CN111391889A - 一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，包括ATC设备、轨旁ATS设备、轨旁CI设备，所述的ATC设备包括车载ATC设备与轨旁ATC设备，所述的车载ATC设备包括ATO模块和ATP模块，所述的ATP模块分别与轨旁ATC设备、轨旁CI设备、轨旁ATS设备连接，所述的信号系统还包括出站信号机、停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器，所述的出站信号机与设计的停车点之间设有间距S2，所述的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器沿车头至车尾方向依次布置在站台轨旁。与现有技术相比，本发明具有确保安全与运营效率前提下布署的轨旁应答器数量最少，减少项目成本等优点。

Description

一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统

技术领域

本发明涉及一种列车控制的信号系统，尤其是涉及一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统。

背景技术

查询应答器(以下简称应答器)是城市轨道交通实现车地通信、列车定位校准的信号基础设备、对实现列车安全运营、提高运营效率具有重要意义。

应答器系统主要由车载设备与地面设备组成，车载设备由应答器查询主机、应答器天线及天线电缆组成，地面设备由无源应答器、有源应答器及轨旁电子单元(LEU)组成；

无源应答器存储固定信息，平时处于休眠状态，当列车经过地面无源应答器上方，无源应答器接收到车载应答器天线发射的电磁能量后，使其转化为电能，并使地面应答器电子电路工作，把存储在地面应答器的固定信息循环发送出去，车载应答器天线进行接收，直到车载应答器天线远离地面应答器。

有源应答器通过电缆与LEU相连接，LEU与轨旁联锁系统相连，列车经过地面有源应答器上方，有源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，使其转化为电能，并使地面有源应答器电子电路工作，把存储在地面有源应答器数据及通过LEU获取的轨旁设备实时状态循环发送出去，车载应答器天线进行接收，直到车载应答器天线远离地面有源应答器，当LEU设备故障或通信故障时，有源应答器将变为无源应答器工作模式，发送固定信息。有源应答器应用在非连续式点式后备移动闭塞信号系统中。

应答器布署的数量、安装位置直接影响线路安全、运营效率、项目成本。布署太多会增加项目设备成本及安装布署成本，布署太少影响安全、运营效率、停车精度。

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应答器的列车准确停车控制的信号系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，包括ATC设备、轨旁ATS设备、轨旁CI设备，所述的ATC设备包括车载ATC设备与轨旁ATC设备，所述的车载ATC设备包括ATO模块和ATP模块，所述的ATP模块分别与轨旁ATC设备、轨旁CI设备、轨旁ATS设备连接，所述的信号系统还包括出站信号机、停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器，所述的出站信号机与设计的停车点之间设有间距S2，所述的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器沿车头至车尾方向依次布置在站台轨旁。

优选地，所述的S2设置为5米至7米。

优选地，所述的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器均成对设置，分别设置在车头和车尾对应的站台轨旁。

优选地，所述的信号系统还包括车载应答器，该车载应答器包括应答器主机和应答器天线。

优选地，所述的停准应答器与应答器天线之间的距离为L0，该L0为1.3米至1.5米。

优选地，所述的第二接近应答器到应答器天线的距离为L1，该L1<＝(S2-1)/G％，其中G％为列车运行紧致时最大定位偏差率。

优选地，所述的第一接近应答器到应答器天线距离为L2，设置为3倍L1。

优选地，车尾的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器与车头布署一致。

优选地，若停车点距离出站信号机小于S2，所述的停准应答器与第二接近应答器之间增加布署一对第三应答器。

优选地，所述的第三应答器布署位置，在停准应答器与第二接近应答器中间并靠近停准应答器1/4至1/5位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明考虑列车进站在站台能停准情况下，确保安全与运营效率前提下布署的轨旁应答器数量最少，减少项目成本。

