CN207433561U - 一种有轨电车自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种有轨电车自动驾驶系统，包括：中心控制系统、轨旁信号系统、车载系统和通信系统；所述中心控制系统包括中心运营调度系统，所述中心运营调度系统用于列车管理和信息转发；所述车载系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述轨旁信号系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述车载系统包括环境感知装置，所述环境感知装置实时采集列车周围的环境状态信息。

Description

一种有轨电车自动驾驶系统

技术领域

本公开涉及一种自动驾驶系统，尤其涉及一种有轨电车自动驾驶系统。

背景技术

现代有轨电车在公共交通体系中能够承担城市主干线路公交客运，或者作为地铁轻轨构建区域的补充公共交通网络，其运行线路多为城市道路改造而成，线路不完全封闭，存在与地面公共交通的平面交叉路口。

现代有轨电车与城市地铁、轻轨路权形式不同，大部分线路都属于半独立或混合路权，其不同于铁路、地铁、轻轨等其他轨道交通完全封闭的运行环境这一特点，使得其无法采用轨道交通信号系统中的闭塞控制来保证列车运行安全，因此现代有轨电车驾驶方式与公交类似，由司机目视人工驾驶车辆，司机根据列车速度判断并保持与前车的距离。

半独立路权和司机目视人工驾驶导致有轨电车的运营安全、运输效率极大的依赖于司机驾驶状态和经验，使得司机长时间处于高度紧张、注意力高度集中的状态，给有轨电车的运营安全带来诸多隐患。

目前国内已运营的现代有轨电车列车运行控制系统，大多由中心运营调度系统、正线道岔控制系统、道口控制系统、车载系统组成。中心运营调度系统主要实现列车运行计划编制、下发，线路设备、列车状态的监控，相关子系统之间的消息转发。正线道岔控制系统根据中心运营调度系统下发的列车运行计划和列车接近信息，实现正线转辙机、信号机的安全控制。车载控制子系统实现电车自定位并将位置上传中心运营调度系统，提供行车信息提示功能，实现道岔遥控功能，限速超速报警、路口闯红灯报警等功能。路口综合控制子系统实现与路口社会交通信号灯控制系统的接口，采集路口交通信号灯的状态，向路口交通信号灯控制系统发送优先通过请求；检测列车接近和离开；接受接近列车的通过请求，向列车发送路口交通信号灯的状态信息；向中心运营调度系统发送路口交通信号灯的状态信息。

目前现代有轨电车列车运行控制系统中只有正线道岔控制系统为安全系统，保证在规定的联锁条件和规定的时序下对进路、信号和道岔实行控制，确保进路上轨道区段、道岔、进路表示器之间安全的联锁逻辑。车载系统和道口控制系统都为非安全系统，车载系统只提供辅助驾驶的功能，不提供安全防护功能，行车安全由司机负责。司机需按照轨旁设备的显示及标识(岔区进路表示器、路口专用信号灯、限速牌等)人工驾驶列车运行。因此，有轨电车对司机要求较高，当司机的驾驶状态不好或经验不足时，会给有轨电车的运营安全带来诸多隐患。现代有轨电车线路为非封闭环境，列车运行控制系统无法实现闭塞控制，无法提供列车安全防护功能，使得有轨电车的运营效率和安全完全依赖于司机，运营效率和安全受到了诸多限制。

实用新型内容

针对上述现有技术中的问题，本公开提供一种能满足非完全封闭运行环境、实现列车安全防护和自动运行的有轨电车自动驾驶系统及方法。

本公开的有轨电车自动驾驶系统通过以下技术方案实现。

一种有轨电车自动驾驶系统，包括：中心控制系统、轨旁信号系统、车载系统和通信系统；所述中心控制系统包括中心运营调度系统，所述中心运营调度系统用于列车管理和信息转发；所述车载系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述轨旁信号系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述车载系统包括环境感知装置，所述环境感知装置实时采集列车周围的环境状态信息。

