CN109941318B - 一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置及方法，该装置包括调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、网关、轨旁设备控制器、轨旁列车检测系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统、测速系统和定位系统；所述的网关分别与调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统连接，所述的车载安全防护系统分别与测速系统和定位系统连接，所述的车载辅助运行系统分别与测速系统和定位系统连接。与现有技术相比，本发明具有提高了系统的灵活性等优点。

Description

一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通信号系统，尤其是涉及一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置及方法。

背景技术

目前信号系统的轨旁控制和车载控制按照相同的控制模式进行的设计，既使是互联互通的系统如ETCS、CTCS或CBTC，也是预先定义好统一的轨旁和车载的接口协议，然后各自按这一接口方式进行的设计，多种控制模式间不能相互混合运行，特别是在移动模式、准移动闭塞模式和固守闭塞模式之间，更别提基于轨旁的列车控制系统和基于车载的列车控制系统间的相互混合运行了。当出现旧线的既有信号系统需要逐段更新，或铁路与城市轨道交通间需要混合运行时，目前这种单模的控制方式就存在很大的问题。

比如说，目前的国家铁路干线采用的信号系统基本上都是CTCS-2或CTCS-3系统，而城市轨道交通采用的信号系统基本上都是CBTC系统，当人们要从一个地方去另一个地方的时候，不避免地需要坐城市轨道交通，再转铁路干线，到达目的地后再转城市轨道交通，来回周转非常不方便，常常会出现从A市坐高铁到B市只要25分钟，而从B市高铁站到市中心的某个地方则要另外花1个小时；另外由于目前的城市规模和人口密度都越来越大，很多人不得不住到离市中心稍远的地方，采用传统的干线铁路加城市轨道交通的通勤方式效率非常低。为解决这些问题，市域线路应运而生，一方面能解决通勤问题，另一方面也能解决从高铁站到市区的快速交通问题，但该类线路一方面可能会复用干线铁路资源，另一方面也会穿越市区，仅仅只采用CTCS系统CBTC系统都不能很好地与两种轨道交通类型对接，为此需要一种兼容CTCS和CBTC系统的多模自适应轨道交通信号控制系统。

相同的情况在旧线改造中也同样存在，旧线基本上都是基于轨道电路的固定闭塞或准移动闭塞的信号系统，而目前主流的信号系统均为基于通信的移动闭塞模式的信号系统。在旧线改造过程中又很难将旧制式的信号系统一次性翻新成新制式信号系统，轨旁设备和车载设备均存在混合运行的情况，对于目前单模方式而言，这也同样存在问题。

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多模式自适应轨道交通信号系统控制装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，包括调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、网关、轨旁设备控制器、轨旁列车检测系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统、测速系统和定位系统；

所述的网关分别与调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统连接，所述的车载安全防护系统分别与测速系统和定位系统连接，所述的车载辅助运行系统分别与测速系统和定位系统连接。

优选地，所述的调度系统采用CTC系统，用于进行运行计划的管理，监督计划执行情况，并可进行人工调整与控制；

所述的集中维护系统采用CMSS系统，用于对所有设备的健康度状态进行监测和控制，提供维护手段用于快速恢复系统至正常状态。

优选地，所述的轨旁资源管理系统采用CI系统，用于根据调度系统的计划或人工命令进行轨旁资源的预估、协调、管理、分配及释放，或经由间隔防护系统进行资源的重新分配或释放；

所述的间隔防护系统采用TCC系统和ZC系统，用于进行列车与列车、列车与轨旁固定设施间的安全防护距离的计算，根据列车指定的控制模式进行计算，或对系统中可用的各种模式均进行计算后由车载系统进行自主选择；

所述的速度防护系统采用TSRS系统和ZC系统，用于根据调度系统的指令进行指定区域或指定列车的限速防护或限速解除。

优选地，所述的网关采用CCS或者GTW，用于进行不同等级系统间的信息转换，同时根据不同模式下的车载性能承担部分车载曲线的运算任务。

优选地，所述的轨旁设备控制器包括道岔设备控制电路和信号机控制电路，用于根据轨旁资源管理器的需求进行轨旁设备的实际控制，获取轨旁设备的状态。

优选地，所述的轨旁列车检测系统采用ZPW2000，用于实时不间断检测指定区域内列车的占用状态。

优选地，所述的车载安全防护系统采用ATP系统，用于进行列车运行的安全防护，当列车强制为某控制模式时需要提供该信息给轨旁相关系统。

优选地，所述的车载辅助运行系统采用ATO系统，用于进行列车牵引制动的自动控制，根据计划进行列车的自动启动与精准停车作业，根据计划进行列车的休眠唤醒作业。

优选地，所述的测速系统，用于进行列车的位置的测量并提供给车载安全防护与辅助运行系统；

所述的定位系统，用于从车载的角度进行列车位置的自主确定，用于列车的安全防护和列车辅助运行。

一种用于所述的多模式自适应轨道交通信号系统控制装置的方法，包括以下步骤：

1)轨旁列车检测系统持续对轨道上指定区域的列车占用情况进行监测并传递给轨旁资源管理系统和间隔防护系统；所有设备均将自己的健康度信息通过维护网络传递给集中维护系统，以便集中维护系统进行分析、诊断及预警；测速系统和定位系统，实时进行速度和位置的计算并传递给车载安全防护系统和车载辅助运行系统；

