CN111776013A - 一种基于车车通信的列车自主控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于车车通信的列车自主控制系统及方法，包括列车自动监控系统ATS、目标控制器OC、车载子系统CC、标签阅读器子系统、查询应答器、以及数据通信系统DCS，所述的列车自动监控系统ATS与车载子系统CC连接，相邻列车的所述车载子系统CC相互通信连接，所述的控制系统还包括轨旁资源管理器WRC，所述的轨旁资源管理器WRC分别与列车自动监控系统ATS、车载子系统CC、目标控制器OC、标签阅读器子系统、查询应答器连接。与现有技术相比，本发明具有减少了数据信息在网络上的传输环节，提高了系统的运行效率等优点。

Description

一种基于车车通信的列车自主控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种列车自主控制系统及方法，尤其是涉及一种基于车车通信的列车自主控制系统及方法。
背景技术
传统的城市轨道交通CBTC(基于通信的列车控制系统)信号系统的轨旁资源管理和间隔防护以地面设备为核心，地面设备通过车地通信交互来告知车载设备，以保证列车的运行安全，但传统的CBTC信号系统中的资源管理和实际使用并不是同一个对象，导致设备间往返信息交互复杂，链路比较多，影响了信息传递的效率，同时系统中轨旁设备繁多，维护及实施成本比较高。
近期以车车通信为基础的列车控制系统成为了下一代列控系统的发展方向，以车载为控制核心，由车载设备根据运行任务计划进行路径规划，向轨旁目标控制器申请轨旁资源，轨旁目标控制器对轨旁资源进行分配并告知车载设备，车载设备通过与相邻列车直接进行通信，获取相邻列车的位置信息并主动进行移动授权计算，控制列车安全有效地运营。但这类系统在线路上设施了多个目标控制器，由目标控制器来进行轨旁资源的管理及分配，多个目标控制器之间存在信息交互及传输延时等问题，一定程度上制约了系统运行的效率。
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车车通信的列车自主控制系统及方法，减少了数据信息在网络上的传输环节，提高了系统的运行效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于车车通信的列车自主控制系统，包括列车自动监控系统ATS、目标控制器OC、车载子系统CC、标签阅读器子系统、查询应答器、以及数据通信系统DCS，所述的列车自动监控系统ATS与车载子系统CC连接，相邻列车的所述车载子系统CC相互通信连接，所述的控制系统还包括轨旁资源管理器WRC，所述的轨旁资源管理器WRC分别与列车自动监控系统ATS、车载子系统CC、目标控制器OC、标签阅读器子系统、查询应答器连接；
所述的车载子系统根据接收的运行任务计划，对运行路径进行规划，向轨旁资源管理器WRC申请所需的轨旁资源，车载子系统获取WRC分配好的资源后，自主控制列车进行运行，当车载不需要这些资源后，主动发起释放该资源的申请；列车通过与相邻列车直接进行通信，获取相邻列车的位置及运行范围信息，主动计算出运行所需的移动授权。
优选地，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF1与列车自动监控系统ATS连接；
所述的车载子系统CC周期性地将列车的位置信息发送给列车自动监控系统ATS，列车自动监控系统ATS将列车运行计划和人工调整信息发给车载子系统CC。
优选地，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF2与轨旁资源管理器WRC连接；
所述的车载子系统CC将列车位置信息发给轨旁资源管理器WRC，并根据运行计划向轨旁资源管理器WRC发送轨旁资源申请及释放信息，轨旁资源管理器WRC将列车序列信息、资源分配与回收信息、以及线路设备状态信息发送给车载子系统CC，另外轨旁资源管理器WRC还能向相邻列车发送故障列车位置信息。
优选地，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF3与目标控制器OC连接；
所述的轨旁资源管理器WRC向目标控制器OC发送轨旁设备驱动命令，目标控制器OC将轨旁设备的状态反馈给轨旁资源管理器WRC。
优选地，相邻所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF4通信连接；
所述的车载子系统CC向相邻列车的车载子系统CC互相发送列车位置信息，以及主动计算的运行范围信息。
优选地，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF5与查询应答器连接；