进一步地，所述车载系统还包括安全防护装置，所述安全防护装置接收所述环境状态信息。

进一步地，所述车载系统还包括列车定位装置，所述列车定位装置用于获取和校准列车的速度信息和运行方向信息。

进一步地，所述车载系统还包括车车通信装置，所述车车通信装置用于列车与前方列车通信。

进一步地，所述轨旁信号系统包括目标控制器和路口安全区域控制器；所述车载系统向所述目标控制器或所述路口安全区域控制器申请对运行前方的轨旁设备的使用，所述目标控制器或所述路口安全区域控制器接收所述申请，将所述轨旁设备转换到列车请求的状态，完成进路锁闭或路口安全区域防护，并将申请响应状态返回给所述车载系统。

进一步地，所述车载系统接收到所述目标控制器或所述路口安全区域控制器的所述申请响应状态，取得运行前方轨旁设备的使用权。

进一步地，所述车载系统还包括移动授权装置；所述移动授权装置根据所述车载系统接收自所述中心运营调度系统的列车运行方向上的轨旁设备信息和前车状态信息，计算出列车移动授权范围；所述车载系统的自动防护装置根据所述列车移动授权范围防护列车向前运行。

进一步地，所述车载系统根据轨旁设备信息和在线列车信息，判断列车运行前方的移动授权范围内是否有其他列车；

1)若列车运行前方移动授权范围内无列车，则列车不与前车建立通信；

2)若列车运行前方移动授权范围内有列车，则列车与前车建立通信，获取前车实时位置信息，与从所述中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置信息和速度信息计算更新列车移动授权范围；

3)若列车运行前方移动授权范围内有列车，且列车与前车已建立通信，随着列车运行，前车超出本车移动授权范围区域，列车运行前方移动授权范围内无列车，则列车断开与前车通信；

4)若列车运行前方移动授权范围内无列车，随着列车运行，前车进入本车移动授权范围内，列车与前车建立通信，从前车获取实时位置信息，与从中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置信息和速度信息计算更新列车移动授权范围。

进一步地，所述路口安全区域控制器接收依次安装在平面交叉路口的列车进入方向的列车位置地面检测装置的第一地面检测装置和第二地面检测装置发送的信息；所述信息为第一地面检测装置接收的列车特征信息和优先通过请求信息，以及第二地面检测装置接收的列车特征信息和列车接近路口的状态信息。

进一步地，所述路口安全区域控制器接收安装在平面交叉路口的列车离去方向的列车位置地面检测装置的第三地面检测装置发送的有轨电车是否已经完全离开平面交叉路口的检测确认信息。

本公开的有益效果

本公开将有轨电车非完全封闭运行环境构造成完全封闭环境，使得有轨电车信号控制满足信号闭塞控制条件。简化了传统CBTC系统中的轨旁区域控制器，将其功能分散到中心运营调度系统和车载系统，显著减少轨旁设备，减少现场安装调试工作，增加了系统维护性。同时，大大减少了子系统数量和系统之间的接口，极大提高了系统性能。将有轨电车运行前方环境状态信息作为列车安全防护的重要考虑因素，对于在非封闭运行条件下有轨电车的安全运行提供了保障。本公开的自动驾驶系统实现了移动闭塞的功能，实现了非完全封闭运行条件下有轨电车的自动驾驶。系统实现了列车与列车之间的直接通信，使得后车能实时获取前方列车的实时位置和速度等信息，为后车的移动授权、安全防护提供保证，增加系统的实时性和安全性。将轨旁的正线道岔控制系统和平交路口优先控制系统统一构成目标控制器，在满足所有安全原则的条件下，消除了传统轨旁联锁关系对系统的约束和限制，增加了系统运营的灵活性，减少了对于线路的延伸以及不同线路互联互通的约束限制，有利于不同线路的互联互通。建立了基于车车通信、满足移动闭塞原则、以列车为中心、叠加环境感知防护的列车运行控制系统，增加了系统的安全性，提高了运营的灵活性，减少了建设和维护成本。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的结构框图。

图2是本公开的具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的轨旁信号系统的路口安全区域控制器的工作模式示意图。

图3是本公开的具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的工作示意图。

图4是本公开的具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的目标控制器的工作示意图。

图5是本公开的具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的车车通信的工作示意图。

图6是本公开具体实施方式的有轨电车自动驾驶系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图1-6所示，有轨电车自动驾驶系统包括：中心控制系统、轨旁信号系统、车载系统和通信系统；所述中心控制系统包括中心运营调度系统，所述中心运营调度系统用于列车管理和信息转发；所述车载系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述轨旁信号系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；所述车载系统包括环境感知装置，所述环境感知装置实时采集列车周围的环境状态信息。

