CN114954584B - 一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法，用于基于车车通信系统为列车锁定连续允许其使用的所有虚拟区段资源，所述车车通信系统包括智能对象控制器、车载控制器、列车自动监控系统，所述方法包括：将列车轨道按照预设的细粒度要求划分成多个分段，每一个分段为一个虚拟区段，并将轨旁资源包含在虚拟区段中；基于智能对象控制器向列车车载控制器按照预设的信息结构下发其已锁定的虚拟区段资源信息；每个列车基于其上设置的车载控制器收到的智能对象控制器下发的已锁定的虚拟区段资源，向智能对象控制器对与其运行方向同方向的连续锁定的虚拟区段资源进行申请，并在获得智能对象控制器反馈的允许其使用的虚拟区段资源后，对从本列车安全车尾所处的虚拟区段开始向前连续允许其使用的所有虚拟区段资源进行资源锁定。

Description

一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法

技术领域

本发明涉及列车运行控制领域，具体来说，涉及列车运行中的安全行驶控制领域，更具体地说，涉及一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法。

背景技术

随着城市的发展，城市轨道交通也发展迅速，用于对城市轨道交通的运行进行控制的系统叫做列车运行控制系统(CBTC)。传统的CBTC系统依赖进路来控制列车运行，且进路依赖于道岔、信号机、区段，具体来说，传统的CBTC由区域控制器(ZC)根据进路信息计算移动授权指挥列车运行。这样的系统架构主要存在以下几个方面的问题：1、每次授权均需要完整的进路信息，一旦无法获得完整进路则无法进行移动授权，容错性差、灵活度低；2、对ZC依赖性太高，一旦ZC发生故障，只能依靠人工进行列车控制，但是运行的列车数量庞大，仅靠人工无法满足控制需求，容易产生安全隐患发生事故；3、每次以进路信息为基础进行移动授权计算，计算频率高，将会频繁占用系统资源，设备构建成本高。

为了解决传统CBTC系统存在的问题，基于车车通信的列车运行控制系统(以下简称“车车通信CBTC系统”)应运而生。所谓车车通信CBTC系统是在传统CBTC系统的基础上，由列车通过列车间通信、前车识别、轨旁资源生成等手段，实现移动授权计算、多车追踪运行等功能。与传统CBTC系统相比，车车通信CBTC系统具有架构简单、设备精简、运行效率高等特点，更适用于列车运行控制。简单来说，如图1所示，车车通信CBTC系统包括车载控制器(Intelligent Vehicle On-Board Controller，IVOC)、智能对象控制器(TCT IntelligentObject Controller，TIOC)、列车自动监控系统(Automatic Train Supervision，ATS)、列车管理控制器(Train Management Controller，TMC)、无线通信系统以及轨旁设备等。与传统CBTC系统由区域控制器(ZC)根据进路信息计算移动授权指挥列车运行的系统架构不同，在车车通信CBTC系统中，由列车通过IVOC架构简单、设备精简、运行效率高对轨旁资源的使用权进行自主申请，再由IVOC根据TIOC允许列车使用的轨旁资源进行资源锁定，根据锁定的资源计算移动授权(MA)，保证列车安全运行。

车车通信CBTC系统的核心在于IVOC，但是现有的车车通信CBTC系统中，典型的轨旁资源划分方式是基于道岔锁和移动授权(MA)的划分，即由列车将运行前方一定范围内的道岔征用，根据道岔锁定情况计算MA，形成以道岔锁和列车MA范围为单位的资源锁，但是这样的方式使得TIOC和IVOC之间的信息交互较为复杂，需要获得道岔、屏蔽门、非通信列车路径、交叉渡线、扣车站台、信号机、记轴区段、临时限速等大量信息，且不符合列车控制系统运营人员的操作习惯，尤其是不利于运营人员的人工操作实施。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供了一种新的基于基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法及列车控制系统。

根据本发明的第一方面，提供一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法，用于基于车车通信系统为列车锁定连续允许其使用的所有虚拟区段资源，所述车车通信系统包括设置于地面且管辖约定车站范围内的轨旁资源的智能对象控制器、设置于每个列车上且用于列车资源匹配的车载控制器、以及设置于控制中心和/或车站且用于监控全线在线列车并向车载控制器下发运行计划的列车自动监控系统，所述方法包括：将列车轨道按照预设的细粒度要求划分成多个分段，每一个分段为一个虚拟区段，并将轨旁资源包含在虚拟区段中；基于智能对象控制器向列车车载控制器按照预设的信息结构下发其已锁定的虚拟区段资源信息；每个列车基于其上设置的车载控制器收到的智能对象控制器下发的已锁定的虚拟区段资源，向智能对象控制器对与其运行方向同方向的连续锁定的虚拟区段资源进行申请，并在获得智能对象控制器反馈的允许其使用的虚拟区段资源后，对从本列车安全车尾所处的虚拟区段开始向前连续允许其使用的所有虚拟区段资源进行资源锁定。

