一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，属于轨道交通领域。本发明专利技术通过车站云服务器替代了嵌入式专用设备；中心ATS和车站ATS均运行于云服务器；对系统功能进行了重新分配，将现有FAO信号系统中的ZC和CI功能合并，形成ZCI子系统，并将车辆运行的限速计算，限速监控功能从车载设备转移到地面ZCI；采用了基于5G的城市轨道交通全自动运行信号系统的DCS子系统；设计了VC子系统，实现了车载的动作执行和状态采集；在车辆紧急制动的情况下，通过地面子系统直接生成25km/h的限速，并直接命令VC运行的方案，实现了故障情况下的应急救援。本发明专利技术设备集中度更高；大大降低了车地通信延时，控制更加可靠；大大提高了故障的响应能力。高了故障的响应能力。高了故障的响应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统


[0001]本专利技术属于轨道交通领域，具体涉及一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统。

技术介绍

[0002]信号系统是城市轨道交通线路运行的控制系统。传统的信号系统主要由ATP (列车自动防护)系统、ATO(列车自动运行)系统、CI(计算机联锁)系统、 ATS(列车自动监控)系统、DCS(数据传输)子系统和MSS(维护支持)子系统构成，结构图如图1所示。
[0003]其中：
[0004]ATP子系统包括车载ATP和轨旁ATP(即ZC)，主要功能有检测列车位置，控制列车间隔，防止列车超速运行，车门及安全门监控，自动折返监督，传送安全运行控制信息，报警及安全制动控制，自检及自诊断功能。
[0005]ATO的主要功能有在ATP安全保护下实现牵引、巡航、惰行和制动控制，区间运行时分控制，门开、关监督控制，定点停车控制，车载设备自动转换，与 ATS、ATP信息交换。
[0006]ATS的主要功能有列车自动识别及追踪，运行自动及人工调整，控制功能，时刻表编辑与管理，监视与报警，培训/模拟，记录及回放功能，与其它系统信息交换。
[0007]CI的主要功能有进路联锁控制，保证联锁关系正确，自动排列进路，侧翼防护，建立保护进路，道岔单操和单锁，向ATP/ATS提供信息，完善的自诊断。
[0008]DCS的主要功能是为ATS子系统、联锁子系统、ZC子系统、ATP子系统以及 CBTC系统中其他子系统如ATE仿真子系统间通过专用接口进行互联，实现数据在各个子系统间透明传输。
[0009]MSS的主要功能为各子系统设备状态、通信接口状态、操作日志、故障报警、交互数据等信息的采集、处理和本地显示以及远程集中监视，提供设备亚健康预警，帮助维修人员对故障设备进行分析、定位，指导维修作业管理。
[0010]通过信号系统的控制，城市轨道交通线路才能正常运行。但是在传统的信号系统使用过程中，需要非常多的运营人员的介入，设备的自动化程度不高。例如ATO子系统驾驶列车进站停车后，不能自动发车，司机按压启动按钮后，ATO 才能驾驶列车驶出本站；列车结束当天运营，回到停车场后不能自动休眠，需要人工断电，列车第二天运营之前需要重新手动上电；列车紧急制动后，需要司机在车上确认后才能缓解紧急制动，重新驾驶车辆建立定位，才能使用ATO子系统自动驾驶车辆。由于以上自动化程度不高的方案，导致了实际运营中需要大量的人力投入，对地铁运营公司带来的巨大的用工成本。因此，迫切需要改进传统的信号系统，提升城市轨道交通运行的自动化水平，由此产生了全自动运行(FAO，Fully Automatic Operation)系统。
[0011]按照国际公共交通协会(UITP)的定义，以轨道交通线路自动化运营程度定义了5个等级，从低至高为GOA0至GOA4。
[0012]GOA0：目视行车模式。
[0013]GOA1：司机人工控制列车运行，司机控制列车的启动和停车、车门的操作以及紧急情况或突然变更进路的处理。且在该模式下有自动列车防护ATP装置。
[0014]GOA2：semi
‑
automatic train operation(STO)。半自动列车运行操作，启停与区间运营都是自动控制的，部分需要司机确认列车启动，车门开关可人工或自动实现，紧急情况需要人工介入。这种方式全部配置ATO。
[0015]GOA3：driverless train operation(DTO)。列车自动化运行，无需司机。但是需要乘务员干预车门开关，甚至处理紧急情况。
[0016]GOA4：unattended train operation(UTO)。所有运营场景和紧急处理场景全部实现自动化，无需人工干预。
[0017]全自动运行(FAO)系统对应GOA4级。
[0018]现有FAO系统是在传统的信号系统基础上进行改进的来的，其系统结构如图 2所示。
[0019]其中虚线框内部为FAO系统。可以看出，该结构基本与传统的信号系统相似，增加了AAM(自动唤醒)设备，ZC和车载ATP统称为ATP子系统。
[0020]ATS子系统功能和硬件设备：
[0021]ATS的主要功能有列车自动识别及追踪，运行自动及人工调整，控制功能，时刻表编辑与管理，监视与报警，培训/模拟，记录及回放功能，与其它系统信息交换，全自动运行车辆信息管理、报警、车辆维护管理、清客管理、洗车机管理、乘客调度管理，远程人工唤醒/休眠列车的功能，远程人工开/关列车客室照明的功能，远程人工施加/缓解列车停放制动的功能，远程人工控制列车受流器/受电弓升降的功能，远程人工开/关车门和站台门的功能，远程人工旁路列车故障的功能，远程人工复位列车设备的功能，远程人工设置列车空调或者电热参数的功能等，远程人工退出/确认进入列车疏散模式功能，远程列车进入蠕动模式授权功能。