所述车载系统还包括安全防护装置，所述安全防护装置接收所述环境状态信息。

所述车载系统还包括列车定位装置，所述列车定位装置用于获取和校准列车的速度信息和运行方向信息。

所述车载系统还包括车车通信装置，所述车车通信装置用于列车与前方列车通信。

所述轨旁信号系统包括目标控制器和路口安全区域控制器；所述车载系统向所述目标控制器或所述路口安全区域控制器申请对运行前方的轨旁设备的使用，所述目标控制器或所述路口安全区域控制器接收所述申请，将所述轨旁设备转换到列车请求的状态，完成进路锁闭或路口安全区域防护，并将申请响应状态返回给所述车载系统。

所述车载系统接收到所述目标控制器或所述路口安全区域控制器的所述申请响应状态，取得运行前方轨旁设备的使用权。

所述车载系统还包括移动授权装置；所述移动授权装置根据所述车载系统接收自所述中心运营调度系统的列车运行方向上的轨旁设备信息和前车状态信息，计算出列车移动授权范围；所述车载系统的自动防护装置根据所述列车移动授权范围防护列车向前运行。

所述车载系统根据轨旁设备信息和在线列车信息，判断列车运行前方的移动授权范围内是否有其他列车；

1)若列车运行前方移动授权范围内无列车，则列车不与前车建立通信；

2)若列车运行前方移动授权范围内有列车，则列车与前车建立通信，获取前车实时位置信息，与从所述中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置信息和速度信息计算更新列车移动授权范围；

3)若列车运行前方移动授权范围内有列车，且列车与前车已建立通信，随着列车运行，前车超出本车移动授权范围区域，列车运行前方移动授权范围内无列车，则列车断开与前车通信；

4)若列车运行前方移动授权范围内无列车，随着列车运行，前车进入本车移动授权范围内，列车与前车建立通信，从前车获取实时位置信息，与从中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置信息和速度信息计算更新列车移动授权范围。

所述路口安全区域控制器接收依次安装在平面交叉路口的列车进入方向的列车位置地面检测装置的第一地面检测装置和第二地面检测装置发送的信息；

所述信息为第一地面检测装置接收的列车特征信息和优先通过请求信息，以及第二地面检测装置接收的列车特征信息和列车接近路口的状态信息。

所述路口安全区域控制器接收安装在平面交叉路口的列车离去方向的列车位置地面检测装置的第三地面检测装置发送的有轨电车是否已经完全离开平面交叉路口的检测确认信息。

如图1、3、6所示，中心运营调度系统实现列车管理、列车运行计划编制、运营监视调度、各相关系统之间信息的转发等。列车管理主要负责完成线路内所有自动列车的注册、注销等列车管理功能，同时将列车位置报告等信息动态存储在系统中，供车载系统列车追踪、移动授权装置计算等使用。通信系统实现列车与列车、列车与中心之间的无线通信，以及相关系统之间的局域网通信。

更详细的，列车启动，列车车载系统完成自检，与中心运营调度系统建立通信连接，中心运营调度系统向列车下发运行计划等信息。列车车载系统向中心运营调度系统发送列车信息进行注册，中心运营调度系统的列车管理装置接收到列车信息完成列车的注册，同时将列车位置报告等信息动态存储在系统中。列车车载系统与中心运营调度系统之间保持周期性通信，维护链接的同时进行列车信息的更新。列车管理装置周期性的将线路全部列车信息发送给所有在线列车。列车车载系统根据本车运行计划，结合车载线路电子地图，确认运行路径信息以及列车运行前方的轨旁设备，车载系统向目标控制器或路口安全区域控制器申请对运行前方轨旁设备的使用。

