CN111163991B - 列车控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种列车控制系统，在进行了列车编组的分割的情况下，即使在列车接近的状态时，其也能进行安全的列车控制。列车控制系统在列车与地上设备之间进行通信来进行列车的运行和控制。该列车控制系统的特征在于，在将列车编组进行分割的情况下，针对先行列车和后续列车设定与先行列车和后续列车之间的分开距离对应地伸长并且相互不重叠的、分割用的安全区域，在无法确保该安全区域内的安全时，进行紧急停止。

Description

列车控制系统
技术领域
本发明涉及在列车与地上设备之间进行通信来进行列车的运行和控制的列车控制系统，更详细地，涉及在将列车编组进行了分割的情况下防止与分割后的对方列车发生碰撞的技术。
背景技术
在进行列车编组的合并或者分割的情况下，2个编组的列车会成为接近的状态。此时，在导入了CBTC(Communication-Base Train Control：基于通信的列车控制)的系统中，车上装置将就要合并前或者刚分割后的对方列车视为接近列车而使紧急制动器工作，因此列车会变得无法行驶。
对此，例如在专利文献1中，在列车之间设定合并分割允许区域，在进行列车的合并或者分割的情况下，若在合并分割允许区域内存在应被合并或者已被分割的其它列车，则控制为不通过车上装置识别该列车。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许第5940795号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，上述专利文献1的技术会致使CBTC系统不被使用，尽管这是在特定条件下并且是暂时性的。在这种状态下，当分割后的先行列车与后续列车误接近时会无法识别，因此在提高列车编组刚分割后的安全性方面仍存在改善的余地。
本发明是鉴于上述这种情况而完成的，其目的在于提供一种列车控制系统，在进行了列车编组的分割的情况下，即使在列车接近的状态时，其也能进行安全的列车控制。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的列车控制系统是在列车与地上设备之间进行通信来进行列车的运行和控制的列车控制系统，其特征在于，在将列车编组进行分割的情况下，针对先行列车和后续列车设定与先行列车和后续列车之间的分开距离对应地伸长并且相互不重叠的、分割用的安全区域，在无法确保上述安全区域内的安全时，进行紧急停止。
发明效果
根据本发明，在将列车编组进行分割的情况下，针对分割后的先行列车和后续列车设定了与先行列车和后续列车之间的分开距离对应地伸长并且相互不重叠的、分割用的安全区域，因此，车上装置不会将刚分割后的对方列车视为接近列车而使紧急制动器工作。并且，在无法确保安全区域内的安全时，例如当其它列车进入了本列车的安全区域时或者本列车的安全区域与其它列车的安全区域重叠时，能够使本列车紧急停止。
因而，在列车编组分割之后，即使在列车接近的状态时也能进行安全的列车控制，能够抑制与分割后的对方列车发生碰撞。
附图说明
图1A是本发明的实施方式的列车控制系统的系统整体的概要构成图。
图1B是本发明的实施方式的列车控制系统的列车的构成图。
图2是用于说明在图1A和图1B所示的列车控制系统中进行了列车编组的分割的情况下列车接近的状态时的动作的图。
图3是用于说明在图1A和图1B所示的列车控制系统中进行了列车编组的分割的情况下列车分开的状态时的动作的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1A和图1B分别示出本发明的实施方式的列车控制系统，图1A是系统整体的概要构成图，图1B是列车的构成图。
如图1A所示，沿着列车1的轨道2在规定位置以规定的间隔设置有沿线无线机(无线基站)4-1、4-2、…、4-n，经由天线4-1a、4-2a、…、4-na在与列车1之间通过无线通信进行信息的交换，进行列车1的控制。由这些沿线无线机4-1、4-2、…、4-n和地上装置5构成了地上设备。