2)当从调度系统载入运行计划或人工在调度系统中进行操作时，相应的计划会被分解成资源需求传递至轨旁资源管理系统，同时传递给网关，对于区域或列车的速度有特殊要求的指令也直接传递至速度防护系统；

3)轨旁资源管理系统会根据收到的命令给相关的轨旁控制器发送指令将资源设置为期望的状态并予以征用；网关会将计划传送至对应的列车的车载辅助运行系统；速度防护系统会将限速要求传递到指定区域的列车的或指定列车的车载安全防护系统；

4)轨旁资源管理系统会将已征用资源的状态传递给间隔防护系统；

5)间隔防护系统根据列车的车载安全防护系统给出的车载所处的模式进行对应的间隔防护能力的计算，同时根据车载模式向轨旁资源管理器增加或减少资源征用的需求并由资源管理器予以执行；间隔防护系统在计算完成车载请求的对应模式的间隔防护授权及其它可用模式的间隔防护授权后提供给车载安全防护系统；车载安全防护系统根据收到的间隔防护授权和限速要求进行包括间隔和速度在内的相关防护；综合考虑列车的模式和不同模式下轨旁间隔防护授权的可用性，车载安全防护系统将列车速度和位置等相关系统传递给间隔防护系统作为计算输入，同时由间隔防护系统传递轨旁资源管理系统进行管理；

6)车载安全防护系统将收到的间隔和速度相关的信息与车载辅助运行系统进行交互，以便车载辅助运行系统进行列车最优运行曲线的计算，并实际控制列车的牵引与制动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)改变了之前单模控制或两个单模直接叠加的方式，实现了多模控制。

2)可基于车载进行模式的确定，也可以由车载根据轨旁提供的可用模式信息进行自主选择，提高了系统的灵活性。

3)可适用于不同的制式间的混合运行，系统的效率高。

4)基于功能分配的模块复用，保证多模灵活性的同时减少了设备数量，降低了设计复杂度。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明CTCS与CBTC双模自适应系统配置示意图。

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。

如图1所示，本方案将信号控制系统分解为几个大的功能模块，对于不同的功能模块进行多模自适应性设计，系统的基本工作流程如图1，工作过程在图中进行的标示，各步骤的基本任务描述如下：

①由于信号控制系统为一个实时系统，本步骤为系统的初始状态，也是系统的实时持续的工作状态。在本步骤内，轨旁列车检测系统持续对轨道上指定区域的列车占用情况进行监测并传递给轨旁资源管理系统和间隔防护；所有设备均将自己的健康度信息通过维护网络传递给集中维护系统，以便维护系统进行分析、诊断及预警；对于车载而言，测速系统和定位系统，实时进行速度和位置的计算并传递给车载安全防护系统和车载辅助运行系统。

②当系统从调度系统载入运行计划或人工在调度系统中进行操作时，相应的计划会被分解成资源需求传递至轨旁资源管理系统，同时也会传递给网关，对于区域或列车的速度有特殊要求的指令也会直接传递至速度防护系统。

③轨旁资源管理系统会根据收到的命令给相关的轨旁控制器发送指令将资源设置为期望的状态并予以征用；网关会将计划传送至对应的列车的车载辅助运行系统；速度防护系统会将限速要求传递到指定区域的列车的或指定列车的车载安全防护系统。

④轨旁资源管理系统会将已征用资源的状态传递给间隔防护系统。

⑤间隔防护系统根据列车的车载安全防护系统给出的车载所处的模式进行对应的间隔防护能力的计算，同时根据车载模式向轨旁资源管理器增加或减少资源征用的需求并由资源管理器予以执行。间隔防护系统在计算完成车载请求的对应模式的间隔防护授权及其它可用模式的间隔防护授权后提供给车载安全防护系统。车载安全防护系统根据收到的间隔防护授权和限速要求进行包括间隔和速度在内的相关防护。综合考虑列车的模式和不同模式下轨旁间隔防护授权的可用性，车载安全防护系统将列车速度和位置等相关系统传递给间隔防护系统作为计算输入，同时由间隔防护系统传递轨旁资源管理系统进行管理。

