CN114987558A - 基于无线通信的列车联挂解编装置、方法、设备及介质 - Google Patents

基于无线通信的列车联挂解编装置、方法、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，包括至少两列最小编组列车TU以及分布安装在各最小编组列车两端上的无线联挂控制器，该无线联挂控制器分别与列车中的信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；所述两列最小编组列车TU联挂后，形成了联挂列车TF；通过所述最小编组列车TU车头之间的无线联挂控制器联通两列最小编组列车TU之间的通信链路。与现有技术相比，本发明具有避免了电气连接器接触和电气钩可靠性下降的问题等优点。

Description

基于无线通信的列车联挂解编装置、方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及轨道交通信号系统，尤其是涉及一种基于无线通信的列车联挂解编装置、方法、设备及介质。
背景技术
城市轨道交通在一天当中的客流通常是不平衡的，特别是连接城市郊区与市区的外围线路，具有明显的潮汐现象。在运营组织时，往往会通过早晚高峰和日间客流相对低估时采用不同的运行图来解决；对于贯穿郊区和市中心的较长的线路，还会采用大小交路的方式，在市区投入更多的运力。可想而知，此种方式下，在郊区日间的行车间隔会很长。
解决上述问题的一种策略，是通过信号及车辆的在线联挂解编功能，实现多编组列车混合运营组织模式。如上海轨道交通16号线，可在正线由两列三编组车联挂形成一列六编组列车，比如可以在高峰期投入六编组列车运营，平峰时期解编为三编组运营，这样在不造成太大运力浪费的情况下能够尽可能缩短日间的行车间隔，提高乘客满意度。
列车联挂时，把一辆列车开向另一辆列车，通过车头车钩的碰撞和联接，组合成新的编组列车。车钩内部分为机械钩和电气钩，机械钩负责将两列车物理上联挂在一起，保证列车之间不会脱开；电气钩(即电气连接器)负责将两列车之间的控制电路和车辆及信号网络联接在一起，将两列车的列车控制电路和网络贯通，车辆及信号系统根据新组成的列车控制电路反馈以及网络信息，将系统自动配置为新的编组列车后，投入运营。然而，随着列车联挂次数的增多，对电气钩的可靠性有较高的要求，每次联挂解编时相当于对电气钩内的连接器和触点进行插拔，连接器及触点的长期频繁插拔所产生的损耗，会降低电气钩的可靠性，造成在正线进行联挂作业时，两列车的机械钩已经物理联接，但电气钩内的连接器及触点出现接触不良，无法导通两列车的列车控制电路和网络的情况，此时，系统无法识别联挂列车，列车无法继续运行。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无线通信的列车联挂解编装置、方法、设备及介质。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，提供了一种基于无线通信的列车联挂解编装置，包括至少两列最小编组列车TU以及分布安装在各最小编组列车两端上的无线联挂控制器，该无线联挂控制器分别与列车中的信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；
所述两列最小编组列车TU联挂后，形成了联挂列车TF；通过所述最小编组列车TU车头之间的无线联挂控制器联通两列最小编组列车TU之间的通信链路。
作为优选的技术方案，所述的无线联挂控制器包括：
安全冗余处理器，用于处理列车联挂解编状态，并联通两最小编组列车TU的信号传输及控制指令；
I/O模块，分别与安全冗余处理器、信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；
冗余无线模块，与安全冗余处理器连接，用于将安全冗余处理器处理后的信息转换成无线数据与本车联挂的另一辆车的无线联挂控制器进行通信；
冗余电源，分别与安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块连接。
作为优选的技术方案，所述的安全冗余处理器为采用主/备冗余技术、二乘二取二或三取二安全冗余技术的处理器。
作为优选的技术方案，所述的冗余无线模块采用双网冗余天线进行对外通信。
作为优选的技术方案，所述的冗余电源将车辆电源转换后，通过双电源模块分别给安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块供电。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述基于无线通信的列车联挂解编装置的方法，该方法将无线通信技术代替电气钩，把两列车的列车控制电路和车辆/信号网络，通过无线连通；同时列车的物理联接仍然通过机械钩实现，使两列车既能在物理上联挂为一列新编组列车，也能通过无线通信连通两列车的列车控制电路和网络，使信号系统自动识别为新编组列车。
作为优选的技术方案，对于所述的信号车载网络，其列车联挂具体过程为：
101)两列TU列车物理发生联挂时，机械钩连通，本端联挂信号激活；
