CN112960017A - 一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运行控制系统及方法，属于轨道交通技术领域，具体是涉及一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统及方法。该系统及方法将车载核心计算功能在地面实现，车载仅保留部分执行功能的部件，同时使用雾计算来实现地面集中控制，下地后的车载功能，如曲线计算，与地面的ZC功能融合后通过雾计算产生列车运行控制指令，通过车地无线，发送到车载执行；车站仅保留电子执行单元和终端。该系统及方法车辆模型虚拟化，不同列车的物理模型部署在雾计算中心，可通过参数配置和数学模型配置适应不同的车型和车辆性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种运行控制系统及方法，属于轨道交通技术领域，具体是涉及一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统及方法。
背景技术
基于通信的列车控制(CBTC)是目前广泛应用于城市轨道交通系统的成熟技术。CBTC系统集计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术于一体，可以实现轨道交通系统高密度、小间隔运行。
但是现有的CBTC系统中，车载硬件设备多，功能模块复杂，而车辆本身的环境(长期振动、电磁环境、温度变化)并不利于复杂逻辑运算的电子产品安全可靠运行。在现有的CBTC系统中，车载、轨旁设备采用专有计算设备，系统较为封闭，无法满足现阶段日益增长的业务需求。同时现有系统计算能力较弱、效率低，存在系统扩展、升级困难问题。传统CBTC中，轨旁设备数量多，将很大程度提高系统维护成本；同时设备数量的增加，理论上导致了故障率的升高。并且轨旁设备位置各异，造成故障定位困难且检修效率降低，从而严重影响系统的运行效率。
发明内容
本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统及方法。该系统及方法将车载核心计算功能在地面实现，车载仅保留部分执行功能的部件，同时使用雾计算来实现地面集中控制，下地后的车载功能，如曲线计算，与地面的ZC功能融合后通过雾计算产生列车运行控制指令，通过车地无线，发送到车载执行；车站仅保留电子执行单元和终端。该系统及方法车辆模型虚拟化，不同列车的物理模型部署在雾计算中心，可通过参数配置和数学模型配置适应不同的车型和车辆性能。
为解决上述问题，本发明的方案是：
一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，包括：
地面设备，包括雾计算服务器，所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
轨旁设备，采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的控制命令；
车载设备，用于执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，所述轨旁设备采集线路中信号机、道岔、零散设备的状态信息。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，地面设备还包括：网络通信单元，用于通过无线网络和有线网络与轨旁设备和车载设备进行连接和通信，接收轨旁设备发送的设备状态信息，接收车载设备发送过来的列车运行数据和状态信息，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令和业务数据。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，所述雾计算服务器包括联锁雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息，计算列车进路，完成联锁计算功能，并向轨旁设备发送联锁控制命令。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，所述雾计算服务器包括排序雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的列车运行数据和轨旁设备状态，计算列车移动授权，并向列车单元发送列车运行控制命令。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，所述雾计算服务器包括列车单元雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到车载设备的速度位置信息、排序雾计算发送的最新的移动授权生成速度-距离曲线，发送到车载设备。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，所述雾计算服务器包括ATS雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息和列车状态信息，完成列车自动监督功能，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令。
一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，包括：
在地面设备设置雾计算服务器，利用所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
通过轨旁设备采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备以及接收并执行地面设备下发的控制命令；
