CN115071779B - 基于车车通信的智能转辙机装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车车通信的智能转辙机装置，包括：控制单元及执行单元，控制单元通过5G网络与车载ATP系统进行通信，控制单元接收所述车载ATP系统输出的注册并查询道岔状态请求后通过RSSP‑1协议校验身份后建立与车载ATP系统的通讯链接，并反馈当前道岔状态信息至车载ATP系统，控制单元根据车载ATP系统输出的控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令；执行单元根据道岔操作指令进行对道岔进行操作，通过本发明的智能转辙机装置直接与车载ATP系统通信，为城市轨道交通IOT生态提供了有力的支持，使列车自主运行的效率大大提高。

Description

基于车车通信的智能转辙机装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于车车通信的智能转辙机装置。

背景技术

目前的转辙机都是由联锁设备对其控制，转辙机根据联锁设备的控制命令进行动作，并且提供道岔定反位等表示状态。对于转辙机的维护，轨交行业目前普遍采用的智能维护系统，需通过对转辙机的工作参数采集，来检测和发现线路上的故障。如果采集到的数据达到特定的阈值水平，就会触发警报，提醒工作人员注意到故障并找出原因。

随着物联网的发展，传统的转辙机已经不能满足日益增长的需求。同时，随着VOBC引入车载ATS的发展，为了提高运营效率，越来越多的设备需要增加地铁列车控制的接口。同时目前的转辙机仅能通过联锁设备控制，转辙机的维护技术的准确度还不尽如人意，不仅工作人员有时会收到错误的警报，有些故障还会被系统直接遗漏。

因此急需开发一种克服上述缺陷的基于车车通信的智能转辙机装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于车车通信的智能转辙机装置，其中，包括：

控制单元，通过5G网络与车载ATP系统进行通信，所述控制单元接收所述车载ATP系统输出的注册并查询道岔状态请求后通过RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统的通讯链接，并反馈当前道岔状态信息至所述车载ATP系统，所述控制单元根据所述车载ATP系统输出的控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令；

执行单元，根据所述道岔操作指令进行对道岔进行操作。

上述的智能转辙机装置，其中，所述控制单元包括：

主系控制组件，与所述车载ATP系统进行通信并反馈当前道岔状态信息，根据所述控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令并输出至所述执行单元；

备系控制组件，接收所述注册并查询道岔状态请求，根据所述控制命令基于二乘二取二架构生成所述道岔操作指令；

其中，所述主系控制组件与所述备系控制组件之间通过控制总线互发PWM生命信号进行主备同步。

上述的智能转辙机装置，其中，所述主系控制组件与所述备系控制组件均包括：

5G模块；

通信模块，通过所述5G模块与所述车载ATP系统进行通信，所述通信模块接收所述注册并查询道岔状态请求后通过所述RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统的通讯链接，所述通信模块输出当前道岔状态信息，所述通信模块接收所述控制命令；

主机模块，通过内部总线连接于所述通信模块，接收并根据所述通信模块输出的所述控制命令基于二取二架构生成所述道岔操作指令，所述主机模块通过所述通信模块输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统；

安全IO模块，通过内部总线连接于所述主机模块，所述安全IO模块基于二乘二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元；

全电子道岔控制模块，通过所述内部总线连接于所述主机模块，所述全电子道岔控制模块基于二取二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元；

