CN113120041A - 一种增强既有线c0系统安全的列车运行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的列控系统，包括：车载设备、车站设备和中心设备；增强型LKJ主控单元是车载设备的核心，其基于车载集中存储的线路基础数据，从主体机车信号接收轨道电路信息，从无线通信传输单元接收临时限速信息和/或车站股道号信息，从BTM接收车站应答器或始发站股道应答器的应答器报文，能实现走行线路自动选取、车站号自动确定、以及列车自动对标、车位自动校正的功能。本发明的铁路列控系统，相对既有线C0系统具有安全性高，支持股道快速精确定位停车、站台门/车门联动控制等ATO功能，适合既有线C0系统改造升级。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强既有线C0系统安全的列车运行控制系统(简称列控系统)。
背景技术
既有线CTCS-0级列控系统(简称既有线C0系统)是CTCS体系的组成部分，其车载LKJ设备用于防止列车冒进信号、运行超速事故和辅助机车司机提高操纵能力，为保障既有线铁路安全运行发挥了重要作用。
但是，由于LKJ设备缺乏地面系统信息支持，安全控制信息输入不足，不得不引入大量司机操作、IC卡临时限速等措施，有可能导致列车冒进信号、超速运行事故，存在一定安全运行风险。既有线C0系统存在以下需要完善、消除的不安全项：
1)司机输入交路号、车站号：如果司机交路号、车站号输入错误，LKJ调出的线路数据与实际不符，运行监控失效，可能导致超速或冒进信号事故；
2)司机开车对标：如果司机错过对标位置，没有准确按压开车对标键，列车车位误差或处在错误监控状态，可能导致超速或冒进信号事故；
3)司机手动调整车位：如果司机车位调整不正确会导致车位误差，可能导致冒进信号事故；
4)司机输入股道号：如果司机股道号输入错误，可能会导致冒进出站信号事故或超速事故；
5)IC卡临时限速：预先通过IC卡将临时限速载入LKJ设备，不能满足计划外施工、天气原因等引起的线路运行临时限速，存在临时限速差错、疏漏、延误的情况，可能会导致超速事故。
为了满足日益增长的既有铁路安全行车需求，需要消除既有线C0系统列车运行控制不安全项，增强系统的安全性，同时还应逐步实现ATO控车功能。
发明内容
本发明提供一种增强既有线C0系统安全的列车运行控制系统。
本发明的增强既有线C0系统安全的列控系统，包括：车载设备、车站设备和中心设备；其中，
所述车载设备包括：增强型LKJ主控单元、应答器传输模块(BTM)、无线电台和无线通信传输单元、主体机车信号、人机界面、扩展单元、测速设备；
所述车站设备包括：增强型地面电子单元(增强型LEU)、车站联锁、CTC/TDCS站机设备、轨道电路及闭塞、应答器、车站无线基站；
所述中心设备包括：行车调度指挥系统CTC/TDCS中心设备，临时限速服务器(TSRS)和无线网络中心设备；
所述增强型LKJ主控单元是所述车载设备的核心，其基于车载集中存储的线路基础数据，从主体机车信号接收轨道电路信息，从无线通信传输单元接收临时限速信息和/或车站股道号信息，从BTM接收车站应答器或始发站股道应答器的应答器报文，能实现走行线路自动选取、车站号自动确定、以及列车自动对标、车位自动校正的功能；
所述列控系统通过增加软件及硬件功能模块可实现ATO功能扩展。
本发明的列控系统，相对既有线C0系统具有安全性高，支持股道快速精确定位停车、站台门/车门联动控制等ATO功能，运行效率高；相对C2/C3列控系统，具有地面设备配置简单，应答器数量少，工程造价低，实施便捷等优势，在不增加车载硬件配置的情况下具有C0等级控车功能，比较适合既有线C0系统改造升级。
附图说明
图1为本发明列控系统结构示意图；
图2为TSRS车站临时限速管辖范围示意图；
图3为车载设备临时限速执行流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本申请实施例公开了一种增强既有线C0系统安全的列控系统，该系统包括：车载设备、车站设备和中心设备，如图1所示；其中，