⑥车载安全防护系统将收到的间隔和速度相关的信息与车载辅助运行系统进行交互，以便车载辅助运行系统进行列车最优运行曲线的计算，并实际控制列车的牵引与制动。

如图2所示，本发明装置由安全部分和功能部分组成，网络连接部分均为独立且相互冗余的网络，虚线代表非直接物理连接的传递网络如轨道电路、WIFI、LTE、GSM-R等。

本发明装置包括调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、网关、轨旁设备控制器、轨旁列车检测系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统、测速系统和定位系统；

所述的网关分别与调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统连接，所述的车载安全防护系统分别与测速系统和定位系统连接，所述的车载辅助运行系统分别与测速系统和定位系统连接。

调度系统：进行运行计划的管理，监督计划执行情况，并可进行人工调整与控制。

集中维护系统：对所有设备的健康度状态进行监测和控制，提供维护手段用于快速恢复系统至正常状态。

轨旁资源管理系统：根据调度系统的计划或人工命令进行轨旁资源的预估、协调、管理、分配及释放，也可经由间隔防护系统进行资源的重新分配或释放。

间隔防护系统：进行列车与列车、列车与轨旁固定设施间的安全防护距离的计算，可根据列车指定的控制模式进行计算，也可以对系统中可用的各种模式均进行计算后由车载系统进行自主选择。

速度防护系统：根据调度系统的指令进行指定区域或指定列车的限速防护或限速解除。

网关：进行不同等级系统间的信息转换，同时根据不同模式下的车载性能承担部分车载曲线的运算任务。

轨旁设备控制器：根据轨旁资源管理器的需求进行轨旁设备的实际控制，获取轨旁设备的状态。

轨旁列车检测系统：实时不间断检测指定区域内列车的占用状态。

车载安全防护系统：进行列车运行的安全防护，当列车强制为某控制模式时需要提供该信息给轨旁相关系统。

车载辅助运行系统：进行列车牵引制动的自动控制，根据计划进行列车的自动启动与精准停车作业，根据计划进行列车的休眠唤醒作业等。

测速系统：进行列车的位置的测量并提供给车载安全防护与辅助运行系统。

定位系统：从车载的角度进行列车位置的自主确定，用于列车的安全防护和列车辅助运行。

本发明所举的一个实施例为CTCS固定闭塞制式与CBTC移动闭塞制式的双模自适应系统，本实施例仅为本发明的一个应用，用于更好理解本发明，不代表本发明的全部。如图3所示，实施例中的调度系统为整合性的CTC系统，CMSS为集中维护系统，CI负责轨旁资源的管理，轨旁设备控制器由相应的控制电路来完成，TCC和ZC分别作为CTCS固定闭塞制式与CBTC移动闭塞制式中的间隔防护系统，TSRS和ZC亦分别承担CTCS固定闭塞制式与CBTC移动闭塞制式中的速度防护系统功能，CCS/GTW承担网关功能，ZPW2000作为轨旁列车检测系统，ATP、ATO分别作为车载的安全防护系统和辅助运行系统。

系统运行分为以下几种模式：

1)当仅配置CBTC的列车运行时，轨旁间隔防护系统(ZC)自动以移动闭塞模式进行间隔防护计算及轨旁资源匹配,ZC同时提供速度防护功能；

2)当仅配置CTCS的列车运行时，轨旁间隔防护系统自动以固守闭塞模式进行间隔防护计算及轨旁资源匹配，TSRS提供速度防护功能；

3)当CBTC和CTCS均配置的列车运行时，轨旁将提供两种模式下的间隔防护及速度防护系统，由车载进行最大可用度的运算，并基于最大可用模式进行控制；若车载或轨旁其中一种模式突然故障，则自动转到另一种模式进行控制；

当某区域的轨旁控制仅一种模式时，则配置双模式的车载将自动切换至与轨旁相匹配的模式下运行，若车载仅配置一种模式时，则车载将切换至与轨旁匹配度最高的模式运行，否则将转为人工管理模式运行。

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 (9)

1.一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，包括调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、网关、轨旁设备控制器、轨旁列车检测系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统、测速系统和定位系统；

所述的网关分别与调度系统、集中维护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、轨旁资源管理系统、间隔防护系统、速度防护系统、车载安全防护系统、车载辅助运行系统连接，所述的车载安全防护系统分别与测速系统和定位系统连接，所述的车载辅助运行系统分别与测速系统和定位系统连接；

所述的轨旁资源管理系统采用CI系统，用于根据调度系统的计划或人工命令进行轨旁资源的预估、协调、管理、分配及释放，或经由间隔防护系统进行资源的重新分配或释放；

所述的间隔防护系统采用TCC系统和ZC系统，用于进行列车与列车、列车与轨旁固定设施间的安全防护距离的计算，根据列车指定的控制模式进行计算，或对系统中可用的各种模式均进行计算后由车载系统进行自主选择；

