CN113022657A - 一种改进型cbtc系统及数字化轨道交通列车控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CBTC系统，包括：地面系统集群，以及分别连接所述地面系统集群的轨旁设备和各车载系统，所述车载系统包括车载控制器中的无线通信单元和车载IO单元；所述地面系统集群包括：ATS、轨旁控制器以及列车控制安全计算机。本发明还公开了基于所述CBTC系统的数字化轨道交通列车控制方法。列车控制安全计算机通过车载IO单元接收列车状态并进行安全运算，输出控制指令；列车作为执行单元，执行列车控制安全计算机发送的控制指令。本发明具有较好的系统性能、可靠性和维护性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通控制技术领域。
背景技术
目前，CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列车控制)系统，由于具有支持移动闭塞列车控制模式，可实现高密度运行等优势，已经成为城市轨道交通列车运行控制系统的主流体制。传统的CBTC系统架构如附图2所示(仅画出列车单端的情形)，系统主要由ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)系统、轨旁控制器和车载控制器构成。
ATS系统主要功能包括依据行车计划向地面控制器、车载控制器下发控制指令，并对行车计划的执行情况进行监控和调整。
轨旁控制器的主要功能包括:
1)通过轨道电路、计轴器等轨旁设备采集轨道占用状态，依据ATS系统指令为列车准备进路，驱动道岔及信号机等轨旁设备；
2)为列车计算移动授权，并通过车地无线宽带通信系统发送至车载控制器。
车载控制器通常由安全计算机、IO单元和无线通信单元构成。
安全计算机通过IO单元采集车辆速度和状态，读取应答器信息，驱动车辆执行控制指令。同时通过车载无线通信单元与地面控制器通信。
车载控制器的主要功能包括列车定位，向轨旁控制器汇报列车位置，ATP(Automatic Train Protection，列车自动防护)和ATO(Automatic Train Operation，列车自动运行)等功能。
近年来，随着全自动运行技术的发展，对车载控制器的性能、可靠性和可维护性提出了更高的要求。但与此同时，车载控制器的性能却受到如下诸多方面的限制。1)车载设备功率限制和散热限制；2)车载设备安装空间限制；3)苛刻的环境适应性限制(如防震、防尘、防潮、宽温度适应范围等)；4)严格的电磁兼容规范。使得车载控制器难以采用高性能硬件平台，无法满足全自动运行系统的性能的需求，特别是越来越多的主动探测和决策技术的加入，使车载控制器的性能问题凸显，车载控制器性能日益成为列车在智能化水平提高的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CBTC系统以及数字化轨道交通列车控制方法，具有较好的系统性能、可靠性和维护性。
实现上述目的的技术方案是：
一种CBTC系统，包括：地面系统集群，以及分别连接所述地面系统集群的轨旁设备和各车载系统，其中，
所述车载系统包括车载控制器中的无线通信单元和车载IO单元；
所述地面系统集群包括：ATS、轨旁控制器以及列车控制安全计算机。
优选的，列车控制安全计算机在地面进行集中或分散设置。
优选的，所述列车控制安全计算机和对应的车载IO单元之间采用冗余宽带低延迟无线网络连接。
优选的，所述列车控制安全计算机，通过轨旁有线网络或地面系统集群中的SDN，实现相互间通信以及与轨旁控制器和ATS的通信。
本发明的基于上述CBTC系统的数字化轨道交通列车控制方法，列车控制安全计算机接收ATS发送的控制指令和轨旁控制器发送的移动授权，通过对应的车载IO单元接收列车状态并进行安全运算，输出控制指令；列车作为执行单元，执行列车控制安全计算机发送的控制指令，同时通过车载IO单元采集自身状态上报列车控制安全计算机，进行闭环控制。
优选的，通过车载IO单元采集的自身状态包括：列车速度和状态、读取应答器信息。
本发明的有益效果是：
