CN110239596B - 一种基于ctcs-3的移动闭塞列车控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于CTCS‑3的移动闭塞列车控制***(CTCS‑3I)和方法，用以解决高速列车无法实现移动闭塞的问题。所述移动闭塞列控***在既有CTCS‑3基础上，不增加硬件设备，通过控制算法，在列车出库前由司机向RBC发送注册申请，完成列车的识别后完成列车注册；列车开始运行后，硬件协调完成列车运行数据采集和传输、列车完整性检测、目标距离模式曲线计算及移动授权生成，实现移动闭塞。本发明将列车追踪的目标点由既有的轨道电路始端，改变为前行列车的尾部，缩短了列车追踪间隔，列车在区间的通过能力提升了50％；CTCS‑3I在列车运行控制过程中，增加了列车定位、速度和追踪间隔的并行监控，提高了列车运行的安全性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通和智能运输领域，具体涉及一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法及***。
背景技术
轨道交通，包括干线铁路、高速铁路和城市轨道交通等，由于其运量大、速度快、准时、方便快捷、安全舒适、节能环保等优点，成为人们出行和货物运输的主要交通工具。运输能力是衡量轨道交通质量的一个关键指标。提高运输能力的典型方法包括提高列车运行速度、加长列车编组、开行重载列车、优化运输计划、加强运输组织管理与调度等。其中，在铁路信号方面，提高运输能力已存在很多技术，如：调度集中、闭塞技术、联锁技术等等。
闭塞技术包括传统的自动闭塞(固定闭塞)和新发展的移动闭塞。移动闭塞(Moving Block,MB)是指后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，自动设定运行速度的基于通信的闭塞方式。移动闭塞的列车运行控制中心与列车之间采用连续的无线双向通信，实现对列车的安全间隔控制，其通信方式根据技术而异，在地面设有基站、敷设交叉环线或波导管等。相对于固定闭塞，移动闭塞取消了以轨道电路分隔的固定闭塞分区，列车追踪的目标点由列车占用闭塞分区始端转变为前行列车的尾部；列车最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定,闭塞区间随着列车的行驶，不断地向前移动和调整。移动闭塞与高速公路司机驾驶汽车过程基本一致。与既有的自动闭塞方式比较，移动闭塞使得线路运输能力有了显著提高。移动闭塞技术在城市轨道交通低速列车运行控制中已经成功应用。在干线铁路和高速铁路使用移动闭塞技术也在加紧研究之中。
在欧洲，1989年以来，在欧盟委员会的资助下制订了欧洲铁路运输管理***/欧洲列车控制***(European Railway Traffic Management System/European TrainControl System，ERTMS/ETCS)需求规范,定义了***框架和系列标准,并已纳入国际铁路联盟(UIC)标准。ERTMS/ETCS技术规范包括了功能需求规范、***需求规范、安全需求规范、子***需求规范、***测试规范、子***接口规范等。ETCS列车控制***分为5级,包括ETCS-0,ETCS-STM,ETCS-1,ETCS-2和ETCS-3级。图1所示为现有技术中ETCS***的基本结构示意图。如图1所示，其中：ETCS-0由ETCS车载设备和传统列控***构成；ETCS-STM由ETCS车载设备、传统列控***和STM组成，可以在已安装了本国信号***的铁道线路上运行。采用不同的接收天线，通过STM接口设备可以接收不同制式的信息；ETCS-1由地面信号、查询应答器和轨道电路构成，采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号***，并用于列车定位和传送控制命令；该***是典型的点式ATP。ETCS-2由轨道电路、查询应答器和GSM-R构成，与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车(可取消地面信号机)；通过GSM-R连续传送列车运行控制命令，车地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心；该***是基于移动通信的连续式ATP。ETCS-3由查询应答器和GSM-R构成，与二级相比，ETCS三级是靠车载设备和RBC共同来检查列车完整性，不需要轨道电路。点式设备、GSM-R是***的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，ETCS三级室外线路上的信号设备减少到最低程度，列车追踪间隔控制依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。
2012年，世界上第一条装备有欧洲列车控制***ETCS-3的货运铁路在瑞典中部投入商业运营，该线路采用移动闭塞技术。但是，该ETCS-3的设计用于货运列车其时速远远低于高速铁路运行的350km/h；同时，该线路中所采用的移动闭塞技术，并未解决确定列车长度和检查列车完整性的问题。
