一种基于通信的分布式列车运行控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于通信的分布式列车运行控制系统，结合目前高速发展的计算机控制技术和数字通信技术，满足日益增长的高密度、长线路的运力需求。其技术方案为：由列车自动监督系统(ATS)、轨旁终端控制器(TDC)、车载ATC设备和数据通信系统组成，可实现列车路径的计算以及列车运行路径危险障碍物的防护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于通信的分布式列车运行控制系统
本专利技术涉及一种列车运行控制系统，尤其涉及一种分布式通信的列车运行控制系统。
技术介绍
随着我国城市轨道交通信号控制技术的发展，CBTC信号系统(基于通信的列车控制，CommunicationBasedTrainControl)目前成为了广泛采用的信号控制技术。CBTC信号系统广泛适用于城市轨道交通的列车安全运行防护信号控制系统。CBTC信号系统是基于大容量、连续的车-地之间双向无线通信技术和移动闭塞控制原理，基于列车定位与控制技术，实现列车速度控制与安全防护的控制系统。CBTC信号系统的构成框图如图1所示。轨旁CBTC设备通过获取前方障碍物状态信息，障碍物包括前行列车的安全尾部位置信息(通过车-地双向无线由列车向地面CBTC设备进行报告)，轨旁设备例如道岔、信号机和防淹门等状态信息。计算列车安全的移动授权，并通过车-地双向无线发送给后续的追踪列车，以实现列车与前方障碍物之间的安全间隔避免列车追尾、脱轨和侧冲等危险事故发生。移动授权是指列车沿着给定的行驶方向进入并在某一特定区域内行车的许可，移动授权应考虑列车运行前方的各种危险点信息，应保证列车在授权范围内的正常移动不受限制，移动授权的末端不应越过危险点。车载CBTC设备根据轨旁CBTC设备所提供的移动授权对列车进行安全方式，其中移动授权包含了安全的列车运行方向和运行距离信息。从系统角度分析传统CBTC系统中的轨旁CBTC设备为整个系统的控制主体。因为轨旁CBTC设备(即轨旁ATP或区域控制器)需根据所采集或控制的基础设备(即道岔和信号机等)的状态，计算出安全的列车运行移动授权信息并发送给车载CBTC设备，而车载CBTC设备按照轨旁CBTC的移动授权信息控制列车运行并将列车的运行状态信息实时反馈给轨旁CBTC设备。在系统中列车与其他信号基础设备(即道岔和信号机等)均视为轨旁CBTC设备的控制终端对象，统一都由轨旁CBTC设备集中控制和监督。现有的基于通信的互联互通I-CBTC列车运行控制系统是采用无线通信方式实现地面控制中心与列车间信息传输的移动闭塞安全控制系统，由列车自动监督ATS或CTC系统、数据库存储单元DSU系统、计算机联锁CI系统、地面区域控制器ZC或RBC系统、车载控制器VOBC系统、双环冗余骨干网络COM_network系统、地-车冗余无线网络DCS系统以及网络节点间的接口组成。传统的CBTC信号系统存在如下的缺点：提升CBTC系统的性能的问题：在目前的CBTC系统构架中轨旁CBTC设备的计算处理和通信能力将制约整个CBTC系统的性能。在IEEE1474.1标准中为了尽可能提升整个CBTC系统性能，要求轨旁CBTC设备最大控制列车数量需要达到40列。但是在实际工程项目实施中特别是为了确保CBTC系统的可靠运行，依据轨旁CBTC设备的处理能力基础上预留一定的余量将整个线路划分成若干个轨旁CBTC控制区域。因此为了提升整条线路的CBTC系统性能，需打破原有以轨旁CBTC设备集中控制的系统构架，将系统的控制权分散到系统各设备中从而实现高密度线路的运营需求；简化CBTC技术设计的问题：传统的联锁作为成熟的设备其功能相对独立并得到充分现场验证，后期的开发CBTC设备和功能的都在尽可能在已有联锁功能的基础上进行功能叠加的。因此在CBTC技术设计发展过程中对于新增的功能和技术需求研发过程中，往往受到之前成熟功能和复杂系统间接口等重重的限制。因此需采用分布式控制体系将系统功能分配到个独立的部件中，以对减少对新增功能和需求的开发限制；精简系统构架的问题：在传统的CBTC系统构架中由联锁、ATS、轨旁CBTC设备、车载CBTC设备和通信系统构成，各系统之间接口相互错综复杂，增加了系统的复杂度。其中系统中任何一个部件设备出现问题都为导致系统不能正常运行，影响了整个运营效率和乘客舒适度。同时各厂商在系统中各部件之间采用专用的通信协议或物理传输通道，并以保障系统安全为由向用户推荐全套系统，给用户带来了巨大的经济负担。随着计算机控制技术和数字通信技术的发展，目前CBTC信号系统构架限制了整个CBTC系统的性能和技术提升，因此需打破原CBTC系统构架体系。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供了一种基于通信的分布式列车运行控制系统，结合目前高速发展的计算机控制技术和数字通信技术，满足日益增长的高密度、长线路的运力需求。