所述的车载子系统CC读取查询应答器的报文，实现列车的绝对定位信息。
优选地，所述的列车自动监控系统ATS通过无线网络接口ITF6与轨旁资源管理器WRC连接；
所述的列车自动监控系统ATS向轨旁资源管理器WRC发送轨旁设备控制命令，以及列车运行计划信息。
优选地，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF7与标签阅读器子系统连接；
所述的轨旁资源管理器WRC获取标签阅读器子系统检测到的列车位置信息，当车载子系统CC发生故障后，安装在列车上的标签阅读器子系统仍能读取线路上的标签，从而实现列车位置的检测。
优选地，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF8与查询应答器连接；
所述的查询应答器线读取线路上的应答器ID，并将应答器ID信息直接发送给轨旁资源管理器WRC，实现故障列车的位置检测。
一种用于所述的基于车车通信的列车自主控制系统的方法，包括以下步骤：
1)列车各自根据运行计划向WRC申请轨旁资源；
2)WRC收到资源申请后，对资源申请进行合理性判断，如果资源申请不合法，则拒绝该申请，如果申请合法，则存放在申请列表中，进入到资源分配处理环节；
3)判断所请求的资源是否处于未分配状态，如果该资源未被分配，则进入到步骤5)；否则，进入到资源冲突判断，执行步骤4)；
4)如果请求的资源与当前资源所处的分配状态冲突，该请求被拒绝，否则，进入到步骤5)；
5)判断请求的资源与当前资源状态是否一致，如果不一致，则进入步骤6)；否则，进入步骤7)；
6)WRC根据请求的资源状态向OC输出驱动轨旁设备的命令；
7)当轨旁设备状态与请求的资源状态一致后，则对该资源进行分配；
8)WRC向列车反馈资源分配的状态；
9)当列车不再需要该资源时，则CC向WRC申请释放该资源。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)基于车车通信的列车控制系统中的WRC负责管理全线的资源分配与回收，对列车资源请求进行冲突管理，确保不会对冲突的资源请求进行分配，保证了系统的安全性，同时对来自不同列车且没有冲突的资源请求进行响应，提高了系统的效率；
2)系统只需要全线设置一套WRC设备，不涉及到跨WRC控制区的处理，简化了轨旁的接口及信息交互；
3)WRC作为故障列车的备份，负责接管故障列车并替代故障列车进行资源的申请及相邻列车的信息交互，降低了故障列车对通信列车的影响；
4)基于车车通信的列车控制系统中的OC与OC之前不需要接口，避免了数据的横向传输；
5)标签阅读器子系统能够检测列车的位置，当车载CC发生故障后，标签阅读器子系统能正确识别出故障列车所在区域内的列车信息，并将列车位置信息上传给WRC，由WRC实现故障列车位置的跟踪。
6)在没有布置标签阅读器时，当车载CC发生故障后，使用线路上的应答器能识别出故障列车所在应答器区间的信息，并上传给WRC，由WRC实现故障列车的位置跟踪。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的接口示意图；
图4为列车正线运营示意图；
图5为本发明的轨旁资源分配与回收处理示意图；
图6为本发明的轨旁资源分配与回收流程图；
图7为本发明故障列车的处理示意图。
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。
本发明基于车车通信的列车自主控制系统(TACS信号系统，Train AutonomousControl System)在车车通信的基础上，全线设置一套轨旁资源管理器(WRC)，负责管理轨旁的资源分配，大大减少了轨旁设备数量，简化了系统之间的接口，使数据信息的传输路径减少，提高了系统的运营效率，同时也使得系统维护及实施工作量大为减少，降低了产品全生命周期的成本。此外在列车发生故障时，由WRC负责故障列车的接管，继续维护故障列车的位置信息及对外接口，不会造成通信列车降级运行，减少了故障对运营的影响。
基于车车通信的列车自主控制系统以车载子系统为核心，车载子系统根据接收的运行任务计划，对运行路径进行规划，从而确定运行范围内需要使用的轨旁资源，并向轨旁资源管理器(WRC)申请所需的轨旁资源，车载获取WRC分配好的资源后，车载自主控制列车进行运行，当车载不再需要这些资源后，主动发起释放该资源的申请；列车通过与相邻列车直接进行通信，获取相邻列车的位置及运行范围信息，主动计算出运行所需的移动授权，不再经由轨旁设备转换，减少了数据信息在网络上的传输环节，提高了系统的运行效率。
基于车车通信的列车自主控制系统的工作流程如图1所示：
①ATS向列车B下发运行任务计划；