车载设备包括：增强型LKJ主控单元、应答器传输模块(BTM)、无线电台和无线通信传输单元、主体机车信号、人机界面、扩展单元、测速设备等；
车站设备包括：增强型地面电子单元(LEU)、车站联锁(计算机联锁或继电联锁)、CTC/TDCS站机设备(铁路调度指挥信息管理系统简称TDCS，分散自律式调度集中系统简称CTC)、轨道电路及闭塞、应答器、车站无线基站等；
中心设备包括：行车调度指挥系统CTC/TDCS中心设备，临时限速服务器(TSRS)和GSM-R或400M或其他类型无线网络中心设备等。
增强型LKJ主控单元与BTM采用RS-422接口或CAN接口连接，增强型LKJ主控单元与主体机车信号采用RS-422接口或CAN接口连接，增强型LKJ主控单元与人机界面采用CAN接口或标准以太网接口连接。
增强型LKJ主控单元与无线通信传输单元采用RS-422接口或CAN接口连接，无线通信传输单元与无线电台采用RS-422接口或CAN接口连接，增强型LKJ主控单元与扩展单元采用CAN接口或标准以太网接口连接。
增强型LEU与计算机联锁CBI采用RS-422接口或标准以太网接口连接；当车站采用继电联锁时，增强型LEU与继电联锁采用继电器接口连接；应答器与增强型LEU采用专用传输电缆连接。
TSRS通过专线接入GSM-R/GPRS网络的网关GPRS支持节点(GGSN)设备或400M或其他类型无线通信设备，TSRS与GGSN或400M或其他类型无线通信设备接口物理层、链路层采用以太网方式，网络层采用IP方式，GSM-R或400M或其他类型无线通信设备与车站无线基站采用2M数据专线连接。
CTC/TDCS中心设备和CTC/TDCS站机设备通过CTC/TDCS站间2M数据专线连接，CTC/TDCS中心设备与TSRS接口采用专用的2M传输通道或标准以太网接口，CTC/TDCS站机设备与外部设备接口采用RS422接口。
所述增强型LKJ主控单元基于车载集中存储的线路基础数据，通过车站应答器或始发站股道应答器实现存储的线路基础数据自动选取，车站号自动确定，以及列车自动对标、车位自动校正等功能。
增强型LKJ主控单元从主体机车信号接收轨道电路信息，从无线通信传输单元接收TSRS发送的临时限速信息，从BTM接收进站口应答器的车站股道号信息，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，并与列车制动系统接口，监控列车安全运行。
相对于既有LKJ设备，本发明车载设备通过增加无线通信传输单元、无线电台及天线、BTM及天线，消除司机输入交路号、车站号、开车对标、手动调整车位、输入股道号、IC卡临时限速等不安全项，增强了既有线C0系统的安全性。其他车载设备单元，如主体机车信号、人机界面、扩展单元、测速设备等，以及与列车制动系统接口均与既有LKJ设备保持一致。
增强型LKJ主控单元具备CTCS-0级控车功能，在CTCS-0级线路区段，可以采用CTCS-0级控车功能监控列车运行；在本列控系统线路区段，当车载BTM设备故障或车地无线通信故障时，可以采用CTCS-0级控车功能监控列车运行。
增强型LKJ主控单元采用“2乘2取2”安全冗余结构，遵循“故障—安全”原则，安全完整性等级达到SIL4级。
无线通信传输单元是车载设备进行车地无线消息双向传输的接口与通信控制单元，具有消息加密—解密和防伪装、防侵入等安全功能；
无线通信传输单元完成增强型LKJ主控单元无线信息的加密处理，并通过车载无线电台和GSM-R(或400M或其他类型)无线网发送给地面TSRS设备，无线电台同时可以接收地面TSRS发送的无线信息，进行解密处理后发送给增强型LKJ主控单元。
BTM设备接收地面应答器上行链路信号，译解出应答器报文，并发送给增强型LKJ主控单元。
主体机车信号负责接收和处理地面ZPW-2000系列轨道电路信息，并解调出低频、载频和绝缘节信息，传送给增强型LKJ主控单元；所述主体机车信号还能够接收和处理移频等其他制式的轨道电路信息，满足跨线运行的需要。
