CN1959753A - 基于无线机车信号的虚拟闭塞系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，该系统由车载设备、地面设备及无线通信设备三部分组成。车载设备包括列车监控装置、无线机车信号车载设备及卫星定位模块；地面设备包括车站虚拟闭塞机、无线机车信号地面设备以及与联锁接口电路，与CTC或TDCS的接口电路，与差分GPS基站接口电路，与微机监测接口电路，与下站虚拟闭塞机接口电路等；无线通信设备应用450MHz数传电台或GSM－R无线设备。本发明充分利用了无线机车信号性能优势，由车站虚拟闭塞机将原半自动闭塞区间划分若干个虚拟分区，按照虚拟分区控制列车运行并进行安全防护，实现了在既有半自动闭塞区段内列车的追踪运行，达到提高线路运输能力和列车运行的安全性目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路行车虚拟闭塞方法，特别涉及一种基于无线机车信号的虚拟闭塞列车控制系统。属于铁路信号技术领域。
背景技术
随着贯彻落实铁路跨跃式发展战略，中国铁路发生了日新月异的变化。五次大提速后，即将进行第六次提速，开行列车运行速度为200Km/h的动车组，采用CTCS2级列控系统。客运专线京津高速铁路已开工建设，十一五规划建设一万多公里客运专线。在发展过程中也存在一些不协调或相对滞后的问题，我国既有线还有3万多公里的半自动闭塞线路，由于闭塞设备陈旧、技术落后，影响了线路运输能力提高和列车运行安全。因此，如何利用先进的列车控制技术，挖掘半自动闭塞区段潜能，提高运输效率及保证列车运行安全具有非常重要的现实意义。
通过相邻车站、线路所、闭塞分区的设备或人为控制，使列车与列车相互间保持一定间隔，以保证列车安全运行的行车方法称为行车闭塞法。换句话说行车闭塞是为了防止一个区间内同时进入相对运行的列车而发生冲突，以及避免两列同向运行的列车发生追尾事故。我国既有线路绝大多数采用自动闭塞和半自动闭塞两种方式。半自动闭塞是一种需人工办理闭塞手续，列车凭出站信号机的显示进行发车，当列车出发后，出站信号机能自动关闭的闭塞方法。半自动闭塞通常以车站划分闭塞区间，由于闭塞区间太长且需要车站值班员人工办理闭塞手续，影响了线路运输能力和行车安全。
鉴于上述情况，本发明提出一种基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，应用无线方式传输机车信号，在保证列车完整性检测正确及车载精确定位前提下，由车站虚拟闭塞机将原半自动闭塞区间划分若干个虚拟分区，按照虚拟分区控制列车运行并进行安全防护，实现虚拟闭塞，即在既有半自动闭塞区段内实现列车追踪运行，达到提高线路运输能力和列车安全运行的目的。该系统通过与CTC或TDCS结合，实现了调度中心、车站和列车的统一和分散自律控制。该系统除车站外不增加线路设备，车载设备可保留既有列车运行监控装置，使系统成本降到最低。
发明内容
既有半自动闭塞是一种需人工办理闭塞手续，列车凭出站信号机的显示进行发车，当列车出发后，出站信号机能自动关闭的闭塞方法。半自动闭塞通常以车站划分闭塞区间，由于闭塞区间太长且需要车站值班员人工办理闭塞手续，影响了线路运输能力和行车安全。本发明的目的在于针对上述现有技术的不足之处和为了提高线路运输能力和列车运行安全性，提出一种基于无线机车信号的虚拟闭塞系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于无线机车信号的虚拟闭塞系统其特征在于该系统应用无线机车信号设备传输机车信号等列车控制信息，采用卫星定位与里程计组合技术实现列车定位，应用列车尾部装置和定位信息确定列车的完整性，采用虚拟闭塞机完成虚拟闭塞。系统包括车载设备、地面设备和无线通信设备。
所述的车载设备包括无线机车信号车载设备、列车运行监控装置(ATP或LKJ2000)、人机界面(DMI)、记录单元、列车制动接口单元、GPS模块、列尾装置机车设备等。无线机车信号车载设备分别与列车运行监控装置、列尾装置机车设备及GPS模块相连接。列车运行监控装置与列车制动单元相连接。无线机车信号车载设备、列车运行监控装置及GPS模块共用一个人机界面(DMI)。