利用车载设备执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，所述轨旁设备采集线路中信号机、道岔、零散设备的状态信息。
优选的，上述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，在地面设备设置网络通信单元，利用所述网络通信单元通过无线网络和有线网络与轨旁设备和车载设备进行连接和通信，接收轨旁设备发送的设备状态信息，接收车载设备发送过来的列车运行数据和状态信息，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令和业务数据。
因此，本发明的优点是：本发明利用雾计算技术，将系统的功能统一整合到地面，车载和轨旁仅保留部分极简功能，因而使得系统层次简化，也使得系统故障隐患减少，提高了系统的可用性。
本发明将部分车载功能下地，从而使车载设备简化为车载执行单元，简化后的车载执行单元可更好与车辆TCMS(车辆网络系统)系统深度融合，有利于减少信号车载设备与车辆布线，压缩车辆物理空间，提升控车效率，提升ATO节能水平，降低车载设备总体制造成本。
本发明利用雾计算技术，将联锁运算、移动授权计算、速度距离曲线计算等复杂的运算部署到性能强劲的雾服务器上，这将大大的提高系统处理信息的能力和速度，从而有效的提高了系统的效率。
本发明利用通用服务器搭建雾计算平台，可以减少由专业硬件与软件不兼容的问题，提高了系统的可靠性和可用性。
本发明通过做强地面雾计算平台架构，精简车载，更有利于简化信号与车辆的接口关系，压缩与车辆谈判、安装、调试工期，更有利于车辆的灵活解编和资源共享。
附图说明
并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
图1基于雾计算的车载下地列车运行控制系统架构；
将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
实施例
随着传感器技术、网络技术、雾计算技术的飞速发展，通过网络按需提供动态伸缩的廉价计算服务的雾计算也渗入到社会生活的各个方面。雾计算是对云计算概念的延伸，它主要使用的是边缘网络中的设备，数据传递具有极低时延。雾计算将数据、数据处理和应用程序集中在网络边缘的设备中，而不像云计算那样将它们几乎保存在云中，数据的存储和处理更依赖本地设备。基于雾计算研发轨道交通列车运行控制系统在降低造价、减少列控设备复杂性等方面有突出优势。目前，尚没有投入使用基于雾计算的车载下地列车运行控制系统。
基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，利用雾计算技术(一种私有云或专业云)，将列控核心计算纳入信号私有云中心。通过雾计算，对硬件资源进行统一调度和管理，构成一个资源池对外提供服务，列控系统按照自身需求向资源池申请资源；雾计算规模可以动态伸缩，满足列控系统应用规模增长的需求。
本实施例中，车载核心计算功能在地面实现，车载仅保留部分执行功能的部件。同时使用雾计算来实现地面集中控制，下地后的车载功能，如曲线计算，与地面的ZC功能融合后通过雾计算产生列车运行控制指令，通过车地无线，发送到车载执行；车站仅保留电子执行单元和终端。
本实施例中，车辆模型虚拟化，不同列车的物理模型部署在雾计算中心，可通过参数配置和数学模型配置适应不同的车型和车辆性能。本实施例中，采用基于通信的固定闭塞ATC系统降级方案代替传统CBTC的点式降级方案。
本实施例首先提出了一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其包括：地面设备、轨旁设备、车载设备。
本实施例的地面设备包括雾计算服务器，所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
本实施例的轨旁设备采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的控制命令；
本实施例的车载设备用于执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
本实施例的雾计算服务器的类型有联锁雾计算服务器、排序雾计算服务器、列车单元雾计算服务器、ATS雾计算服务器。
联锁雾计算服务器根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息，计算列车进路，完成联锁计算功能，并向轨旁设备发送联锁控制命令。
排序雾计算服务器根据网络通信单元接收到的列车运行数据和轨旁设备状态，计算列车移动授权，并向列车单元发送列车运行控制命令。
列车单元雾计算服务器，根据网络通信单元接收到车载设备的速度位置信息、排序雾计算发送的最新的移动授权生成速度-距离曲线，发送到车载设备。
ATS雾计算服务器，根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息和列车状态信息，完成列车自动监督功能，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令。
本实施例还提供一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，包括：
在地面设备设置雾计算服务器，利用所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
通过轨旁设备采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备以及接收并执行地面设备下发的控制命令；
利用车载设备执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
其中，地面设备、轨旁设备，车载设备的功能和结构与基于雾计算的车载下地列车运行控制系统中的地面设备、轨旁设备，车载设备相同。