扩展单元可实现2G/3G/4G/5G等无线通信、北斗定位信息接收、列车运行信息发送等扩展功能，并有助于实现列车和车载设备的动态监测、日常维护、数据记录、运行状态分析等。
增强型LEU在既有LEU设备基础上，增加车站股道号应答器报文存储功能，通过直接与车站联锁接口(采用RS-422接口或标准以太网接口的通信方式或者继电器接口方式)，可以根据车站接发车进路状态，实时选择相应股道号应答器报文，向进站口有源应答器发送。
轨道电路及闭塞采用ZPW-2000(UM)系列轨道电路构成的四显示自动闭塞系统。
应答器用于向车载设备传输线路相关信息，包括无源应答器(固定信息应答器)和有源应答器(可变信息应答器)。应答器信息以报文形式发送，包括线路号、股道号、定位信息等。
相对于CTCS-2级列控系统，本系统简化了地面设备配置，不需要配置车站列控中心(TCC)设备和站间信号安全数据网等，在增强既有线C0系统安全性的同时，具有地面设备配置简单，应答器数量少，工程造价低，实施便捷等优势，更适合既有线C0系统改造升级。
临时限速服务器(TSRS)负责本列控系统临时限速命令集中管理，具有临时限速命令存储、校验、删除、设置和取消功能，具有向调度员提示临时限速设置时机功能；
TSRS通过与CTC/TDCS中心设备接口，对调度员发送的临时限速命令和操作进行管理，并回执临时限速命令执行状态；
TSRS通过GSM-R或400M或其他类型无线网与车载设备通信，接收车载设备的临时限速请求，向车载设备发送临时限速无线消息，同时接收临时限速执行状态回执；
TSRS设备包括TSRS安全主机、维护终端和通信接口单元。所述TSRS安全主机采用“2乘2取2”结构安全平台，遵循“故障—安全”原则，功能软件安全完整性等级达到SIL4级。
相对于CTCS-3级列控系统，本系统不需要配置无线闭塞中心(RBC)设备和站间信号安全数据网等，采用TSRS与车载无线通信设备直接接口的方式，实现临时限速信息车地交互功能，简化了地面设备配置，在增强既有线C0系统临时限速安全性的同时，具有地面设备配置简单，工程造价低，实施便捷等优势，更适合既有线C0系统改造升级。
本列控系统可以通过增加软件或硬件功能模块，实现ATO功能扩展；包括：
车载设备增加ATO控制单元，与增强型LKJ主控单元通过以太网接口通信，ATO控制单元与增强型LKJ主控单元共享车载设备其他设备接口信息；
增强型LKJ主控单元增加列车开门防护功能；车站股道增加精确定位应答器，满足ATO控制单元车站精确停车功能要求；
车站联锁增加站台门状态采集和控制功能，通过GSM-R/GPRS或400M或其他类型无线通信网，与车载ATO控制单元通信，实现车门和站台门联动控制。增加车站联锁设备与车载ATO控制单元联动通信功能，可以通过联锁安全主机实现，也可以通过联锁控显上位机实现，满足ATO功能安全完整性等级SIL2级要求；
TSRS增加ATO软件功能模块，通过车地无线通信网络，向车载ATO控制单元发送运行计划，线路基础数据、临时限速等站间数据，实现列车区间运行速度自动优化控制。
相对于C2/C3列控系统ATO功能扩展，本系统不需要配置RBC、TCC设备和站间信号安全数据网等，简化了地面设备配置，在实现既有线C0系统ATO功能扩展的同时，具有地面设备配置简单，工程造价低，实施便捷等优势，更适合既有线C0系统改造升级。
综上所述，本申请的列控系统，其特点是：1)通过向车载LKJ设备提供列车定位、股道号等信息，消除司机输入交路号、车站号、开车对标、手动调整车位、输入股道号等不安全项；2)通过设置TSRS和车地无线通信系统，消除IC卡临时限速不安全项；3)通过增加软件或硬件功能模块，可实现该系统ATO功能扩展。
下面以实施例的形式详细描述本申请的列控系统如何消除既有线C0系统列车运行控制不安全项，增强系统的安全性，其带来的安全增强优势是显而易见的。
实施例一针对既有线C0系统，消除司机输入安全控车信息的不安全项