[0022]ATS子系统运行于通用服务器，硬件结构如图3所示。
[0023]其中ATS主要设备均基于服务器组、工作站和交换机，单个设备数量众多。
[0024]车载ATP子系统功能和硬件设备：
[0025]作为FAO系统的核心控制子系统，车载ATP子系统负责确保列车运行安全，除提供列车间隔保护、超速防护、车门监督、站台门激活防护等传统安全防护功能以外，还提供全线自动库内自动休眠唤醒、自动出入库、自动洗车、自动应急联动处理等功能。
[0026]各厂商车载ATP均采用嵌入式硬件，较为通用的结构如图4所示。
[0027]一般包括主控板，通信板，输入板，输出板，电源板，记录板。
[0028]ATO子系统功能和硬件设备：
[0029]FAO系统下的ATO子系统在ATP安全防护下完成列车的自动调速包括牵引、巡航、惰行、制动和停车的控制以及车门开关的控制功能，实现正线、折返线及出入段(场)线运行的自动控制，实现区间运行时分的调整控制，列车休眠唤醒，全自动洗车，对位隔离，清客，车辆火灾应急，蠕动模式等。ATO系统按照系统设定的运行曲线，根据ATS系统的指令选择最佳运行工况，确保列车按运行图运行，实现列车运行自动调整和节能控制。
[0030]ATO子系统的硬件一般采用为两块互为冗余的板卡，插入到车载ATP的机柜中。有部分厂商的ATO为单独机箱。
[0031]ZC(地面ATP)子系统功能和硬件设备：
[0032]FAO系统下的ZC子系统功能与车载ATP子系统功能相辅相成，24小时不间断运行，对进入所控制区域的列车进行管理和控制。
[0033]ZC子系统是地铁信号系统的地面核心设备，通过与CI、ATS、车载ATP、相邻ZC、维护设备接口，根据所控列车的状态、其控制范围内的走行位置、联锁进路信息、临时限速命令、雨雪模式，休眠唤醒及SPKS开关状态等信息，实时生成列车行车许可命令，并通过无线通信系统传输给ATP车载子系统，保证其管辖内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，该系统包括ATS子系统、ZCI子系统、DCS子系统、VC子系统和AAM设备，ATS子系统包括ATS中心和ATS车站站机；ATS子系统运行于云服务器上，完成列车自动识别及追踪，运行自动及人工调整、控制功能；ZCI子系统运行于车站云服务器，根据所控列车的状态、其控制范围内的走行位置、联锁进路信息、临时限速命令、雨雪模式，休眠唤醒及SPKS开关状态信息，实时生成列车移动授权，并通过无线通信系统传输给VC子系统，并实现移动闭塞；处理进路内的道岔、信号机、次级占用检测设备、站台门、紧急停车按钮、SPKS开关之间的安全联锁关系，接受ATS/MMI或者操作员的控制指令，对外输出联锁信息；计算每列车的限速，并根据收到的列车速度进行超速防护、车门监督、站台门激活防护功能，自动休眠唤醒控制，自动出入库，自动洗车，自动应急联动处理，与VC设备通信，实时发送限速；DCS子系统，采用5G组网，为ATS子系统、ZCI子系统、VC子系统通过专用接口进行互联，实现数据在各个子系统间透明传输；VC子系统负责完成车载测速及车辆动作执行；AAM设备采用独立的嵌入式设备，在FAO系统中辅助ZCI和VC进行休眠和唤醒。2.如权利要求1所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，所述ATS子系统用于实现时刻表编辑与管理，监视与报警，培训/模拟，记录及回放功能，与其它系统信息交换，全自动运行车辆信息管理、报警、车辆维护管理、清客管理、洗车机管理、乘客调度管理，远程人工唤醒/休眠列车的功能，远程人工开/关列车客室照明的功能，远程人工施加/缓解列车停放制动的功能，远程人工控制列车受流器/受电弓升降的功能，远程人工开/关车门和站台门的功能，远程人工旁路列车故障的功能，远程人工复位列车设备的功能，远程人工设置列车空调或者电热参数的功能，远程人工退出/确认进入列车疏散模式功能，远程列车进入蠕动模式授权功能。3.如权利要求2所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，ZCI采用云平台虚拟机的方式，两个虚拟机分别作为I系和II系，I系和II系分别计算，计算结果比对无误后输出控制。4.如权利要求3所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，所述VC子系统完成车辆速度采集，输入采集，输出驱动，以及牵引、巡航、惰行、制动和停车的控制以及车门开关的控制功能，实现正线、折返线及出入段线运行的自动控制，实现区间运行时分的调整控制，列车休眠唤醒，全自动洗车，对位隔离，清客，车辆火灾应急和蠕动模式。5.如权利要求3所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，AAM设备用于实现远程休眠/唤醒功能，本地休眠功能，VC状态监测功能,车辆状态监测功能和停放制动施加与缓解功能。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号系统，其特征在于，所述各子系统的工作流程如下：第一步：ATS生成行车计划；第二步：ATS将唤醒指令发送到AAM和ZCI，由AAM设备对车辆及VC上电，并由ZCI将休眠
唤醒的具体指令发送到VC对车辆进行自检；第三步：ATS通知Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帅，浦恩灏，马忠宝，赵腾，钱广民，班影上，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：