前方第一个占用区段和所有列车的排序结果进行匹配，识别出本车的相邻前车，根据相邻前车的当前位置计算本车的安全位置，本车IVOC根据路径规划的结果，筛选出沿途需要控制的目标道岔，并根据目标道岔的当前状态确定是否搬动道岔，若需要扳动道岔，则向OC发送道岔独占锁申请信息，若道岔空闲，OC则向IVOC发送道岔独占锁申请成功信息。本车IVOC最后根据道岔锁定的结果、逻辑区段状态、前车安全车尾位置、本车当前位置、区段限速、线路坡度信息等信息自主计算出本车的MA。
本发明实施例中，IVOC，还用于在头车与跟随车之间完成虚拟连挂后，向ITS系统发送虚拟连挂完成信息和新编组车信息，新编组车信息包括头车的车次号、跟随车的车次号和组车长度等。
ITS系统，还用于在接收到虚拟连挂完成信息和新编组车信息后，向OC发送新编组车信息中的跟随车的对象资源释放指令，注销新编组车信息中的跟随车的车次号。
OC，还用于根据接收到的对象资源释放指令，释放对应的跟随车所占用的对象资源。
头车与跟随车之间基于车车通信方式或者主动识别装置建立起通信，完成虚拟连挂后，头车的IVOC将虚拟连挂完成的信息上报至ITS系统，由ITS系统注销跟随车的车次号，并向OC下发对应的跟随车的对象资源释放指令，由OC释放跟随车控制(申请占用的)的对象资源，以使其他列车能够对对应的对象资源进行申请使用，提高系统资源的利用率。在列控系统中，为了保证列车运行的安全，OC在对象资源未释放的情况下与列车通信中断时，不可释放该列车所申请的对象资源，除非与列车恢复通信或列车被虚拟连挂成功。
本发明实施例中，ITS系统，具体用于在第一列车运行信息或第二列车运行信息中存在运行状态故障的列车时，将运行状态故障的列车确定为故障车。
ITS系统，还用于根据第一列车运行信息或第二列车运行信息确定出故障车的所在区域。
由于列车的IVOC会按照预设周期向ITS系统和TMC上报列车的运行信息，其中就包括列车的状态信息，在列车运行故障时，列车的IVOC可以向ITS系统或者TMC主动上报列车出现故障，请求救援。因此，ITS系统可以根据IVOC上报的第一列车运行信息和TMC发送的第二列车运行信息来识别出故障车，并根据故障车上报的列车运行信息确定出故障车的所在区域。ITS系统在确定出故障车及其所在区域后，即可指定与故障车位置较近的列车头车，对故障车进行虚拟连挂，头车根据ITS系统的指令将故障车带到待避线或回段。
本发明实施例中，ITS系统，具体用于在列车的运行信息在第一列车运行信息和第二列车运行信息中均未存在时，将在第一列车运行信息和第二列车运行信息中均未存在的列车的运行信息对应的列车确定为故障车。
此时，ITS系统，还用于根据确定的故障车上一次上报的第一列车运行信息和第二列车运行信息确定出确定的故障车的所在区域。
若ITS系统和TMC均未接收到列车上报的列车运行信息，则表明列车出现故障的概率很高，ITS系统将对应的列车确定为故障车，并根据确定的故障车上一次上报的第一列车运行信息和第二列车运行信息确定出该故障车的所在区域，指定头车对故障车进行虚拟连挂救援。
本发明实施例中，IVOC，还用于在列车每次出站时，向ITS系统上报列车的车次号和出站时间。
ITS系统，还用于接收列车在每次出站时上报的车次号和出站时间，若在距离当前车站上报时间的设定时长内，未接收到列车在下一站上报的车次号和出站时间，则确定未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车为故障车，未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车的所在区域为当前车站与下一站之间。
在列控系统中，列车在行驶到车站区域(对于每一个车站，车站区域都是预先划分好的)内时，列车的IVOC需要与ITS系统建立通信，接收列车运行计划、临时限速等信息。临时限速原则上只有在列车在车站内与ITS通信且完成之前运行任务的基础上，由ITS系统下发给车载设备，在紧急情况下(列车故障、下发临时限速等)，区间列车的IVOC可通过多跳通信，接收ITS系统下发的信息或者向ITS系统发送信息。ITS系统应记录每站出站的列车车次号以及时间，若在规定时间内，列车没有在下一站与ITS系统建立通信，则认为两站区间存在故障列车。若ITS系统得知或判断出故障列车的所在区域，则可自动或者由列车调度人员手动指定其余正常列车前去进行虚拟连挂救援。
在实际应用中，若在车站区域内，IVOC与ITS系统不能建立正常通信，列车可以按原计划行车开往下一站，这是因为ITS系统发送运行计划均考虑冗余，一次会下发两个车站的运行计划。
本发明实施例中，IVOC，还用于在列车每次行至车站区域时，与车站区域对应的OC建立通信。