所述的地面设备包括车站虚拟闭塞机、无线机车信号地面控制柜、无线机车信号地面MMI及无线模块等，以及虚拟闭塞机与联锁接口电路、与CTC或TDCS的接口电路、与差分GPS基站接口电路、与微机监测的接口电路、与下站虚拟闭塞机接口电路等。每个车站设一虚拟闭塞机、站间通过光纤连接各虚拟闭塞机。各站虚拟闭塞机与本站无线机车信号地面控制柜相连接，并通过对应的接口电路分别与调度集中或列车调度指挥系统(CTC或TDCS)连接、与车站联锁连接、与微机监测连接、与差分GPS基站连接。
所述的无线通信设备应用450MHz数传电台或GSM-R无线设备。无线通信设备移动终端与无线机车信号车载设备连接，无线通信设备固定终端与无线机车信号地面设备连接。
地面设备的功能由车站虚拟闭塞机和无线机车信号地面设备共同实现。车站虚拟闭塞机对进出管辖区的列车进行注册和注销，采集进路、临时限速、列车位置等信息，根据列车运行计划，按照虚拟闭塞分区占用情况，对管辖内列车进行移动授权，通过无线机车信号与车载设备进行列控信息交互。车站虚拟闭塞机完成列车双向运行控制，车站间虚拟闭塞机信息交互。
车载设备功能由列车运行监控装置和无线机车信号车载设备实现。列车运行监控装置根据由无线机车信号车载设备提供的地面列控动态信息、临时限速信息、有关动车组数据及根据列车位置检索的线路静态信息生成控制速度和目标-距离模式曲线，控制列车运行。同时，记录器对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。无线机车信号车载设备接收卫星定位信息和地面差分GPS基站信息并根据电子地图确定列车位置；无线机车信号车载设备接收列尾装置信息实现列车完整性检测。
系统无线数据传输分为三个方面，车地列控信息通信、车载设备与尾部装置的通信、车载设备与DGPS通信。其中，车地传输的列控信息分两部分，地对车包括车次号、虚拟信号机信息、进路信息、临时限速信息、调度命令、差分GPS基站信息等。车对地包括车次号、列车位置、列车完整性、列车/调车、上下行以及回示信息等。
本发明的有益效果是：
1.提高了线路运输能力和列控系统的控车效率
系统一方面应用虚拟闭塞技术实现区间列车运行追踪，提高了线路运输能力；另一方面地面设备可以向车载监控装置提供进路信息和临时限速等更多列车控制信息，车载监控装置可按照列车位置检索到确切的线路静态数据。因此车载监控装置可以按照实际情况，而非最不利情况对列车进行安全防护，提高了车载监控装置控车的安全性和控车效率。
2.充分利用了无线机车信号的优势
(1)传输信息量大，无线机车信号除了提供机车信号信息外，还向车载设备提供进路信息、临时限速等大量列控信息。
(2)无线机车信号采用数字信号传输，传输可靠性高，误码率低，信号稳定。而轨道电路传输模拟信号，由于受轨道条件及各种干扰影响，参数变化大，信号质量差。
(3)信息闭环确认，无线机车信号实现了车—地之间双向信息传输，地面发出的信号后，车载设备有回示信息，双方进行信息校核，保证信息传输的可靠性。
(4)信息连续显示，列车无论在区间或在车站任何区段上机车信号的显示是连续的。
3.彻底摆脱车站轨道电路电码化的困扰
车站轨道电路电码化是一个复杂而安全性要求很高的技术。电码化分为占用发码、切换发码、脉动发码、占用叠加发码和预叠加发码等方式。电码化需要针对不同制式轨道电路、不同长短轨道电路等进行，困难很大，信号质量较差。基于无线机车信号的虚拟闭塞系统无需进行轨道电路电码化，其信号信息和进路信息直接取自联锁，临时限速信息取自CTC或TDCS分机，通过无线发到车载设备。系统不再受车站轨道电路各种干扰的影响。
4.提高信息综合利用率
基于无线机车信号系统中调度中心、车站和列车构成一个完整的数据传输网络、满足了列车运行安全控制和提高效率的信息需求。同时将CTC或TDCS、无线调度命令、列尾装置、车次号校核及微机监测纳入到基于无线机车信号系统中。实现信息共享、运行数据记录与回放、故障诊断分析，提高了信息利用率和信息化管理水平。
5.系统一体化设计，子系统综合集成。提高了系统的RAMS性能，提高列控系统的自动化、智能化和现代化水平。
6.与CTC连接车站可以实现无人职守。
