CN111301490A - 一种列车运行控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列车运行控制方法及系统，所述控制方法包括，首先，在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型；然后，基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。在地面控制设备中设置虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，简化车载设备功能，大幅减少了列车运行控制系统安全设备数量和设备间的接口，降低系统成本、提高系统的兼容性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种列车运行控制方法及系统。
背景技术
现有的列车运行控制方法及系统具有以下缺点：
1、现有列车运行控制系统中的列车车载功能复杂，其中，除采集速度、位置等传感信号外，还负责测速测距计算、列车定位的计算、等级模式管理以及动态速度-距离监控曲线生成等多项安全应用功能。因此车载设备安全等级要求高，需要采用二取二或者三取二的硬件架构保证安全，从而导致了车载设备体积大、结构复杂，因此难以实现车载设备的小型化、轻量化和尽量减少安全功能的要求。
2、现有列车运行控制系统中的列控车载设备采用嵌入式计算机进行安全逻辑运算，计算能力有限，由于设备安装于移动体内（列车），受制于安装空间、振动、散热等多种客观条件，列控车载设备所采用的CPU（Central Processing Unit：中央处理器）计算能力相对较低。随着系统功能的增加和防护需求的增多，要求车载设备具有更大的计算能力处理更多的数据。如果单纯通过使用更高主频的CPU来提高车载设备的计算能力，一方面算力提高的量级有限，不能满足系统不断发展的需求；更重要的是高主频意味着散热能力提高和能耗更大，由于安装于列车这一特殊工况环境，那就意味着需要更大的安装空间和更好的散热环境。从而现有列控车载设备受制于散热、安装空间等因素，从而导致计算能力提高困难。
此外，对于泥石流或者落物等灾害主要依靠设置在轨旁固定位置的监测点进行检测，如果发生灾害则通过灾害系统和列控系统的接口告知，并由列控系统控制列车运行。由于固定监测点不能连续探测全线的线路状况，如果在固定监测点覆盖范围外出现灾害，系统则无能为力。即使通过在列车头部及周边加装高清摄像机进行连续覆盖、实时的环境感知，受限于车载设备硬件计算能力，车载不能实时处理高清摄像机采集视频数据，因此无法实现以列车为第一视角的障碍物检测和灾害防护。
3、不同的列车运行控制系统对应不同的控制方法和运营原则，例如同样是使用车地无线进行列车控制，铁路采用CTCS-3（China Train Control System-3：第3级中国列车运行控制系统）列控制式，地铁则采用CBTC（Communication Based Train ControlSystem：基于通信的列车自动控制系统）列控制式。目前为了实现跨制式运行，当前常用的做法是列车同时装备CTCS-3级和CBTC两套车载设备以适应不同的运行线路：在CTCS-3线路也就是国家铁路区域使用CTCS-3级列控车载设备控车；在CBTC线路也就是城市轨道交通区域使用CBTC车载设备控车。另外由于CBTC没有强制的统一标准，同一城市不同线路的CBTC也存在差异，如果要在这些线路间也要现实跨线运行则还需要装备对应的CBTC1、CBTC2……CBTCn等多套CBTC车载设备。从而现有的列车运行控制系统为实现跨制式兼容运行，需要加装多套车载设备。
综上，如何简化了车载设备功能、硬件需求以及满足不同制式线路互间的联互通越来越成为亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种列车运行控制方法及系统，通过所述控制方法，简化车载设备功能，提高列车运行控制系统的兼容性和安全性。
本发明的目的在于提供一种列车运行控制方法，所述控制方法包括，
在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型；
基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。
进一步地，在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型之前包括，
地面控制设备中的安全控制中心确定其所管辖范围内列车的线路；
基于所述线路，地面控制设备中的安全控制中心加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。
进一步地，所述对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制包括，
进路控制、列车自动驾驶和安全防护、主动灾害防护和跨制式兼容运行中的一种或多种。
进一步地，基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制还包括，
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型通过无线网络通信获取地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备采集的列车状态信息和/或环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于车载设备采集的列车状态信息、车载设备采集的环境信息、轨旁设备的状态信息和/或轨旁设备采集的线路环境信息，所述地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态、虚拟车载设备模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态中的一种或多种。
进一步地，当基于轨旁设备的计轴装置或者轨道电路进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁设备的状态信息，包括道岔状态、轨道占用状态和信号机显示状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于采集的轨旁设备的状态信息，所述地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将采集的轨旁设备的状态信息发送给调度中心；