OC，还用于在与进入车站区域的列车建立通信失败时，向ITS系统上报车站区域内存在故障车。
即ITS系统还可以根据OC上报的信息确定出所在区域位于OC对应的车站区域的故障车。列车在行驶到车站区域内时，列车的IVOC需要与OC建立通信，向OC发送对象控制命令。若在车站区域内，IVOC与OC不能建立正常通信，则列车不能继续行车，除非恢复通信或虚拟连挂成功或人工介入。
本发明实施例中，TMC，还用于根据接收到的第二列车运行信息识别出位置非确定车，根据位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息，计算位置非确定车的所在区域，并将位置非确定车的所在区域发送至ITS系统，位置非确定车包括当前上报的第二列车运行信息异常的列车。
ITS系统，还用于根据位置非确定车的所在区域和第一列车运行信息，确定出位置非确定车中的故障车。
本发明实施例中，ITS系统，具体用于在未接收到位置非确定车的第一列车运行信息时，将位置非确定车确定为故障车。
若TMC接收到列车上报的第二列车运行信息异常(位置非确定车)且ITS系统未接收到对应的列车的第一列车运行信息，则表明列车出现故障的可能性非常高，ITS系统则将对应的列车确定为故障车。
TMC在接收到异常的第二列车运行信息时，将异常的第二列车运行信息对应的列车确定为位置非确定车，并根据位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息(最新一次收到的有效运行信息即非异常运行信息)计算位置非确定车的所在区域，并将计算出的所在区域发送至ITS系统，以使ITS系统能够根据TMC发送的位置非确定车的所在区域和位置非确定车的第一列车运行信息，识别出位置非确定车中的故障车。
本发明实施例中，上述当前上报的第二列车运行信息异常的列车包括在设定时长内未接收到第二列车运行信息上报的列车、列车速度发生跳变的列车、列车上报的当前位置信息与上一次上报的位置信息相同的列车，或者发生丢失位置降级的列车等，其中，设定时长不小于预设周期，一般设置为预设周期的整数倍。在实际应用中，还可以根据实际运行场景的需要，设定其它位置非确定车的类型，即通过预设位置非确定车筛选条件确定位置非确定车。
本发明实施例中，位置非确定车定义为不会向TMC汇报有效位置的列车即上述上报列车运行信息异常的列车或者非计划运行列车。由前文描述可知，位置非确定车主要可以分为三类：①列车与TMC之间通信故障(对应于上述在设定时长内未接收到第二列车运行信息上报的列车)；②列车汇报自身位置非法(对应于列车速度发生跳变的列车、列车上报的当前位置信息与上一次上报的位置信息相同的列车的情况)；③列车汇报丢失位置降级(对应于发生丢失位置降级的列车)。
在实际应用中，对应于不同的位置非确定车情况，可以为列车配置选择不同的处理措施，一般可以配置为：1)位置非确定车可继续运行(包括继续正向行车和紧急制动后反向行车)，按列车最大速度(规定的列车最大限速)行车计算存在该非通信车的可能区域；或者，2)位置非确定车施加紧急制动停车，按列车紧急制动来计算存在该非确定车的可能区域即所在区域。该两种处理措施可配置，车载IVOC和TMC可按不同项目不同配置来处理相应情况。
正常情况下，TMC与全线列车通信，实时获取各列车的具体位置，并将列车位置汇报给ITS系统。当TMC不能获取列车的具体位置信息即列车无法向TMC上报自身有效位置时，TMC将列车作为非确定车，并根据线路数据、列车性能数据以及列车最后汇报的有效状态数据(有效运行信息)来计算列车的可能区域(通过计算得出的列车所在区域)，并发送给ITS系统和其他在线列车。
本发明一具体实施例中，针对三种可能情况的位置非确定车，TMC对位置非确定车的所在区域的计算可以分以下三种情况：
1、TMC在设定时长(如5个预设周期)未接收到在线列车上报的有效运行信息，则认为与该列车通信故障，将该列车状态转为位置非确定车，根据最后接收到的该列车上报的有效运行信息和列车所处区域的轨旁对象状态信息，按列车以最大速度行车或是紧急制动的配置项来判断该位置非确定车的可能区域。
2、TMC判断在线列车汇报位置非法，则将该列车状态转为位置非确定车，按最后接收到的有效运行信息和列车所处区域的轨旁对象状态信息，TMC按配置项来判断按列车最大速度行车计算或是按列车紧急制动来计算该位置非确定车的可能区域。
3、TMC接收在线列车丢位置降级信息后，则将该列车状态转为位置非确定车，按最后接收到的列车有效运行信息和列车所处区域的轨旁对象状态信息，按列车紧急制动停车来计算存在该位置非确定车的可能区域。TMC可获知全线各列车的ID、状态(速度、方向等)和位置信息，以及OC上报的全线轨旁对象资源信息，当TMC判断该列车为位置非确定车后，则可通过运动学公式推算出列车的可能所在区域。推算时需要考虑列车的安全包络和紧急制动产生制动距离的因素。