优选的，所述预设的细粒度要求为：200米为一个虚拟区段。

优选的，所述轨旁资源包括道岔。

优选的，所述每个虚拟区段对应一个虚拟区段ID；所述预设的信息结构包括：锁闭的虚拟区段数量、锁闭的每个虚拟区段对应的ID、锁闭的每个虚拟区段对应的锁闭方向、锁闭的每个虚拟区段对应的允许标志。

在本发明的一些实施例总，所述方法还包括：每个列车基于其上设置的车载控制器周期性的对智能对象控制器下发的允许其使用的虚拟区段资源进行检查，并对当前从本列车安全车尾开始向前连续允许其使用的所有虚拟区段资源进行虚拟区段资源锁定。

优选的，所述每个列车基于其上设置的车载控制器周期性的执行如下步骤以实现虚拟区段资源锁定:S1、遍历智能对象控制器下发的允许其使用的所有虚拟区段资源以筛选出与列车运行方向一致的虚拟区段资源并记录到第一虚拟区段数组中；S2、基于步骤S1中的第一虚拟区段数组进行连续虚拟区段查找，并将连续虚拟区段按列车运行方向的顺序依次记录在第二虚拟区段数组中；优选的，从列车的安全车尾所处的虚拟区段开始，向列车运行方向连续循环查询相邻虚拟区段，并在每查询到一个相邻虚拟区段时查询第一虚拟区段数组中是否包含当前相邻虚拟区段，并将包含在第一虚拟区段数组中的相邻虚拟区段记录在第二虚拟区段数组末尾，直至查询到不包含在第一虚拟区段数组中的相邻虚拟区段；S3、基于第二虚拟区段数组进行锁定资源终点计算，其中，第二虚拟区段数组的最后一个虚拟区段靠近列车运行方向的点为锁定资源终点，将从列车安全车尾所处的虚拟区段开始向前直至锁定资源终点进行虚拟区段资源锁定；优选的，资源终点不包含列车安全车头位置所处虚拟区段时资源锁定失败。

根据本发明的第二方面，提供一种轨道交通列车控制系统，其特征在于，所述系统配置有车车通信系统，且所述车车通信系统被配置为采用本发明第一方面所述方法对每个列车锁定连续允许其使用的所有虚拟区段资源。

与现有技术相比，本发明实现了在虚拟区段的资源划分方式的车车通信CBTC系统下，IVOC的轨旁资源安全锁定功能，计算出列车可以安全行驶的线路范围，给出了列车的MA不可突破的可安全行驶的资源终点，为MA计算提供了安全依据，保证了列车的安全运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明实施例的车车通信CBTC系统架构示意图；

图2为根据本发明实施例的车载控制器根据智能对象控制器的信息锁定虚拟区段资源流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如背景技术介绍的，现有的车车通信CBTC系统采用的轨旁资源划分方式不利于列车运行控制系统的实施，本发明提供一种新的轨旁资源划分方式即虚拟区段，并基于此进行列车安全路径资源锁定。所谓虚拟区段是指认为将轨道按照预设的细粒度要求划分成多个分段，每一个分段为一个虚拟区段，并将轨旁资源(如道岔)包含在虚拟区段中，且为每个虚拟区段配置一个唯一的ID号。其中，所述预设的细粒度要求根据列车控制系统的控制要求设置，例如可设置为200米为一个区段。根据本发明的一个实施例，本发明在采用虚拟区段划分的基础上，提出一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法，以获得列车可安全行驶的最远路径对应的虚拟区段并进行资源锁定，TIOC基于ATS下发的命令锁定虚拟区段资源，并将锁定的虚拟资源信息下发给IVOC，IVOC通过周期性地对TIOC下发的允许本车使用的已锁闭的虚拟区段资源进行检查，并对从列车安全车尾开始、向前连续允许本车使用的虚拟区段资源进行锁定形成以虚拟区段为单位的资源锁，并实现终点虚拟区段资源的计算，保障列车在允许使用的轨旁资源内安全运行。

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

为了更好的理解本发明，下面首先对比以下本发明的虚拟区段划分方式与现有的道岔和MA划分方式的优缺点进行分析。从信息交互方面分析，基于道岔锁和MA的方案中，列车需要通过IVOC与TIOC交互MA信息以及申请不同种类的道岔锁实现列车安全运行，软件处理和车地信息交互较为复杂。而基于虚拟区段的方案中，锁定资源信息仅需TIOC单向传递至列车IVOC，信息交互较为简洁。如表1所示的为不同划分方案下TIOC-IVOC的信息比较，表2为不同划分方案下IVOC-TIOC的信息比较，可以看出，基于虚拟区段的划分方案信息交互更为简洁直观。