其中，只有当所述主系控制组件的模块故障时，则对应地所述备系控制组件的模块才能输出指令。

上述的智能转辙机装置，其中，所述执行单元包括：

道岔操作模块，根据所述主系控制组件的全电子道岔控制模块输出的所述道岔操作指令对所述道岔进行道岔定位和反位操纵控制；

道岔融雪模块，根据所述主系控制组件的所述安全IO模块输出的所述道岔操作指令对所述道岔进行加热；

密贴检测模块，根据所述主系控制组件的所述安全IO模块输出的所述道岔操作指令采集道岔尖轨与基本轨的密贴间隙的距离信息。

上述的智能转辙机装置，其中，所述控制单元还包括：

维护模块，连接于内部总线记录所述智能转辙机装置的运行数据，各个模块状态、主备状态、道岔状态进行诊断分析；

边缘计算模块，电性连接于所述维护模块，所述边缘计算模块通过MQTT协议将所述维护模块输出的所述道岔状态实时发送到IOM维护系统。

上述的智能转辙机装置，其中，还包括：

NFC通信模块，电性连接于所述维护模块，用以生成所述智能转辙机装置的唯一ID的二维码，维护人员通过扫描所述二维码查看所述智能转辙机装置及对应地道岔状态信息。

上述的智能转辙机装置，其中，还包括：

定位模块，电性连接于所述维护模块，用以定位所述智能转辙机装置的位置。

上述的智能转辙机装置，其中，还包括：

图像采集模块，电性连接于所述边缘计算模块，实时采集所述道岔的图像信息，所述边缘计算模块根据所述距离信息、所述图像信息及道岔外锁闭装置的状态信息进行边缘计算。

上述的智能转辙机装置，其中，当所述执行单元完成所述道岔操作指令后，所述控制单元再次输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统。

上述的智能转辙机装置，其中，当车尾通过所述道岔至一预设长度后，所述控制单元根据所述车载ATP系统输出的注销请求断开与所述车载ATP系统的通信链接。本发明相对于现有技术其功效在于：

通过本发明的智能转辙机装置直接与车载ATP系统通信，为城市轨道交通IOT生态提供了有力的支持，使列车自主运行的效率大大提高；同时运用MQTT协议，更轻便的传输数据，减轻了后台数据分析的负载，同时可以减少轨旁工作，还可以降低操作人员受伤的风险，使他们从繁重的监测中解脱出来，专注于新的任务。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明的智能转辙机装置的结构框图；

图2为本发明的智能转辙机装置的硬件结构示意图；

图3为本发明的智能转辙机装置与车载ATP系统的通信流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、“S1”、“S2”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

请参照图1，图1为本发明的智能转辙机装置的结构框图。如图1所示，本发明的一种基于车车通信的智能转辙机装置，包括：控制单元11及执行单元12；控制单元11，通过5G网络与车载ATP系统2进行通信，所述控制单元11接收所述车载ATP系统2输出的注册并查询道岔状态请求后通过RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统2的通讯链接，并反馈当前道岔状态信息至所述车载ATP系统2，所述控制单元11根据所述车载ATP系统2输出的控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令；执行单元12根据所述道岔操作指令进行对道岔进行操作；当所述执行单元12完成所述道岔操作指令后，所述控制单元11再次输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统2；当车尾通过所述道岔3至一预设长度后，所述控制单元12根据所述车载ATP系统2输出的注销请求断开与所述车载ATP系统2的通信链接。

需要说明的，在本实施例中，控制单元11与车载ATP系统2采用无线5G与LTE通信冗余的方式，车载ATP系统2可以直接通过5G将命令点对点下发至智能转辙机装置；但当点对点通信故障时，车载ATP系统2可通过LTE将报文下发至地面有线网络，再通过光纤发送至智能转辙机装置。

通过本发明的智能转辙机装置实现了车辆与地面设备直接通信，大大缩短了信息传递的时间，加快了道岔动作、道岔状态等信息传递的时间，提高了旅行速度、联动效率、转辙机反应速度，经过试验基于本发明的智能转辙机装置使得技术作业时间平均可以节约1.5秒，部分情况下，最大可节约近5s。全线按车站30个转辙机，则单列车全程平均可节省45秒，同等条件下旅速可提升0.42km/h，因此大幅缩短行车间隔，显著提升车辆智能化和自主化水平，使列车安全、高效、便捷的运行，控制单元升级为二乘二取二架构，进行安全冗余，提高安全性，可靠性等。