本发明实施例中，TMC，具体用于根据位置非确定车的可能行车状态和位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息，计算位置非确定车的所在区域，其中，行车状态包括继续行车或紧急制动停车。
由于位置非确定车的行车状态不同，其所在区域也就不同，因此，需要根据位置非确定车的行车状态分别来计算不同的所在区域。
本发明实施例中，若位置非确定车的可能行车状态为继续行车，TMC具体用于根据列车最大限速v最大限速、列车最大牵引加速度a最大牵引、上一次上报的第二列车运行信息中的列车速度v0以及距离上一次上报第二列车运行信息的时间差t总，确定位置非确定车距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置d非确定车位置的正向最远距离s正向，根据v最大限速、列车紧急制动加速度a紧急制动、v0以及t总，确定位置非确定车距离d非确定车位置的反向最远距离s反向，根据d非确定车位置、s正向和s反向确定位置非确定车的所在区域。
图3示出了本发明实施例中，位置非确定车的行车状态为继续行车时，位置非确定车在正向继续行车和正向紧急制动停车后反向行车两种情形下的行车示意图，图中纵坐标V显示了列车的速度变化，横坐标则表示列车的位置，图中B车为位置非确定车的相邻前车。如图3中所示，正向继续行车时，可以通过以下公式得到s正向：
Figure GDA0002737015080000191
其中，t1表示位置非确定车由v0加速到v最大限速所用的时间，s正向1表示t1时间内位置非确定车前行的距离，s正向2表示速度加速至v最大限速后位置非确定车前行的距离。
因此，s正向＝s正向1+s正向2
s正向＝v最大限速t总-(v最大限速-v0) 2/2a最大牵引
考虑可能列车会改变方向反向运行，按列车正向紧急制动停车后反向行车的导向安全原则考虑，可以通过以下公式得到s反向：
Figure GDA0002737015080000192
其中，s反向0表示位置非确定车紧急制动后列车前行的距离，s反向1表示位置非确定车反向后至车速达到v最大限速时列车反向行驶的距离，s反向2表示位置非确定车反向运行的车速达到v最大限速之后列车反向行驶的距离。
因此，s反向＝s反向0-s反向1-s反向2
s反向＝-v最大限速t总+v最大限速 2/2a最大牵引+v0 2/2a紧急制动+v0v最大限速/a紧急制动
计算出s正向和s反向后，即可根据d非确定车位置、s正向和s反向得到位置非确定车的所在区域(图3中所示的可能区域)，所在区域为：
[d非确定车位置-s反向-d安全距离,d非确定车位置+s正向+d安全距离]
其中，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
需要说明的是，本发明实施例中的正向和方向是相对于位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息中的列车运行方向而言的，正向即是与列车运行方向相同的方向，反向即为与列车运行方向相反的方向。上述所在区域区间[d非确定车位置-s反向-d安全距离,d非确定车位置+s正向+d安全距离]表示位置非确定车载继续行车的状态下，列车距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置的反向最远距离为s反向+d安全距离，距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置的正向最远距离为s正向+d安全距离。
图4示出了本发明实施例中，位置非确定车的行车状态为紧急制动停车时，位置非确定车的行车示意图，图中A车和C车为非确定车的相邻后车和相邻前车。此时，位置非确定车的所在区域(图4中所示的可能区域)为：
[d非确定车位置-d最大容忍退行距离-d安全距离,d非确定车位置+s前行距离+d安全距离]
其中，d非确定车位置表示位置非确定车距离上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置，d最大容忍退行距离表示预设的最大允许退行距离，d安全距离表示预设的列车间安全距离，s前行距离表示在预设的通信故障判断时间内列车运行的距离与紧急制动后列车前行的距离之和。
位置非确定车施加紧急制动停车时，考虑位置非确定车在判断通信故障时间内加速，判断通信故障后施加紧急制动两部分的行驶距离，得出：
Figure GDA0002737015080000201