基于所述采集的轨旁设备的状态信息，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
基于进路控制指令、线路模型状态和虚拟轨旁设备模型的状态，所述地面控制设备中的安全控制中心排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成控制命令发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将控制命令发送至轨旁设备；
所述地面控制设备中虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集的轨旁设备状态反馈是否与控制命令具有一致性。
进一步地，当基于列车位置进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁道岔状态，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述轨旁道岔状态，所述安全控制中心更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型周期性地车载设备采集的列车的速度信息和位置信息；
所述虚拟车载设备模型，对速度信息进行滤波、融合处理，计算得出列车运行速度和走行距离，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述虚拟车载设备模型对列车的位置信息进行解码，并结合所述走行距离，计算得出列车相对于经过前一个位置参考点的位置，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车相对于经过前一个位置参考点的位置和线路模型的工程配置数据，计算得出轨道虚拟区段的占用状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将轨道虚拟区段的占用状态、站场状态发送给调度中心；
基于所述轨道虚拟区段的占用状态和站场状态，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据进路控制指令，依据轨道虚拟区段的占用状态和虚拟轨旁设备模型的状态排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成道岔动作命令，并发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将道岔动作命令发送至道岔；
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集道岔状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集道岔状态反馈是否与道岔动作命令具有一致性。
进一步地，对地面控制设备所管辖范围内列车进行列车自动驾驶和安全防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备的道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，所述安全控制中心更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集的列车速度信息和位置信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述列车速度信息和位置信息，所述安全控制中心计算列车速度、走行距离和列车位置，并更新虚拟车载设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息发送给调度中心；
基于所述列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息，调度中心生成运行计划，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心还根据虚拟车载设备模型发送的列车位置和线路进路状态生成行车许可；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据运行计划、行车许可和列车参数，生成自动驾驶曲线和制动防护曲线；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车当前速度、位置和自动驾驶曲线计算出列车牵引命令；
所述地面控制设备通过虚拟车载设备模型将所述牵引命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；
所述地面控制设备中的安全控制中心周期性地基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断列车速度和位置是否突破制动防护曲线；
如果所述地面控制设备中的安全控制中心基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断出列车速度和位置突破制动防护曲线，则触发超速和冒进防护，所述地面控制设备中的安全控制中心生成对应的列车制动命令，并将所述列车制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行。
进一步地，对地面控制设备所管辖范围内列车进行主动灾害防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备采集的线路环境信息和/或地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集的环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息，所述安全控制中心识别灾害区段以及确定危险点，并更新线路模型的状态；
所述地面控制设备所述安全控制中心根据危险点、所管辖范围内的列车位置和运行速度，为列车生成应急防护牵引或制动命令；
所述地面控制设备所述安全控制中心将应急防护牵引或制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；