102)TU1列车的无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号后，发起无线通信，搜索另一列TU的无线联挂控制器；
103)如与TU2列车的无线联挂控制器建立通信，则连通两列车之间的信号红蓝网络，并向每个信号车载设备提供列车两端联挂信号，用于确认列车编组信息；
104)信号车载设备确认联挂状态和编组信息后，自动更新车载系统配置为TF，根据车辆输入确定主控的TU列车，并与轨旁信号系统通信确认联挂状态和编组信息后，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以联挂列车编组运行列车。
作为优选的技术方案，在所述的联挂运行过程中，两列TU列车之间信号车载设备所需的通信交互，也通过无线联挂控制器的无线网络实现。
作为优选的技术方案，对于所述的信号车载网络，其列车解编过程具体为：
201)当一列TF列车解编为两列TU列车时，机械钩解开，本端联挂信号丢失；
202)无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号丢失后，停止无线通信，并向本TU列车的信号车载设备提供列车两端非联挂信号；
203)信号车载设备确认非联挂状态后，自动更新车载系统配置，并与轨旁信号系统通信确认非联挂状态，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以非联挂列车编组运行列车。
作为优选的技术方案，对于所述的车辆TCMS网络，列车的联挂和解编过程具体为：
301)通过采集机械钩联挂信号，两个无线联挂控制器建立通信关系，自动配置车辆TCMS网络为TU车或TF车，联挂时连通两列TU列车的TCMS网络，解编时恢复TU列车的TCMS单独组网；
302)TCMS根据两个TU列车的自身状态自动判断主控TU列车，由主控TU列车向其他TU列车的车辆控制设备统一通过TCMS网络发送控制命令，实现TF整车同步控制。
作为优选的技术方案，对于所述的车辆控制电路，列车的联挂和解编过程具体为：
401)对于SIL4级的列车控制指令及状态信息，当列车为单独的TU列车时，车辆控制电路在TU列车内单独形成安全电路闭环；
402)当两个TU列车联挂成TF列车时，两个TU列车的安全电路闭环独立控制，并同时工作，若有一个安全环路异常时联挂列车在信号系统控制下同步响应。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)两列车联挂和解编时，本发明不需要使用电气钩，将无线通信技术代替电气钩，把两列车的列车控制电路和车辆/信号网络，通过无线连通，避免了电气连接器接触和电气钩可靠性下降的问题。
2)本发明列车的物理联接仍然通过机械钩实现，使两列车既能在物理上联挂为一列新编组列车，也能通过无线通信连通两列车的列车控制电路和网络，使系统自动识别为新编组列车，对在线联挂解编的成功率有极大的提升，同时也降低了对车钩的维护要求。
3)本发明无线联挂控制器是冗余装置，对在线联挂解编的成功率有极大的提升，同时也降低了对车钩的维护要求。
附图说明
图1为本发明无线联挂控制器的结构示意图；
图2为本发明无线联挂控制器安装在最小编组列车的结构示意图；
图3为本发明两列最小编组列车联挂后形成联挂列车的结构示意图；
图4为本发明信号车载网络下的列车联挂和解编示意图；
图5为本发明车辆TCMS网络下的列车联挂和解编示意图；
图6为本发明车辆控制电路下的列车联挂和解编示意图。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明基于无线通信的列车联挂解编方法，该方法将无线通信技术代替电气钩，把两列车的列车控制电路和车辆/信号网络，通过无线连通；同时列车的物理联接仍然通过机械钩实现，使两列车既能在物理上联挂为一列新编组列车，也能通过无线通信连通两列车的列车控制电路和网络，使信号系统自动识别为新编组列车。
本发明方法可用于固定闭塞系统，准移动闭塞系统，移动闭塞系统，以及CBTC系统、CTCS系统、ETCS系统、PTC系统、ITCS系统和TACS系统等各种制式下使用列车联挂解编功能信号系统，因此本方法和系统的权利要求同样适用于这些系统及与其类似的系统。
具体实现方式如下：
1)信号车载网络，如图4所示：
a)联挂时：
101)两列TU列车物理发生联挂时，机械钩连通，本端联挂信号激活；
102)TU1列车的无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号后，发起无线通信，搜索另一列TU的无线联挂控制器；
103)如与TU2列车的无线联挂控制器建立通信，则连通两列车之间的信号红蓝网络，并向每个信号车载设备(CC)提供列车两端联挂信号，用于确认列车编组信息(两车联挂或多车联挂)
104)信号车载设备确认联挂状态和编组信息后，自动更新车载系统配置为TF，根据车辆输入确定主控的TU列车，并与轨旁信号系统通信确认联挂状态和编组信息后，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以联挂列车编组(即TF列车)运行列车。
