CN102248957B - Ctcs-3级列控车载设备 - Google Patents

Ctcs-3级列控车载设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种CTCS-3级列控车载设备，包括：安全控制计算机模块、测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块和人机交互模块，安全控制计算机模块分别与测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块和人机交互模块连接。本发明的CTCS-3级列控车载设备可以通过GSM-R无线通讯网络和轨道电路接收列控地面设备发送的列控信息，并根据列控信息监督列车安全运行，既满足CTCS-3级列控***的运营要求，又兼容CTCS-2级列控***，具备良好的适应性。

Description

CTCS-3级列控车载设备
技术领域
本发明涉及列车运行控制技术，尤其涉及一种CTCS-3级列控车载设备。
背景技术
中国列车运行控制***(China Train Control System，以下简称：CTCS)是目前国内高速铁路的核心安全***，随着国内高速铁路建设步伐的加快，列车运行速度不断提高。
现有的CTCS-2级列控***分为列控车载设备、列控地面设备，其中列控车载设备通过列控地面设备中的应答器和轨道电路接收列控信息，根据列控信息生成控车曲线，并通过列控曲线来对列车的安全运行进行监督。现有的CTCS-2级列控***仅能保障最高时速为250km/h的列车的安全运行。
为了满足最高时速超过250km/h的高速列车安全行车的需要，CTCS-3级列控***应运而生。由于现有的根据CTCS-2级列控***规范设计的列控车载设备功能无法支持在CTCS-3级列控***下的高速运行。而目前CTCS-2级列控***仍在国内多条线路上使用，如果只针对CTCS-3级列控***设计新的列控车载设备，会导致其无法在装备了CTCS-2级列控***的线路上运行。
因此，如何使高速列车的列控车载设备既满足CTCS-3级列控***的运营要求，又兼容CTCS-2级列控***，就成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种CTCS-3级列控车载设备。
本发明的CTCS-3级列控车载设备包括：安全控制计算机模块、测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块和人机交互模块，
所述安全控制计算机模块分别与所述测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块和人机交互模块连接，
所述测速测距模块用于获取当前列车的速度信息和走行距离信息；
所述无线通信模块用于与列控地面设备交换信息；
所述应答器接收模块用于接收地面应答器信息；
所述轨道电路读取模块用于获取轨道电路信息；
所述列车控制接口模块用于采集列车状态信息和输出控车指令；
所述人机交互模块用于与司机进行人机交互；
所述安全控制计算机模块用于根据通过与其连接的模块接收到的信息生成控车指令，并将控车指令发送给所述列车控制接口模块，以供与所述列车控制接口模块连接的设备获取并执行。
本发明的CTCS-3级列控车载设备可以通过GSM-R无线通讯网络和轨道电路接收列控地面设备发送的列控信息，并根据列控信息监督列车的安全运行，既可以满足CTCS-3级列控***的运营要求，又兼容CTCS-2级列控***，具备良好的适应性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，就可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例一的结构图；
图2为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例二的结构图；
图3为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例三的结构图；
图4为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例四的结构图；
图5为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例五的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例一的结构图，如图1所示，本实施例的设备可以包括：安全控制计算机模块10、测速测距模块11、无线通信模块12、应答器接收模块13、轨道电路读取模块14、列车控制接口模块16和人机交互模块15。