所述地面控制设备中的安全控制中心还将线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息以及确定的危险点发送给调度中心；
基于线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息和确定的危险点，调度中心应急调度指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据应急调度指令通过虚拟轨旁设备模型对道岔、信号机进行控制，以及通过虚拟车载设备模型对所管辖范围内的列车进行控制。
进一步地，当地面控制设备所管辖范围内列车从第一制式地面控制设备的管辖范围运行至第二制式地面控制设备的管辖范围时，对所述列车进行跨制式兼容运行具体包括，
第一制式地面控制设备中的安全控制中心根据列车位置和线路模型，判断列车是否靠近第一制式地面控制设备和第二制式地面控制设备的管辖边界；
第一制式地面控制设备中的安全控制中心将虚拟车载模型及其状态发送给第二制式地面控制设备中的安全控制中心；
第一制式地面控制设备中的安全控制中心在列车经过第一制式地面控制设备和第二制式地面控制设备的管辖边界后，发送移交命令给第二制式地面控制设备中的安全控制中心；
第二制式地面控制设备确认中的安全控制中心接收列车，第一制式地面控制设备中的安全控制中心结束对所述虚拟车载设备模型的控制；
第二制式地面控制设备中的安全控制中心通过所述虚拟车载设备模型实现对列车的控制。
本发明的另一目的在于提供一种列车运行控制系统，所述控制系统包括地面控制设备，其中，
所述地面控制设备用于在其内部建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，以及用于基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。
进一步地，所述地面控制设备还包括安全控制中心，所述安全控制中心用于确定其所管辖范围内列车的线路，以及基于所述线路，地面控制设备中的安全控制中心加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。
进一步地，所述控制系统还包括车载设备、轨旁设备以及调度中心，所述车载设备、轨旁设备以及调度中心分别与所述地面控制设备进行通信，其中，
所述车载设备，用于采集列车状态信息和/或环境信息，并通过无线通信网络发送至所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型，以及用于执行地面控制设备中的安全控制中心通过虚拟车载设备模型下发的控制命令；
所述轨旁设备，用于监测自身的状态信息和/或监测线路环境信息，并通过目标控制器发送给地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型，以及用于执行地面控制设备中的安全控制中心通过虚拟轨旁设备模型下发的控制命令；
所述调度中心，用于控制和指挥所述地面控制设备中的安全控制中心，以实时监督、控制列车运行。
进一步地，所述地面控制设备中的安全控制中心还用于基于车载设备采集的列车状态信息、环境信息、轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，地面控制设备更新线路模型的状态、虚拟车载设备模型的状态、虚拟轨旁设备模型的状态中的一种或多种。
本发明的列车运行控制方法及其系统具有以下有益效果：
1、在地面控制设备中设置虚拟车载设备模型，通过虚拟车载设备模型与车载设备模型实现信息交互，减小车载设备硬件的计算能力要求，由于车载设备无须安全应用逻辑，也可大大简化车载结构设计，从而实现车载设备的小型化和轻量化。
2、车载设备将采集的环境信息通过无线通线网络发送至地面控制设备中的虚拟车载设备模型，再由虚拟车载设备模型发送至地面控制设备的安全控制中心中，由地面控制设备中的安全控制中心统一融合处理车载设备采集的环境信息和线路环境信息，实现例如线路灾害、落物等情况下的主动防护。
3、安全控制中心通过将虚拟车载设备模型进行移交，使得移交的过程均在不同制式的地面控制设备间完成，无需车载设备参与，实现列车跨制式兼容运行。
4、在地面控制设备中设置虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，大幅减少了列车运行控制系统安全设备数量和设备间的接口，降低系统成本、提高系统的安全性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中的一种列车运行控制方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例中的一种进路控制过程示意图；
图3示出了本发明实施例中另一种进路控制过程示意图；
图4示出了本发明实施例中一种列车自动驾驶和安全防护过程示意图；
图5示出了本发明实施例中一种主动灾害防护过程示意图；
图6示出了本发明实施例中一种跨制式兼容运行逻辑运算过程示意图；
图7示出了本发明实施例中一种列车运行控制系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中介绍了一种列车运行控制方法，如图1所示，所述控制方法包括，首先，在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型；然后，基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。将现有系统的联锁、列控中心、车载、RBC（Radio Block Center：无线闭塞中心）、临时限速服务器等设备的安全控制逻辑生成功能均集中于地面控制设备，取而代之的是虚拟的轨旁设备模型、虚拟的车载设备模型和安全控制中心面向控制对象（列车）的安全逻辑控制，这样可以大幅减少列车运行控制系统安全设备数量和设备间接口，降低系统成本、提高系统的安全性。此外，将对列车车载设备的安全逻辑控制的生成也集中在地面控制设备中，减小对车载硬件的计算能力要求，并且由于车载设备无须再进行安全应用逻辑的运算，也可大大简化车载设备结构设计，从而实现车载设备的小型化和轻量化。