s前行距离＝s前行1+s前行2
因此，
Figure GDA0002737015080000202
其中，v0表示位置非确定车上一次上报的第二列车运行信息中的列车速度，t0表示通信故障判断时间，v1表示在判断出通信故障之前，列车加速到的速度，a最大牵引表示列车最大牵引加速度，a3表示列车紧急制动加速度和坡度加速度之和，α为预设的第一系数，β为预设的第二系数。在实际应用中，通信故障判断时间可以根据实际应用场景进行配置，如可以配置为1秒。
本发明实施例中，若跟随车为行车状态为紧急制动的故障车，ITS系统向头车的IVOC下发的虚拟连挂运行指令还包括虚拟连挂运行列车的退出路径。
此时，IVOC，还用于在列车作为头车与对应的跟随车虚拟连挂成功之后，根据退出路径运行。
在列车被指定为头车时，头车的IVOC根据虚拟连挂运行指令中的退出路径带领故障车运行，以将故障车回段或者撤离到待避线，实现故障车的及时转移。
本发明实施例中，ITS系统，还用于将上述退出路径发送至TMC；
TMC，还用于将退出路径添加至相应的故障车的所在区域中，将添加后的区域发送给ITS系统和全线列车中非故障车的IVOC。
本发明实施例中，TMC会将全线各列车的位置信息(有效的第二列车运行信息)和位置非确定车的所在区域发送给ITS系统，以供ITS系统在电子线路图上实时动态显示各列车的位置或所在区域。在ITS系统确定出故障车，或者确定出故障车且下发了上述退出路径时，TMC还会将故障车的所在区域，或者故障车的所在区域和退出路径的合并区域下发至全线列车中非故障车的IVOC，以使其他列车判断自己预期运行路径上存在故障车时，则可选择另一条不存在故障车的路径行车，或者当列车判断当前接近或处于存在故障车的所在区域时，则低速按主动识别模式行车。
本发明实施例中，在行车状态为紧急制动的故障车的所在区域为[d非确定车位置-d最大容忍退行距离-d安全距离,d非确定车位置+s前行距离+d安全距离]时，将上述d非确定车位置-d最大容忍退行距离-d安全距离记为S位置1，将d非确定车位置+s前行距离+d安全距离记为S位置2，则TMC将退出路径添加至故障车的所在区域，添加后的所在区域为：
[min(S位置1，d退出路径终点)，max(S位置2，d退出路径终点)]
其中，d退出路径终点表示退出路径终点与上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置的距离。即位置非确定车距离其上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置的反向最远距离为S位置1和d退出路径终点中的较小值，距离其上一次上报的第二列车运行信息中的列车位置的正向最远距离为S位置2和d退出路径终点中的较大值。
本发明实施例中，TMC，还用于在位置非确定车的所在区域包括道岔时，根据道岔的两种状态分别重新计算位置非确定车的所在区域，将两种状态下计算出的所在区域合并后得到的区域作为对应的位置非确定车的所在区域。其中，道岔的两种状态包括正向和方向。
由于在实际的运行过程中，线路上会有道岔，道岔的状态不同，则列车的行车线路也会不同。因此，在根据位置非确定车的可能行车状态和上一次上报的第二列车运行信息，初次计算位置非确定车的所在区域后，如果初步计算出的所在区域中存在道岔，则需要根据不同状态下的道岔分别计算出一个所在区域，并将两种状态下的所在区域合并，将合并后的区域作为对应的位置非确定车的所在区域。通过该方式，保证了得到的位置非确定车的所在区域包含了非确定车的所有可能区域。两种状态下所在区域的具体计算方式可以采用与初步计算时的相同的方式。
对于不同情况的位置非确定车，TMC通过上述方式计算出的位置非确定车的所在区域为位置非确定车的可能区域，结果会存在误差，不够准确的。为了提高位置非确定车的定位精度，TMC在初步计算出位置非确定车的所在区域后，可以依据不同的位置修改信息对上述所在区域进行修正。
本发明实施例中，TMC，还用于根据以下至少一种位置修正信息，对位置非确定车的所在区域进行修正，将修正后的位置非确定车的所在区域发送至ITS系统，其中，位置修正信息包括位置非确定车的相邻前车的位置信息、相邻后车的位置信息、OC上报的轨道对象状态信息、其他在线列车的位置信息，以及运行线路的线路终点等信息。
由于TMC能够获知全线列车的列车运行信息，因此，若其他车与位置非确定车存在前后侧链接关系，则可通过位置非确定车的前车和/或后车的位置信息对位置非确定车的所在区域进行修正，位置非确定车的所在区域正向不会超过其前车的位置，反向不会超过其后车的位置。同样的，位置非确定车不会越过其他通信车，因此，TMC可以根据其他通信车的位置信息对位置非确定车的所在区域的区域边界进行修正，在所在区域与其他通信车的位置存在重叠时，将位置非确定车的所在区域的区域边界修正为通信车的位置回退一段安全距离(可以是主动识别装置的主动识别距离或预设距离)。
