适用于低密度铁路的列车运行控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，基于无线通信及多源信息融合的定位技术的列车运行控制系统，通过多承载通道的无线通信实现车－地间、车‑车间的列车位置、列车速度、线路数据、限速命令等信息的传输，由车载设备完成定位和完整性检查，车载设备和地面设备协同完成列车占用检查，由列车自主计算移动授权并自动驾驶，从而实现一套适用于低密度铁路低成本、安全、可靠、高效的列车运行控制系统。

Train operation control system for low density Railway

The invention discloses a train operation control system suitable for low-density railway. The train operation control system based on the positioning technology of wireless communication and multi-source information fusion realizes the train position, train speed, line data, speed limit command, etc. between vehicles and ground, and train workshop by wireless communication of multi-bearing channels. In order to realize a low-cost, safe, reliable and efficient train operation control system for low-density railways, information transmission is carried out by on-board equipment to complete positioning and integrity checks, on-board equipment and ground equipment to cooperate to complete occupancy checks, on-board equipment to calculate mobile authorization and drive automatically.

【技术实现步骤摘要】
适用于低密度铁路的列车运行控制系统
本专利技术涉及轨道交通
，尤其涉及一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统。
技术介绍
我国西部及边远等地区建设的服务国防功能和区域经济协调发展的广域低密度铁路网，呈现常态低强度、短期高强度、特殊时期高冲击性的运能需求以及高寒地带维护人员可达性差等特征，需要一种安全可靠，建设与维护成本低，同时能满足动态运输需求的列车运行控制系统。目前，中国列车运行控制系统(CTCS)立足于中国铁路的实际运营情况，以分级形式满足不同线路运输需求的技术规范，在保证中国铁路行车安全的前提下，提高铁路运输效率。其中适用于高速铁路的CTCS-2级和CTCS-3级列控系统技术处于世界先进行列，能够保证列车的高效与安全运行，但系统实体设备众多，建设运维成本高，无法适应低密度铁路低成本、少维护的运营需求。而目前低密度普速铁路主要使用的CTCS-0级系统，是铁路信号专业长期发展形成的一套技术安全保障系统，由通用机车信号和列车运行监控记录装置(LKJ)构成，但安全等级未达到SIL4级，且仅能够适用于160KM/H时速下的固定闭塞方式控车，运行效率较低，无法满足低密度铁路日益增长的客、货运量需求。应用于青藏线的美国GE公司的ITCS系统，采用了GPS定位和GSM-R无线通信，以及虚拟自动闭塞等技术，轨旁设备简单，适合条件艰苦地区，但由于系统设计针对当时运输需求，在列车定位精度、系统可靠性、与我国CTCS列控体系兼容性方面均有欠缺，难以适应日益增长的线路运量需求。此外，以欧洲铁路行业协会(UNIFE)下一代列车控制系统(NextGenerationofTrainControlSystem，NGTC)和美国联邦铁路管理局(FRA)指定的PTC列控系统为代表的，基于卫星导航定位、无线通信技术的列控系统。其中，欧洲NGTC项目中，基于卫星导航的列车定位技术、基于IP的无线车-地通信技术和支持更短运行间隔的移动闭塞技术、自动驾驶(ATO)等是研究的重点。美国的PTC系统是地面设中心控制服务器，车载具有GPS卫星定位功能，车载设备将位置信息发送给地面服务器，地面服务器为列车计算移动授权。但是，欧洲的NGTC和美国的PTC列控系统的列车定位完全依赖卫星导航，未能融合惯性导航、测速测距等其他技术手段，可靠性和定位精度均有不足。轨旁设备较以往系统大幅减少，但其整体设计和理念与我国CTCS体系不兼容，无法实现系统间的互联互通。另外，国内某些研究机构及轨道交通设备供应商提出了以列车为中心的，基于卫星导航的列控系统，借鉴城市轨道交通理念，减少轨旁及地面设备配置，由车载设备通过目标控制器直接操作道岔、信号机等设备，保证车站内各安全设备间的联锁关系。但是，这类技术方案未充分考虑国铁与城市轨道交通在运行场景与环境、列车运行时速、车站内线路复杂度等方面的差别，不能完全满足国铁路网互联互通、运行环境多样复杂、运行时速跨越空间大及车站联锁关系复杂等需求，缺乏备用模式，系统可用性和可靠性存在欠缺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，其具有成本低、安全、可靠、高效的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，包括：地面设备与车载设备；所述车载设备包括：定位单元、移动授权计算单元、列车接口单元、自动驾驶单元、通信单元、车载安全计算机、DMI以及完整性检查单元；所述通信单元，通过支持多通道与多模式的无线通信网络实现车载设备与地面设备以及其他列车中车载设备的数据通信；所述定位单元，基于卫星信号、地面应答器和/或车载传感器采集的数据获得列车位置与速度；所述完整性检查单元，根据列车两端的位置信息或者列车两端的姿态和运动轨迹，实现列车的完整性检查；所述移动授权计算单元，根据列车位置与速度、列车的完整性信息、以及通过通信单元接收的前方列车的相关信息，计算基于移动闭塞的移动授权及与之适应的行车速度曲线；自动驾驶单元，根据移动授权计算单元计算的移动授权，在车载主动安全防护技术的约束下，结合列车的各类传感器获取的列车自身状态信息和外部环境信息通过列车接口单元，向列车发出相应等级的牵引与制动命令，并实时监测列车执行反馈，列车运行情况则通过DMI显示。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，基于无线通信及多源信息融合的定位技术的列车运行控制系统，通过多承载通道的无线通信实现车－地间、车-车间的列车位置、列车速度、线路数据、限速命令等信息的传输，由车载设备完成定位和完整性检查，车载设备和地面设备协同完成列车占用检查，由列车自主计算移动授权并自动驾驶，从而实现一套适用于低密度铁路低成本、安全、可靠、高效的列车运行控制系统。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例提供的一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统的示意图；图2为本专利技术实施例提供的定位单元的示意图；图3为本专利技术实施例提供的系统通信方案示意图；图4为本专利技术实施例提供的完整性检查过程示意图；图5为本专利技术实施例提供的基于车车通信的列车主动安全防护技术的示意图；图6为本专利技术实施例提供的移动授权计算过程示意图；图7为本专利技术实施例提供的自动驾驶技术实现过程示意图；图8为本专利技术实施例提供的系统功能结构图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。目前低密度铁路绝大部分采用CTCS-0级系统，是铁路信号专业长期发展形成的一套技术安全保障系统，由通用机车信号和列车运行监控记录装置(LKJ)构成。LKJ设备在机车长交路大面积运用、机车调配频繁、既有线路数据变化及施工改造频繁等现实情况下，运营中存在一些安全隐患。青藏铁路格拉段采用的美国GE公司的ITCS系统，仅支持站间固定闭塞运行模式，运输效率低，完全基于GPS卫星导航，定位误差大，导致占用过长的车站股道长度作为安全缓冲区，年影响近30万吨运量。同时系统设计与我国CTCS系统不能互联互通，无法实现机车的有效利用。综上所述，我国当前运营的低密度铁路大部分仅支持固定闭塞或半自动闭塞的行车模式，运输效率难以适应突发的高运量需求，加之线路大多处于西部及边远地区，环境恶劣，区间布置的轨旁设备(如轨道电路等)建设与维护成本高，同时列车运行的安全过分依赖地面信号设备保障，如地面设备出现故障或失效，将极大影响行车效率和安全性。与此同时，国外铁路先进国家高度重视低密度路网列车运行控制新技术的研究。因此，迫切需要针对低密度路网的运输组织、列车运行控制和综合保障展开研究，并在关键技术研究的基础上形成完全自主知识产权的全套核心装备，实现创新性突破，确保我国在此领域占据技术制高点和持续先进，为国家战略提供技术支撑。为此，本专利技术实施例提供一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统(简称CTCS-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，其特征在于，包括：地面设备与车载设备；所述车载设备包括：定位单元、移动授权计算单元、列车接口单元、自动驾驶单元、通信单元、车载安全计算机、DMI以及完整性检查单元；所述通信单元，通过支持多通道与多模式的无线通信网络实现车载设备与地面设备以及其他列车中车载设备的数据通信；所述定位单元，基于卫星信号、地面应答器和/或车载传感器采集的数据获得列车位置与速度；所述完整性检查单元，根据列车两端的位置信息或者列车两端的姿态和运动轨迹，实现列车的完整性检查；所述移动授权计算单元，根据列车位置与速度、列车的完整性信息、以及通过通信单元接收的前方列车的相关信息，计算基于移动闭塞的移动授权及与之适应的行车速度曲线；自动驾驶单元，根据移动授权计算单元计算的移动授权，在车载主动安全防护技术的约束下，结合列车的各类传感器获取的列车自身状态信息和外部环境信息通过列车接口单元，向列车发出相应等级的牵引与制动命令，并实时监测列车执行反馈，列车运行情况则通过DMI显示。