在联挂运行过程中，两列TU列车之间信号车载设备所需的通信交互，也通过无线联挂控制器的无线网络实现。
b)解编时：
201)一列TF列车解编为两列TU列车时，机械钩解开，本端联挂信号丢失；
202)无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号丢失后，停止无线通信，并向本TU列车的信号车载设备(CC)提供列车两端非联挂信号；
203)信号车载设备确认非联挂状态后，自动更新车载系统配置，并与轨旁信号系统通信确认非联挂状态，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以非联挂列车编组(即单TU列车)运行列车。
2)车辆TCMS网络，如图5所示：
与1)信号车载网络类似，通过采集机械钩联挂信号，两个无线联挂控制器建立通信关系，自动配置车辆TCMS网络为TU车或TF车，联挂时连通两列TU列车的TCMS网络，解编时恢复TU列车的TCMS单独组网。
TCMS根据两个TU列车的依据自身状态自动判断主控TU列车，由主控TU列车向其他TU列车的车辆控制设备统一通过TCMS网络发送控制命令，实现TF整车同步控制。
3)车辆控制电路，如图6所示：
对于SIL4级的列车控制指令及状态信息，当列车为单独的TU列车时，车辆控制电路在TU列车内单独形成安全电路闭环。
当两个TU列车联挂成TF列车时，两个TU列车的安全电路闭环独立控制，并同时工作，有一个安全环路异常时联挂列车在信号系统控制下同步响应。
对于SIL2及以下等级的列车控制指令及状态信息，当两个TU列车联挂成TF列车时，根据TCMS的主控TU列车信息，主控TU列车的列车控制指令及状态信息通过列车线连通到无线联挂控制器，由无线联挂控制器将列车控制指令及状态信息传递到另一列TU列车，使得另一列TU列车的车辆接受主控TU的车辆列车控制指令及状态信息，将列车控制指令及状态信息作用于TF整车。
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
如图2所示，基于无线通信的列车联挂解编装置，包括至少两列最小编组列车TU以及分布安装在各最小编组列车两端上的无线联挂控制器1，该无线联挂控制器1分别与列车中的信号车载网络2、车辆TCMS网络3和车辆控制电路4连接；
所述两列最小编组列车TU联挂后，形成了联挂列车TF；通过所述最小编组列车TU车头之间的无线联挂控制器1联通两列最小编组列车TU之间的通信链路。
如图1所示，所述的无线联挂控制器包括：
安全冗余处理器11，用于处理列车联挂解编状态，并联通两最小编组列车TU的信号传输及控制指令；
I/O模块12，分别与安全冗余处理器、信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；
冗余无线模块13，与安全冗余处理器连接，用于将安全冗余处理器处理后的信息转换成无线数据与本车联挂的另一辆车的无线联挂控制器进行通信；
冗余电源14，分别与安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块连接。
所述的安全冗余处理器11为采用主/备冗余技术、二乘二取二或三取二安全冗余技术的处理器。
所述的冗余无线模块13采用双网冗余天线进行对外通信。
述的冗余电源14将车辆电源转换后，通过双电源模块分别给安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块供电。
两列最小编组列车联挂后，形成了联挂列车(即Train Formation，缩写为TF)，如图3所示。TF由TU1和TU2组成，通过TU车头之间的无线联挂控制器通信连通两列TU列车之间的信号车载网络、车辆TCMS网络以及列车线中的列车控制信息，使得TF成为一个整体同步控制TU1和TU2。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明电子设备包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
设备中的多个部件连接至I/O接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如本发明方法。例如，在一些实施例中，本发明方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到RAM并由CPU执行时，可以执行上文描述的本发明方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行本发明方法。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、负责可编程逻辑设备(CPLD)等等。
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，包括至少两列最小编组列车TU以及分布安装在各最小编组列车两端上的无线联挂控制器，该无线联挂控制器分别与列车中的信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；