中国参照ETCS等国外标准，结合本国铁路实际情况规定了中国列车控制***(China Train Control System,CTCS)的定义、目标和体系框架。CTCS根据功能要求和设配置划分为5个应用等级。CTCS-0级由通用机车信号和列车运行监控记录装置组成，为传统信号***。CTCS-1级由主体机车信号和安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现机车信号主体化和点连式超速防护功能。适用于160km/h以下线路。CTCS-2级是基于轨道传输信息并采用车地一体化设计的列车运行控制***。地面由列车控制中心(TCC)生成移动授权(MA)，车载采用基于安全计算机的列车超速防护***(ATP)生成目标距离速度控制模式曲线。采用自动闭塞，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。适用于200-250km/h线路。CTCS-3级是基于GSM-R无线传输信息并采用轨道电路检查列车占用，同时具备CTCS-2级功能的列车运行控制***。地面由无线闭塞中心(RBC)生成移动授权(MA)，应答器实现列车定位校准，车载采用ATP***生成目标距离模式曲线。采用固定自动闭塞，最小追踪间隔3分钟，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。适用于300-350km/h线路。CTCS-4级是基于无线传输信息的列车运行控制***。地面可取消轨道电路，只设一些固定地面应答器用于列车定位校准。由RBC和车载验证***共同完成列车完整性检查。列车具有自行定位的功能，列车的位置由列车传至RBC，并由RBC传送至后续列车，实现虚拟闭塞或移动闭塞。CTCS-4级地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。适用于高速新线或特殊线路。中国CTCS-3和CTCS-4分别与欧洲ETCS-2和ETCS-3相似。
现有技术中，中国的列车控制***已发展到CTCS-3，一种基于自动闭塞的列控***，适用时速为300-350km/h。由于CTCS-3的自身特性，还无法实现具备更高运输能力的移动闭塞。其主要原因包括：
原因1：列车速度高，列车质量大惯性大。应用移动闭塞技术后两列列车追踪间隔缩短了，紧急情况下，难于采取应急措施，存在安全风险。
原因2：列控***等级划分产生认识误区。欧洲ETCS和中国CTCS，技术规范将移动闭塞功能规划到下一代列车控制***，在ETCS-3和CTCS-4中实现。下一代列车控制***结构形式发生巨大变革，其目标是最大限度减少轨旁信号设备，减少投资和运维成本。移动闭塞仅是下一代列车控制***的主要特征之一。将移动闭塞与下一代列控***关联，与减少轨旁设备联系，存在认识误区。
原因3：由车载设备取代轨旁设备未能实现列车完整性检测。取消轨道电路后，完整性检测，由车载设备完成，目前由车载设备完成列车完整性检测方法包括：列尾装置、列车总线、卫星定位等方法。这些方法存在技术缺陷，需要进一步完善。地铁移动闭塞***，通过地面计轴器进行列车完整性检测。
原因4：取消轨道电路后与既有列控***难以兼容。首先是备用***问题。取消地面设备后，既有轨旁信号设备功能转移到车载设备中实现。显然，取消地面设备后移动闭塞***难以与既有列控***兼容。在移动闭塞线路上，如果车载信号设备故障或无线通信中断，将无法按照移动闭塞控制列车。如果没有备用***，司机只能采取目视行车模式人工驾驶列车，列车速度低于40km/h，对于高速铁路来说，相当于全线瘫痪。其次是上下线问题。采用基于无线通信移动闭塞的线路和采用基于轨道电路固定闭塞方式的线路，难以实现上下线，不同线路之间不能实现互联互通。
因此，现有技术中通过取消轨旁信号设备(轨道电路、多数应答器、信号机等)实现移动闭塞，减少投资和运维成本，既存在由车载设备完成列车完整性检测技术不成熟、与既有***难以兼容等技术风险，也存在列车因不构成车地闭环控制，安全监控责任完全集中到车载设备的风险。
发明内容
为了提高铁路运输能力，克服高速铁路运输中无法实现移动闭塞的问题，本发明提供了一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法及***，在CTCS-3的硬件设备基础上，实现300-350km/h高速运行下的移动闭塞列车控制，保持与既有CTCS-3设备兼容并满足列车降级运行和跨线运行的要求，在保持运营和维护作业的连续性和稳定性的前提下，提高运输能力。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种基于中国列控***三级CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，所述***包括CTCS-3的地面设备、车载设备和GSM-R无线网络，还包括运行在所述地面设备和车载设备上的CTCS-3I列控软件，所述CTCS-3I列控软件执行如下步骤：