本实施例中，所述在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型之前还包括，首先，地面控制设备中的安全控制中心确定其所管辖范围内列车的线路；然后，基于所述线路，地面控制设备中的安全控制中心加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。安全控制中心是地面控制设备的一部分，是其中执行安全逻辑控制的单元。具体的，由于线路模型包括线路的限速、坡度、桥梁、隧道等属性，不同线路有不同的限速和坡度，因此在加载线路模型的同时，还需要工程配置数据对线路模型进行实例化。同理，虚拟轨旁设备模型和虚拟车载设备模型也需要工程配置数据进行实例化，比如虚拟轨旁设备模型中的道岔，不同的道岔有不同的特征，这些特征均需要工程配置数据进行实例化。即虚拟轨旁设备模型是对真实列车运行线路中轨旁设备的数字化映射，轨旁车载的模型是对真实列车车载设备的映射，例如，虚拟车载设备模型可以真实反映列车的速度传感器、位置传感器、制动接口的状态，也可以把从车载设备采集到的数据或者信息进行解析，并按照格式更新给地面控制设备中的控制中心。同样的，例如虚拟轨旁设备模型，从输入讲，采集轨旁设备状态，从输出讲，执行地面控制设备中安全控制中心的下发的控制命令。将车载设备现实中的逻辑运算转移至所述虚拟车载设备中，简化了现有车载设备，提高了列车运行控制效率。
本实施例中，所述对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制包括进路控制、列车自动驾驶和安全防护、主动灾害防护和跨制式兼容运行中的一种或多种。
本实施例中，基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，生成对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制还包括，首先，所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型通过无线网络通信获取地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备采集的列车状态信息和/或环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；或者，所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；然后，基于车载设备采集的列车状态信息、环境信息、轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态、虚拟车载设备模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态中的一种或多种。在列车运行过程中，由于包括进路控制、列车自动驾驶和安全防护、主动灾害防护、跨制式兼容运行中的一种或多种列车安全逻辑控制，从而地面控制设备中的安全控制中心可以根据列车安全逻辑控制的类型，选择对线路模型、虚拟车载设备模型和/或虚拟轨旁设备模型的状态进行更新。
本实施例中，所述目标控制器设置在地面控制设备中，所述无线通信网络带宽不小于100Mbps（Million bits per second：每秒传输的位（比特）数量）、端到端延迟不大于10ms（毫秒）。无线通信网络用于实现车载设备和地面控制设备中的虚拟车载设备模型之间的双向通信，地面控制设备和轨旁设备之间、地面控制设备和调度中心之间一般使用有线通信网络进行数据交互，在通信困难地段，轨旁设备也可以通过无线通信网络和地面控制设备中虚拟轨旁设备模型进行通信。该无线网络具有大带宽、低时延和高可靠性的特点，可靠性大于99.999%。优选地，所述无线网络通信包括5G、V2X（vehicle to everything：即车对外界的信息交换）。
如图2所示，当基于轨旁设备的计轴装置或者轨道电路进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁设备的状态信息，包括道岔状态、轨道占用状态和信号机显示状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于采集的轨旁设备的状态信息，所述地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将采集的包括道岔状态、轨道占用状态和信号机显示状态信息发送给调度中心；
基于所述采集的轨旁设备的状态信息，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
基于进路控制指令、线路模型状态和虚拟轨旁设备模型的状态，所述地面控制设备中的安全控制中心排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成控制命令发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将控制命令发送至轨旁设备，其中，所述控制指令包括道岔动作和信号机显示指令；
所述地面控制设备中虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集的轨旁设备状态反馈是否与控制命令具有一致性。
如图3所示，当基于列车位置进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁道岔状态，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述轨旁道岔状态，所述安全控制中心并更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型周期性地接收车载设备采集的列车的速度信息和位置信息；
所述虚拟车载设备模型对速度信息进行滤波、融合处理，计算得出列车运行速度和走行距离，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述虚拟车载设备模型对列车的位置信息进行解码，并结合所述走行距离，计算得出列车相对于经过前一个位置参考点的位置，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车相对于经过前一个位置参考点的位置和线路模型的工程配置数据，计算得出轨道虚拟区段的占用状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将轨道虚拟区段的占用状态、站场状态发送给调度中心；