由于位置非确定车的所在区域不会超过线路终点，因此，TMC还可以根据线路终点信息对位置非确定车的所在区域进行修正。
轨道对象是列车运行线路上的轨道设备和区段，在线路上的位置都是固定的，因此，轨道对象向OC上报的轨道对象状态信息都是准确的，可以基于轨道对象状态信息对计算出的范围较大的所在区域进行修正，以进一步提高所在区域的定位精度。例如，轨道上的计轴和/或道岔等轨道设备，在有列车经过时，计轴会向OC汇报，因此可以根据所在区域范围内的计轴上报的列车运行信息对所在区域进行修正；对于道岔，若位置非确定车的上一次上报的第一有效位置信息中列车位置的前方的道岔的状态为四开，则所在区域位于该前方的道岔的前方。
本发明实施例中，TMC，还用于根据跟随车之外的其他在线列车的主动识别装置的前车识别结果，对跟随车的所在区域进行修正。
当列车的IVOC包括主动识别装置时，若其他列车基于其主动识别装置可识别到位置非确定车及非确定车的车次号(LED显示屏或印刷车次号在车身上)，TMC则可根据其他列车的主动识别信息修正位置非确定车的所在区域。
本发明实施例中，TMC，还用于获取全线正线入口计轴向OC上报的列车进入信息，并根据上报列车进入信息的正线入口计轴的位置确定进入列车的所在区域，将进入列车的所在区域发送至ITS系统。
ITS系统，还用于根据全线列车的运行计划，以及TMC发送的进入列车的所在区域确定出进入正线运行的非计划运行列车，将所述非计划运行列车确定为故障车。
在列车进入正线运行时，正线入口计轴会向对应的OC汇报有列车进入的信息，OC会将接收到的列车进入信息和正线入口计轴的位置发送至TMC，TMC根据OC发送的信息确定出进入列车的可能所在区域，并将进入列车的所在区域发送至ITS系统，ITS根据运行计划便可以确定出进入列车中的非计划运行列车(不在全线运行计划中的列车)。
本发明实施例中，上述进入列车的所在区域为：
[d入口计轴位置,d入口计轴位置+vRM模式限速t+d安全距离]
其中，d入口计轴位置表示上报所述进入列车进入的正线入口计轴的位置，vRM模式限速表示限制人工驾驶RM模式下的列车最高限速，t表示所述进入列车从列车压到正线入口计轴开始到目前所经历的时间，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
本发明实施例中，TMC系统，还用于在同一条运行线路上存在一个以上的位置非确定车时，若相邻位置非确定车的所在区域有重叠，或者相邻位置非确定车的所在区域之间的距离小于预设距离，则将相邻位置非确定车的所在区域进行合并，将合并后的所在区域作为相邻位置非确定车的所在区域，将相邻位置非确定车和合并后的区域发送至ITS系统。
若线路上有多个位置非确定车，存在多个分割区域，则在满足特定条件情况下，需要将相邻位置非确定车的所在区域融合合并，以提示ITS系统中心的调度人员对应的线路存在多辆位置非确定车，该区域存在列车相撞的可能。ITS系统在接收到TMC发送的相邻位置非确定车和合并后的区域时，如果确定出相邻位置非确定车中存在故障车，除指派头车救援外，则需要重点提示调度人员注意，还可以对合并区域进行封锁等。
本发明实施例中，ITS系统，还用于在列车被确定为故障车后再次接收到故障车的运行状态正常的第一列车运行信息或第二列车运行信息，则取消将列车确定为故障车的判定和相对应的虚拟连挂运行指令。
由于确定出的故障车并非都是真正的故障车，也有可能是由于暂时的通信故障或者其它原因造成的列车运行信息上报异常等，因此，ITS可以根据实时获取的运行状态正常的第一列车运行信息或第二列车运行信息，对初步被判定为故障车的列车取消故障判定和对应的虚拟连挂运行指令。
在实际应用中，可采用不同的颜色和标志来进行区分不同类型(正常车、故障车、位置非确定车等)的列车，另外在可能存在多辆位置非确定车的重合区域应突出显示，提示调度人员该区域存在列车相撞的可能。TMC通过将位置非确定车(包括故障车)的所在区域发送给其他在线运行列车位置，使其他列车判断其预期路径存在位置非确定车时，则可选择另一条不存在位置非确定车的路径行车，或者当列车判断当前接近或处于存在位置非确定车的所在区域时，则低速按主动识别模式行车。
当然，ITS系统还会将取消故障车判定的列车的信息发送至TMC，故障车按ITS系统分配的退出路径行驶到指定地点退出运营，经司机电话与调度人员汇报后，调度人员会发送确认信息给TMC，TMC在接收到上述取消故障车判定的列车的信息，或者接收到调度人员发送的上述确认信息，或者在列车被确定为位置非确定后再次接收到位置非确定车的运行状态正常的列车运行信息后，可自动删除这些信息所对应的列车的所在区域(即告知其他列车这些所在区域恢复正常，取消这些所在区域的行车限制)，以及时取消对这些所在区域对其他列车的行车限制，提高系统的运行效率。