表1

TIOC→IVOC信息类型	基于道岔锁和MA的划分	基于虚拟区段的划分
			道岔状态信息	√	√
道岔锁信息	√
			虚拟区段锁信息		√
屏蔽门信息	√	√
			紧急停车按钮信息	√	√
列车位置信息	√	√
			通信列车MA信息	√
非通信列车路径信息	√
			交叉渡线信息	√
扣车站台信息	√
			信号机信息	√
计轴区段信息	√
			临时限速信息	√	√

表2

从资源利用率方面分析，基于道岔锁和MA方案的优点是可实现轨旁资源的细粒度管理，资源利用率较高，但信息交互复杂，不利于运营实施。基于虚拟区段的方案中资源无法以最细粒度的方式管理，但轨旁资源粒度可以认为划定，就可以通过在资源最紧张处(如道岔区域、折返区域)进行更短的区段划分同样实现运营效率提高的效果，有利于运营实施。

从对运营人员友好的角度分析，基于道岔锁和MA方案完全打破了传统CBTC系统基于进路的操作逻辑，即通过为列车办理、取消、更改进路，实现对列车运行的允许、取消和变更；同时增加了道岔锁、非通信车路径等新的设定，不符合传统CBTC运营人员的操作习惯。基于虚拟区段的方案则贴近传统CBTC基于逻辑区段的轨道划分方式，虚拟区段在用户视角中可以等于传统CBTC中的逻辑区段，为列车开通一组虚拟区段资源可以等效于传统CBTC中的为列车办理进路，契合了运营人员的操作习惯，且相比传统的CBTC系统具有架构简单、设备精简、运行效率高等优势。

为了在发挥虚拟区段方案优势的同时保证列车的行车安全，本发明提出了一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法。

对于IVOC来说，虚拟区段的锁闭状态有两种，一种为“锁闭”，锁闭信息包含方向，表示该区段可以为特定方向运行的列车开放；另一种为“锁闭且允许”(后面简称“允许”)，表示该区段锁闭且允许特定ID的通信列车驶入。本发明设计了如表3所示的标准的信息结构，信息中包含了：锁闭的虚拟区段数量、锁闭的每个虚拟区段对应的ID、锁闭的每个虚拟区段对应的锁闭方向、锁闭的每个虚拟区段对应的允许标志。TIOC采用标准的信息结构发给IVOC的资源信息。IVOC首先对运行方向一定范围内的同方向连续锁闭的虚拟区段进行申请，TIOC在收到申请后结合ATS计划信息将区段设为允许该列车使用，IVOC再根据TIOC发来的允许本车使用的虚拟区段资源信息，进行资源锁定计算。

表3

IVOC周期性地对TIOC发送的允许本车使用的虚拟区段资源进行检查，并对从列车安全车尾所处虚拟区段开始，向前连续允许其使用的虚拟区段资源进行锁定，该连续虚拟区段资源的终点即为本车的虚拟区段资源终点，对应的锁定资源的范围即为列车可以安全行驶的范围。根据本发明的一个实施例，如图2所示，IVOC周期性的执行如下步骤以实现虚拟区段资源锁定:虚拟区段资源有效性检查、连续虚拟区段的查找、锁定虚拟区段资源终点计算。下面详细说明每个步骤。

Step1：资源有效性检查。根据本发明的一个实施例，IVOC对TIOC发来的允许本车使用的虚拟区段进行筛选，只保留与本列车运行方向一致的虚拟区段，这是为了防止列车闯入反向锁闭的资源，引发两车对向冲突的风险。具体地，IVOC遍历TIOC发来允许本车使用的虚拟区段，检查锁闭方向，保留与列车运行方向一致的虚拟区段，记录与本车运行方向一致的虚拟区段至OcPermit(TIOC允许且有效的虚拟区段)数组。

Step2：连续虚拟区段查找。根据本发明的一个实施例，IVOC在与本车方向一致的虚拟区段资源基础上，找到从列车安全车尾所处虚拟区段向前连续允许的虚拟区段资源，并确认其能包含主列车完整的安全包络，保证锁定资源的安全性和连续性。具体地，IVOC根据TIOC发来的道岔状态从列车安全车尾所处的虚拟区段开始向列车运行方向查询相邻虚拟区段，并检索OcPermit数组是否包含当前区段，若包含则记录至Continuous(连续允许的区段)数组中，继续循环查询相邻虚拟区段；若不包含则说明找到了最后一个连续允许的区段，终止循环。根据本发明的一个实施例，如图2所示，在Step2中，首先，查找到列车安全车尾所处的虚拟区段，并判断OcPermit中是否包含该虚拟区段，若包含，则记录该虚拟区段至Continuous数组末尾，若OcPermit中不包含该虚拟区段，则资源锁定失败；然后，向列车运行方向查找Continuous末尾虚拟区段的相邻虚拟区段，并判断OcPermit中是否包含该虚拟区段，若OcPermit中包含该虚拟区段则记录该虚拟区段至Continuous数组末尾，若不包含则进入步骤Step3。

