CN114228793A - 一种tias系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，在列车行驶方向的车头加装视觉检测装置和障碍物检测装置，在道岔信号机上加装秒数显示器，通过视觉检测装置和障碍物检测装置实时检测，车辆控制器根据道岔信号机的指示灯和秒数信息判别是否可同行，后备降级列车可以不再依赖区域控制器以及联锁设备，也不依靠轨旁设备，车辆有自主避障能力，而且道岔的变动与列车的运营也不再有直接的关联，降低道岔控制的复杂程度以及节省轨道建设的成本，采用本发明的方法提高故障车辆的导出运营处理效率。

Description

一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法

技术领域

本发明属于列车运营领域，具体涉及一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法。

背景技术

从传统的CBTC系统，到兼容多种信号制式的互联互通，GOA4等级的全自动运行系统，为更好的轨道交通提供更多元、高效、可靠、低耗能的轨道交通控制设备以及全生命周期的技术服务。TIAS系统是全自动运行系统中最重要的子系统之一，它采用最先进的网络、控制及通信等技术，形成以行车指挥为核心，集成了TIAS、PSCADA、BAS、FAS、PIS、PA、CCTV等专业子系统，并将各个专业实现了联动控制，不仅实现了最高自动化等级（GOA4），而且整体智能联动上比引进系统提升了许多。

TIAS是一套高度集成的智能运控系统，它以行车指挥为核心，集成了TIAS、PSCADA、BAS、FAS、PIS、PA、CCTV等专业子系统，实现智能调度；同时各专业的设备状态信息汇入一体化维护子系统中，实现设备智能维护和运维联动。

正常情况下，列车与信号系统的其他子系统如ZC、TIAS、CI等系统保持连续的车-地通信，在TIAS系统中按通信车处理；如果发生列车与区域控制器通信异常或通信故障时，列车将无法提供精确位置信息，这种情况下的列车需要按后备列车/后备降级列车进行降级处理。当列车变为非通信列车时，此时列车处理流程、TIAS和轨旁设备处理流程如图1 所示：

1、车辆处理流程S01：

车辆实施紧急制动停车（S02），待列车停稳后判断列车是否在站台(S03),如果列车在站台，则列车直接进入扣车模式，等待救援（S09）。如果列车不在站台，则判断是否是通信故障（S04），如果是通信故障，则判断是否是车辆安全故障（S05），如果是安全故障，则车辆保持紧急制动状态，等待救援。如果不是安全故障，则车辆进入RM（限制人工驾驶模式）（S06），此时列车根据轨道旁的信号灯的指示信息继续行驶（S07）（该指示信息设置方式见S10流程），直至列车导出运营(S08)。

2、TIAS和轨旁设备的处理流程（S10）：

轨旁计轴跟踪当前列车行驶区段，并报告给区域控制器（S11），轨旁区域控制器收到从计轴反馈到的列车所在区段的信息，并将相关信息发送给轨旁联锁设备（S12），联锁设备设置后备降级列车前后保护区段，并通知TIAS及前后运行列车：后保护区段内不允许后方列车进入，已经进入的列车要求紧急停车；前保护区段内的列车需要出清（S13），TIAS将运行级别从CBTC降级为固定闭塞（S14），联锁设备判断UT车前方有无道岔（S15），如果没有道岔，则联锁设备设置后备降级列车前方信号灯为限速可通行状态（S17），如果有道岔，则待后备降级列车前方车辆出清后，将道岔锁闭到后备降级列车需要的方向(S16),然后设置道岔信号灯（S17）。

从上述工作流程来看，后备降级列车的处理非常依赖轨旁设备，上述工作流程中涉及的轨旁设备包括：计轴、区域控制器、联锁设备、道岔控制器和信号机控制器。而这些轨旁设备如果一旦有任何一个出现问题，则列车必须原地等待人工救援。轨旁设备铺设、维护成本较高，而且各个设备都有自己的控制软件，控制逻辑复杂。

其中，CBTC（Communication Based Train Control System）：基于通信的列车自动控制系统；TIAS (Traffic Integrated Automatic System)：以行车指挥为核心的综合自动化系统；ATS (Automatic Train Supervision)：列车自动监控子系统；ZC（ZoneController）：区域控制器；CI（Computer Interlocking）：计算机联锁；UT车：后备降级列车；RM：限制人工驾驶模式。

发明内容

针对上述现有技术中描述的有通信故障的后备降级列车的运行非常依赖轨旁设备的问题，本发明提供一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，不依赖轨旁设备和人工处理，即可实现后备降级列车的退出运营。