地上装置5通过有线或者无线连接到各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n。该地上装置5具备列车位置探测部5a、CBTC控制部5b、ATP(Automatic Train Protection：自动列车防护)装置5c以及数据库5d等。虽未图示，但地上装置5按在轨道2上设定的每一管理区域设置有多个，构成为能经由属于对应的管理区域的沿线无线机进行信息的发送接收，并且地上装置5彼此之间能相互进行信息的发送接收。
列车位置探测部5a根据搭载于列车1的车上无线机与各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n的通信状态来探测列车1的位置。例如根据沿线无线机4-i(i＝1、2、…、n)与车上无线机之间的往返所花费的传播时间来计算列车1的位置，并由地上单元(日语原文：地上子)进行位置校正来探测列车1的位置。或者，也能够在列车1上搭载如GPS(Global PositioningSystem：全球定位系统)或光学式距离计测器那样的距离探测传感器来探测列车1的位置。探测到的列车的位置信息作为列车1的控制信息之一从车上装置频繁地发送到地上装置5。
另外，CBTC控制部5b基于由列车位置探测部5a探测到的列车1的位置信息和由搭载于列车1的速度检测器等检测出的速度信息，掌握列车1的位置和速度，生成运转速度或者停止等列车控制信息。
ATP装置5c通过利用无线通信接收来自列车1的位置信息对列车1的在线进行探测。
而且，数据库5d存储有各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n和搭载于列车1的车上无线机的ID(识别码)、列车1的速度信息以及前进路线信息等。
如图1B所示，在列车1上，在头节车厢1a搭载有车上装置6，在最末节的车厢1b搭载有车上装置7。在车上装置6设置有车上无线机8-1和数据库9-1，在车上装置7设置有车上无线机8-2和数据库9-2。这些车上装置6和车上装置7相互进行数据通信。数据库9-1、9-2存储有与地上装置5的数据库5d同样的数据、即各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n和搭载于列车1的车上无线机的ID(识别码)、列车1的速度信息以及前进路线信息等。
车上无线机8-1连接到朝向列车1的行进方向(前方)具有指向性的天线8-1a，车上无线机8-2连接到朝向与列车1的行进方向相反的方向(后方)具有指向性的天线8-2a。并且，车上无线机8-1与列车1的前方的沿线无线机之间通过无线通信进行信息的交换，车上无线机8-2与列车1的后方的沿线无线机之间通过无线通信进行信息的交换。
车上无线机8-1、8-2和沿线无线机4-1、4-2、…、4-n能够使用通用无线机，上述通用无线机使用例如作为国际上标准化的通用无线频段的被称为ISM频段(IndustryScience Medical band：工业科学医学频段)的2.4GHz频段。并且，各车上无线机8-1、8-2与接近了列车1的沿线无线机以一对一的关系建立通信，进行信息的交换。另外，各车上无线机8-1、8-2和各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n分别具有自我诊断功能，将自我诊断出的无线机的状态信息、即是处于正常动作还是处于故障的信息存储到数据库5d、9-1、9-2，从而在地上装置5与车上装置6、7之间进行共享。
伴随着列车1的移动，车上装置6、7进行依次切换各车上无线机8-1、8-2与成为通信对方的各沿线无线机4-1、4-2、…、4-n的通信状态的交接(Handover)。交接是通过列车1的移动使各车上无线机8-1、8-2接近了沿线无线机4-1、4-2、…、4-n时在沿线无线机的位置来进行。
在除交接时之外的时间，地上装置5通过沿线无线机4-1、4-2、…、4-n中的接近于列车1的2台沿线无线机以2个路径取得从列车1的车上无线机8-1、8-2以无线的方式发送来的列车位置信息，由列车位置探测部5a探测列车位置。然后，基于探测到的列车位置，由CBTC控制部5b生成列车控制信息，并经由上述2个路径将其从2台沿线无线机以无线的方式发送到各车上无线机8-1、8-2。通过这2个路径发送的电文基本上是相同的，使得通信路径具有了冗余性。车上装置6、7基于由车上无线机8-1、8-2接收到的列车控制信息来控制列车1。