2)本发明布署的轨旁应答器数量支持列车全自动运行，支持车门与屏蔽门联动，可实现自动开关门。

3)本发明考虑了现场实施环境，可在一定范围内根据安装环境进行调整，避免由于安装原因修改设计。

4)本发明布置方法支持有人驾驶和全自动无人驾驶线路，成功运用在北京、上海、成都、武汉、深圳等多个城市轨道交通信号系统，运行效果良好。

附图说明

图1为车载应答器天线安装位置示意图；

图2为站台轨旁车头应答器安装位置示意图；

图3为站台轨旁车头车尾应答器安装位置示意图；

图4为停车点距离出站信号机较短时站台轨旁车头车尾应答器安装位置示意图；

图5为站台轨旁车尾应答器在道岔区域安装位置示意图。

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。

基于应答器的列车准确停车控制的信号系统具体如下：

1、所述准确停车为信号系统中，基于通信的列车自动控制系统(CBTC)自动驾驶模式ATO停车。

2、所述信号系统包含ATC设备、ATS设备、CI设备、MSS设备，DCS设备；其中ATC设备包含车载ATC设备与轨旁ATC设备。

3、其中车载ATC设备，含车头车尾两端各一套，每套车载ATC设备与对应端速度传感器和应答器车载处理模块相连，其中速度传感器安装在列车制动轴，应答器包含轨旁设备和车载设备，轨旁设备为地面应答器、车载设备为应答器主机、应答器天线及连接电缆；每套车载ATC包含自动列车驾驶ATO和自动列车防护ATP模块，其中两端ATP通过网络相连接，两端ATO通过网络相连接，ATO根据两端信息健康度比较，选择一端为主用，其中ATO负责列车自动驾驶，自动开关门等，ATP负责行车安全，超速防护、车门允许打开等；与车辆接口通过硬线和网络相连，安全输入输出均通过硬线实现，与轨旁ATC设备、轨旁CI设备、轨旁ATS设备通过无线通信实现信息交互。

4、为提高列车进站速度，设计站台出站信号机为可接近(即在出站信号机到区间方向设置一段距离为保护距离)。

5、列车速度传感器安装在制动轴，车载ATC在计算列车位置存在一定偏差，称为定位偏差，定位偏差与列车经过应答器行驶的距离及偏差率有关。偏差率与车辆、速度传感器、信号等参数有关，偏差率采用最坏情况下数值G％，超过列车限制的最大减速度并持续一定时间，系统将判断为打滑，并将产生紧致。

6、设计的停车点(列车车头顶端位置)距离出站信号机为S2，距离太长会影响司机瞭望信号灯，距离太近需增加站台应答器布署数量，停车点与出站信号机距离S2一般设置在5米至7米左右。

7、为保证列车ATO驾驶停准停稳，在站台轨旁布署一对停准应答器(含车头、车尾)、一对第一接近应答器(含车头、车尾)、一对第二接近应答器(含车头、车尾)。列车ATO模式进站，应答器天线主要通过在站台布置的3个应答器，其中2个应答器主要用于ATO模块自动运行、1个应答器主要用于ATP模块屏蔽门与车门对准。两个应答器分别为第一接近应答器、第二接近应答器；列车车头进站首先读取的为第一接近应答器，第二次读取到的为第二接近应答器；用于ATP模块屏蔽门与车门对准应答器为停准应答器。

8、停准应答器布置需结合如下几个因素进行考虑：

经过停准应答器后，进行列车定位校准，从停准应答器到停车点运行距离产生的定位误差要小于车门与屏蔽门偏差(如0.5米)，不会影响乘客上下车，对于从停准应答器到停车点运行产生的定位误差，与运行距离及制动时产生的定位偏差率有关；该功能影响乘客安全上下车，为ATP安全功能，列车判断停准后，进行给车辆发送切除牵引、制动施加命令，得到车辆成功反馈后，信号车载设备会发出允许车门打开，此时可根据驾驶模式和车门模式，系统自动或人工打开车门和屏蔽门。