本发明所采用的技术方案如下：

一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，在列车行驶方向的车头加装视觉检测装置和障碍物检测装置，视觉检测装置和障碍物检测装置分别将各自的检测信息上传至车辆控制器中；在道岔信号机上加装秒数显示器，秒数显示器显示道岔信号机的各信号灯的状态持续时间，当车辆收到后备降级列车的故障上报时，处理步骤为：

S1，车辆执行紧急停车；

S2，判断列车是否在站台，如果列车在站台，则停车等待人员救援；如果不在站台，则进行S3；

S3，判断是否是通信故障，如果是通信故障，则进行S4；如果不是通信故障，则有出现车辆运行中故障的可能，也是进入S4；

S4，判断是否有影响车辆运行的安全故障，如果有影响车辆运行的安全故障，则停车等待人员救援；如果没有影响车辆运行的安全故障，则进行S5；

S5，车辆进入RM模式继续行驶，并在行驶过程中列车上的障碍物检测装置时刻检测车辆前方和侧方的障碍物信息并传输给车辆控制器内，车辆控制器根据障碍物检测设备的检测信息判断是否有障碍物；

如果没有障碍物，则继续RM模式行驶直至导出运营；

如果有障碍物，则进行步骤S6；

S6，判断障碍物是否为道岔信号机，如果不是道岔信号机，则进行步骤S7，如果是道岔信号机，则进行步骤S8；

S7，判断障碍物是否为行驶的非故障列车，如果是，则车辆控制器使当前车辆自动减速，直到车速降到和前车相同的速度直至导出运营；

S8，列车上的视觉检测装置将获取的道岔信号机信息传输到车辆控制器内，车辆控制器识别道岔信号机的信号灯和秒数信息；

S9，车辆控制器判断信号灯指示是否可以通过，如果不可以，则停车等待直至信号指示可以通过；如果可以，则进行步骤S10；

S10，车辆控制器判断在显示的秒数内是否可以通过，如果可以则车辆继续行驶直至导出运营；如果不可以通过，则停车等待并循环步骤S8-S10。

作为本发明的一种优选方案，所述视觉检测装置，包括视觉传感器和图像识别设备；视觉传感器至少包括左路摄像头、中路摄像头和右路摄像头，为了让车辆看到尽可能远处的道岔信号机，视觉传感器安装在列车车头顶端位置，获取道岔信号灯的图像信息，并传输给图像识别设备，图像识别设备从获取的图像中获得信号灯的指示灯颜色以及秒数显示器显示的秒数，并将识别的结果反馈给车辆控制器。由于道岔信号机可能设置在车辆行驶线路的左侧或者是右侧，而摄像头拍摄物体的视场角有限，所以车头需要架设3个摄像头以确保无论行车线路出现左转或者右转，摄像头都能采集到信号机的清晰影像。因此安装的3个摄像头分别朝向列车车头的左、中、右三个不同方向，使得无论道岔信号机在列车相对位置的左边、中间或者右边都能清楚地将道岔信号机显示的指示灯颜色以及数秒的图案拍摄清楚。

作为本发明的一种优选方案，所述障碍物检测装置，包括障碍物检测传感器和障碍物检测设备；障碍物检测传感器至少包括激光雷达和毫米波雷达；激光雷达安装在列车行驶方向车头顶端，检测车辆周边的物体；毫米级雷达安装在列车行驶方向车头前方较低位置，检测类车前进方向小范围内的障碍物；障碍物检测传感器将采集的数据传入障碍物检测设备中，障碍物检测设备根据传入的检测数据计算出当前车辆距离前方障碍物的距离，以及障碍物相对于本车的速度；然后将计算结果反馈给车辆控制器。

毫米波雷达由于检测范围较窄，因此只能用于检测车辆前进方向小范围内的障碍物，激光雷达由于检测范围是个环行，所以可以检测车辆周边的物体。并且由于道岔信号机可能设置在车辆行驶线路的左侧或者是右侧，行车路线也可能会有向左、向右转弯，而毫米波雷达检测角度较窄，所以需要激光雷达配合完成相关的功能。

激光雷达和毫米波雷达配合实现的作用主要是：

a.检测前方列车或者影响前行的障碍物的距离以及相对本车的速度，增加车辆自主避障功能；

b.检测道岔信号机距离本车的距离。

作为本发明的一种优选方案，所述的障碍物包括但不限于故障列车前方运行的非故障列车、道岔信号灯。

作为本发明的一种优选方案，改装后的道岔信号机由信号机控制器、秒数显示器和三色指示灯。道岔信号机的指示灯具有红色指示灯、绿色指示灯和黄色指示灯；指示灯的颜色和道岔搬动状态的对应关系为：红色—禁止越过该道岔信号机；