7.减少室外信号设备。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
说明书附图为本发明系统基本结构示意图。
具体实施方式
基于无线机车信号的虚拟闭塞系统其特征在于该系统应用无线机车信号设备传输机车信号等列车控制信息，采用卫星定位与里程计组合技术实现列车定位，应用列车尾部装置和定位信息确定列车的完整性，采用虚拟闭塞机完成虚拟闭塞。系统包括车载设备、地面设备和无线通信设备。系统基本结构如图1所示。
所述的车载设备包括无线机车信号车载设备、列车运行监控装置(ATP或LKJ2000)、人机界面(DMI)、记录单元、列车制动接口单元、GPS模块、列尾装置机车设备等。无线机车信号车载设备分别与列车运行监控装置、列尾装置机车设备及GPS模块相连接。列车运行监控装置与列车制动单元相连接。无线机车信号车载设备、列车运行监控装置及GPS模块共用一个人机界面(DMI)。
所述的地面设备包括车站虚拟闭塞机、无线机车信号地面控制柜、无线机车信号地面MMI及无线模块等，以及虚拟闭塞机与联锁接口电路、与CTC或TDCS的接口电路、与差分GPS基站接口电路、与微机监测的接口电路、与下站虚拟闭塞机接口电路等。每个车站设一虚拟闭塞机、站间通过光纤连接各虚拟闭塞机。各站虚拟闭塞机与本站无线机车信号地面控制柜相连接，并通过对应的接口电路分别与调度集中或列车调度指挥系统(CTC或TDCS)连接、与车站联锁连接、与微机监测连接、与差分GPS基站连接。
所述的无线通信设备应用450MHz数传电台或GSM-R无线设备。无线通信设备移动终端与无线机车信号车载设备连接，无线通信设备固定终端与无线机车信号地面设备连接。
地面设备的功能由车站虚拟闭塞机和无线机车信号地面设备共同实现。车站虚拟闭塞机对进出管辖区的列车进行注册和注销，采集进路、临时限速、列车位置等信息，根据列车运行计划，按照虚拟闭塞分区占用情况，对管辖内列车进行移动授权，通过无线机车信号与车载设备进行列控信息交互。车站虚拟闭塞机完成列车双向运行控制，车站间虚拟闭塞机信息交互。
车载设备功能由列车运行监控装置和无线机车信号车载设备实现。列车运行监控装置根据由无线机车信号车载设备提供的地面列控动态信息、临时限速信息、有关动车组数据及根据列车位置检索的线路静态信息生成控制速度和目标-距离模式曲线，控制列车运行。同时，记录器对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。无线机车信号车载设备接收卫星定位信息和地面GPS差分基站信息并根据电子地图确定列车位置；无线机车信号车载设备接收列尾装置信息实现列车完整性检测。
系统无线数据传输分为三个方面，车地列控信息通信、车载设备与尾部装置的通信、车载设备与DGPS通信。其中，车地传输的列控信息分两部分，地对车包括车次号、虚拟信号机信息、进路信息、临时限速信息、调度命令、差分GPS基站信息等。车对地包括车次号、列车位置、列车完整性、列车/调车、上下行以及回示信息等。
基于无线机车信号的虚拟闭塞系统的工作原理是系统区间不设地面信号机，列车以车载无线机车信号为主体信号，司机根据车载信号控制列车运行。车站虚拟闭塞机将区间划分为1200～1500米间隔的虚拟闭塞分区，每个虚拟闭塞分区设置虚拟信号机，按照4显示信号制式实现列车追踪运行，各虚拟闭塞机之间自动实现联锁。虚拟闭塞机根据列车车次号、列车位置、速度、进路及虚拟分区占用、临时限速信息生成列车移动授权信息并通过无线机车信号发向车载设备。同时通过有线网络与CTC或TDCS传输信息。车站虚拟闭塞机控制范围为上行方向：上行进站——车站——下一站上行进站。下行方向：下行进站——车站——下一站下行进站。车站虚拟闭塞机控制列车双向运行，即如果列车运行方向与虚拟信号机控制的方向相同，且所防护的虚拟闭塞分区空闲，则虚拟信号机显示允许信号。虚拟信号机的一个方向点灯，相反方向的信号机关闭。