图5中示出了本发明一具体实施例中，TMC在确定出位置非确定车，并完成位置非确定车的所在区域的初步计算后，对初步计算的所在区域进行修正、合并的流程示意图。由图中可以看出，在本具体实施例中，TMC根据三类位置非确定车的情况确定出位置非确定车后，可以基于位置非确定车的前后车位置、后车的主动识别信息、其他通信车的位置、与OC通信获取的轨旁对象信息、计轴信息以及线路终端线等信息对初步计算的位置非确定车的所在区域进行修正即根据各种修正信息对所在区域进行筛选，得到修正后的所在区域。之后，TMC还可以根据所有位置非确定车的修正后的所在区域的信息，判断是否进行区域融合，得到最终的位置非确定车的所在区域。
本发明实施例提供的列控系统，在满足传统地铁系统功能的前提下，精简地面设备和轨旁设备，包括ZC、CI、信号机、轨道电路、有源应答器等设备。由列车根据运行计划，线路资源状况及自身运行状态自主计算行车许可，保证列车在线路上的自主安全运行控制。在保证列车前后方安全距离的基础上，两个相邻的移动闭塞区域就能以很小的间隔同时前进，使得列车能以允许最大的速度和较小的间隔运行，提高运营效率。当列车无法汇报自身有效位置时，TMC可计算该列车的可能区域，提示调度人员，其他列车可改变行车路径绕开该位置非确定车。当正线上存在故障车时，ITS系统可指派附近列车前去救援，在故障车牵引制动系统未出现故障的前提下，可采用车车通信或主动识别方式进行虚拟连挂，将故障车带出故障区段。该系统还可以降低建设和维护成本、减少中间环节、提高性能、降低复杂度、提高可靠性和缩小运行间隔。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。本领域的普通技术人员应当理解，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (24)

1.一种基于车车通信的城市轨道交通列控系统，其特征在于，包括智能列车监控ITS系统、列车管理平台TMC、数据通信系统DCS、以及设置于各列车上的智能车载控制器IVOC，所述ITS系统、所述TMC和所述IVOC之间，以及不同列车的所述IVOC之间通过所述DCS通信连接；
所述ITS系统，用于对全线在线列车进行监控，向所述IVOC下发列车运行计划，接收列车按照预设周期上报的第一列车运行信息和所述TMC按照所述预设周期发送的第二列车运行信息，根据所述第一列车运行信息和/或所述第二列车运行信息，确定出需要进行虚拟连挂运行的跟随车以及与所述跟随车相对应的头车，向所述头车的所述IVOC下发虚拟连挂运行指令；
所述虚拟连挂运行是指所述跟随车跟随所述头车运行，所述跟随车包括故障车和符合预设虚拟连挂运行条件的列车，所述第一列车运行信息和所述第二列车运行信息均包括列车的车次号、位置和运行状态，所述虚拟连挂运行指令包括所述跟随车的所在区域；
所述TMC，用于接收全线列车按照所述预设周期上报的所述第二列车运行信息，并将所述第二列车运行信息发送至所述ITS系统；
所述IVOC，用于与所述ITS系统、所述TMC、以及其它列车的所述IVOC进行信息交互，按照所述预设周期分别向所述ITS系统上报所述第一列车运行信息，向所述TMC上报所述第二列车运行信息，在列车被确定为所述头车时，控制列车到达所述虚拟连挂运行指令中的所述跟随车的所在区域，与所述跟随车的所述IVOC建立通信，完成虚拟连挂，进行虚拟连挂运行。
2.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，所述系统还包括对象控制器OC，所述OC与所述ITS系统之间以及所述OC与所述IVOC之间通过所述DCS通信连接；
所述IVOC，还用于在所述头车与所述跟随车之间完成虚拟连挂后，向所述ITS系统发送虚拟连挂完成信息和新编组车信息，所述新编组车信息包括头车的车次号、跟随车的车次号和组车长度；
所述ITS系统，还用于在接收到所述虚拟连挂完成信息和新编组车信息后，向所述OC发送新编组车信息中的跟随车的对象资源释放指令，注销新编组车信息中的跟随车的车次号，所述对象资源包括轨旁设备资源和区段资源；
所述OC，用于根据接收到的所述对象资源释放指令，释放对应的跟随车所占用的对象资源。
3.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，