请参照图2并结合图1，图2为本发明的智能转辙机装置的硬件结构示意图。如图1及图2所示，所述控制单元11包括：主系控制组件M与备系控制组件S，主系控制组件M与所述车载ATP系统2进行通信并反馈当前道岔状态信息，根据所述控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令并输出至所述执行单元；备系控制组件S接收所述注册并查询道岔状态请求，根据所述控制命令基于二乘二取二架构生成所述道岔操作指令；所述主系控制组件M与所述备系控制组件S之间通过控制总线互发PWM生命信号进行主备同步。

其中，所述主系控制组件与所述备系控制组件均包括：5G模块111、通信模块112、主机模块113、安全IO模块114及全电子道岔控制模块115；通信模块112通过所述5G模块111与所述车载ATP系统2进行通信，所述通信模块接收所述注册并查询道岔状态请求后通过所述RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统2的通讯链接，所述通信模块112输出当前道岔状态信息，所述通信模块112接收所述控制命令；主机模块113通过内部总线C连接于所述通信模块112，接收并根据所述通信模块112输出的所述控制命令基于二取二架构生成所述道岔操作指令，所述主机模块113通过所述通信模块112输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统2；安全IO模块114通过内部总线C连接于所述主机模块113，所述安全IO模块114基于二乘二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元12；全电子道岔控制模块115通过所述内部总线C连接于所述主机模块113，所述全电子道岔控制模块115基于二取二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元12。

举例来说，车载ATP系统2将命令发送到通信模块112，通信模块112将报文通过内部总线，转发至两个主机模块113，主机模块113根据命令进行逻辑判断生成道岔操作指令，主系的主机模块113将道岔操作指令输出至两个安全IO模块114，两个安全IO模块114对所述道岔操作指令进行确认后由主系的安全IO模块114将道岔操作指令输出至所述执行单元12，进行道岔融合和密贴检测功能。同理，主系的主机模块113将道岔操作指令输出至两个全电子道岔控制模块115，两个全电子道岔控制模块115对所述道岔操作指令进行确认后由主系的全电子道岔控制模块115将道岔操作指令输出至所述执行单元12，进行道岔定位和反位操纵控制。

需要说明的是，本发明的智能转辙机装置采用的是冗余结构，只有当所述主系控制组件M的模块故障时，则对应地所述备系控制组件的模块才能输出指令。

具体地说，本发明的智能转辙机装置部署在轨旁，采用高安全高可靠性的二乘二取二架构的全电子计算机平台，每系由一个5G模块、一个主机模块、一个通信模块、一个安全IO模块、一个全电子道岔控制模块；内部总线分为冗余的控制以太网和维护以太网，控制以太网用于安全控制关键数据传输，维护以太网用于维护日志和诊断信息的传输；两个主机主机模块之间通过控制以太网进行主备同步，通过主备之间的硬线互发PWM生命信号，用于双主防护；当一个主机模块故障了，另一个主机模块可以控制两系的通信模块、安全IO模块、全电子道岔控制模块，两系的通信模块、安全IO模块、全电子道岔控制模块也只听主系的主机模块命令。

其中，全电子道岔控制模块还可通过检测电机动作电压、电流等来检测道岔状态。

进一步地，所述执行单元12包括：道岔操作模块121、道岔融雪模块122及密贴检测模块123；道岔操作模块121根据所述主系控制组件M的全电子道岔控制模块115输出的所述道岔操作指令对所述道岔3进行道岔定位和反位操纵控制；道岔融雪模块122根据所述主系控制组件M的所述安全IO模块114输出的所述道岔操作指令对所述道岔3进行加热；密贴检测模块123根据所述主系控制组件M的所述安全IO模块114输出的所述道岔操作指令采集道岔尖轨与基本轨的密贴间隙的距离信息。

其中，在本实施例，通过道岔融雪模块122对道岔进行加热实现下雪天气道岔融雪。

其中，在本实施例中，以密贴检测模块123为激光测距传感器为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。