所述两列最小编组列车TU联挂后，形成了联挂列车TF；通过所述最小编组列车TU车头之间的无线联挂控制器联通两列最小编组列车TU之间的通信链路。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，所述的无线联挂控制器包括：
安全冗余处理器，用于处理列车联挂解编状态，并联通两最小编组列车TU的信号传输及控制指令；
I/O模块，分别与安全冗余处理器、信号车载网络、车辆TCMS网络和车辆控制电路连接；
冗余无线模块，与安全冗余处理器连接，用于将安全冗余处理器处理后的信息转换成无线数据与本车联挂的另一辆车的无线联挂控制器进行通信；
冗余电源，分别与安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，所述的安全冗余处理器为采用主/备冗余技术、二乘二取二或三取二安全冗余技术的处理器。
4.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，所述的冗余无线模块采用双网冗余天线进行对外通信。
5.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的列车联挂解编装置，其特征在于，所述的冗余电源将车辆电源转换后，通过双电源模块分别给安全冗余处理器、I/O模块和冗余无线模块供电。
6.一种用于权利要求1所述基于无线通信的列车联挂解编装置的方法，其特征在于，该方法将无线通信技术代替电气钩，把两列车的列车控制电路和车辆/信号网络，通过无线连通；同时列车的物理联接仍然通过机械钩实现，使两列车既能在物理上联挂为一列新编组列车，也能通过无线通信连通两列车的列车控制电路和网络，使信号系统自动识别为新编组列车。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述的信号车载网络，其列车联挂具体过程为：
101)两列TU列车物理发生联挂时，机械钩连通，本端联挂信号激活；
102)TU1列车的无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号后，发起无线通信，搜索另一列TU的无线联挂控制器；
103)如与TU2列车的无线联挂控制器建立通信，则连通两列车之间的信号红蓝网络，并向每个信号车载设备提供列车两端联挂信号，用于确认列车编组信息；
104)信号车载设备确认联挂状态和编组信息后，自动更新车载系统配置为TF，根据车辆输入确定主控的TU列车，并与轨旁信号系统通信确认联挂状态和编组信息后，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以联挂列车编组运行列车。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述的联挂运行过程中，两列TU列车之间信号车载设备所需的通信交互，也通过无线联挂控制器的无线网络实现。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述的信号车载网络，其列车解编过程具体为：
201)当一列TF列车解编为两列TU列车时，机械钩解开，本端联挂信号丢失；
202)无线联挂控制器采集到机械钩联挂信号丢失后，停止无线通信，并向本TU列车的信号车载设备提供列车两端非联挂信号；
203)信号车载设备确认非联挂状态后，自动更新车载系统配置，并与轨旁信号系统通信确认非联挂状态，轨旁信号系统向信号车载设备提供移动授权，以非联挂列车编组运行列车。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述的车辆TCMS网络，列车的联挂和解编过程具体为：
301)通过采集机械钩联挂信号，两个无线联挂控制器建立通信关系，自动配置车辆TCMS网络为TU车或TF车，联挂时连通两列TU列车的TCMS网络，解编时恢复TU列车的TCMS单独组网；
302)TCMS根据两个TU列车的自身状态自动判断主控TU列车，由主控TU列车向其他TU列车的车辆控制设备统一通过TCMS网络发送控制命令，实现TF整车同步控制。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述的车辆控制电路，列车的联挂和解编过程具体为：
401)对于SIL4级的列车控制指令及状态信息，当列车为单独的TU列车时，车辆控制电路在TU列车内单独形成安全电路闭环；
402)当两个TU列车联挂成TF列车时，两个TU列车的安全电路闭环独立控制，并同时工作，若有一个安全环路异常时联挂列车在信号系统控制下同步响应。
12.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6～11中任一项所述的方法。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求6～11中任一项所述的方法。
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