基于所述轨道虚拟区段的占用状态和站场状态，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据进路控制指令，依据轨道虚拟区段的占用状态和虚拟轨旁设备模型的状态排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成道岔动作命令，并发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将道岔动作命令发送至道岔；
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集道岔状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集道岔状态反馈是否并校核是否与道岔动作命令具有一致性。
如图4所示，对地面控制设备所管辖范围内列车进行列车自动驾驶和安全防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备的道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，所述安全控制中心更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集的列车速度信息和位置信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述列车速度信息和位置信息，所述安全控制中心计算列车速度、走行距离和列车位置，并更新虚拟车载设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息发送给调度中心；
基于所述列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息，调度中心生成运行计划，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心还根据虚拟车载设备模型发送的列车位置和线路进路状态生成行车许可；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据运行计划、行车许可和列车参数生成自动驾驶曲线和制动防护曲线；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车当前速度、位置和自动驾驶曲线计算出列车牵引命令；
所述地面控制设备中的安全控制中心将所述牵引命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；其中，所述虚拟车载设备模型实时采集车载设备的列车速度与位置。
所述地面控制设备中的安全控制中心周期性地基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断列车速度、位置是否突破制动防护曲线；
如果所述地面控制设备中的安全控制中心基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断出列车速度和位置突破了制动防护曲线，则触发超速和冒进防护，所述地面控制设备中的安全控制中心生成对应的列车制动命令，并将所述列车制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行。
如图5所示，对地面控制设备所管辖范围内列车进行主动灾害防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备采集线路环境信息和/或地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集环境信息（即列车外的环境信息），并发送至地面控制设备中的安全控制中心。示例性的，所述线路环境信息和车载设备采集的环境信息均为高清视频信息，则所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备采集线路高清视频信息和/或地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集车载高清视频信息；
基于所述线路高清视频信息和/或车载高清视频信息，所述安全控制中心识别灾害区段以及确定的危险点，并更新线路模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据线路模型中的危险点、所管辖范围内的列车位置和运行速度，为列车生成应急防护牵引命令或制动命令；
所述地面控制设备中的安全控制中心将应急防护牵引或制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；
所述地面控制设备中的安全控制中心还将线路高清视频信息、和/或车载高清视频信息以及危险点，发送给调度中心；具体的，所述地面控制设备还将线路高清视频信息和/或车载高清视频信息进行处理，获取带有线路灾害的图像或者视频。
基于线路高清视频信息和/或车载高清视频信息识别灾害区段以及确定的危险点，调度中心应急调度指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据应急调度指令通过虚拟轨旁设备模型对道岔、信号机进行控制，以及通过虚拟车载设备模型对所管辖范围内的列车进行控制。具体的，所述地面控制设备中的安全控制中心根据应急调度指令向道岔下发道岔动作和信号机显示指令。
本实施例中，所述车载设备将采集的视频数据通过无线通线网络发送至地面控制设备虚拟车载设备模型，然后所述虚拟车载设备模型将所述视频数据发送至安全控制中心，由地面控制设备中的安全控制中心统一融合处理列车车载设备采集的视频数据和轨旁视频数据，实现线路灾害落物等情况下的主动防护，进而地面控制设备能够实现多源高清视频数据融合，在不增加车载设备硬件代价的情况下，实现线路灾害主动防护。
如图6所示，当所述地面控制设备所管辖范围内列车所在的线路包括多种制式的地面控制设备，且当列车需要跨制式运行时，两种不同制式的地面控制设备需要完成移交，具体的，以列车从A制式地面控制设备的管辖范围运行至B制式地面控制设备的管辖范围为例进行说明，但一条线路上不限于只有A、B两种制式的地面控制设备，只要涉及两种制式地面控制设备的切换均适用于本发明。具体的，对地面控制设备所管辖范围内列车进行跨制式兼容运行包括，