【技术特征摘要】
1.一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，其特征在于，包括：地面设备与车载设备；所述车载设备包括：定位单元、移动授权计算单元、列车接口单元、自动驾驶单元、通信单元、车载安全计算机、DMI以及完整性检查单元；所述通信单元，通过支持多通道与多模式的无线通信网络实现车载设备与地面设备以及其他列车中车载设备的数据通信；所述定位单元，基于卫星信号、地面应答器和/或车载传感器采集的数据获得列车位置与速度；所述完整性检查单元，根据列车两端的位置信息或者列车两端的姿态和运动轨迹，实现列车的完整性检查；所述移动授权计算单元，根据列车位置与速度、列车的完整性信息、以及通过通信单元接收的前方列车的相关信息，计算基于移动闭塞的移动授权及与之适应的行车速度曲线；自动驾驶单元，根据移动授权计算单元计算的移动授权，在车载主动安全防护技术的约束下，结合列车的各类传感器获取的列车自身状态信息和外部环境信息通过列车接口单元，向列车发出相应等级的牵引与制动命令，并实时监测列车执行反馈，列车运行情况则通过DMI显示。2.根据权利要求1所述的一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，其特征在于，所述定位单元，包括：卫星定位单元、测速测距单元、车载惯导单元及电子地图；在卫星信号可用时，利用卫星定位单元获得的定位信息结合测速测距单元以及存储的电子地图自主计算列车速度及位置，并通过地面应答器校准；当系数初始运行或者卫星信号不可用时，利用测速测距单元、车载惯导单元以及地面部署的卫星信号增强设备提高卫星定位可靠性，并利用地面应答器内线路信息校准列车位置信息。3.根据权利要求1所述的一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，其特征在于，所述通信单元包括：无线通信单元与轨旁通信单元；所述轨旁通信单元，实现与地面应答器的通信，接收地面应答器发送的定位信息和线路数据；所述无线通信单元，通过支持多通道与多模式的无线通信网络实现车载设备与地面设备中的调度中心以及其他列车中车载设备的数据通信；与调度中心数据通信时，向调度中心发送车号、速度和位置信息；接收调度中心发送的行车计划、临时限速、区间方向、进路信息、前方列车的车号、速度和位置、故障列车报警信息；与其他列车中车载设备的通信时，向后方列车发送本车速度与位置信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，开祥宝，赵阳，郜洪民，王海腾，孙文哲，应志鹏，宋志丹，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：北京,11