更进一步地，所述控制单元还包括：维护模块13及边缘计算模块14；所述智能转辙机装置还包括：NFC通信模块15、定位模块16及图像采集模块17；维护模块13连接于内部总线C记录所述智能转辙机装置的运行数据，各个模块状态、主备状态、道岔状态进行诊断分析；边缘计算模块14电性连接于所述维护模块13，所述边缘计算模块14通过MQTT协议将所述维护模块13输出的所述道岔状态实时发送到IOM维护系统4，通过后台的云计算，实时监测道岔状态，通过后台的数据分析，故障检测率、警报正确率和数据分类准确率都大幅提高，边缘计算模块通过MQTT协议进行交互，以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务，来提高维护和故障检测的效率，减少安全主机板的处理压力；NFC通信模块15电性连接于所述维护模块13，NFC通信模块15用以生成所述智能转辙机装置的唯一ID的二维码，维护人员通过扫描所述二维码查看所述智能转辙机装置及对应地道岔状态信息；定位模块16电性连接于所述维护模块13，定位模块16用以定位所述智能转辙机装置的位置，其中在本实施例中，定位模块16可以为GPS模块或北斗卫星模块；图像采集模块17电性连接于所述边缘计算模块14，图像采集模块17实时采集所述道岔的图像信息，所述边缘计算模块14根据所述距离信息、所述图像信息及道岔外锁闭装置的状态信息进行边缘计算。

再请参照图1，在本实施例中，控制单元具有多个接口如下：

1)接口1为控制单元与ATP(红网)接口，为无线接口；

2)接口2为控制单元与ATP(蓝网)接口，为无线接口；

3)接口3为控制单元与IOM子系统维护网(维护网)接口，为无线接口；

4)接口4为控制单元与定位模块接口，为以太网/CAN接口，能够进行时间同步以及提供位置信息辅助定位；

5)接口5为控制单元与图像采集模块接口为以太网/CAN接口，能够辅助实现密贴监测；

6)接口6为执行单元与道岔的接口，通过机械接口连接；

7)接口7为控制单元与NFC通信模块15的接口，实现维护人员使用带NFC功能的手机等贴近转辙机并获取该转辙机的状态信息。

请参照图3，图3为本发明的智能转辙机装置与车载ATP系统的通信流程示意图。如图3所示，

在列车即将通过含道岔的路段时，提前(距离信号机一定距离)与道岔所属的智能转辙机建立通信。首先由车载ATP系统发起注册并查询道岔状态请求，智能转辙机装置在通过RSSP-1协议校验身份后建立通讯链接，并反馈道岔状态。车载ATP系统通过与车载地图比对，发出控制命令(定位，反位等)，智能转辙机装置在接收到指定命令后操作动作模块实现，同时智能转辙机装置的通信模块不再接收其他车辆的注册。当智能转辙机装置完成动作后再次反馈道岔状态。车载ATP系统此时会与智能信号机通信并开放进路，同时更新车辆的移动授权，车辆就可以向该进路驶入。在车辆车尾通过道岔一定可配置的距离后，向智能转辙机装置发起注销，智能转辙机装置的通信模块接收到注销后断开通信，并等待下一个车辆的注册请求。由次实现了车辆自主办理所需的进路，减少了传统的联锁控制时间，避免了一些通信延迟，提高了运行效率。

综上所述，本发明的智能转辙机装置通过全电子安全计算机平台(SIL4)、安全通信协议(RSSP-I)、物联网、卫星定位与通信、智能传感器、边缘计算等技术手段实现地面基础设备无线智能化控制，实现智能转辙机装置直接与车载ATP系统通信，为城市轨道交通IOT生态提供了有力的支持，使列车自主运行的效率大大提高；同时运用MQTT协议，更轻便的传输数据，减轻了后台数据分析的负载，同时可以减少轨旁工作，还可以降低操作人员受伤的风险，使他们从繁重的监测中解脱出来，专注于新的任务。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于车车通信的智能转辙机装置，其特征在于，包括：