在A制式地面控制设备的管辖范围内，A制式地面控制设备中的安全控制中心负责通过车载设备获取列车速度和列车位置，并由A制式地面控制设备中的安全控制中心生成并下发列车的牵引和制动命令；
A制式地面控制设备中的安全控制中心根据列车位置和线路模型，判断列车是否靠近A制式地面控制设备和B制式地面控制设备的管辖边界；
A制式地面控制设备中的安全控制中心将虚拟车载模型及其状态发送给B制式地面控制设备中的安全控制中心；
A制式地面控制设备中的安全控制中心在列车经过A制式地面控制设备和B制式地面控制设备的管辖边界后，发送移交命令给B制式地面控制设备中的安全控制中心；
B制式地面控制设备中的安全控制中心确认接收列车，A制式地面控制设备中的安全控制中心结束对所述虚拟车载设备模型的控制；
B制式地面控制设备中的安全控制中心通过所述虚拟车载设备模型实现对列车的控制。
对列车完成跨制式兼容运行，在B制式地面控制设备的管辖范围内，B制式地面控制设备中的安全控制中心负责通过车载设备获取列车速度和列车位置，并由B制式地面控制设备中的安全控制中心生成并下发列车的牵引和制动命令。通过对虚拟车载设备模型移交的方式，控制所需的移交逻辑均在不同制式的地面控制设备间完成，无需车载设备参与，从而使用单套虚拟车载设备模型即可实现跨制式兼容运行，使得列车运行控制方式更加优化。
本实施例中，所述车载设备仅列车状态信息以及执行控制设备下发的控制命令，不参与安全逻辑控制的逻辑运算，可低成本实现车载设备中采集单元和执行单元的标准化。
如图7所示，本发明实施例中还介绍了一种列车运行控制系统，能够实现上述所述的列车运行控制方法，其中，所述控制系统包括地面控制设备、车载设备、轨旁设备以及调度中心，所述车载设备、轨旁设备以及调度中心分别与所述地面控制设备进行通信，其中，所述地面控制设备包括在进行列车控制时，在其内部建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型。所述虚拟车载设备模型与所述车载设备进行信息交互，所述虚拟轨旁设备模型与所述轨旁设备进行信息交互。
本实施例中，所述地面控制设备还包括目标控制器和安全控制中心，其中，所述目标控制器用于实现虚拟轨旁设备模型与轨旁设备之间的信息交互，所述安全控制中心能够与所述虚拟车载设备模型和轨旁设备模型相配合，完成对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。
进一步，地面控制设备能够用于基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。所述安全控制中心用于确定其所管辖范围内列车的线路，以及基于所述线路，加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。
所述车载设备，用于采集列车状态信息和/或环境信息，并通过无线通信网络发送至所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型，以及用于执行地面控制设备中安全控制中心通过虚拟车载设备模型下发的控制命令。具体的，车载设备功能包括：采集列车控制所必须的外界环境信息（例如高清摄像机）、列车状态信息（包括列车速度、定位和列车接口信息）和执行地面控制设备发送的控制命令。
车载设备采集的列车状态和环境信息包括但不限于以下：
列车测速传感器的传感器信息，包括轮轴传感器、测速雷达、GNSS（Global NavigationSatellite System：全球卫星导航系统）或加速度计的传感数据，车载设备不进行传感器数据的滤波、融合等处理，而是将原始传感器数据通过无线通信网络发送给地面控制设备。
列车接收到的点式定位信息，包括RFID（Radio Frequency Identification：射频识别）或者应答器数据，车载设备不对报文进行解析和处理，而是将译码后的二进制码流通过无线通信网络发送给地面控制设备。
列车的环境信息，包括安装在列车头部和车身周边的高清摄像机的视频数据，车载设备不对视频内容进行模式识别，而是将视频数据流通过无线通信网络发送给地面控制设备；
司机人机界面操作信息；
列车的制动和牵引反馈状态、驾驶室激活、方向手柄状态和过分相反馈；
车载设备输出的命令包括但不限于以下信息：
制动命令、牵引命令、过分相命令，车载设备并不进行列车的超速和冒进安全防护逻辑计算，而是接收并执行地面控制设备发送的控制命令控制列车的加速和减速。
司机人机界面显示信息，车载设备并不进行人机界面显示逻辑的计算，而是接收地面控制设备发送的视频流数据并进行播放显示。
所述轨旁设备，用于生成自身的状态信息和/或监测线路环境信息，并通过目标控制器发送给地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型，以及用于执行地面控制设备中的安全控制中心通过虚拟轨旁设备模型经目标控制器下发的控制命令；；具体的，所述轨旁设备包括用来线路监测的高清摄像机、用来列车定位的应答器和RFID、用来轨道占用检查的计轴和轨道电路、转辙机和信号机等。
所述调度中心，用于控制和指挥地面控制设备中的安全控制中心，以实时监督、控制列车运行。具体的，调度中心具备列车运行实时监督、运行图管理和按照运行图自动排路等控制和指挥功能。
所述地面控制设备中的安全控制中心还用于基于车载设备采集的列车状态信息、环境信息、轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，地面控制设备更新线路模型状态、虚拟车载设备模型状态、虚拟轨旁设备模型状态中的一种或多种。
所述地面控制设备、车载设备、轨旁设备以及调度中心之间进行配合能够完成图2-6中的任一安全逻辑控制过程，在此不再进行赘述。
本实施例中，通过高带宽低延迟的无线通信网络以地面控制设备为主实现了列车的间隔控制和安全防护，车载设备按照地面控制设备中安全控制中心通过虚拟车载设备模型发送的控制命令进行列车加速和制动等操作，大幅简化了车载设备功能和硬件需求，并且通过功能由车载向地面的转移，满足了不同制式线路互联互通的要求。
所述安全控制逻辑包括对地面控制设备管辖范围内列车进行进路控制、列车自动驾驶和安全防护、主动灾害防护、跨制式兼容运行逻辑运算中的一种或多种。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种列车运行控制方法，其特征在于，所述控制方法包括，