图6示出了有轨电车自动驾驶系统的工作流程图，包括以下步骤：

1)当前列车循环获取在线列车信息，并根据列车运行计划及线路电子地图、在线列车信息获取运行前方设备信息；

2)判断所述设备为列车或轨旁设备；

3)当步骤2)的判断结果为列车时，列车与前车建立通信，实时接收前车位置信息和速度信息，并根据前车位置延伸移动授权量；

4)当步骤2)的判断结果为轨旁设备时，列车向目标控制器或路口安全区域控制器申请使用权，列车根据设备使用权延伸移动授权量。

图4示出了有轨电车自动驾驶系统的轨旁信号系统的路口安全区域控制器的工作模式，车载系统根据本车运行计划，结合车载线路电子地图，确认运行路径信息以及列车运行前方的轨旁设备，车载系统向目标控制器或路口安全区域控制器申请对运行前方轨旁设备的使用。目标控制器或路口安全区域控制器接收列车车载系统对轨旁设备的使用申请，确认将轨旁设备转换到列车请求的状态，完成进路锁闭或路口安全区域的防护，并将使用申请响应状态返回给列车车载系统。车载系统收到目标控制器或路口安全区域控制器申请响应状态，取得运行前方设备的使用权，车载系统自动防护装置延伸列车移动授权范围，并防护列车向前运行。列车出清岔区或路口后，目标控制器或路口安全区域控制器根据列车位置检测装置采集到列车出清信息，释放轨旁设备使用权，解锁目标区域。一旦轨旁设备的使用权被分配，只要目标控制器或路口安全区域控制器未解锁或释放使用权，其他列车不允许使用。在目标控制区域前方设置1个车地通信环线，实现列车定位，与目标控制器通信接收轨旁设备使用权申请响应状态信息，安装位置为列车无轨旁设备使用权时，保证列车按正常运行速度行驶可以制动并在前方信号灯前停车。在目标控制区域后方设置1个车地通信环线，实现列车定位，以及与目标控制器通信发送释放轨旁设备使用权信息。

图5示出了有轨电车自动驾驶系统的车车通信的工作方案，车载系统根据轨旁设备状态及在线列车信息，判断列车运行前方移动授权范围内是否有其他列车。列车运行前方移动授权范围内无列车，此时列车不与前车建立通信。列车运行前方移动授权范围内有列车，此时列车与前车建立通信，从前车获取实时位置信息，与从中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置及速度信息计算列车移动授权范围。列车运行前方移动授权范围内有列车，且列车与前车已建立通信，随着列车运行，前车超出本车移动授权范围区域，列车运行前方移动授权范围内无列车，列车断开与前车通信。列车运行前方移动授权范围内无列车，随着列车运行，前车进入本车移动授权范围区域，列车与前车建立通信，从前车获取实时位置信息，与从中心运营调度系统获取的在线列车信息进行比对修正，并根据前车实时位置及速度信息计算列车移动授权范围。

图2示出了有轨电车自动驾驶系统的轨旁信号系统的路口安全区域控制器的工作模式，图2示出了列车位置检测系统101,102,103,104,105、车载环境感知系统301,302和路口安全区域控制器601，车载环境感知系统301,302实时采集列车周围的环境状态信息，并将环境状态信息传送给车载系统401,402；列车位置地面检测装置101,102,103的第一地面检测装置101和第二地面检测装置102依次安装在平面交叉路口的列车进入方向，第一地面检测装置101用于接收列车特征信息和优先通过请求信息并发送给路口安全区域控制器601，第二地面检测装置102用于接收列车特征信息和列车接近路口的状态信息(状态信息即列车已接近路口并将通过路口)并发送给路口安全区域控制器601。

列车位置地面检测装置101,102,103的第三地面检测装置103安装在平面交叉路口的列车离去方向，用于检测确认有轨电车是否已经完全离开平面交叉路口并将所述检测确认的信息发送给所述路口安全区域控制器601。

有轨电车在经过列车位置地面检测装置101,102,103时，车载系统401,402通过列车位置车载检测装置104,105获取列车位置地面检测装置101,102,103的数据，修正自身位置。

路口安全区域控制器601将平面交叉路口区域划为路口虚拟安全区域901；车载系统401,402根据路口专用信号灯201的相位状态和接收自车载的环境感知系统301,302的环境状态信息，判别所述路口虚拟安全区域901是否满足通行条件，车载系统401,402根据判别结果控制有轨电车运行。