1)可靠性及可维护性高：系统车载设备简单，仅包含无线通信单元和IO单元，同时部署于地面的列车控制安全计算机工作环境得以改善，可靠性得以提高。列车控制安全计算机可集中部署，易于维护和管理。
2)系统性能好：部署在地面的安全计算机，不再受功率、安装空间、环境、电磁兼容等方面的苛刻限制，可采用高性能硬件，方便的实现高级的自主化功能，如主动障碍物探测等。
3)车载电子地图系统数据易于管理：可通过有线网络实现车载电子地图在线更新甚至实时在线更新。相比于通过无线网络进行更新，可靠性更高。
4)易于实现系统间接口、互联互通及标准化：可基于可靠性较高的有线网络或云平台中的软件定义网络实现子系统间的接口，例如，可直接实现列车间通信。车地之间仅需要交换牵引、制动、开关屏蔽门一类的标准接口数据，无需考虑不同供应商信号系统之间的差异性，易于实现互联互通。
5)列车调试简单，线路延长和加车工作量小：车载控制器逻辑大幅简化，且接口标准化，列车完成车辆调试和信号接口调试后即可以上线运营；地面列车控制安全计算机资源可实现弹性可配置，加车和线路延伸可以不增加硬件。
6)与传统的CBTC系统兼容性好：各子系统既可以保持原有功能分配，保持既有系统设计和安全原则的延续性。又可实现各子系统的融合一体化，以及多车间信息的同步融合，进一步提升系统性能。
附图说明
图1是本发明的CBTC系统的结构图；
图2是现有技术中CBTC系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明的CBTC系统，包括：地面系统集群1，以及分别连接地面系统集群1的轨旁设备2和各车载系统3。
车载系统3包括车载控制器中的无线通信单元和车载IO单元。地面系统集群1包括：ATS、轨旁控制器以及列车控制安全计算机。即：列车控制安全计算机由车载部署改为地面部署，与ATS、轨旁控制器一道，部署于地面系统集群1中。
列车控制安全计算机在地面进行集中或分散设置。列车控制安全计算机和对应的车载IO单元之间采用冗余宽带低延迟无线网络连接。列车控制安全计算机，通过轨旁有线网络或地面系统集群中的SDN(Software Defined Network软件定义网络)，实现相互间通信以及与轨旁控制器和ATS的通信。
本发明的基于上述CBTC系统的数字化轨道交通列车控制方法，列车控制安全计算机接收ATS发送的控制指令和轨旁控制器发送的移动授权，通过对应的车载IO单元接收列车状态并进行安全运算，输出控制指令；列车作为执行单元，执行列车控制安全计算机发送的控制指令，同时通过车载IO单元采集自身状态上报列车控制安全计算机，用于实现闭环控制。其中，通过车载IO单元采集的自身状态包括：列车速度和状态、读取应答器信息。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (6)
1.一种CBTC系统，其特征在于，包括：地面系统集群，以及分别连接所述地面系统集群的轨旁设备和各车载系统，其中，
所述车载系统包括车载控制器中的无线通信单元和车载IO单元；
所述地面系统集群包括：ATS、轨旁控制器以及列车控制安全计算机。
2.根据权利要求1所述的CBTC系统，其特征在于，列车控制安全计算机在地面进行集中或分散设置。
3.根据权利要求1所述的CBTC系统，其特征在于，所述列车控制安全计算机和对应的车载IO单元之间采用冗余宽带低延迟无线网络连接。
4.根据权利要求1所述的CBTC系统，其特征在于，所述列车控制安全计算机，通过轨旁有线网络或地面系统集群中的SDN，实现相互间通信以及与轨旁控制器和ATS的通信。
5.一种基于权利要求1所述CBTC系统的数字化轨道交通列车控制方法，其特征在于，列车控制安全计算机接收ATS发送的控制指令和轨旁控制器发送的移动授权，通过对应的车载IO单元接收列车状态并进行安全运算，输出控制指令；列车作为执行单元，执行列车控制安全计算机发送的控制指令，同时通过车载IO单元采集自身状态上报列车控制安全计算机，进行闭环控制。
6.根据权利要求5所述的数字化轨道交通列车控制方法，其特征在于，通过车载IO单元采集的自身状态包括：列车速度和状态、读取应答器信息。
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