步骤S1，在列车出库后的规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由无线网络向RBC发送注册申请，RBC由CTC进行相应列车的识别后，完成列车注册；
步骤S2，列车开始运行后，实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及生成移动授权。
可选地，所述步骤S2进一步包括：
步骤S21，车载设备确定列车位置并测量列车速度，将所述列车位置、列车速度、列车完整性信息、列车状态和车载设备状态通过无线网络发送到RBC；
步骤S22，列车获得在当前RBC控制范围内行车许可，计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行；
步骤S23，随着列车向前运行，RBC根据联锁CBI提供的进路信息、闭塞分区的空闲信息和增量距离采用移动授权生成算法为列车延伸移动授权，在不同RBC间完成移动授权。
可选地，所述步骤S2还包括：
步骤S24，当达到预定条件时切换到后备模式进行列车控制。
可选地，所述步骤S21中列车完整性信息，采用轨道电路进行列车完整性检测和轨道占用检查，获得列车完整性信息。
可选地，所述步骤S22中所述列车获得在当前RBC控制范围内行车许可进一步为，CTC按照行车计划，命令联锁***CBI办理列车进路，RBC和CBI将站间线路划分为若干个信号授权SA区段，然后以所述信号授权SA区段和增量距离进行信息交互；CBI根据进路信息和轨道电路状态向RBC发送信号授权SA和列车完整性信息；RBC根据SA和增量距离、列车位置和运行方向生成行车许可MA，并将MA发送给车载设备。
可选地，所述目标距离连续速度控制模式曲线，包括静态速度曲线和动态速度曲线；其中，所述静态速度曲线由顶棚速度监控CSM获得，由最高限制速度曲线的当前值决定；所述动态速度曲线由目标速度监控TSM获得，反映目标速度、可达到的行车许可终点EOA/限制性许可终点LOA。
可选地，所述顶棚速度监控CSM和目标速度监控TSM的追踪目标点为前车的尾部。
可选地，所述动态速度曲线包括常用制动曲线和紧急制动曲线；所述常用速度曲线为，列车速度超过预设速度阈值且车载设备实施制动后，当实际速度低于允许速度时缓解制动，所获得的制动曲线；所述紧急制动曲线为，列车速度超过预设速度阈值且车载设备采用紧急制动后，当列车停车后再缓解制动，所获得的制动曲线；对于移动授权而言，当移动授权超时后，缩短相应的移动授权。
可选地，所述步骤23中RBC的移动授权生成算法，进一步为进路+列车间的距离，RBC根据列车当前位置在内部拓扑图上对列车精确定位，根据列车前方进路状态和RBC允许的最大MA长度约束，将列车前方尽可能长的空闲进路分配给列车，并计算出这些空闲进路的总长度，生成MA。
本发明还提供了一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法，所述方法包括：
步骤S1，在列车出库后的规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由无线网络向RBC发送注册申请，RBC由CTC进行相应列车的识别后，完成列车注册；
步骤S2，列车开始运行后，实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及生成移动授权。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例基于CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I和方法，在既有CTCS-3***基础之上，不增加任何硬件设备，通过修改软件控制算法，实现了移动闭塞。所述控制算法为，在列车出库后规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由无线网络向RBC发送注册申请，RBC在CTC处完成相应列车的识别后，完成列车注册；列车开始运行后，移动闭塞设备、备用***设备及共用设备协调完成列车运行数据采集和传输、列车完整性检测、目标距离模式曲线计算及移动授权生成。本发明将列车追踪的目标点由既有的轨道电路始端，改变为前行列车的尾部，缩短了列车追踪间隔，列车在区间的通过能力提升了50％；CTCS-3I在列车运行控制过程中，增加了列车定位、速度和追踪间隔的并行监控，提高了列车运行的安全性。同时，CTCS-3I***下列车可以采取无人驾驶或者CTCS-3I+ATO方式，在保证安全的前提下，提高了列车运行的智能性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中欧洲ETCS***的基本结构示意图；
图2为本发明实施例CTCS-3I结构示意图；
图3为本发明实施例中列车追踪间隔与制动曲线关系图；