②列车B根据收到的运行任务，规划出运行路径，根据运行路径向轨旁资源管理器(WRC)发送轨旁资源申请；
③WRC向目标控制器(OC)输出驱动轨旁设备的命令并接收设备状态；
④WRC向列车B回复资源分配状态；
⑤列车B与相邻列车A进行位置及运行范围交互；
⑥列车B根据所分配的资源及相邻列车的运行范围，自主计算出移动授权(MA)，实现列车自主运行；
如图2所示，基于车车通信的列车自主控制系统包括列车自动监控系统ATS、轨旁资源管理器WRC、目标控制器OC、车载子系统CC、标签阅读器子系统，查询应答器、数据通信系统DCS。其中ATS子系统负责监督和控制列车的运营，具有列车追踪运行、报警和事件报告，运行调整，操作控制等功能；轨旁资源管理器WRC负责轨旁资源分配与回收，列车序列管理，列车位置信息维护等功能；目标控制器OC负责轨旁设备的驱动与状态采集功能；车载子系统CC负责列车位置计算，列车路径规划，轨旁资源申请及释放，列车主动移动授权计算等功能；标签阅读器子系统负责列车位置检测功能；查询应答器负责提供应答器ID信息以更确定列车在线路中的绝对位置；DCS子系统通过冗余有线骨干网实现轨旁设备间的通信，通过无线网络实现列车与地面设备之间及列车与列车之间的双向实时通信。
基于车车通信的列车自主控制系统各子系统之间的接口如图3所示，利用无线网络接口ITF1,CC周期性地将列车的位置信息发送给ATS，ATS将列车运行计划，人工调整信息等发给CC；利用无线网络接口ITF2，CC将列车位置信息发给WRC，并根据运行计划向WRC发送轨旁资源申请及释放信息，WRC将列车序列信息，资源分配与回收信息，线路设备状态信息发送给CC，另外WRC还能向相邻列车发送故障列车位置信息；利用冗余骨干网接口ITF3，WRC向OC发送轨旁设备驱动命令，OC将轨旁设备的状态反馈给WRC；利用无线网络接口ITF4，车载子系统CC向相邻列车的车载子系统CC互相发送列车位置信息，以及主动计算的运行范围信息；利用无线接口ITF5，CC读取应答器的报文，实现列车的绝对定位信息；利用冗余骨干网接口ITF6，ATS向WRC发送轨旁设备控制命令，以及列车运行计划信息；利用无线网络接口ITF7，WRC获取标签阅读器子系统检测到的列车位置信息，当CC发生故障后，安装在列车上的标签阅读器仍能读取线路上的标签，从而实现列车位置的检测；如果线路上没有布置标签阅读器，则当CC发生故障时，也可以通过线路上的应答器位置信息来实现故障列车的位置检测，即通过接口ITF8，查询应答器线读取线路上的应答器ID，查询应答器将应答器ID信息直接发送给轨旁资源管理器WRC，实现故障列车的位置检测。
具体实施例
基于车车通信的列车自主控制系统，轨旁资源的请求与分配是一个关键内容，当列车A、B、C各自根据ATS的运行计划，都向道岔P1运行时(如图4所示)，列车A、B、C先后向WRC发送道岔P1资源的申请(如图5所示)，WRC收到列车的申请后，会根据资源申请来向OC输出驱动轨旁设备的命令，从而实现对轨旁资源的分配，详细的资源分配过程工作流程如图6所示：
①列车各自根据运行计划向WRC申请轨旁资源；
②WRC收到资源申请后，对资源申请进行合理性判断，如果资源申请不合法，则拒绝该申请，如果申请合法，则存放在申请列表中，进入到资源分配处理环节；
③判断所请求的资源是否处于未分配状态，如果该资源未被分配，则进入到第⑤步骤；否则，进入到资源冲突判断；
④如果请求的资源与当前资源所处的分配状态冲突，该请求被拒绝，否则，进入到第⑤步骤；
⑤判断请求的资源与当前资源状态是否一致，如果不一致，则进入第⑥步骤；否则，进入第⑦步骤；
⑥WRC根据请求的资源状态向OC输出驱动轨旁设备的命令；
⑦当轨旁设备状态与请求的资源状态一致后，则对该资源进行分配；
⑧WRC向列车反馈资源分配的状态；
⑨当列车不再需要该资源时，则CC向WRC申请释放该资源；
基于车车通信的列车自主控制系统，列车发生故障后的处理也是重要的内容，如图7所示，列车A、B、C依次在正线上运营，当列车B发生故障后，列车B的车载CC丢失了与其他设备的通信，列车A、C的车载CC无法直接与列车B的车载CC进行通信，但列车B上的标签阅读器或查询应答器仍能检测到线路上的标签或应答器信息，可以继续向WRC发送列车B占用线路区段的位置信息，WRC结合列车B车载CC发生故障前汇报的位置信息以及列车B上传的标签或应答器位置信息，继续维护此故障列车的运行状态、列车位置信息以及相邻列车信息，并代替故障列车的车载CC接收ATS的列车运行任务，进行资源申请和释放处理，同时向相邻列车发送故障列车的位置及运行范围信息，从而不会造成通信列车降级，只会影响通信列车的可运行范围，降低了故障列车对通信列车的影响，提高了系统的可用性。
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)