在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型；
基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。
2.根据权利要求1所述的列车运行控制方法，其特征在于，在地面控制设备中建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型之前包括，
地面控制设备中的安全控制中心确定其所管辖范围内列车的线路；
基于所述线路，地面控制设备中的安全控制中心加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。
3.根据权利要求1或2所述的列车运行控制方法，其特征在于，所述对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制包括，
进路控制、列车自动驾驶和安全防护、主动灾害防护和跨制式兼容运行中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的列车运行控制方法，其特征在于，基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制还包括，
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型通过无线网络通信获取地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备采集的列车状态信息和/或环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于车载设备采集的列车状态信息、车载设备采集的环境信息、轨旁设备的状态信息和/或轨旁设备采集的线路环境信息，所述地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态、虚拟车载设备模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的列车运行控制方法，其特征在于，当基于轨旁设备的计轴装置或者轨道电路进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁设备的状态信息，包括道岔状态、轨道占用状态和信号机显示状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于采集的轨旁设备的状态信息，所述地面控制设备中的安全控制中心更新线路模型的状态和虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将采集的轨旁设备的状态信息发送给调度中心；
基于所述采集的轨旁设备的状态信息，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
基于进路控制指令、线路模型状态和虚拟轨旁设备模型的状态，所述地面控制设备中的安全控制中心排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成控制命令发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将控制命令发送至轨旁设备；
所述地面控制设备中虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集的轨旁设备状态反馈是否与控制命令具有一致性。
6.根据权利要求4所述的列车运行控制方法，其特征在于，当基于列车位置进行轨道占用检查时，对地面控制设备所管辖范围内列车进行进路控制具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器周期性地采集轨旁道岔状态，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述轨旁道岔状态，所述安全控制中心更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型周期性地接收车载设备采集的列车的速度信息和位置信息；
所述虚拟车载设备模型对速度信息进行滤波、融合处理，计算得出列车运行速度和走行距离，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述虚拟车载设备模型对列车的位置信息进行解码，并结合所述走行距离，计算得出列车相对于经过前一个位置参考点的位置，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车相对于经过前一个位置参考点的位置和线路模型的工程配置数据，计算得出轨道虚拟区段的占用状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将轨道虚拟区段的占用状态、站场状态发送给调度中心；
基于所述轨道虚拟区段的占用状态和站场状态，调度中心生成进路控制指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据进路控制指令，依据轨道虚拟区段的占用状态和虚拟轨旁设备模型的状态排列进路；
基于排列的进路，所述地面控制设备中的安全控制中心生成道岔动作命令，并发送至虚拟轨旁设备模型；
所述虚拟轨旁设备模型通过目标控制器将道岔动作命令发送至道岔；
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集道岔状态反馈，并发送至安全控制中心；
所述安全控制中心校核所述采集道岔状态反馈是否与道岔动作命令具有一致性。
7.根据权利要求4所述的列车运行控制方法，其特征在于，对地面控制设备所管辖范围内列车进行列车自动驾驶和安全防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器采集轨旁设备的道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述道岔状态信息、区段状态信息和信号机状态信息，所述安全控制中心更新虚拟轨旁设备模型的状态；