1)司机输入交路号、车站号：由于LKJ设备无法获取列车所处车站、线路等地理位置信息，需要司机输入交路号、车站号，调用相应线路基础数据进行列车运行监控。如果司机交路号、车站号输入错误，LKJ调出的线路数据与实际不符，整个线路数据和进路数据全部错误，运行监控失效，危险度极高，可能导致超速或冒进信号事故；
本申请的列控系统在线路相应位置，如车站进出站口或始发站股道安装无源应答器，提供线路号、车站号信息，增强型LKJ主控单元利用应答器信息，自动选择调取车载存储的相应线路基础数据，监控列车运行，消除司机错误输入的安全隐患；
该列控系统可以消除司机错误输入交路号、车站号的安全隐患。
2)司机开车对标：由于LKJ设备无法获取地面定位信息，需要司机根据车站地面对标点，手动准确按压“开车”对标键，才能使列车由降级模式转为通常模式。司机作业忙碌或注意力不集中时，可能错过对标位置，没有准确按压开车对标键，引起列车车位误差或处在错误监控状态，可能导致超速或冒进信号事故；
本申请的列控系统在线路相应位置，如始发站股道安装无源应答器，提供线路号、车站号信息，列车运行通过应答器时，增强型LKJ主控单元自动对标，消除司机手动错误对标的安全隐患；
该列控系统可以消除司机错误开车对标的安全隐患。
3)司机手动调整车位：由于LKJ设备缺少地面定位手段，不能自动修正车位误差。LKJ处于通常模式下，当列车在进站信号机、出站一离去信号机处，或区间运行LKJ数据与实际数据误差较大时，需要司机手动按压相应按键进行车位校正，车位调整不正确会导致车位误差，可能导致冒进信号事故；
本申请的列控系统在线路相应位置，如车站进出站口或运行区间安装无源应答器，列车运行通过应答器时发送定位信息，增强型LKJ主控单元自动调整车位误差，消除司机手动调整车位的安全隐患；
该列控系统可以消除司机错误调整车位的安全隐患。
4)司机输入股道号：由于LKJ设备无法获得地面车站联锁接车进路信息，列车进站作业需要司机输入股道号，调用相应股道数据进行控制。如果股道号输入错误，错将短股道输成长股道，或将限速低的股道输入成限速高的股道，可能会导致冒进出站信号事故或超速事故；
本申请的列控系统在线路相应位置，如车站进出站口安装有源应答器，所述增强型LEU与车站联锁设备接口，根据车站开通的接车进路状态，向有源应答器发送接车进路股道号应答器报文，列车运行通过该有源应答器时，增强型LKJ主控单元根据所接收股道号选择相应进路数据，监控列车运行进站，消除司机股道号输入错误的安全隐患；
该列控系统可以消除司机错误输入股道号的安全隐患。
实施例二通过设置TSRS和车地无线通信系统，消除IC卡临时限速不安全项
1)IC卡临时限速：由于既有线C0系统缺乏车地通信手段，无法实现临时限速命令调度员直接下达和车地双向闭环控制。目前采取预先将临时限速写入LKJ临时数据文件，再由IC卡载入LKJ设备，实现临时限速控制。该控制方式流程复杂、执行环节多、管理保障困难，并且不能满足计划外施工、天气原因等引起的线路运行临时限速，存在临时限速差错、疏漏、延误的情况，可能会导致超速事故；
本申请的列控系统设置TSRS，与CTC/TDCS中心调度台接口，接收调度员下达的临时限速命令，通过无线通信直接发送给车载LKJ设备，由增强型LKJ主控单元执行临时限速命令，并反馈执行结果，实现临时限速集中管理、实时执行、闭环控制，解决IC卡临时限速存在的差错、疏漏和延误问题，消除IC卡临时限速引起的安全隐患；
该列控系统临时限速信息按照车站分段，由TSRS根据分段发送相应车站管辖范围临时限速信息。车站单方向临时限速管辖范围至少从本站进站口应答器开始，至前方车站出站口应答器再增加一个防护距离，防护距离涵盖线路最高允许码L码降至HU码所需共4个闭塞分区，如图2所示。一个车站方向临时限速管辖范围内允许设置多处临时限速。
TSRS执行CTC/TDCS下达的临时限速命令后，将根据临时限速起始和结束里程，以及线路各车站临时限速管辖范围，生成相应车站对应应答器为起点的临时限速信息包(CTCS-2包)，并以该车站应答器做为最近相关应答器组(LRBG)，生成包含上述CTCS-2信息包的无线消息，具备向车载设备发送条件；