9、第二接近应答器布置需结合如下几个因素进行考虑：

经过第二接近应答器，列车可进行定位校准，对于前面ATO运行存在的偏差，经过该应答器后识别出误差，通过运行在第二接近应答器到停准应答器进行调整；

第二接近应答器到停准应答器距离太短，会导致调整余量很小。

第二接近应答器到停准应答器距离太长，列车经过这段距离定位误差会更多，如出站信号机红灯，列车位置与最大定位误差不允许超过红灯信号机，可能会导致列车无法停到停车点。

第二接近应答器到应答器天线(列车停在停车点时)的距离为L1，停车点到出站信号机距离为S2，列车运行紧致时最大定位偏差率G％，考虑停车点与出站信号机存在现场安装误差，设计时需要考虑1米左右安装误差，L1<＝(S2-1)/G％，考虑一点余量空间。

10、第一接近应答器布置需结合如下几个因素进行考虑：

11、第一接近应答器到第二接近应答器不能设置距离太远，太远会导致在此区间ATO运行产生的误差较大，在后续运行调整不过来。第一接近应答器到第二接近应答器不能设置距离太近，太近会导致成本增加。同时考虑列车进站速度，列车运营间隔等因素。

第一接近应答器到应答器天线距离(列车停在停车点时)为L2，设置为3倍L1(第二接近应答器到查询器天线距离)。

12、针对车尾ATC车载设备，轨旁应答器布署方法与车头布署方法一致。

13、针对车尾第二接近应答器，如安装位置在道岔区域，为避免定位、反位距离较近，列车经过时错误读取应答器信息，需要将该应答器进行删除，并且在道岔前后分别增加应答器进行代替。所述应答器在道岔区域范围内，指岔尖到岔后定位或反位一定距离，此距离与线路相关参数、ATC参数有关。增加的岔前应答器一般为岔前1米左右，增加的岔后应答器一般在范围距离之外，并确保满足上述9第二接近应答器布署要求。

14、因现场安装环境，停车点距离信号机小于距离S2，需在停准应答器与第二接近应答器之间增加布署一对应答器(含车头、车尾)，目的是避免信号机红灯，列车最大定位误差超过信号机，导致列车停不到停车点欠停现象。应答器布署位置，在停准应答器与第二接近应答器中间并靠近停准应答器1/4至1/5位置。

15、本发明主要指列车进站确保ATO驾驶能停准时，轨旁应答器布置方案，不考虑基于点式后备情况列车离站，获取出站信号机的有源应答器。

16、本发明仅考虑站台单向进行停准情况，不考虑反向运行。

具体实施例

1)车载应答器天线安装位置为车头第一车轴与第二车轴之间，车尾第一车轴与第二车轴之间，车载应答器天线距离车端距离为S1，一般为3-4米，如图1。

2)停车点距离出站信号机距离太长将影响司机瞭望信号灯，距离太近需增加站台应答器布署数量，停车点距离出站信号机S2一般设置在5米至7米左右，如图2。

3)列车ATO模式进站，安装在车头应答器天线接收到轨旁应答器信息，对列车进行位置较准，ATO模块根据校准信息进行计算误差，并将误差在后续行程进行调整，ATP模块根据定位校准信息与速度传感器计算的距离进行对比，进行消除定位误差。

4)列车经过停准应答器后，进行列车定位校准，从停准应答器到停车点允许产生的定位误差要小于车门与屏蔽门的偏差，这样不影响乘客上下车，停准应答器到停车点的定位误差与运行距离、及制动时产生的定位误差率有关，停准应答器布署在离应答器天线位置(列车在停车点时)为L0，一般为1.3米至1.5米，如图2；

5)车头应答器1(车头第二接近应答器)距离应答器天线(列车在停车点时)为L1，与停车点距离出站信号机距离S2、列车运行紧致时最大偏差率G％有关，考虑停车点与出站信号机存在现场安装误差，设计时需要考虑1米左右安装误差，L1小于等于(S2-1)/G％，并考虑一点余量空间，如图2。