安全控制计算机模块10分别与测速测距模块11、无线通信模块12、应答器接收模块13、轨道电路读取模块14、列车控制接口模块16和人机交互模块15连接。
测速测距模块11用于获取当前列车的速度信息和走行距离信息。
举例来说，测速测距模块11可以与测速传感器连接，可以实时获取列车当前速度信息和列车走行距离信息，安全控制计算机模块10可以根据这两个信息，实时监控列车的运行状态，并通过生成控车指令来对列车进行限速等具体操作。
优选地，测速测距模块11可以与雷达测速传感器连接，通过雷达测速传感器获取当前列车的速度信息和走行距离信息。
举例来说，雷达测速传感器的精度高，测量数据准确可靠，可以适应最高运行速度超过350km/h的高速列车的需求，并且其测量结果不受列车车轮空转或打滑，以及车轮轮径值的影响。测速测距模块11通过雷达测速传感器可以获得精确的速度信息和走行距离信息，从而提高CTCS-3级列控车载设备的安全性和可靠性，进而可以保障列车平稳安全的运行。
无线通信模块12用于与列控地面设备交换信息。
举例来说，无线通信模块12通过GSM-R(GSM for Railway)无线通讯网络接收来自列控地面设备中的无线闭塞中心发送的行车许可等列控信息，并将接收到的列控信息传输给安全控制计算机模块10，以供其生成控车指令。无线通信模块12还将安全控制计算机模块10根据列车当前运行状态生成的列车位置信息和运行模式信息通过GSM-R无线通讯网络发送给无线闭塞中心。这样就实现了与无线闭塞中心的信息交换，从而可以使无线闭塞中心根据列车当前的运行状态，实时调整向列车发出的列控信息，进而有效的保障行车安全。
为了保障无线通信模块12与GSM-R无线通讯网络的通讯安全，无线通信模块12中具有通用加密装置，通用加密装置与无线闭塞中心拥有相同的密钥。在进行通讯前，安全控制计算机模块10根据密钥生成用于本次通讯的随机数，连同CTCS-3级列控车载设备的ID一起封装为第一数据包，并通过无线通信模块12发送给无线闭塞中心。无线闭塞中心接收到第一数据包后，即可获得该随机数，并将无线闭塞中心ID和随机数等数据进行封装，再通过密钥和鉴权算法生成第二数据包，将第二数据包发送给无线通信模块12，由无线通讯模块12转发给安全控制计算机模块10。安全控制计算机模块10通过密钥对第二数据包进行解密，以获得无线闭塞中心ID和随机数等数据，从而完成第一次鉴权校验。随后安全控制计算机模块10再通过无线闭塞中心ID和随机数等数据及密钥生成第三数据包，并将第三数据包发送给无线闭塞中心，无线闭塞中心根据第三数据包的校验结果，相应向安全控制计算机模块10发送授权数据包，以完成整个鉴权过程，安全控制计算机模块10通过无线通信模块12与无线闭塞中心之间就建立了安全连接。
安全连接建立后，无线通信模块12与无线闭塞中心之间的列控数据交换都需要通过密钥数据和相应的加密算法进行相应的加密和解密，从而可以有效地保障安全连接所传输列控数据的安全性和可靠性。
应答器接收模块13用于接收地面应答器信息。
举例来说，应答器接收模块13接收应答器或应答器组发送的1023位的应答器报文，即应答器信息，并对接收到的应答器报文进行校验解码，将其转换为830位的用户报文，之后将解码后的用户报文发送给安全控制计算机模块10，以供安全控制计算机模块10通过用户报文获取相应的列控信息，如线路允许运行速度信息和线路坡度信息等，安全控制计算机模块10就可以根据这些信息生成相应的控车指令，从而有效地保障行车安全。
轨道电路读取模块14用于获取轨道电路信息。
举例来说，轨道电路读取模块14可以接收轨道电路发送的轨道电路信息，并对轨道电路信息进行译码等相关处理，之后将处理后的轨道电路信息通过RS422接口传输给安全控制计算机模块10，安全控制计算机模块10根据轨道电路信息可以获得前方空闲闭塞分区数量和车站进路限速等相关列控信息，并根据这些列控信息生成相应的控车指令来监督列车的安全运行。
列车控制接口模块16用于采集列车状态信息和输出控车指令。
举例来说，列车控制接口模块16一方面采集司机控制台的输入信号，如驾驶室状态信号、方向手柄位置信号和休眠信号等，并将这些信号发送给安全控制计算机模块10，以供安全控制计算机模块10确定整个CTCS-3级列控车载设备的工作模式。另一方面安全控制计算机模块10根据接收到的列控信息及列车的速度距离信息生成相应的控车指令并发送给列车控制接口模块16，由列车控制接口模块16通过列车继电接口或MVB网络传送给相应的执行装置，以执行控车指令。
人机交互模块15用于与司机进行人机交互。
举例来说，人机交互模块15可以具备图形、文本显示及语音提示功能，可以直观地向司机显示列车运行状态和列控信息，并且司机可以通过人机交互模块15向CTCS-3级列控车载设备输入列车运行参数等相关数据，实现CTCS-3级列控车载设备与司机的双向交互。