所述的速度防护系统采用TSRS系统和ZC系统，用于根据调度系统的指令进行指定区域或指定列车的限速防护或限速解除；

系统运行分为以下几种模式：

1)当仅配置CBTC的列车运行时，轨旁间隔防护系统ZC自动以移动闭塞模式进行间隔防护计算及轨旁资源匹配，ZC同时提供速度防护功能；

2)当仅配置CTCS的列车运行时，轨旁间隔防护系统自动以固守闭塞模式进行间隔防护计算及轨旁资源匹配，TSRS提供速度防护功能；

3)当CBTC和CTCS均配置的列车运行时，轨旁将提供两种模式下的间隔防护及速度防护系统，由车载进行最大可用度的运算，并基于最大可用模式进行控制；若车载或轨旁其中一种模式突然故障，则自动转到另一种模式进行控制；

当某区域的轨旁控制仅一种模式时，则配置双模式的车载将自动切换至与轨旁相匹配的模式下运行，若车载仅配置一种模式时，则轨旁将切换至与车载匹配度最高的模式运行，否则将转为人工管理模式运行。

2.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的调度系统采用CTC系统，用于进行运行计划的管理，监督计划执行情况，并可进行人工调整与控制；

所述的集中维护系统采用CMSS系统，用于对所有设备的健康度状态进行监测和控制，提供维护手段用于快速恢复系统至正常状态。

3.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的网关采用CCS或者GTW，用于进行不同等级系统间的信息转换，同时根据不同模式下的车载性能承担部分车载曲线的运算任务。

4.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的轨旁设备控制器包括道岔设备控制电路和信号机控制电路，用于根据轨旁资源管理器的需求进行轨旁设备的实际控制，获取轨旁设备的状态。

5.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的轨旁列车检测系统采用ZPW2000，用于实时不间断检测指定区域内列车的占用状态。

6.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的车载安全防护系统采用ATP系统，用于进行列车运行的安全防护，当列车强制为某控制模式时需要提供对应模式信息给轨旁相关系统。

7.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的车载辅助运行系统采用ATO系统，用于进行列车牵引制动的自动控制，根据计划进行列车的自动启动与精准停车作业，根据计划进行列车的休眠唤醒作业。

8.根据权利要求1所述的一种多模式自适应轨道交通信号系统控制装置，其特征在于，所述的测速系统，用于进行列车的位置的测量并提供给车载安全防护与辅助运行系统；

所述的定位系统，用于从车载的角度进行列车位置的自主确定，用于列车的安全防护和列车辅助运行。

9.一种用于权利要求1所述的多模式自适应轨道交通信号系统控制装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)轨旁列车检测系统持续对轨道上指定区域的列车占用情况进行监测并传递给轨旁资源管理系统和间隔防护系统；所有设备均将自己的健康度信息通过维护网络传递给集中维护系统，以便集中维护系统进行分析、诊断及预警；测速系统和定位系统，实时进行速度和位置的计算并传递给车载安全防护系统和车载辅助运行系统；

2)当从调度系统载入运行计划或人工在调度系统中进行操作时，相应的计划会被分解成资源需求传递至轨旁资源管理系统，同时传递给网关，对于区域或列车的速度有特殊要求的指令也直接传递至速度防护系统；

3)轨旁资源管理系统会根据收到的命令给相关的轨旁控制器发送指令将资源设置为期望的状态并予以征用；网关会将计划传送至对应的列车的车载辅助运行系统；速度防护系统会将限速要求传递到指定区域的列车的或指定列车的车载安全防护系统；

4)轨旁资源管理系统会将已征用资源的状态传递给间隔防护系统；

5)间隔防护系统根据列车的车载安全防护系统给出的车载所处的模式进行对应的间隔防护能力的计算，同时根据车载模式向轨旁资源管理器增加或减少资源征用的需求并由资源管理器予以执行；间隔防护系统在计算完成车载请求的对应模式的间隔防护授权及其它可用模式的间隔防护授权后提供给车载安全防护系统；车载安全防护系统根据收到的间隔防护授权和限速要求进行包括间隔和速度在内的相关防护；综合考虑列车的模式和不同模式下轨旁间隔防护授权的可用性，车载安全防护系统将列车速度和位置传递给间隔防护系统作为计算输入，同时由间隔防护系统传递轨旁资源管理系统进行管理；

6)车载安全防护系统将收到的间隔和速度相关的信息与车载辅助运行系统进行交互，以便车载辅助运行系统进行列车最优运行曲线的计算，并实际控制列车的牵引与制动。