本专利技术的技术方案为：本专利技术揭示了一种基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，包括列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备和数据通信系统，列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备分别通过数据通信系统进行通讯，基于分布式控制实现自动调度指挥、运行控制、安全运行防护和自动驾驶。根据本专利技术的基于通信的分布式列车运行控制系统的一实施例，列车自动监督系统向车载ATC设备下发列车运行控制指令，同时轨旁终端控制器接收调度操作人员的控制指令，车载ATC设备和轨旁终端控制器在获取到控制指令进行合法性检查，车载ATC设备和轨旁终端控制器还向列车自动监督系统汇报控区内的所有列车运行状态、列车位置和轨旁设备状态信息。根据本专利技术的基于通信的分布式列车运行控制系统的一实施例，车载ATC设备获取列车自动监督系统向车载ATC设备下发的列车期望的列车运行路径和调度操作指令，告知列车所期望到达的目标位置和所期望的列车控制操作，由车载ATC设备根据列车自动监督系统的运行需求结合车载线路数据库，从轨旁终端控制器获取轨旁设备的状态信息计算列车的安全运行路径，由车载ATC设备向轨旁终端控制器下发对控制轨旁设备的征用和释放。根据本专利技术的基于通信的分布式列车运行控制系统的一实施例，车载ATC设备依据自身所在位置为起点，根据车载ATC设备所存储的描述线路数据信息和列车自动监督系统所发送的路径运行需求，两者结合后计算确定列车的运行线路，在确定列车的运行线路后车载ATC设备将会通过车地无线通信网络与涉及列车自动监督系统请求路径上的轨旁终端控制器通信，获取在轨旁终端控制器区域内的轨旁设备的状态信息，车载ATC将轨旁设备的状态信息于列车将要运行的路径进行比对，依据是否与列车运行路径一致采取不同的控制策略。根据本专利技术的基于通信的分布式列车运行控制系统的一实施例，所采取的控制策略为：若轨旁设备的状态信息与列车期望的运行路径一致，则车载ATC设备将向轨旁终端控制器发送锁闭信号，表示该轨旁设备已被列车占用，其他列车只有当该列车释放后才能占用该轨旁设备；若轨旁设备的状态信息与列车期望的运行路径不一致，则车载ATC设备在确定其未被占用情况下，车载ATC设备将根据列车的运行路径需求向轨旁终端控制器发送控制请求，使轨道设备符合列车运行方向的需求。根据本专利技术的基于通信的分布式列车运行控制系统的一实施例，车载ATC设备通过与轨旁终端控制器通信获取危险障碍物的状态信息，同时车载ATC设备通过车-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，包括列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备和数据通信系统，列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备分别通过数据通信系统进行通讯，基于分布式控制实现自动调度指挥、运行控制、安全运行防护和自动驾驶。

【技术特征摘要】
1.一种基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，包括列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备和数据通信系统，列车自动监督系统、轨旁终端控制器、车载ATC设备分别通过数据通信系统进行通讯，基于分布式控制实现自动调度指挥、运行控制、安全运行防护和自动驾驶。2.根据权利要求1所述的基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，列车自动监督系统向车载ATC设备下发列车运行控制指令，同时轨旁终端控制器接收调度操作人员的控制指令，车载ATC设备和轨旁终端控制器在获取到控制指令进行合法性检查，车载ATC设备和轨旁终端控制器还向列车自动监督系统汇报控区内的所有列车运行状态、列车位置和轨旁设备状态信息。3.根据权利要求2所述的基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，车载ATC设备获取列车自动监督系统向车载ATC设备下发的列车期望的列车运行路径和调度操作指令，告知列车所期望到达的目标位置和所期望的列车控制操作，由车载ATC设备根据列车自动监督系统的运行需求结合车载线路数据库，从轨旁终端控制器获取轨旁设备的状态信息计算列车的安全运行路径，由车载ATC设备向轨旁终端控制器下发对控制轨旁设备的征用和释放。4.根据权利要求3所述的基于通信的分布式列车运行控制系统，其特征在于，车载ATC设备依据自身所在位置为起点，根据车载ATC设备所存储的描述线路数据信息和列车自动监督系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：任颖，宋瑞霞，杨晓荣，吕浩炯，
申请(专利权)人：湖南中车时代通信信号有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43