安全控制计算机模块10用于根据通过与其连接的模块接收到的信息生成控车指令，并将控车指令发送给列车控制接口模块16，以供与列车控制接口模块16连接的设备获取并执行。
举例来说，安全控制计算机模块10根据通过与其连接的测速测距模块11、无线通信模块12、应答器接收模块13、轨道电路读取模块14、列车控制接口模块16和人机交互模块15接收到的列控信息、列车运行状态信息及列车数据等相关信息，生成相应的控车指令并发送给列车控制接口模块16，以供与列车控制接口模块16连接的设备获取并执行。例如，列车当前运行的线路限速为300km/h时，列控信息中的限速信息就是300km/h，一旦通过测速测距模块11获取的当前列车的速度信息超过300km/h，安全控制计算机模块10就可以生成控车指令，此时的控车指令可以是最大常用制动命令。安全控制计算机模块10生成用于进行最大常用制动的控车指令后，通过列车控制接口模块16发送给与列车制动单元的网络控制装置连接的MVB网络或者继电器接口，制动单元的网络控制装置或者继电器接口获取该控车指令后，即可驱动制动单元中的相应制动设备执行具体的制动动作。
本实施例的CTCS-3级列控车载设备可以通过GSM-R无线通讯网络和轨道电路接收列控地面设备发送的列控信息，并根据列控信息监督列车的安全运行，既可以满足CTCS-3级列控***的运营要求，又兼容CTCS-2级列控***，具备良好的适应性。
图2为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例二的结构图，如图2所示，本实施例在实施例一的基础上，CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10可以包括独立工作的第一安全控制计算机单元21和第二安全控制计算机单元22。
第一安全控制计算机单元21分别与无线通信模块12、应答器接收模块13、列车控制接口模块16、测速测距模块11和人机交互模块15连接，第二安全控制计算机单元22分别与应答器接收模块13、轨道电路读取模块14、列车控制接口模块16、测速测距模块11和人机交互模块15连接。
第一安全控制计算机单元21用于根据通过无线通信模块12接收到的无线闭塞中心发送的列控信息、应答器信息和列车状态信息生成控车指令。
举例来说，第一安全控制计算机单元21用于在CTCS-3级列控***中工作，它通过无线通信模块12从GSM-R(GSM for Railway)网络接收无线闭塞中心发送的行车许可等列控信息，通过应答器接收模块13接收地面的应答器信息，通过列车控制接口模块16接收列车状态信息，根据这些信息生成相应的控车指令并通过列车控制接口模块16发送给相连的列车设备执行。
第二安全控制计算机单元22用于根据应答器信息、轨道电路信息和列车状态信息生成控车指令。
举例来说，第二安全控制计算机单元22用于在CTCS-2级列控***中工作，它通过轨道电路读取模块14接收轨道电路信息，从而获得前方空闲闭塞分区数量及车站进路限速等相关列控信息，通过应答器接收模块13接收地面的应答器信息，通过列车控制接口模块16接收列车状态信息，根据这些信息生成相应的控车指令并通过列车控制接口模块16发送给相连的列车设备执行。
本实施例的CTCS-3级列控车载设备既可以在CTCS-3级列控***中正常工作，又可以在CTCS-3级列控***中正常工作，具备良好的适应性。
图3为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例三的结构图，如图3所示，本实施例在实施例二的基础上，本实施例的CTCS-3级列控车载设备还可以包括安全控制计算机模式切换模块17，安全控制计算机模式切换模块17分别与应答器接收模块13、第一安全控制计算机单元21和第二安全控制计算机单元22连接。
安全控制计算机模式切换模块17用于接收由应答器发送的第一安全控制计算机工作模式信息，并根据第一安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第一安全控制计算机单元21。
举例来说，当列车由CTCS-2级列控***的控制范围驶入CTCS-3级列控***的控制范围时，可以使CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10的第一安全控制计算机单元21接替第二安全控制计算机单元22的工作，从而使CTCS-3级列控车载设备可以在CTCS-3级列控***中正常工作，保障列车在CTCS-3级列控***的控制范围内正常运行。