路口安全区域控制器601根据接收到的所述优先通过请求信息，向路口社会交通控制器801请求开放信号，所述路口社会交通控制器801控制路口社会交通信号灯701的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制器601，所述路口安全区域控制器601根据所述路口社会交通信号灯701的相位状态同步控制路口专用信号灯201的相位状态。

当有轨电车到达第一地面检测装置101时，第一地面检测装置101通过列车位置车载检测装置104,105向车载系统401,402传输列车接近路口的检测点信息(即告知车载系统401,402，目前列车将到达路口的第一地面检测装置101，该检测装置101的I D、位置、所在路口、类型，是第一地面检测装置101等检测装置的基础信息，即检测点信息)，并接收所述车载系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息和优先通过请求信息，并转发给所述路口安全区域控制器601。

当有轨电车通过所述第一地面检测装置101，到达所述第二地面检测装置102时，所述第二地面检测装置102通过所述列车位置车载检测装置104,105向所述车载系统401,402传输列车到达路口的检测点信息，并接收所述车载系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息和列车接近路口状态信息，并转发给所述路口安全区域控制器601。

当有轨电车通过所述第二地面检测装置102，到达第三地面检测装置103时，所述第三地面检测装置103通过所述列车位置车载检测装置104,105向所述车载系统401,402传输列车到达出清路口的检测点信息，并接收所述车载系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息，并转发给所述路口安全区域控制器601。

所述路口安全区域控制器601将列车出清路口信息转发给路口社会交通控制器801，路口社会交通控制器801控制路口社会交通信号灯701的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制器601，所述路口安全区域控制器601同步控制路口专用信号灯201的相位状态。

图2还示出了网络设备501,502,503,504、控制中心服务器1001和车载定位装置1101,1102,1103,1104。车载定位装置1101-1104安装在有轨电车上，选用GPS/BD技术、测速单元为主，辅以列车位置检测装置为有轨电车定位，车载系统401,402根据GPS/BD模块定位数据以及里程计数据实时计算有轨电车当前位置，并将位置上传至控制中心服务器1001。在正常情况下，车载系统401,402以测速单元数据为基础数据，GPS/BD定位数据为辅助数据；当测速单元存在故障时，将降级使用GPS/BD数据进行位置计算。有轨电车在运行过程中，可能存在车轮“打滑”或者空转，造成里程计统计的数据存在误差，通过在线路沿线部署列车位置检测装置，用于车载系统401,402对自身定位数据进行校正，满足定位精度要求。

其中，网络设备501-504用于列车位置检测装置、路口安全区域控制器601、车载控制器401,402、路口专用信号灯201、控制中心服务器1001之间的网络传输。车载控制器与控制中心服务器通过无线网络进行数据传输，列车位置地面检测装置、路口安全区域控制器、路口专用信号灯、控制中心服务器之间，以及列车位置车载检测装置、环境感知系统与车载控制器之间可通过局域网进行数据传输。

其中，所述控制中心服务器1001安装在控制中心，用于接收车载控制器401,402发送的列车位置等状态信息，接收路口安全区域控制器601发送的路口状态信息，通过中心运营调度系统显示线路实时信息，以便调度员监控线路状态。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (4)

1.一种有轨电车自动驾驶系统，其特征在于，包括：中心控制系统、轨旁信号系统、车载系统和通信系统；

所述中心控制系统包括中心运营调度系统，所述中心运营调度系统用于列车管理和信息转发；

所述车载系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；

所述轨旁信号系统与所述中心运营调度系统通过所述通信系统进行通信连接；

所述车载系统包括环境感知装置，所述环境感知装置实时采集列车周围的环境状态信息。

2.根据权利要求1所述的有轨电车自动驾驶系统，其特征在于，

所述车载系统还包括安全防护装置，所述安全防护装置接收所述环境状态信息。

3.根据权利要求1或2所述的有轨电车自动驾驶系统，其特征在于，

所述车载系统还包括列车定位装置，所述列车定位装置用于获取和校准列车的速度信息和运行方向信息。

4.根据权利要求1或2所述的有轨电车自动驾驶系统，其特征在于，

所述车载系统还包括车车通信装置，所述车车通信装置用于列车与前方列车通信。