所述ITS系统，具体用于在所述第一列车运行信息或所述第二列车运行信息中存在运行状态故障的列车时，将所述运行状态故障的列车确定为故障车；
所述ITS系统，还用于根据所述第一列车运行信息或所述第二列车运行信息确定出故障车的所在区域。
4.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，
所述ITS系统，具体用于在列车的运行信息在所述第一列车运行信息和第二列车运行信息中均未存在时，将所述列车的运行信息对应的列车确定为故障车；
所述ITS系统，还用于根据确定的故障车上一次上报的第一列车运行信息和第二列车运行信息确定出所述确定的故障车的所在区域。
5.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，
所述IVOC，还用于在列车每次出站时，向所述ITS系统上报列车的车次号和出站时间；
所述ITS系统，还用于接收列车在每次出站时上报的车次号和出站时间，若在距离当前车站上报时间的设定时长内，未接收到列车在下一站上报的车次号和出站时间，则确定未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车为故障车，未接收到下一站上报的车次号和出站时间的列车的所在区域为当前车站与下一站之间。
6.根据权利要求2所述的列控系统，其特征在于，
所述IVOC，还用于在列车每次行至车站区域时，与车站区域对应的所述OC建立通信；
所述OC，还用于在与进入车站区域的列车建立通信失败时，向所述ITS系统上报对应的车站区域内存在故障车。
7.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于根据接收到的所述第二列车运行信息识别出位置非确定车，根据所述位置非确定车上一次上报的所述第二列车运行信息，计算所述位置非确定车的所在区域，并将所述位置非确定车的所在区域发送至所述ITS系统，所述位置非确定车包括当前上报的第二列车运行信息异常的列车；
所述ITS系统，还用于根据所述位置非确定车的所在区域和所述第一列车运行信息，确定出所述位置非确定车中的故障车。
8.根据权利要求7所述的列控系统，其特征在于，所述当前上报的第二列车运行信息异常的列车包括：
在设定时长内未接收到第二列车运行信息上报的列车、列车速度发生跳变的列车、列车上报的当前位置信息与上一次上报的位置信息相同的列车，或者发生丢失位置降级的列车，所述设定时长不小于所述预设周期。
9.根据权利要求7所述的列控系统，其特征在于，
所述ITS系统，具体用于在未接收到所述位置非确定车的第一列车运行信息时，将所述位置非确定车确定为故障车。
10.根据权利要求7所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，具体用于根据所述位置非确定车的可能行车状态和上一次上报的所述第二列车运行信息，计算所述位置非确定车的所在区域，所述行车状态包括继续行车或紧急制动停车。
11.根据权利要求10所述的列控系统，其特征在于，若所述行车状态为继续行车，
所述TMC，具体用于根据列车最大限速v最大限速、列车最大牵引加速度a最大牵引、上一次上报的所述第二列车运行信息中的列车速度v0以及距离上一次上报所述第二列车运行信息的时间差t总，确定所述位置非确定车距离上一次上报的所述第二列车运行信息中的列车位置d非确定车位置的正向最远距离s正向，根据v最大限速、列车紧急制动加速度a紧急制动、v0以及t总，确定所述位置非确定车距离d非确定车位置的反向最远距离s反向，根据d非确定车位置、s正向和s反向确定所述位置非确定车的所在区域。
12.根据权利要求11所述的列控系统，其特征在于，根据d非确定车位置、s正向和s反向确定的所述位置非确定车的所在区域为：
[d非确定车位置-s反向-d安全距离,d非确定车位置+s正向+d安全距离]
s正向＝v最大限速t总-(v最大限速-v0) 2/2a最大牵引
s反向＝-v最大限速t总+v最大限速 2/2a最大牵引+v0 2/2a紧急制动+v0v最大限速/a紧急制动
其中，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
13.根据权利要求10所述的列控系统，其特征在于，若所述行车状态为紧急制动停车，所述所在区域为：
Figure FDA0002737015070000041
其中，d非确定车位置表示所述位置非确定车距离上一次上报的所述第二列车运行信息中的列车位置，d最大容忍退行距离表示预设的最大允许退行距离，d安全距离表示预设的列车间安全距离，s前行距离表示在预设的通信故障判断时间内列车运行的距离与紧急制动后列车前行的距离之和，v0表示位置非确定车上一次上报的所述第二列车运行信息中的列车速度，t1表示所述通信故障判断时间，a最大牵引表示列车最大牵引加速度，a3表示列车紧急制动加速度和坡度加速度之和，α为预设的第一系数，β为预设的第二系数。