安全控制计算机模式切换模块17通过应答器接收模块13接收由应答器发送的第一安全控制计算机工作模式信息，该第一安全控制计算机工作模式信息中包含进行CTCS-2级列控***至CTCS-3级列控***转换的数据包，安全控制计算机模式切换模块17就可以根据该数据包执行具体的使第一安全控制计算机单元21接替第二安全控制计算机单元22的工作。从而使CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10的第一安全控制计算机单元21开始对列车的运行状态进行监控，从而保障列车的安全运行。
本实施例的CTCS-3级列控车载设备可以实现由CTCS-2级列控***至CTCS-3级列控***的固定点转换，具有良好的适应性。
图4为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例四的结构图，如图4所示，本实施例在实施例三的基础上，CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模式切换模块17还与无线通信模块12连接，用于通过无线通信模块12接收无线闭塞中心发送的第一安全控制计算机工作模式信息，并根据第一安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第一安全控制计算机单元21。
举例来说，当列车由CTCS-2级列控***的控制范围驶入CTCS-3级列控***的控制范围时，为使CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10的第一安全控制计算机单元21接替第二安全控制计算机单元22的工作，还可以通过应答器接收模块13接收由应答器发送的无线闭塞中心ID信息，CTCS-3级列控车载设备的无线通信模块12通过实施例一的方法与无线闭塞中心之间建立安全连接。这样就可以通过GSM-R无线通信网络接收由无线闭塞中心发送的第一安全控制计算机工作模式信息，安全控制计算机模式切换模块17就可以根据第一安全控制计算机工作模式信息中的数据包执行具体的使第一安全控制计算机单元21接替第二安全控制计算机单元22的工作。从而使CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10的第一安全控制计算机单元21开始对列车的运行状态进行监控，从而保障列车的安全运行。
图5为本发明CTCS-3级列控车载设备实施例五的结构图，如图5所示，本实施例在实施例三或四的基础上，CTCS-3级列控车载设备还可以包括无线通信信道检测模块18，无线通信信道检测模块18分别与无线通信模块12和安全控制计算机模式切换模块17连接。
无线通信信道检测模块18用于检测无线通信信道的通信质量，并根据通信质量生成无线通信信道状态信息。
安全控制计算机模式切换模块17用于根据接收到的无线通信信道状态信息确定是否执行第一安全控制计算机工作模式信息。
举例来说，为防止当列车由CTCS-2级列控***的控制范围驶入CTCS-3级列控***的控制范围时，由于CTCS-3级列控***的GSM-R无线通信网络的通信质量不佳，甚至没有信号，或者由于无线闭塞中心发生故障，以致信道中无信号传输的情况，导致第一安全控制计算机单元21接替第二安全控制计算机单元22的工作后，第一安全控制计算机单元21由于GSM-R无线通信网络的通信质量不佳，而无法通过GSM-R无线通信网络接收由无线闭塞中心发送的列控信息，从而导致整个CTCS-3级列控车载设备无法工作的情况的发生。本实施例的CTCS-3级列控车载设备的无线通信信道检测模块18通过与其连接的无线通信模块12实时检测GSM-R无线通信网络的通信质量，并在GSM-R无线通信网络的通信质量不佳，无法保障CTCS-3级列控车载设备准确接收列控信息时，生成无线通信信道状态信息。并将其发送给安全控制计算机模式切换模块17。此时，安全控制计算机模式切换模块17不执行第一安全控制计算机工作模式信息，当前工作的安全控制计算机单元保持为第二安全控制计算机单元22。
本实施例的CTCS-3级列控车载设备可以进一步保障CTCS-3级列控车载设备的工作模式在由CTCS-2级列控***至CTCS-3级列控***转换过程的安全性与可靠性。
优选地，安全控制计算机模式切换模块17用于根据接收到的无线通信信道状态信息确定是否将当前工作的安全控制计算机单元设定为第二安全控制计算机单元22。
具体来说，当CTCS-3级列控车载设备使用第一安全控制计算机单元21工作在CTCS-3级列控***中时，一旦安全控制计算机模式切换模块17通过接收到的无线通信信道状态信息确定当前的通信质量不佳，继续使用第一安全控制计算机单元21无法保障列车的安全运行时。可以自动将当前工作的安全控制计算机单元设定为第二安全控制计算机单元22，从而保障CTCS-3级列控车载设备可以在CTCS-3级列控***的无线通信信道通信质量不佳的情况下，使用CTCS-2级列控***继续对列车的运行状态进行监控，从而进一步保障列车的安全运行。