绿色—道岔开通直向位置，允许列车按照规定速度越过该道岔信号机进入区间；

黄色—道岔开通侧向位置，允许列车按照规定速度（一般限速不超过30km/h）越过该道岔信号机，运行至折返点；

黄色+红色—引导信号，允许列车以不超过25km/h的速度越过该道岔信号机，有条件进入区间。

并且各指示灯的状态持续时间以倒计时数秒的方式显示在秒数显示器中，该秒数显示器显示至少3位数，即显示范围为0~999秒，并且各指示灯状态持续时间根据实际运行设定。

车辆控制器在自身车速的前提下根据道岔指示灯指示的闭合方向以及倒计时时间估算列车是否可以通过道岔。

相对现有技术，本发明具有以下特点：

1)降低了后备降级列车对轨旁设备的依赖性；

2)轨旁信号机不需要根据线路上是否有后备降级列车，从而实现从CBTC灭灯模式改变为信号显示模式；

3)不依赖于轨旁的计轴设备定位车辆所在区间；

4)不需要轨旁区域控制器分配车辆行驶路权；

5)不需要轨旁联锁设备设置保护区段；

6)不需要TIAS通知前方车辆进行区域出清；

7)不需要非道岔信号指示机；

8)提高了出现故障后的车辆导出运营处理效率。

本发明运行方法带来的效果是：

1)有些轨旁设备本身就是为了后备降级列车或者在故障模式下进行的冗余配置，如计轴，但是计轴本身成本较高，使用本方案后，可以在轨旁不再布设计轴设备，节省轨道建设成本；

2)对于后备降级列车可以不再依赖区域控制器以及联锁设备，如果在其他运营场景，比如通信正常的情况下，也可以不用区域控制器和联锁设备，那么可以考虑权限取消区域控制器和联锁设备，节省轨道建设成本；

3)由于车辆有自主避障能力，则可以取消非道岔信号机，节省轨道建设成本；

4)由于道岔的变动和列车的运营不再有直接的关联，则可以降低道岔控制的复杂度；

为车辆增加了环境感知设备，提高了车辆的自主能动性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有CBTC后备降级列车的工作流程示意图。

图2为本发明视觉检测装置和障碍物检测装置与车辆控制器的控制原理图。

图3为本发明道岔信号机的控制原理框图。

图4为本发明道岔信号机的工作流程示意图。

图5为本发明的工作流程示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，

在列车行驶方向的车头加装视觉检测装置和障碍物检测装置，视觉检测装置和障碍物检测装置分别将各自的检测信息上传至车辆控制器中；

所述的视觉检测装置，包括视觉传感器和图像识别设备；视觉传感器包括左路摄像头、中路摄像头和右路摄像头，为了让车辆看到尽可能远处的道岔信号机，视觉传感器安装在列车车头顶端位置，获取道岔信号灯的图像信息，并传输给图像识别设备，图像识别设备从获取的图像中获得信号灯的指示灯颜色以及秒数显示器显示的秒数，并将识别的结果反馈给车辆控制器，如图2所示。由于道岔信号机可能设置在车辆行驶线路的左侧或者是右侧，而摄像头拍摄物体的视场角有限，所以车头需要架设3个摄像头以确保无论行车线路出现左转或者右转，摄像头都能采集到信号机的清晰影像。因此安装的3个摄像头分别朝向列车车头的左、中、右三个不同方向，使得无论道岔信号机在列车相对位置的左边、中间或者右边都能清楚地将道岔信号机显示的指示灯颜色以及数秒的图案拍摄清楚。

所述的障碍物检测装置，包括障碍物检测传感器和障碍物检测设备；障碍物检测传感器至少包括激光雷达和毫米波雷达；激光雷达安装在列车行驶方向车头顶端，检测车辆周边的物体；毫米级雷达安装在列车行驶方向车头前方较低位置，检测类车前进方向小范围内的障碍物；障碍物检测传感器将采集的数据传入障碍物检测设备中，障碍物检测设备根据传入的检测数据计算出当前车辆距离前方障碍物的距离，以及障碍物相对于本车的速度；然后将计算结果反馈给车辆控制器，如图2所示。