列车进入车站二接近区段，呼叫TSRS(向TSRS发送无线通信请求信息)以便建立无线安全通信连接，TSRS接收到车载设备的无线通信请求信息，建立车地无线安全通信连接；列车越过车站进站(JZ)应答器组，车载设备获得应答器组编号，以该应答器组作为LRBG，向TSRS请求临时限速信息(向TSRS发送临时限速请求无线消息)。TSRS收到该无线消息，根据LRBG标识号，发送对应车站管辖范围内，对应JZ应答器组的临时限速无线消息给车载设备；车载设备更新临时限速信息并执行临时限速，并向TSRS发送回执消息；车载设备向TSRS发送断开无线安全通信连接请求信息，断开与TSRS的无线安全通信连接；TSRS收到车载设备的断开无线安全通信连接请求信息，断开与车载设备的无线安全通信连接。车载设备临时限速执行流程如图3所示。
如需实现股道号信息的无线发送功能，增强型LEU或CBI、TSRS需要接入站间2M信号数据网或信号安全数据网，TSRS通过该站间2M信号数据网或信号安全数据网，从增强型LEU或CBI接收车站进路信息，并通过无线通信将进路信息对应的车站股道号信息发送给对应车载设备，实现股道号信息的冗余发送功能，提高股道号信息传输功能可用性。
列车越过车站JZ应答器组，若出现JZ应答器组丢失，或其它原因导致车载设备请求临时限速信息失败，越过车站出站口反进站(FJZ)应答器组后，可以再次向TSRS发送临时限速请求，获得临时限速无线消息，实现临时限速执行流程冗余，提高临时限速无线传输功能可用性。
该列控系统可以消除IC卡临时限速的安全隐患。
本发明的列控系统的主要技术优势是：1)通过向车载LKJ设备提供列车定位、股道号等信息，消除司机输入交路号、车站号、开车对标、手动调整车位、输入股道号等不安全项；2)通过设置TSRS和车地无线通信系统，消除IC卡临时限速不安全项；3)通过增加软件或硬件功能模块，可实现该系统ATO功能扩展。
以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增强既有线C0系统安全的列车运行控制系统，包括：车载设备、车站设备和中心设备；其中，
所述车载设备包括：增强型LKJ主控单元、应答器传输模块(BTM)、无线电台和无线通信传输单元、主体机车信号、人机界面、扩展单元、测速设备；
所述车站设备包括：增强型地面电子单元(增强型LEU)、车站联锁、CTC/TDCS站机设备、轨道电路及闭塞、应答器、车站无线基站；
所述中心设备包括：行车调度指挥系统CTC/TDCS中心设备，临时限速服务器(TSRS)和无线网络中心设备；
所述增强型LKJ主控单元是所述车载设备的核心，其基于车载集中存储的线路基础数据，从主体机车信号接收轨道电路信息，从无线通信传输单元接收临时限速信息和/或车站股道号信息，从BTM接收车站应答器或始发站股道应答器的应答器报文，能实现走行线路自动选取、车站号自动确定、以及列车自动对标、车位自动校正的功能；
所述列车运行控制系统通过增加软件及硬件功能模块可实现ATO功能扩展。
2.根据权利要求1所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述车站联锁是计算机联锁CBI或继电联锁；所述增强型LEU与计算机联锁CBI采用RS-422接口或标准以太网接口连接；当车站采用继电联锁时，所述增强型LEU与继电联锁采用继电器接口连接；
所述增强型LEU在既有LEU设备基础上，增加车站股道号应答器报文存储功能，通过直接与所述车站联锁接口，可根据车站接发车进路状态，实时选择相应股道号应答器报文，向进站口有源应答器发送。
3.根据权利要求1所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述增强型LKJ主控单元具备CTCS-0级控车功能；在车载BTM设备故障或车地无线通信故障时，采用CTCS-0级控车功能监控列车运行。