优选地，安全控制计算机模式切换模块17还用于接收应答器或无线闭塞中心发送的第二安全控制计算机工作模式信息，并根据第二安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第二安全控制计算机单元22。
举例来说，当列控地面设备根据实际情况确定当前线路不具备通过CTCS-3级列控***进行列车运行控制时，可通过应答器或无线闭塞中心向CTCS-3级列控车载设备发送第二安全控制计算机工作模式信息。安全控制计算机模式切换模块17接收到第二安全控制计算机工作模式信息后，安全控制计算机模式切换模块17就可以根据第二安全控制计算机工作模式信息中的数据包执行具体的使第二安全控制计算机单元22接替第一安全控制计算机单元21的工作，从而使CTCS-3级列控车载设备的安全控制计算机模块10的第二安全控制计算机单元22开始对列车的运行状态进行监控，从而保障列车的安全运行。
本优选实施例的CTCS-3级列控车载设备可以进一步保障CTCS-3级列控车载设备的工作模式在由CTCS-3级列控***至CTCS-2级列控***转换过程的安全性与可靠性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种CTCS-3级列控车载设备，其特征在于，包括：安全控制计算机模块、测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块、人机交互模块、安全控制计算机模式切换模块和无线通信信道检测模块；
所述安全控制计算机模块分别与所述测速测距模块、无线通信模块、应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块和人机交互模块连接，
所述测速测距模块用于获取当前列车的速度信息和走行距离信息；
所述无线通信模块用于与列控地面设备交换信息；
所述应答器接收模块用于接收地面应答器信息；
所述轨道电路读取模块用于获取轨道电路信息；
所述列车控制接口模块用于采集列车状态信息和输出控车指令；
所述人机交互模块用于与司机进行人机交互；
所述安全控制计算机模块用于根据通过与其连接的模块接收到的信息生成控车指令，并将控车指令发送给所述列车控制接口模块，以供与所述列车控制接口模块连接的设备获取并执行；
所述安全控制计算机模块包括独立工作的第一安全控制计算机单元和第二安全控制计算机单元；
所述第一安全控制计算机单元分别与所述无线通信模块、应答器接收模块、列车控制接口模块、测速测距模块和人机交互模块连接，所述第二安全控制计算机单元分别与所述应答器接收模块、轨道电路读取模块、列车控制接口模块、测速测距模块和人机交互模块连接；
所述第一安全控制计算机单元用于根据通过所述无线通信模块接收到的无线闭塞中心发送的列控信息、所述应答器信息和列车状态信息生成控车指令；
所述第二安全控制计算机单元用于根据所述应答器信息、轨道电路信息和列车状态信息生成控车指令；
所述安全控制计算机模式切换模块分别与所述应答器接收模块、第一安全控制计算机单元、第二安全控制计算机单元和所述无线通信模块连接；
所述安全控制计算机模式切换模块用于接收由应答器发送的第一安全控制计算机工作模式信息，并根据所述第一安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第一安全控制计算机单元；
所述安全控制计算机模式切换模块还用于通过所述无线通信模块接收所述无线闭塞中心发送的第一安全控制计算机工作模式信息，并根据所述第一安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第一安全控制计算机单元；
所述安全控制计算机模式切换模块还用于根据接收到的无线通信信道状态信息确定是否将当前工作的安全控制计算机单元设定为第二安全控制计算机单元；
所述安全控制计算机模式切换模块还用于接收所述应答器或无线闭塞中心发送的第二安全控制计算机工作模式信息，并根据所述第二安全控制计算机工作模式信息将当前工作的安全控制计算机单元设定为第二安全控制计算机单元；
所述无线通信信道检测模块分别与所述无线通信模块和安全控制计算机模式切换模块连接；
所述无线通信信道检测模块用于检测无线通信信道的通信质量，并根据所述通信质量生成无线通信信道状态信息；
所述安全控制计算机模式切换模块用于根据接收到的所述无线通信信道状态信息确定是否执行所述第一安全控制计算机工作模式信息。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测速测距模块与雷达测速传感器连接，通过所述雷达测速传感器获取当前列车的速度信息和走行距离信息。
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