图4为本发明实施例采用硬撞墙和软撞墙两种方式时移动闭塞原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明针对用于300-350km/h线路的CTCS-3中还没有实现移动闭塞技术的问题，在现有的CTCS-3硬件基础上，不添加任何其他硬件，通过修改软件控制算法，在CTCS-3中实现移动闭塞列车控制，形成一种新的列车控制***即CTCS-3I，CTCS-3I能够保持与既有CTCS-3设备兼容并满足列车降级运行和跨线运行技术要求，适用于350km/h线路。而CTCS-2I列车控制***是在用于200-250km/h线路的CTCS-2基础上，不添加任何硬件设备，实现200-250km/h列车运行控制，是一种可以取代既有CTCS-2和CTCS-3两种***的列车控制***。不添加任何硬件设备，可以与既有***保持一致和兼容，便于推广实现；能够减少投资，最大限度发挥既有***效能；同时，可以保持运营和维护作业的连续性和稳定性。不添加任何硬件设备是CTCS-2I和CTCS-3I的创新和亮点，是在CTCS-3中实现移动闭塞的前提。CTCS-3I是未来中国首先升级的列车控制***，将成为中国的下一代列车运行控制***。
通常情况下，实现移动闭塞有两种方式：
方式一，硬撞墙方式：不考虑先行列车的速度的移动闭塞(MB-V0方式)。这种方式只考虑先行列车的位置,不考虑先行列车的速度,即设定先行列车为停车状态。
方式二，软撞墙方式：考虑先行列车的位置与速度的移动闭塞(MB-V方式)。这种方式保证在先行列车非常制动停车位置前,后续列车能以常用制动停车。
既有CTCS-3列控***，是由无线闭塞中心(RBC)生成行车许可、GSM-R实现车-地信息双向传输、应答器用于列车定位校准、轨道电路用于列车占用及完整性检查，车载设备采用目标距离连续速度曲线控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。CTCS-3级列控***(简称C3列控***)按兼容CTCS-2级列控***的标准统一配置车载和地面设备。
CTCS-3级列车运行控制***包括地面设备和车载设备。地面设备由无线闭塞中心(RBC)、列控中心(TCC)、临时限速服务器、ZPW-2000(UM)系列轨道电路、应答器(含LEU)、GSM-R通信接口设备等组成；车载设备由车载安全计算机(VC)、GSM-R无线通信单元(RTU)、轨道电路信息接收单元(TCR)、应答器信息接收模块(BTM)、记录单元(DRU)、人机界面(DMI)、列车接口单元(TIU)等组成。其中地面RBC和车载VC是C3列控***的核心设备。
RBC是CTCS-3级列控***地面子***的核心部分。RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线通信***将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备；同时通过GSM-R无线通信***接收车载设备发送的列车位置和列车参数等信息。RBC通过联锁***接收来自TCC的轨道电路信息，实现列车占用和完整性检查。CTCS-2是CTCS-3的后备***。
车载VC根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，计算生成目标距离连续速度控制模式曲线，同时按照模式曲线和设备制动优先的方式监控列车安全运行。
在上述CTCS-3列控***的基础上，本发明提出了一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法和***CTCS-3I，不添加硬件，通过运行相应的软件，进行移动闭塞列车控制。CTCS-3I***将列车追踪的目标点由既有的轨道电路始端，改变为前行列车的尾部，缩短了列车追踪间隔，列车在区间的通过能力提升50％；同时，增加了列车定位、速度和追踪间隔的并行监控，提高了列车运行的安全性。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
第一实施例
本实施例提供了一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，图2所示为所述CTCS-3I的结构示意图。如图2所示，所述CTCS-3I包括：CTCS-3的地面设备、车载设备和GSM-R无线网络，还包括运行在所述地面设备和车载设备上的CTCS-3I列控软件。
如图2所示，这里的地面设备、车载设备和GSM-R无线网络在CTCS-3I***中，按功能进行重新分配，分为以下三种：移动闭塞设备、备用***设备、移动闭塞和备用***共用设备。其中，
所述移动闭塞设备至少包括GSM-R无线单元、GSM-R固定网络、密钥管理中心KMC、车载无线传输单元RTU、C3I控制单元(原CTCS-3中的C3控制单元)、无线闭塞中心RBC；其中，所述RTU、C3I控制单元为车载设备，RBC为地面设备；GSM-R无线单元、GSM-R固定网络、密钥管理中心KMC属于GSM-R无线网络。
所述备用***设备至少包括C2控制单元、车站列控中心TCC、轨旁电子单元LEU和有源应答器；其中，所述C2控制单元为车载设备，TCC、LEU和有源应答器为地面设备；
所述共用设备至少包括操作界面DMI、测速单元SDU、列车接口单元TIU、轨道单元接收单元TCR、应答器处理模块BTM、应答器天线、无源应答器、轨道电路TC、临时限速服务器TSRS、联锁CBI、调试集中管理中心CTC；其中，操作界面DMI、测速单元SDU、列车接口单元TIU、轨道单元接收单元TCR、应答器处理模块BTM、应答器天线为车载设备，无源应答器、轨道电路TC、临时限速服务器TSRS为地面设备。优选的，所述共用设备还可以包括司法记录单元IRU，所述IRU属于车载设备。CBI为车站设备、CTC为控制中心设备。