4.根据权利要求3所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述列车运行控制系统的车载设备相对于既有LKJ设备，通过增加无线通信传输单元、无线电台及天线、BTM及天线，消除了司机输入交路号、车站号、开车对标、手动调整车位、输入股道号、IC卡临时限速的不安全项，增强了既有线C0系统的安全性。
5.根据权利要求4所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述列车运行控制系统在线路相应位置，如车站进出站口，安装有源应答器，所述增强型LEU与车站联锁接口，根据车站开通的接车进路状态，向所述有源应答器发送接车进路股道号应答器报文，列车运行通过该有源应答器时，增强型LKJ主控单元根据所接收股道号选择相应进路数据，监控列车运行进站，消除司机股道号输入错误的安全隐患；
如需实现股道号信息的无线发送功能，增强型LEU或CBI、与所述TSRS要接入站间2M信号数据网或信号安全数据网，所述TSRS通过该站间2M信号数据网或信号安全数据网，从增强型LEU或CBI接收车站进路信息，并通过无线通信将进路信息对应的车站股道号信息发送给对应车载设备，实现股道号信息的冗余发送功能，提高股道号信息传输功能可用性。
6.根据权利要求4所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述列车运行控制系统相对于CTCS-2级列车运行控制系统，简化了地面设备配置，不需要配置车站列控中心(TCC)设备和站间信号安全数据网；
所述列车运行控制系统相对于CTCS-3级列车运行控制系统，不需要配置无线闭塞中心(RBC)设备和站间信号安全数据网，采用TSRS与车载无线通信设备直接接口的方式，实现临时限速信息车地交互功能，简化了地面设备配置。
7.根据权利要求1所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述无线通信传输单元完成所述增强型LKJ主控单元无线信息的加密处理，并通过车载的所述无线电台和GSM-R(或400M或其他类型)无线网发送给地面的TSRS设备，所述无线电台同时接收地面的TSRS发送的无线信息，进行解密处理后发送给所述增强型LKJ主控单元。
8.根据权利要求1所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述临时限速服务器(TSRS)负责该列车运行控制系统临时限速命令集中管理，具有临时限速命令存储、校验、删除、设置和取消功能，具有向调度员提示临时限速设置时机功能；
所述TSRS通过与CTC/TDCS中心设备接口，对调度员发送的临时限速命令和操作进行管理，并回执临时限速命令执行状态；
所述TSRS通过GSM-R或400M或其他类型的无线网与车载设备通信，接收车载设备的临时限速请求，向车载设备发送临时限速无线消息，同时接收临时限速执行状态回执。
9.根据权利要求1所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述列车运行控制系统通过车载设备增加ATO控制单元、临时限速服务器(TSRS)增加ATO软件功能和所述车站联锁增加与站台门接口联动功能，支持股道快速精确定位停车、车门/站台门联动控制，实现ATO功能扩展。
10.根据权利要求9所述的列车运行控制系统，其特征在于，所述ATO控制单元与增强型LKJ主控单元通过以太网接口通信；增强型LKJ主控单元增加列车开门防护功能；车站股道增加精确定位应答器，满足ATO控制单元车站精确停车功能要求；车站联锁增加站台门状态采集和控制功能，与所述ATO控制单元通信，实现车门和站台门联动控制；所述TSRS通过车地无线通信网络，向所述ATO控制单元发送运行计划，线路基础数据、临时限速的站间数据，实现列车区间运行速度自动优化控制。
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