Step3：锁定资源终点计算。计算资源终点是为了向MA计算模块提供安全信息，使列车MA终点不越过锁定虚拟区段资源的终点以保障运行安全。具体地，在Step2得到的Continuous数组即为连续允许本车使用的虚拟区段序列，数组中最后一个虚拟区段的列车运行方向一端的点即为锁定资源终点。根据本发明的一个实施例，如图2所示，在Step3中，判断Continuous数组末尾的虚拟区段是否包含安全车头所在的虚拟区段，若不包含则资源锁定失败，若包含，则Continuous最后一个虚拟区段靠列车运行方向的点为锁定资源终点，资源锁定成功。、

由上述实施例可以看出，本发明实现了在虚拟区段的资源划分方式的车车通信CBTC系统下，IVOC的轨旁资源安全锁定功能，计算出列车可以安全行驶的线路范围，给出了列车的MA不可突破的可安全行驶的资源终点，为MA计算提供了安全依据，保证了列车的安全运行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟区段的列车安全路径资源锁定方法，用于基于车车通信系统为列车锁定连续允许其使用的所有虚拟区段资源，所述车车通信系统包括设置于地面且管辖约定车站范围内的轨旁资源的智能对象控制器、设置于每个列车上且用于列车资源匹配的车载控制器、以及设置于控制中心和/或车站且用于监控全线在线列车并向车载控制器下发运行计划的列车自动监控系统，其特征在于，所述方法包括：

将列车轨道按照预设的细粒度要求划分成多个分段，每一个分段为一个虚拟区段，并将轨旁资源包含在虚拟区段中；

基于智能对象控制器向列车车载控制器按照预设的信息结构下发其已锁定的虚拟区段资源信息；

每个列车基于其上设置的车载控制器收到的智能对象控制器下发的已锁定的虚拟区段资源，向智能对象控制器对与其运行方向同方向的连续锁定的虚拟区段资源进行申请，并在获得智能对象控制器反馈的允许其使用的虚拟区段资源后，对从本列车安全车尾所处的虚拟区段开始向前连续允许其使用的所有虚拟区段资源进行资源锁定；

其中，所述每个列车基于其上设置的车载控制器周期性的执行如下步骤以实现虚拟区段资源锁定:

S1、遍历智能对象控制器下发的允许其使用的所有虚拟区段资源以筛选出与列车运行方向一致的虚拟区段资源并记录到第一虚拟区段数组中；

S2、基于步骤S1中的第一虚拟区段数组进行连续虚拟区段查找，并将连续虚拟区段按列车运行方向的顺序依次记录在第二虚拟区段数组中；其中，从列车的安全车尾所处的虚拟区段开始，向列车运行方向连续循环查询相邻虚拟区段，并在每查询到一个相邻虚拟区段时查询第一虚拟区段数组中是否包含当前相邻虚拟区段，并将包含在第一虚拟区段数组中的相邻虚拟区段记录在第二虚拟区段数组末尾，直至查询到不包含在第一虚拟区段数组中的相邻虚拟区段；

S3、基于第二虚拟区段数组进行锁定资源终点计算，其中，第二虚拟区段数组的最后一个虚拟区段靠近列车运行方向的点为锁定资源终点，将从列车安全车尾所处的虚拟区段开始向前直至锁定资源终点进行虚拟区段资源锁定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述每个虚拟区段对应一个虚拟区段ID；

所述预设的信息结构包括：锁闭的虚拟区段数量、锁闭的每个虚拟区段对应的ID、锁闭的每个虚拟区段对应的锁闭方向、锁闭的每个虚拟区段对应的允许标志。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：每个列车基于其上设置的车载控制器周期性的对智能对象控制器下发的允许其使用的虚拟区段资源进行检查，并对当前从本列车安全车尾开始向前连续允许其使用的所有虚拟区段资源进行虚拟区段资源锁定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，资源终点不包含列车安全车头位置所处虚拟区段时资源锁定失败。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的细粒度要求为：200米为一个虚拟区段。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轨旁资源包括道岔。

7.一种轨道交通列车控制系统，其特征在于，所述系统配置有车车通信系统，且所述车车通信系统被配置为采用如权利要求1-6任一所述方法对每个列车锁定连续允许其使用的所有虚拟区段资源。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。