CTCS-3I采用轨道电路TC实现列车占用检测。
需要说明的是，CTCS-3的备用***为CTCS-2，CTCS-3设备故障或无线通信中断时，由CTCS-2控制列车降级运行。在CTCS-2线路，列车由CTCS-2控制实现下线运行。
所述CTCS-3I列控软件至少包括车载安全计算机VC软件和地面无线闭塞中心RBC软件。
所述CTCS-3I列控软件被执行时，实现以下步骤：
步骤S1，在列车出库后的规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由GSM-R无线网络向RBC发送注册申请，RBC由CTC进行相应列车的识别后，完成列车注册。
进一步地，所述发送注册申请时，首先经过无源应答器时由车载无线传输单元RTU呼叫建立GSM-R信道，车载设备的操作界面DMI将司机输入的列车ID、车次号、列车长度及存储的列车参数发到RBC申请注册；RBC向CTC转发列车车次号信息，进行列车识别，完成列车注册。
更进一步地，所述建立GSM-R信道，以实现CTCS-3I车地无线通信，通过密钥管理保证信息传输安全可靠。对于上述无线通信，CTCS-3的GSM-R数字通信，在传输方式，信息量、速率、延迟等方面均可以满足移动闭塞要求，同时具备升级为LTE-R的能力。优选地，所述GSM-R无线网络基站平均间距2.5～2.7km，形成覆盖上的完全冗余，消除在某个基站故障时可能出现的信号盲区。RBC通过ISDN PRI接口与GSM-R网络连接，一套RBC***中所有ISDNPRI接口的电话号码相同，车载设备通过电话号码呼叫建立无线信道。当GSM-R的通信中断超过规定时间后，车载设备实施常用制动。同时CTCS-3I使用备用***，降级运行。
步骤S2，列车开始运行后，实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及生成移动授权。
进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，车载设备确定列车位置并测量列车速度，将所述列车位置、列车速度、列车完整性信息、列车状态和车载设备状态通过GSM-R无线网络发送到RBC。
进一步地，所述车载设备，通过采用测速单元SDU的轮轴脉冲速度传感器与多普勒雷达速度传感器融合，并利用地面设备中的无源应答器校正运行距离的方式确定列车位置和测量速度。车载设备将列车位置、列车速度、列车状态和车载设备故障类型等信息，通过无线方式发送到RBC。
更进一步地，所述列车完整性信息，通过列车完整性检测获得。CTCS-3I采用轨道电路实现列车完整性检测和轨道占用检查。
步骤S22，列车获得在当前RBC控制范围内行车许可，计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行。
进一步地，列车获得在当前RBC控制范围内行车许可，为，CTC按照行车计划，命令CBI办理列车进路，RBC和联锁将站间线路划分为若干个信号授权SA区段，然后以所述信号授权SA区段和增量距离进行信息交互，优选地，所述信息交互的过程以对象的方式传递信息，对象包括列车状态、信号授权和紧急停车区；CBI根据进路信息和轨道电路状态向RBC发送信号授权SA和列车完整性信息；RBC根据信号授权SA和增量距离、列车位置和运行方向生成行车许可MA，并将行车许可发送给车载设备；同时，所述RBC发送给车载设备的信息还包括：命令有效时间、线路描述和进路状态信息、临时限速信息。
进一步地，所述计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，通过车载设备列车速度监控完成，即通过车载设备及车载安全计算机软件完成。所述车载设备列车速度监控，包括顶棚速度监控CSM和目标速度监控TSM。其中，所述CSM监控固定速度曲线，该曲线由最高限制速度曲线的当前值决定；所述TSM监控制动到较低的目标速度、达到行车许可终点(End of Authority,EOA)/限制性许可终点(Limit Authority,LOA)。优选地，所述顶棚速度监控CSM和目标速度监控TSM两种方式的追踪目标点为前车的尾部。
在上述CSM和TSM监控下，生成的目标距离连续速度控制模式曲线分别为静态速度曲线和动态速度曲线。对应CSM，静态速度曲线的计算包含了线路允许速度(由线路的等级、坡度、弯度等、桥梁、隧道速度限制)、临时限速和针对特定列车的速度等级等，由基础设备(如线路、桥梁、隧道等)和列车的属性、结构、自身条件决定，车载设备根据线路数据和列车参数计算得出；当顶棚速度监控曲线为较高限速等级时，列车应满足较低静态速度曲线的要求，直到列车末端也进入较高速度等级区段；当顶棚速度监控曲线为较低限速等级时，列车的前端应满足动态速度曲线的要求。对应TSM，动态速度曲线包括允许速度曲线、报警速度曲线、常用制动曲线和紧急制动曲线，车载设备根据牵引模型、制动模型、坡度及粘着条件等确定列车在各种情况下和各位置的制动减速度，根据列车长度确定需要车尾保持的距离，从而计算报警速度曲线、常用制动曲线和紧急制动曲线。