采用上述系统和方法后，本发明实施例的基于雾计算的车载下地列车运行控制系统的应用过程包括：
车载设备上电，地面列车单元雾计算服务器为对应的车载设备分配列车单元计算资源，后续列车单元完成相应的列车控制命令计算。
列车运行时，车载设备时刻负责采集列车的各种状态信息，并通过无线网络发送给地面排序雾计算服务器，排序服务器根据接收到的列车信息，轨旁设备状态信息，生成列车的移动授权信息，并将移动授权信息发送给对应的列车单元雾计算服务器。列车单元雾计算服务器根据列车信息及移动授权信息，生成相关速度距离曲线，并将速度距离曲线信息发送给对应车载设备。
联锁雾计算服务器接收轨旁设备的相关数据，并接收其他雾计算服务器下发的指令，做出道岔控制及开放进路等相关动作
通过以上描述可知，本实施例利用雾计算技术，将系统的功能统一整合到地面，车载和轨旁仅保留部分极简功能，因而使得系统层次简化，也使得系统故障隐患减少，提高了系统的可用性。
本实施例将部分车载功能下地，从而使车载设备简化为车载执行单元，简化后的车载执行单元可更好与车辆TCMS(车辆网络系统)系统深度融合，有利于减少信号车载设备与车辆布线，压缩车辆物理空间，提升控车效率，提升ATO节能水平，降低车载设备总体制造成本。
本实施例利用雾计算技术，将联锁运算、移动授权计算、速度距离曲线计算等复杂的运算部署到性能强劲的雾服务器上，这将大大的提高系统处理信息的能力和速度，从而有效的提高了系统的效率。
本实施例利用通用服务器搭建雾计算平台，可以减少由专业硬件与软件不兼容的问题，提高了系统的可靠性和可用性。
本实施例通过做强地面雾计算平台架构，精简车载，更有利于简化信号与车辆的接口关系，压缩与车辆谈判、安装、调试工期，更有利于车辆的灵活解编和资源共享。
注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，包括：
地面设备，包括雾计算服务器，所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
轨旁设备，采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的控制命令；
车载设备，用于执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
2.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，所述轨旁设备采集线路中信号机、道岔、零散设备的状态信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，地面设备还包括：网络通信单元，用于通过无线网络和有线网络与轨旁设备和车载设备进行连接和通信，接收轨旁设备发送的设备状态信息，接收车载设备发送过来的列车运行数据和状态信息，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令和业务数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，所述雾计算服务器包括联锁雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息，计算列车进路，完成联锁计算功能，并向轨旁设备发送联锁控制命令。
5.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，所述雾计算服务器包括排序雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的列车运行数据和轨旁设备状态，计算列车移动授权，并向列车单元发送列车运行控制命令。
6.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，所述雾计算服务器包括列车单元雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到车载设备的速度位置信息、排序雾计算发送的最新的移动授权生成速度-距离曲线，发送到车载设备。
7.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制系统，其特征在于，所述雾计算服务器包括ATS雾计算服务器，用于根据网络通信单元接收到的轨旁设备状态信息和列车状态信息，完成列车自动监督功能，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令。
8.一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，其特征在于，包括：
在地面设备设置雾计算服务器，利用所述雾计算服务器根据接收到的车载数据、列车状态信息、轨旁设备状态信息，生成列车运行控制命令，并将列车运行控制命令发送给车载设备和轨旁设备；
通过轨旁设备采集线路的状态信息，将状态信息发送给地面设备以及接收并执行地面设备下发的控制命令；
利用车载设备执行逻辑运算，采集速度和位置信息，并将此信息通过无线网络发送给地面设备，接收并执行地面设备下发的列车运行控制命令，进行列车超速防护。
9.根据权利要求8所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，其特征在于，所述轨旁设备采集线路中信号机、道岔、零散设备的状态信息。
10.根据权利要求8所述的一种基于雾计算的车载下地列车运行控制方法，其特征在于，在地面设备设置网络通信单元，利用所述网络通信单元通过无线网络和有线网络与轨旁设备和车载设备进行连接和通信，接收轨旁设备发送的设备状态信息，接收车载设备发送过来的列车运行数据和状态信息，并向轨旁设备和车载设备发送控制命令和业务数据。
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