车载设备接收差分GPS坐标信息，按照存储车载设备中的线路电子地图确定列车位置；根据列车尾部装置信息进行列车完整性检测，并将列车定位信息和列车完整性信息传回到地面虚拟闭塞机。车载设备接收无线机车信号、进路信息、临时限速、DGPS信息及调度命令，列车监控装置根据这些信息，以及由列车位置检索出的线路静态信息，生成控制速度和目标-距离模式曲线，对列车进行超速防护。同时，记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。卫星定位、无线机车信号、列车监控装置共用一个DMI显示屏。车载设备配置了一个用于存放电子地图、静态线路数据、其他接收数据和参数的数据库。
调度中心通过CTC或TDCS网络接收各站虚拟闭塞机闭塞信息和列车运行信息，实现列车运行监控。
Claims (6)
1.基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：该系统由车载设备、地面设备及无线通信设备三部分组成；车载设备包括列车监控装置、无线机车信号车载设备及卫星定位模块；地面设备包括车站虚拟闭塞机、无线机车信号地面设备以及与联锁接口电路，与CTC或TDCS的接口电路，与差分GPS基站接口电路，与微机监测接口电路，与下站虚拟闭塞机接口电路等；无线通信设备包括450MHz数传电台或GSM-R无线设备；车载设备与地面设备之间通过无线信道传输列车控制信息。
2.根据权利要求1所述的基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：车载设备包括无线机车信号车载设备、列车运行监控装置、人机界面、记录单元、列车制动接口单元、GPS模块、列尾装置机车设备；无线机车信号车载设备分别与列车运行监控装置、列尾装置机车设备及GPS模块相连接；列车运行监控装置与列车制动单元相连接；无线机车信号车载设备、列车运行监控装置及GPS模块共用一个人机界面。
3.根据权利要求1所述的基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：地面设备包括车站虚拟闭塞机、无线机车信号地面控制柜、无线机车信号地面MMI及无线模块，以及虚拟闭塞机与联锁接口电路、与CTC或TDCS的接口电路、与差分GPS基站接口电路、与微机监测的接口电路、与下站虚拟闭塞机接口电路；每个车站设一虚拟闭塞机、站间通过光纤连接各虚拟闭塞机；各站虚拟闭塞机与本站无线机车信号地面控制柜相连接，并通过对应的接口电路分别与CTC或TDCS连接、与车站联锁连接、与微机监测连接、与差分GPS基站连接。
4.根据权利要求1所述的基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：所述的无线通信设备应用450MHz数传电台或GSM-R无线设备；无线通信设备移动终端与无线机车信号车载设备连接，无线通信设备固定终端与无线机车信号地面设备连接。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：所述地面设备的功能由车站虚拟闭塞机和无线机车信号地面设备共同实现。车站虚拟闭塞机将原半自动闭塞区间划分若干个虚拟分区，按照虚拟分区控制列车运行并进行安全防护，实现虚拟闭塞，即在既有半自动闭塞区段内实现列车追踪运行；车站虚拟闭塞机对进出管辖区的列车进行注册和注销，采集进路、临时限速、列车位置等信息，根据列车运行计划，按照虚拟闭塞分区占用情况，对管辖内列车进行移动授权，通过无线机车信号与车载设备进行列控信息交互。车站虚拟闭塞机完成列车双向运行控制，车站间虚拟闭塞机信息交互。
6.根据权利要求1、2、3、4所述的基于无线机车信号的虚拟闭塞系统，其特征在于：车载设备功能由列车运行监控装置和无线机车信号车载设备实现；列车运行监控装置根据由无线机车信号车载设备提供的地面列控动态信息、临时限速信息、有关动车组数据及根据列车位置检索的线路静态信息生成控制速度和目标-距离模式曲线，控制列车运行；同时，记录器对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录；无线机车信号车载设备接收卫星定位信息和地面GPS差分基站信息并根据电子地图确定列车位置；无线机车信号车载设备接收列尾装置信息实现列车完整性检测。
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