图3所示为本实施例中列车追踪间隔与常用制动曲线和紧急制动曲线关系图。如图3所示，当列车速度超过预设速度阈值时，车载设备实施制动，当实际速度低于允许速度时缓解制动，获得常用制动曲线；或，采用紧急制动，当列车停车后再缓解制动，获得紧急制动曲线。对于移动授权而言，当移动授权超时后，缩短相应的移动授权。优选地，所述列车追踪间隔信息由车载设备报告的位置信息和地面轨道区段空闲信息融合后产生。
所述生成的目标距离连续速度控制模式曲线中，目标距离随着目标点的变化而变化，即实现了移动闭塞。
更进一步地，上述实现移动闭塞的过程，可以采用硬撞墙方式，也可以采用软撞墙方式。图4所示为采用硬撞墙和软撞墙两种方式时移动闭塞原理示意图。
如图4所示，设定先行列车1和追踪列车2的最小间隔为L，两者的速度、减速度及空走时间分别为V1、V2、β1、β2、τ1、τ2，安全防护距离为LS1和LS2。则有：
当列车1处于停车状态时，位于B处。
采用硬撞墙方式的移动闭塞MB-V0，不考虑前车速度，两车之间的追踪间隔为：
当列车1处于运动中时，位于C处。采用软撞墙方式的移动闭塞MB-V方式，考虑前车的速度，两车之间的追踪间隔为
当两车速度和减速度(加速度)保持一致时，两车之间的追踪间隔仅需LS2，相当于两车处于软连接状态。
本步骤中，CTCS-3I可以采用硬撞墙方式也可采用软撞墙方式。硬撞墙安全性比较高，软撞墙提高运能更加明显。优选地，采用硬撞墙方式，并通过适当延长安全防护距离和通信超时减速等方法，增加***的安全裕量。
步骤S23，随着列车向前运行，RBC根据联锁CBI提供的进路信息、闭塞分区的空闲信息和增量距离采用移动授权生成算法为列车延伸移动授权，在不同RBC间完成移动授权。
RBC控制其管辖区域内的所有列车，列车经过RBC交界处时，两个RBC进行控车权交接，保证列车连续运行。
优选地，所述RBC移动授权生成算法为进路+列车间的距离。RBC根据列车报告的位置在内部拓扑图上对列车精确定位，根据列车前方进路状态和RBC允许的最大MA长度约束，将列车前方尽可能长的空闲进路分配给列车，并计算出这些空闲进路的总长度，生成MA。如果是追踪列车应以前车的尾部为停车点生成MA。同时，MA中包含了静态线路描述信息中分配给列车的进路范围内的应答器、变坡点、变速点、分相区、等级转换区、RBC切换区等信息，以及内部拓扑图上的动态临时限速信息。
列车的移动授权MA可包含：MA终点EOA、EOA的目标速度、危险点、保护区段的终点、开口速度等信息。行车许可包括了正常移动授权MA、缩短移动授权SNA、无条件紧急停车UEM、有条件紧急停车CEM。
RBC提供的行车许可以SA区段(站内为列车进路或泊车区段，区间为列车间隔距离)为基本单元。一个空闲的SA区段能且仅能分配给一个注册的列车。
优选地，所述步骤S2还可以包括：
步骤S24，当达到预定条件时切换到后备模式进行列车控制。
CTCS-3I的后备***为CTCS-2。当CTCS-3I设备故障或无线通信中断，列车降级运行，由CTCS-2控制。
这里值得说明的是，上述步骤S21至步骤S25间并没有明显的顺序关系，上述软件步骤根据逻辑来执行。
将本实施例所述基于CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I与现有技术中的其他列车控制***进行比较，得到表1。
表1几种典型列控***性能对比
如表1所示，本实施例所CTCS-3I***从安全性能及运输能力方面均有提高。
在安全性能方面，CTCS-3I中，追踪列车2和前行列车1只要保持1个常用制动距离LSB和1个安全距离LS的移动闭塞间隔，列车是安全的，不会发生追尾事故。由于列车测速定位存在误差、列车制动性能存在差异、计算精度等因素导致监控曲线计算的不确定性。为此设置安全距离LS，提高***的安全裕量。在计算列车的制动模式曲线时，列车安全防护距离最大值在站内选择60m、区间选择110m。随着列车速度降低，可减小安全防护距离值。具体表现为：
安全性能提升1：在CTCS-3I中增加地面RBC计算所有管辖范围内列车对应移动授权的列车允许速度功能和追踪列车速度信息回传到RBC功能。RBC将计算的列车允许速度与回传的列车实际速度进行比较，如果超出紧急制动速度值则向列车发送无条件紧急停车命令。实现了列车速度车地并行监控，提高了***安全性。
安全性能提升2：CTCS-3I地面RBC计算列车允许的追踪间隔与两车实际间隔进行比较，如果超出接近最小间隔值，发出报警避免列车追尾事故。
安全性能提升3：CTCS-3I中RBC将来至车载设备的列车定位信息与来至联锁的轨道电路占用信息比较确认列车位置的正确性。防止错发或无线信道受到干扰后传错。
在运输能力方面，本实施例的CTCS-3I的列车行驶过程中，采用了移动闭塞控制方式，相对于三显示自动闭塞制式，区间能过能力至少增加30％以上，一般可达到65％。