毫米波雷达由于检测范围较窄，因此只能用于检测车辆前进方向小范围内的障碍物，激光雷达由于检测范围是个环行，所以可以检测车辆周边的物体。并且由于道岔信号机可能设置在车辆行驶线路的左侧或者是右侧，行车路线也可能会有向左、向右转弯，而毫米波雷达检测角度较窄，所以需要激光雷达配合完成相关的功能。

激光雷达和毫米波雷达配合实现的作用主要是：

a.检测前方列车或者影响前行的障碍物的距离以及相对本车的速度，增加车辆自主避障功能；

b.检测道岔信号机距离本车的距离。

所述的障碍物分为轨旁设备和列车两种，轨旁设备如道岔、信号机；列车是故障列车前方运行的非故障列车。在

障碍物，分为，其中轨旁设备如道岔、信号机。S6判断了轨旁设备的障碍物的情况，S7只有判断是否为列车的情况，再无其他情况。

在道岔信号机上加装秒数显示器，秒数显示器显示道岔信号机的各信号灯的状态持续时间。

如图3所示，在现有道岔信号机的指示灯基础上增加三位数的秒数显示器，改装后的道岔信号机由信号机控制器、秒数显示器和三色指示灯。道岔信号机的指示灯具有红色指示灯、绿色指示灯和黄色指示灯；每种指示灯的信号状态变化的时候，同时显示该信号持续显示的时间，该时间每秒更新一次，直至为0；然后再显示下一信号灯以及信号持续的时间。三位数的秒数显示器可以最多显示999秒的倒计时。

指示灯的颜色和道岔搬动状态的对应关系为：红色—禁止越过该道岔信号机；

绿色—道岔开通直向位置，允许列车按照规定速度越过该道岔信号机进入区间；

黄色—道岔开通侧向位置，允许列车按照规定速度（一般限速不超过30km/h）越过该道岔信号机，运行至折返点；

黄色+红色—引导信号，允许列车以不超过25km/h的速度越过该道岔信号机，有条件进入区间。

并且各指示灯的状态持续时间以倒计时数秒的方式显示在秒数显示器中，该秒数显示器显示至少3位数，即显示范围为0~999秒，并且各指示灯状态持续时间根据实际运行设定。

车辆控制器在自身车速的前提下根据道岔指示灯指示的闭合方向以及倒计时时间估算列车是否可以通过道岔。

当道岔需要进行搬动的时候，一种工作方式如图4所示：

当前道岔开通为直向位置S41，指示灯当前为绿色(含义：道岔开通直向位置)S42，秒数显示器S43显示30秒，道岔需要在30秒后将开通直向位置变换为开通侧向位置，则道岔控制器一直查询倒计时是否结束S44；如果没有结束，则进入下一周期的查询，如果已经结束，则进入准备搬动道岔到侧向位置S45，同时通知信号灯灭绿灯，亮红灯(含义：禁止通行)S46，秒数显示器显示60s倒计时S47（这里的时间由道岔搬动时间来定）。

待倒计时结束，且道岔搬动成功，则道岔开通侧向位置完毕S48，此时通知信号机灭红灯，亮黄灯(含义：道岔开通侧向位置)S49，秒数显示器显示侧向道岔开通的时间S50。

在车辆和轨旁设备改造以后，如果车辆出现通信故障，即当车辆收到后备降级列车的故障上报时，则按照图5进行操作，处理步骤为：

S1，车辆执行紧急停车；

S2，判断列车是否在站台，如果列车在站台，则停车等待人员救援；如果不在站台，则进行S3；

S3，判断是否是通信故障，如果是通信故障，则进行S4；如果不是通信故障，则有出现车辆运行中故障的可能，也是进入S4；

S4，判断是否有影响车辆运行的安全故障，如果有影响车辆运行的安全故障，则停车等待人员救援；如果没有影响车辆运行的安全故障，则进行S5；

S5，车辆进入RM模式继续行驶，并在行驶过程中列车上的障碍物检测装置时刻检测车辆前方和侧方的障碍物信息并传输给车辆控制器内，车辆控制器根据障碍物检测装置的检测信息判断是否有障碍物；