接着，通过图2和图3详细说明在如上所述的CBTC系统中进行列车编组的分割时的动作。为了简化说明，如图2的(a)所示，列举将4节编组的列车1按每2节编组进行分割时的例子。
如图2的(b)所示，从刚进行了列车编组的分割之后起，在分割出的两个列车(先行列车1-1与后续列车1-2)之间，各个列车1-1、1-2分别以相互不重叠的方式设定如箭头所示那样的自身的安全区域A1、A2。该安全区域A1、A2作为用于对列车的接近进行探测的接近探测区间使用，并根据列车1-1、1-2的位置误差和速度来决定。按照下面的顺序进行安全区域A1、A2的设定。首先，先行列车1-1和后续列车1-2分别计测距最近的沿线无线机的行驶距离，通过无线通信将该行驶距离发送到地上装置5，由地上装置5的列车位置探测部5a探测先行列车1-1和后续列车1-2的位置。
然后，先行列车1-1和后续列车1-2从刚分割之后起探测列车向相互的列车方向的安全区域A1、A2内的接近，在无法确保安全时，进行紧急停止。无法确保安全是指，例如在先行列车1-1的安全区域A1内存在后续列车1-2时、在后续列车1-2的安全区域A2内存在先行列车1-1时、相互的安全区域A1、A2重叠时(在这种情况下视为存在其它列车)等。各列车1-1、1-2将这些信息从车上无线机8-1、8-2经由沿线无线机4-1、4-2、…、4-n向ATP装置5c发送，由ATP装置5c判断是否能够确保安全。当由ATP装置5c判断为无法确保安全时，根据该状况使先行列车1-1和/或后续列车1-2紧急停止。
另外，在分割出的一个列车作为先行列车1-1行驶时，从刚分割之后起，对先行列车1-1和后续列车1-2进行基于通常的ATP模式的行驶控制。即，先行列车1-1在前方方向(本来的行进方向)上按通常的过程来设定安全缓冲区B1，从而从刚分割之后起探测在行进方向的在线范围内是否有其它列车等，进行基于通常的ATP模式的行驶来确认前进路线的安全。
另一方面，后续列车1-2在后方设定通常的安全缓冲区B2，从刚分割之后起针对后方在线范围确认是否有其它列车在线。这样，通过实施基于通常的ATP模式的行驶控制，从而开始EB(Emergency Brake：紧急制动)控制。
此外，上述的安全缓冲区的设定和对安全缓冲区内是否存在其它列车的探测是以各列车将必要的信息向ATP装置5c传送，由ATP装置5c进行判断并决定为前提的。虽然以该ATP装置5c设置于地上装置5内的情况为例进行了说明，但该ATP装置5c也可以设置于车上装置6、7内。
在此，“ATP模式”是指，在ATP的系统中，以到列车必须停止的位置为止的剩余距离的信息为基础计算出的能以该列车的制动性能实现的运转曲线(制动模式)。
另外，“安全缓冲区”这一术语是指各个列车所具有的概念性范围。即，作为系统探测到的列车的位置与实际上列车所处的位置的误差，有已行驶的距离的误差和数据的传送延迟的误差。在本例中，配置于地上的位置校正地上单元与车上装置之间的位置探测误差、或者行驶距离的误差是在车上装置6、7侧算出。将该算出结果通过无线通信发送到地上装置5，在地上装置5侧校正由数据传送的延迟导致的误差，设定安全缓冲区。然后，在其它列车存在于该范围内的情况下，执行如下处理：识别为存在接近列车，从地上装置5对探测到接近列车的车上装置6或7指示紧急停止。
如图2的(c)所示，当先行列车1-1与后续列车1-2的分开距离伴随着先行列车1-1的行驶而增加时，先行列车1-1的安全区域A1与后续列车1-2的安全区域A2会伴随着先行列车1-1的行驶而以相互不重叠的方式伸长(用A1′、A2′示出)。因而，随着先行列车1-1与后续列车1-2彼此的距离越来越远，安全区域A1、A2单调增加。该安全区域A1、A2的伸长可考虑下面2种情形。
＜情形1＞
将先行列车1-1与后续列车1-2的分开距离按比例分配(日语原文：按分)给先行列车1-1和后续列车1-2而使安全区域A1、A2伸长。不过，在这种情况下，当后续列车1-2误对先行列车1-1进行了追随行驶时，无法确保列车间隔。
＜情形2＞
将先行列车1-1和/或后续列车1-2的行驶距离的合计量按比例分配给先行列车1-1和后续列车1-2的安全区域A1、A2而使其伸长。在这种情况下，包括先行列车1-1与后续列车1-2不断远离的状态。