14.根据权利要求10或13所述的列控系统，其特征在于，若所述跟随车为行车状态为紧急制动的故障车，所述虚拟连挂运行指令还包括虚拟连挂运行列车的退出路径；
所述IVOC，还用于在列车作为头车与对应的跟随车虚拟连挂成功之后，根据所述退出路径运行。
15.根据权利要求14所述的列控系统，其特征在于，
所述ITS系统，还用于将所述退出路径发送至所述TMC；
所述TMC，还用于将所述退出路径添加至相应的故障车的所在区域中，将添加后的区域发送给所述ITS系统和全线列车中非故障车的所述IVOC。
16.根据权利要求7至13中任一项所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于在所述位置非确定车的所在区域包括道岔时，根据所述道岔的两种状态分别重新计算位置非确定车的所在区域，将两种状态下计算出的所在区域合并后得到的区域作为对应的位置非确定车的所在区域。
17.根据权利要求7至13中任一项所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于根据以下至少一种位置修正信息，对所述位置非确定车的所述所在区域进行修正，将修正后的所述位置非确定车的所在区域发送至所述ITS系统；
其中，所述位置修正信息包括：所述位置非确定车的相邻前车的位置信息，相邻后车的位置信息，其他在线列车的位置信息，所述OC上报的轨旁设备状态信息，以及运行线路的线路终点。
18.根据权利要求2所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于通过所述DCS与所述OC通信连接，获取全线正线入口计轴向所述OC上报的列车进入信息，根据上报所述列车进入信息的正线入口计轴的位置确定进入列车的所在区域，并将进入列车的所在区域发送至所述ITS系统；
所述ITS系统，还用于根据全线列车的运行计划，以及所述TMC发送的所述进入列车的所在区域确定出进入正线运行的非计划运行列车，将所述非计划运行列车确定为故障车。
19.根据权利要求18所述的列控系统，其特征在于，所述进入列车的所在区域为：
[d入口计轴位置,d入口计轴位置+vRM模式限速t+d安全距离]
其中，d入口计轴位置表示上报所述进入列车进入的正线入口计轴的位置，vRM模式限速表示限制人工驾驶RM模式下的列车最高限速，t表示所述进入列车从列车压到正线入口计轴开始到目前所经历的时间，d安全距离表示预设的列车间安全距离。
20.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，所述IVOC还包括：
主动识别装置，用于获取列车运行前方图像，根据获取的前方图像识别列车运行前方的列车，以及在列车被确定为头车且无法通过所述DCS系统与相对应的跟随车的所述IVOC建立通信时，列车在到达相对应的跟随车的所在区域且识别出跟随车后，基于预配置的通信方式与识别出的跟随车的主动识别装置建立通信，完成虚拟连挂。
21.根据权利要求20所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于根据所述跟随车之外的其他在线列车的主动识别装置的前车识别结果，对所述跟随车的所在区域进行修正。
22.根据权利要求7所述的列控系统，其特征在于，
所述TMC，还用于在同一条运行线路上存在一个以上的位置非确定车时，若相邻位置非确定车的所在区域有重叠，或者所述相邻位置非确定车的所在区域之间的距离小于预设距离，则将所述相邻位置非确定车的所在区域进行合并，将合并后的所在区域作为所述相邻位置非确定车的所在区域，将相邻位置非确定车和所述合并后的区域发送至所述ITS系统。
23.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，所述预设虚拟连挂运行条件包括一个以上相邻的列车中运行最前方之外的列车，且所述一个以上相邻的列车的运行时间和运行方向符合预设条件；
所述ITS系统，具体用于将所述运行最前方的列车确定为与所述一个以上的列车中的跟随车相对应的头车。
24.根据权利要求1所述的列控系统，其特征在于，
所述ITS系统，还用于在列车被确定为故障车后再次接收到所述故障车的运行状态正常的第一列车运行信息或第二列车运行信息时，则取消将列车确定为故障车的判定和相对应的虚拟连挂运行指令。
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