所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集的列车速度信息和位置信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述列车速度信息和位置信息，所述安全控制中心计算列车速度、走行距离和列车位置，并更新虚拟车载设备模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心将列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息发送给调度中心；
基于所述列车速度、列车位置、区段状态信息和信号机状态信息，调度中心生成运行计划，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心还根据虚拟车载设备模型发送的列车位置和线路进路状态生成行车许可；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据运行计划、行车许可和列车参数，生成自动驾驶曲线和制动防护曲线；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据列车当前速度、位置和自动驾驶曲线计算出列车牵引命令；
所述地面控制设备中的安全控制中心将所述牵引命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；
所述地面控制设备中的安全控制中心周期性地基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断列车速度和位置是否突破制动防护曲线；
如果所述地面控制设备中的安全控制中心基于虚拟车载设备模型的列车速度和位置判断出列车速度和位置突破制动防护曲线，则触发超速和冒进防护，所述地面控制设备中的安全控制中心生成对应的列车制动命令，并将所述列车制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行。
8.根据权利要求4所述的列车运行控制方法，其特征在于，对地面控制设备所管辖范围内列车进行主动灾害防护具体包括，
所述地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型通过目标控制器获取轨旁设备采集的线路环境信息和/或地面控制设备中的虚拟车载设备模型获取车载设备采集的环境信息，并发送至地面控制设备中的安全控制中心；
基于所述线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息，所述安全控制中心识别灾害区段以及确定危险点，并更新线路模型的状态；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据危险点、所管辖范围内的列车位置和运行速度，为列车生成应急防护牵引或制动命令；
所述地面控制设备中的安全控制中心将应急防护牵引或制动命令通过虚拟车载设备模型发送给车载设备执行；
所述地面控制设备中的安全控制中心还将线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息以及确定的危险点发送给调度中心；
基于线路环境信息和/或车载设备采集的环境信息和确定的危险点，调度中心应急调度指令，并下发至所述地面控制设备中的安全控制中心；
所述地面控制设备中的安全控制中心根据应急调度指令通过虚拟轨旁设备模型对道岔、信号机进行控制，以及通过虚拟车载设备模型对所管辖范围内的列车进行控制。
9.根据权利要求4所述的列车运行控制方法，其特征在于，当地面控制设备所管辖范围内列车从第一制式地面控制设备的管辖范围运行至第二制式地面控制设备的管辖范围时，对所述列车进行跨制式兼容运行具体包括，
第一制式地面控制设备中的安全控制中心根据列车位置和线路模型，判断列车是否靠近第一制式地面控制设备和第二制式地面控制设备的管辖边界；
第一制式地面控制设备中的安全控制中心将虚拟车载模型及其状态发送给第二制式地面控制设备中的安全控制中心；
第一制式地面控制设备中的安全控制中心在列车经过第一制式地面控制设备和第二制式地面控制设备的管辖边界后，发送移交命令给第二制式地面控制设备中的安全控制中心；
第二制式地面控制设备中的安全控制中心确认接收列车，第一制式地面控制设备中的安全控制中心结束对所述虚拟车载设备模型的控制；
第二制式地面控制设备中的安全控制中心通过所述虚拟车载设备模型实现对列车的控制。
10.一种列车运行控制系统，其特征在于，所述控制系统包括地面控制设备，其中，
所述地面控制设备用于在其内部建立虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，以及用于基于所述虚拟车载设备模型和虚拟轨旁设备模型，对地面控制设备所管辖范围内列车进行安全逻辑控制。
11.根据权利要求10所述的运行控制系统，其特征在于，所述地面控制设备还包括安全控制中心，所述安全控制中心用于确定其所管辖范围内列车的线路，以及基于所述线路，地面控制设备中的安全控制中心加载线路模型、所述线路模型的工程配置数据以及所述线路上所有轨旁设备和地面控制设备所管辖范围内列车的车载设备的工程配置数据。
12.根据权利要求11所述的运行控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括车载设备、轨旁设备以及调度中心，所述车载设备、轨旁设备以及调度中心分别与所述地面控制设备进行通信，其中，
所述车载设备，用于采集列车状态信息和/或环境信息，并通过无线通信网络发送至所述地面控制设备中的虚拟车载设备模型，以及用于执行地面控制设备中的安全控制中心通过虚拟车载设备模型下发的控制命令；
所述轨旁设备，用于监测自身的状态信息和/或监测线路环境信息，并通过目标控制器发送给地面控制设备中的虚拟轨旁设备模型，以及用于执行地面控制设备中的安全控制中心通过虚拟轨旁设备模型下发的控制命令；
所述调度中心，用于控制和指挥所述地面控制设备中的安全控制中心，以实时监督、控制列车运行。
13.根据权利要求12所述的运行控制系统，其特征在于，所述地面控制设备中的安全控制中心还用于基于车载设备采集的列车状态信息、环境信息、轨旁设备的状态信息和/或线路环境信息，更新线路模型的状态、虚拟车载设备模型的状态、虚拟轨旁设备模型的状态中的一种或多种。
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