接下来，如图3的(a)所示，当先行列车1-1与后续列车1-2的分开距离伴随着先行列车1-1的行驶而达到规定的距离ΔD(例如，先行列车1-1的安全缓冲区B1与后续列车1-2的安全缓冲区B2的通常应有距离的最小值之和)时，将安全区域A1、A2的设定切换为安全缓冲区C1、C2的设定。先行列车1-1的安全缓冲区C1和后续列车1-2的安全缓冲区C2分别通过与安全缓冲区B1、B2同样的通常的过程来设定。安全缓冲区C1、C2的通常应有长度是根据配置于地上的位置校正地上单元与车上装置之间的位置探测误差、或者伴随于列车行驶的行驶距离误差等来决定。例如通过车载的行驶探测传感器(车轴转速探测器)来探测先行列车1-1和后续列车1-2各自的行驶距离，基于探测到的行驶距离来算出上述规定距离ΔD。
然后，当分开了规定距离ΔD以上时，如图3的(b)所示，维持安全缓冲区B1、B2和C1、C2的设定，使先行列车1-1和后续列车1-2行驶。
根据上述构成，在将列车编组进行分割的情况下，针对分割后的先行列车1-1和后续列车1-2设定了与先行列车1-1和后续列车1-2之间的分开距离对应地伸长并且相互不重叠的、分割用的安全区域A1、A2，因此当其它列车进入了本列车的安全区域A1或A2时、以及本列车的安全区域A1或A2与其它列车的安全区域A1或A2重叠时，能够从地上装置5发送停止指令而使本列车紧急停止。因而，在进行列车编组的分割的情况下，即使在列车接近的状态时，也能进行安全的列车控制，能够抑制与分割后的对方列车发生碰撞。
关于在以上的实施方式中说明的电路构成或动作顺序等，不过是以能够理解、实施本发明的程度概略性示出的内容。因而，本发明不限于所说明的实施方式，在不脱离权利要求书所示的技术思想的范围内能够以各种方式进行变更。
附图标记说明
1…列车，1-1…先行列车，1-2…后续列车，2…轨道，4-1、4-2、…、4-n…沿线无线机，5…地上装置，5a…列车位置探测部，5b…CBTC控制部，5c…ATP装置，6、7…车上装置，8-1、8-2…车上无线机，5d、9-1、9-2…数据库，A1、A2…安全区域(接近探测区间)，A1′、A2′…伸长后的安全区域，B1、B2、C1、C2…安全缓冲区，ΔD…先行列车与后续列车的距离。

Claims (4)

1.一种列车控制系统，在列车与地上设备之间进行通信来进行列车的运行和控制，其特征在于，
在将列车编组进行分割的情况下，针对先行列车和后续列车设定与先行列车和后续列车之间的分开距离对应地伸长并且相互不重叠的、分割用的安全区域，在上述先行列车与上述后续列车的分开距离变为大于规定值时，针对上述先行列车和上述后续列车分别设定用于考虑列车行驶时所产生的位置误差的安全缓冲区，
在无法确保上述安全区域内的安全时，进行紧急停止，
上述规定值大于与上述先行列车和上述后续列车各自的速度对应的上述安全缓冲区的最小值，上述安全区域是将上述先行列车与上述后续列车的分开距离按比例分配给上述先行列车和上述后续列车而与分开距离对应地伸长的安全区域，或者上述安全区域是将上述先行列车与上述后续列车的行驶距离的合计量按比例分配给上述先行列车和上述后续列车而伸长的安全区域。
2.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，
上述紧急停止是使上述先行列车和上述后续列车中的探测到有列车进入上述安全区域的列车紧急停止。
3.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，
上述紧急停止是当探测到上述先行列车与上述后续列车的上述安全区域重叠时进行紧急停止。
4.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，
还具备：车上装置，其搭载于在规定的轨道上行驶的上述列车；车上无线机，其发送接收上述车上装置的信息；多个沿线无线机，其设置于地上的规定位置；以及多个地上装置，其设置于在上述轨道上设定的每一管理区域，以能进行发送接收的方式连接到属于上述管理区域的上述沿线无线机，并且上述多个地上装置能相互进行信息的发送接收，上述列车控制系统在上述列车与上述地上装置之间进行无线通信来进行列车的运行和控制。
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