控制单元，通过5G网络与车载ATP系统进行通信，所述控制单元接收所述车载ATP系统输出的注册并查询道岔状态请求后通过RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统的通讯链接，并反馈当前道岔状态信息至所述车载ATP系统，所述控制单元根据所述车载ATP系统输出的控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令；

执行单元，根据所述道岔操作指令进行对道岔进行操作；

其中，所述控制单元包括：

主系控制组件，与所述车载ATP系统进行通信并反馈当前道岔状态信息，根据所述控制命令基于二乘二取二架构输出道岔操作指令并输出至所述执行单元；

备系控制组件，接收所述注册并查询道岔状态请求，根据所述控制命令基于二乘二取二架构生成所述道岔操作指令；

其中，所述主系控制组件与所述备系控制组件之间通过控制总线互发PWM生命信号进行主备同步。

2.如权利要求1所述的智能转辙机装置，其特征在于，所述主系控制组件与所述备系控制组件均包括：

5G模块；

通信模块，通过所述5G模块与所述车载ATP系统进行通信，所述通信模块接收所述注册并查询道岔状态请求后通过所述RSSP-1协议校验身份后建立与所述车载ATP系统的通讯链接，所述通信模块输出当前道岔状态信息，所述通信模块接收所述控制命令；

主机模块，通过内部总线连接于所述通信模块，接收并根据所述通信模块输出的所述控制命令基于二取二架构生成所述道岔操作指令，所述主机模块通过所述通信模块输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统；

安全IO模块，通过内部总线连接于所述主机模块，所述安全IO模块基于二乘二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元；

全电子道岔控制模块，通过所述内部总线连接于所述主机模块，所述全电子道岔控制模块基于二取二架构对所述道岔操作指令进行确认后输出至所述执行单元；

其中，只有当所述主系控制组件的模块故障时，则对应地所述备系控制组件的模块才能输出指令。

3.如权利要求2所述的智能转辙机装置，其特征在于，所述执行单元包括：

道岔操作模块，根据所述主系控制组件的全电子道岔控制模块输出的所述道岔操作指令对所述道岔进行道岔定位和反位操纵控制；

道岔融雪模块，根据所述主系控制组件的所述安全IO模块输出的所述道岔操作指令对所述道岔进行加热；

密贴检测模块，根据所述主系控制组件的所述安全IO模块输出的所述道岔操作指令采集道岔尖轨与基本轨的密贴间隙的距离信息。

4.如权利要求3所述的智能转辙机装置，其特征在于，所述控制单元还包括：

维护模块，连接于内部总线记录所述智能转辙机装置的运行数据，各个模块状态、主备状态、道岔状态进行诊断分析；

边缘计算模块，电性连接于所述维护模块，所述边缘计算模块通过MQTT协议将所述维护模块输出的所述道岔状态实时发送到IOM维护系统。

5.如权利要求4所述的智能转辙机装置，其特征在于，还包括：

NFC通信模块，电性连接于所述维护模块，用以生成所述智能转辙机装置的唯一ID的二维码，维护人员通过扫描所述二维码查看所述智能转辙机装置及对应地道岔状态信息。

6.如权利要求1所述的智能转辙机装置，其特征在于，还包括：

定位模块，电性连接于维护模块，用以定位所述智能转辙机装置的位置。

7.如权利要求4所述的智能转辙机装置，其特征在于，还包括：

图像采集模块，电性连接于所述边缘计算模块，实时采集所述道岔的图像信息，所述边缘计算模块根据所述距离信息、所述图像信息及道岔外锁闭装置的状态信息进行边缘计算。

8.如权利要求1所述的智能转辙机装置，其特征在于，当所述执行单元完成所述道岔操作指令后，所述控制单元再次输出所述当前道岔状态信息至所述车载ATP系统。

9.如权利要求1所述的智能转辙机装置，其特征在于，当车尾通过所述道岔至一预设长度后，所述控制单元根据所述车载ATP系统输出的注销请求断开与所述车载ATP系统的通信链接。

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