由以上分析可以看出，本实施例的基于CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，在既有CTCS-3***基础之上，不增加任何硬件设备，通过修改软件控制算法，实现了移动闭塞，将列车追踪的目标点由既有的轨道电路始端，改变为前行列车的尾部，缩短了列车追踪间隔，列车在区间或车站通过的效率提升了50％；CTCS-3I在列车运行控制过程中，增加了列车定位、速度和追踪间隔的并行监控，提高了列车运行的安全性。同时，CTCS-3I***下列车可以采取无人驾驶或者CTCS-3I+ATO方式，在保证安全的前提下，提高了列车运行的智能性。
第二实施例
本实施例提供了一种基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法，所述方法包括：
步骤S1，在列车出库后的规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由无线网络向RBC发送注册申请，RBC由CTC进行相应列车的识别后，完成列车注册。
步骤S2，列车开始运行后，实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及生成移动授权。
进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，车载设备确定列车位置并测量列车速度，将所述列车位置、列车速度、列车完整性信息、列车状态和车载设备状态通过GSM-R无线网络发送到RBC。
步骤S22，列车获得在当前RBC控制范围内行车许可，计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行。
步骤S23，随着列车向前运行，RBC根据联锁CBI提供的进路信息、闭塞分区的空闲信息和增量距离为列车延伸移动授权，在不同RBC间完成移动授权。
还可以包括：
步骤S24，当达到预定条件时切换到后备模式进行列车控制。
这里需要说明的是，本实施例的所述基于CTCS-3的移动闭塞列车控制方法，与第一实施例的所述基于CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I是相对应的，上述对所述CTCS-3I的说明和解释，同样适用于本实施例的所述移动闭塞列车控制方法，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于中国列控***三级CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，所述***包括CTCS-3的地面设备、车载设备和GSM-R无线网络，其特征在于，还包括运行在所述地面设备和车载设备上的CTCS-3I列控软件，所述地面设备、车载设备和GSM-R无线网络在CTCS-3I***中，按功能进行重新分配，分为以下三种：移动闭塞设备、备用***设备、移动闭塞和备用***共用设备；
其中，所述移动闭塞设备包括：GSM-R无线单元、GSM-R固定网络、密钥管理中心KMC、车载无线传输单元RTU、C3I控制单元和无线闭塞中心RBC，所述RTU、C3I控制单元为车载设备，RBC为地面设备；GSM-R无线单元、GSM-R固定网络、密钥管理中心KMC属于GSM-R无线网络；
所述备用***设备包括：C2控制单元、车站列控中心TCC、轨旁电子单元LEU和有源应答器；其中，所述C2控制单元为车载设备，TCC、LEU和有源应答器为地面设备；
所述共用设备包括：操作界面DMI、测速单元SDU、列车接口单元TIU、轨道电路接收单元TCR、应答器传输模块BTM、应答器天线、无源应答器、轨道电路TC、临时限速服务器TSRS、联锁CBI、调度集中控制***CTC、司法记录单元JRU；其中，操作界面DMI、测速单元SDU、列车接口单元TIU、轨道电路接收单元TCR、应答器传输模块BTM、应答器天线和司法记录单元JRU为车载设备，无源应答器、轨道电路TC、临时限速服务器TSRS为地面设备；CBI为车站设备，CTC位于控制中心；
CTCS-3I采用轨道电路TC实现列车占用检测；
所述CTCS-3I列控软件执行如下步骤：
步骤S1，在列车出库后的规定地点，建立GSM-R无线链路，司机通过操作界面DMI经由GSM-R无线网络向RBC发送注册申请，RBC由CTC进行相应列车的识别后，完成列车注册；
步骤S2，列车开始运行后，车载设备实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及RBC生成移动授权，包括：
步骤S21，车载设备确定列车位置并测量列车速度，将所述列车位置、列车速度、列车完整性信息、列车状态和车载设备状态通过无线网络发送到RBC；
步骤S22，车载设备获得在当前RBC控制范围内行车许可，计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行，其中，所述目标距离连续速度控制模式曲线，包括静态速度曲线和动态速度曲线；其中，所述静态速度曲线由顶棚速度监控CSM获得，由最高限制速度曲线的当前值决定；所述动态速度曲线由目标速度监控TSM获得，反映目标速度、可达到的行车许可终点EOA/限制性许可终点LOA；所述顶棚速度监控CSM和目标速度监控TSM的追踪目标点为前车的尾部；
步骤S23，随着列车向前运行，RBC根据联锁CBI提供的进路信息、闭塞分区的空闲信息和增量距离采用移动授权生成算法为列车延伸移动授权，在不同RBC间完成移动授权；