6)车头应答器2(车头第一接近应答器)距离应答器天线(列车在停车点时)为L2，L2长度为L1的3倍左右。综合考虑列车进站速度、列车运营间隔、应答器布署数量成本等因素，如图2。

7)轨旁车尾应答器1，轨旁车尾应答器2，轨旁车尾停准应答器布署距离与车头方法一致。车尾停准应答器距离车尾应答器天线(列车在停车点)为L0，车尾应答器1距离车尾应答器天线(列车在停车点)为L1，车尾应答器2距离车尾应答器天线(列车在停车点)为L2，如图3。

8)当停车点距离信号机小于S2，需在停准应答器与第二接近应答器之间增加布署一对应答器(含车头、车尾)，增加的应答器布署在停准应答器与第二接近应答器中间并靠近停准应答器1/4至1/5位置。考虑的是当出站信号机红灯，列车到达停车点前最大定位误差不允许超过信号机红灯，否则ATP模块将输出紧制命令，ATO模块为避免ATP模块输出紧制命令，可能会导致列车停不到停车点欠停现象，为避免此现象发生，车头、车尾需增加此应答器，如图4。

9)当车尾第二接近应答器位于道岔区域范围内，导致道岔定位、反位上面的应答器布署太近，此时需要将此应答器删除，并在道岔岔前、岔后增加应答器进行代替，增加的岔前应答器一般布署离岔尖1米左右，岔后应答器布署一般满足要求，一是在道岔区域范围之外，二是满足第二接近应答器布署要求。所述道岔区域范围与线路参数、ATC参数等有关，一般该参数为岔尖到岔后25米-28米左右，如图5。

通过采用本布署方案，确保安全与运营效率前提下，列车在站台停准情况，布署的轨旁应答器数量最少，可减少项目成本，方案支持有人驾驶和全自动无人驾驶，支持车门与屏蔽门联动，可实现自动开关门。方案成功运用在北京、上海、成都、武汉、深圳等多个城市轨道交通信号系统，运行效果良好。

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 (10)

1.一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，包括ATC设备、轨旁ATS设备、轨旁CI设备，所述的ATC设备包括车载ATC设备与轨旁ATC设备，所述的车载ATC设备包括ATO模块和ATP模块，所述的ATP模块分别与轨旁ATC设备、轨旁CI设备、轨旁ATS设备连接，其特征在于，所述的信号系统还包括出站信号机、停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器，所述的出站信号机与设计的停车点之间设有间距S2，所述的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器沿车头至车尾方向依次布置在站台轨旁。

2.根据权利要求1所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的S2设置为5米至7米。

3.根据权利要求1所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器均成对设置，分别设置在车头和车尾对应的站台轨旁。

4.根据权利要求1所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的信号系统还包括车载应答器，该车载应答器包括应答器主机和应答器天线。

5.根据权利要求4所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的停准应答器与应答器天线之间的距离为L0，该L0为1.3米至1.5米。

6.根据权利要求4所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的第二接近应答器到应答器天线的距离为L1，该L1<＝(S2-1)/G％，其中G％为列车运行紧致时最大定位偏差率。

7.根据权利要求6所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的第一接近应答器到应答器天线距离为L2，设置为3倍L1。

8.根据权利要求3所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，车尾的停准应答器、第一接近应答器和第二接近应答器与车头布署一致。

9.根据权利要求1所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，若停车点距离出站信号机小于S2，所述的停准应答器与第二接近应答器之间增加布署一对第三应答器。

10.根据权利要求9所述的一种基于应答器的列车准确停车控制的信号系统，其特征在于，所述的第三应答器布署位置，在停准应答器与第二接近应答器中间并靠近停准应答器1/4至1/5位置。

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