如果没有障碍物，则继续RM模式行驶直至导出运营；

如果有障碍物，则进行步骤S6；

S6，判断障碍物是否为道岔信号机，如果不是道岔信号机，则进行步骤S7，如果是道岔信号机，则进行步骤S8；

S7，判断障碍物是否为行驶的非故障列车，如果是，则车辆控制器使当前车辆自动减速，直到车速降到和前车相同的速度以避免碰撞，直至导出运营；

S8，列车上的视觉检测装置将获取的道岔信号机信息传输到车辆控制器内，车辆控制器识别道岔信号机的信号灯和秒数信息；

S9，车辆控制器判断信号灯指示是否可以通过，如果不可以，则停车等待直至信号指示可以通过；如果可以，则进行步骤S10；

S10，车辆控制器根据自身的速度来判断在秒数显示器显示的秒数内车辆是否可以通过，如果可以则车辆继续行驶直至导出运营；如果不可以通过，则停车等待并循环步骤S8-S10。

本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于，

在列车行驶方向的车头加装视觉检测装置和障碍物检测装置，视觉检测装置和障碍物检测装置分别将各自的检测信息上传至车辆控制器中；在道岔信号机上加装秒数显示器，秒数显示器显示道岔信号机的各信号灯的状态持续时间，当车辆收到后备降级列车的故障上报时，处理步骤为：

S1，车辆执行紧急停车；

S2，判断列车是否在站台，如果列车在站台，则停车等待人员救援；如果不在站台，则进行S3；

S3，判断是否是通信故障，如果是通信故障，则进行S4；如果不是通信故障，则因有出现车辆运行中故障的可能，也是进入S4；

S4，判断是否有影响车辆运行的安全故障，如果有影响车辆运行的安全故障，则停车等待人员救援；如果没有影响车辆运行的安全故障，则进行S5；

S5，车辆进入RM模式继续行驶，并在行驶过程中列车上的障碍物检测装置时刻检测车辆前方和侧方的障碍物信息并传输给车辆控制器内，车辆控制器根据障碍物检测设备的检测信息判断是否有障碍物；

如果没有障碍物，则继续RM模式行驶直至导出运营；

如果有障碍物，则进行步骤S6；

S6，判断障碍物是否为道岔信号机，如果不是道岔信号机，则进行步骤S7，如果是道岔信号机，则进行步骤S8；

S7，判断障碍物是否为行驶的非故障列车，如果是，则车辆控制器使当前车辆自动减速，直到车速降到和前车相同的速度直至导出运营；

S8，列车上的视觉检测装置将获取的道岔信号机信息传输到车辆控制器内，车辆控制器识别道岔信号机的信号灯和秒数信息；

S9，车辆控制器判断信号灯指示是否可以通过，如果不可以，则停车等待直至信号指示可以通过；如果可以，则进行步骤S10；

S10，车辆控制器判断在显示的秒数内是否可以通过，如果可以则车辆继续行驶直至导出运营；如果不可以通过，则停车等待并循环步骤S8-S10。

2.根据权利要求1所述的TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于：所述视觉检测设备，包括视觉传感器和图像识别设备；视觉传感器至少包括左路摄像头、中路摄像头和右路摄像头，视觉传感器安装在列车车头顶端位置，获取道岔信号灯的图像信息，并传输给图像识别设备，图像识别设备从获取的图像中获得信号灯的指示灯颜色以及秒数显示器显示的秒数，并将识别的结果反馈给车辆控制器。

3.根据权利要求1或2所述的TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于：所述障碍物检测设备，包括障碍物检测传感器和障碍物检测设备；障碍物检测传感器至少包括激光雷达和毫米波雷达；激光雷达安装在列车行驶方向车头顶端，检测车辆周边的物体；毫米级雷达安装在列车行驶方向车头前方较低位置，检测类车前进方向小范围内的障碍物；障碍物检测传感器将采集的数据传入障碍物检测设备中，障碍物检测设备根据传入的检测数据计算出当前车辆距离前方障碍物的距离，以及障碍物相对于本车的速度；然后将计算结果反馈给车辆控制器。

4.根据权利要求3所述的TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于：所述的障碍物包括但不限于故障列车前方运行的非故障列车、道岔信号灯。

5.根据权利要求3所述的TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于：道岔信号机的指示灯具有红色指示灯、绿色指示灯和黄色指示灯；指示灯的颜色和道岔搬动状态的对应关系为：红色—禁止越过该道岔信号机；

绿色—道岔开通直向位置，允许列车按照规定速度越过该道岔信号机进入区间；

黄色—道岔开通侧向位置，允许列车按照规定速度越过该道岔信号机，运行至折返点；

黄色+红色—引导信号，允许列车以不超过25km/h的速度越过该道岔信号机，有条件进入区间。

6.根据权利要求5所述的TIAS系统中针对后备降级列车退出运营的处理方法，其特征在于：各指示灯的状态持续时间以倒计时数秒的方式显示在秒数显示器中。

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