1.一种基于车车通信的列车自主控制系统，包括列车自动监控系统ATS、目标控制器OC、车载子系统CC、标签阅读器子系统、查询应答器、以及数据通信系统DCS，所述的列车自动监控系统ATS与车载子系统CC连接，相邻列车的所述车载子系统CC相互通信连接，其特征在于，所述的控制系统还包括轨旁资源管理器WRC，所述的轨旁资源管理器WRC分别与列车自动监控系统ATS、车载子系统CC、目标控制器OC、标签阅读器子系统、查询应答器连接；
所述的车载子系统根据接收的运行任务计划，对运行路径进行规划，向轨旁资源管理器WRC申请所需的轨旁资源，车载子系统获取WRC分配好的资源后，自主控制列车进行运行，当车载不需要这些资源后，主动发起释放该资源的申请；列车通过与相邻列车直接进行通信，获取相邻列车的位置及运行范围信息，主动计算出运行所需的移动授权。
2.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF1与列车自动监控系统ATS连接；
所述的车载子系统CC周期性地将列车的位置信息发送给列车自动监控系统ATS，列车自动监控系统ATS将列车运行计划和人工调整信息发给车载子系统CC。
3.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF2与轨旁资源管理器WRC连接；
所述的车载子系统CC将列车位置信息发给轨旁资源管理器WRC，并根据运行计划向轨旁资源管理器WRC发送轨旁资源申请及释放信息，轨旁资源管理器WRC将列车序列信息、资源分配与回收信息、以及线路设备状态信息发送给车载子系统CC，另外轨旁资源管理器WRC还能向相邻列车发送故障列车位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF3与目标控制器OC连接；
所述的轨旁资源管理器WRC向目标控制器OC发送轨旁设备驱动命令，目标控制器OC将轨旁设备的状态反馈给轨旁资源管理器WRC。
5.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，相邻所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF4通信连接；
所述的车载子系统CC向相邻列车的车载子系统CC互相发送列车位置信息，以及主动计算的运行范围信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的车载子系统CC通过无线网络接口ITF5与查询应答器连接；
所述的车载子系统CC读取查询应答器的报文，实现列车的绝对定位信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的列车自动监控系统ATS通过无线网络接口ITF6与轨旁资源管理器WRC连接；
所述的列车自动监控系统ATS向轨旁资源管理器WRC发送轨旁设备控制命令，以及列车运行计划信息。
8.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF7与标签阅读器子系统连接；
所述的轨旁资源管理器WRC获取标签阅读器子系统检测到的列车位置信息，当车载子系统CC发生故障后，安装在列车上的标签阅读器子系统仍能读取线路上的标签，从而实现列车位置的检测。
9.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的列车自主控制系统，其特征在于，所述的轨旁资源管理器WRC通过无线网络接口ITF8与查询应答器连接；
所述的查询应答器线读取线路上的应答器ID，并将应答器ID信息直接发送给轨旁资源管理器WRC，实现故障列车的位置检测。
10.一种用于权利要求1所述的基于车车通信的列车自主控制系统的方法，特征在于，包括以下步骤：
1)列车各自根据运行计划向WRC申请轨旁资源；
2)WRC收到资源申请后，对资源申请进行合理性判断，如果资源申请不合法，则拒绝该申请，如果申请合法，则存放在申请列表中，进入到资源分配处理环节；
3)判断所请求的资源是否处于未分配状态，如果该资源未被分配，则进入到步骤5)；否则，进入到资源冲突判断，执行步骤4)；
4)如果请求的资源与当前资源所处的分配状态冲突，该请求被拒绝，否则，进入到步骤5)；
5)判断请求的资源与当前资源状态是否一致，如果不一致，则进入步骤6)；否则，进入步骤7)；
6)WRC根据请求的资源状态向OC输出驱动轨旁设备的命令；
7)当轨旁设备状态与请求的资源状态一致后，则对该资源进行分配；
8)WRC向列车反馈资源分配的状态；
9)当列车不再需要该资源时，则CC向WRC申请释放该资源。
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