所述基于中国列控***三级CTCS-3的移动闭塞列车控制***CTCS-3I的列车控制方法包括：
步骤S1，所述司机通过操作界面DMI经由GSM-R无线网络向RBC发送注册申请时，首先经过无源应答器时由车载无线传输单元RTU呼叫建立GSM-R信道，车载设备的操作界面DMI将司机输入的列车ID、车次号、列车长度及存储的列车参数发到RBC申请注册；RBC向CTC转发列车车次号信息，进行列车识别，完成列车注册；
所述建立GSM-R信道，以实现CTCS-3I车地无线通信，通过密钥管理保证信息传输安全可靠，RBC通过ISDN PRI接口与GSM-R网络连接，一套RBC***中所有ISDN PRI接口的电话号码相同，车载设备通过电话号码呼叫建立无线信道，当GSM-R的通信中断超过规定时间后，车载设备实施常用制动，同时CTCS-3I使用备用***，降级运行；
步骤S2，列车开始运行后，实时采集和传输列车运行数据，按照移动闭塞原则计算目标距离、完成列车完整性检测及生成移动授权；
所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，车载设备确定列车位置并测量列车速度，将所述列车位置、列车速度、列车完整性信息、列车状态和车载设备状态通过GSM-R无线网络发送到RBC；
步骤S22，列车获得在当前RBC控制范围内行车许可，计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行；
列车获得在当前RBC控制范围内行车许可的处理过程为，CTC按照行车计划，命令CBI办理列车进路，RBC和联锁将站间线路划分为若干个信号授权SA区段，然后以所述信号授权SA区段和增量距离进行信息交互，所述信息交互的过程以对象的方式传递信息，对象包括列车状态、信号授权和紧急停车区；CBI根据进路信息和轨道电路状态向RBC发送信号授权SA和列车完整性信息；RBC根据信号授权SA和增量距离、列车位置和运行方向生成行车许可MA，并将行车许可发送给车载设备；同时，所述RBC发送给车载设备的信息还包括：命令有效时间、线路描述和进路状态信息、临时限速信息；
所述计算行车许可区域内列车所有位置的允许速度，生成目标距离连续速度控制模式曲线，通过车载设备列车速度监控完成，
生成的目标距离连续速度控制模式曲线中，目标距离随着目标点的变化而变化，即实现了移动闭塞，上述实现移动闭塞的过程采用硬撞墙方式或者软撞墙方式；
设定先行列车1和追踪列车2的最小间隔为L，两者的速度、减速度及空走时间分别为V1、V2、β1、β2、τ1、τ2，安全防护距离为LS1和LS2，则有：
当列车1处于停车状态时，
采用硬撞墙方式的移动闭塞MB-V0，不考虑前车速度，两车之间的追踪间隔为：
当列车1处于运动中时，采用软撞墙方式的移动闭塞MB-V方式，考虑前车的速度，两车之间的追踪间隔为：
当两车速度和减速度保持一致时，两车之间的追踪间隔仅需LS2，相当于两车处于软连接状态；
步骤S23，随着列车向前运行，RBC根据联锁CBI提供的进路信息、闭塞分区的空闲信息和增量距离采用移动授权生成算法为列车延伸移动授权，在不同RBC间完成移动授权；
RBC控制其管辖区域内的所有列车，列车经过RBC交界处时，两个RBC进行控车权交接，保证列车连续运行。
2.根据权利要求1所述的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，其特征在于，所述步骤S2还包括：
步骤S24，当达到预定条件时切换到后备模式进行列车控制。
3.根据权利要求1-2任一项所述的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，其特征在于，所述步骤S21中列车完整性信息，采用轨道电路进行列车完整性检测和轨道占用检查，获得列车完整性信息。
4.根据权利要求1所述的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，其特征在于，所述动态速度曲线包括常用制动曲线和紧急制动曲线；所述常用制动曲线为列车速度超过预设速度阈值且车载设备实施制动后，当实际速度低于允许速度时缓解制动，所获得的制动曲线；所述紧急制动曲线为，列车速度超过预设速度阈值且车载设备采用紧急制动后，当列车停车后再缓解制动，所获得的制动曲线。
5.根据权利要求1-2任一项所述的移动闭塞列车控制***CTCS-3I，其特征在于，所述步骤S23中RBC的移动授权生成算法，进一步为进路+列车间的距离，RBC根据列车当前位置在内部拓扑图上对列车精确定位，根据列车前方进路状态和RBC允许的最大MA长度约束，将列车前方尽可能长的空闲进路分配给列车，并计算出这些空闲进路的总长度，生成MA。
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2019
- 2019-06-17 CN CN201910521447.6A patent/CN110239596B/zh active Active
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|---|---|
| CN110239596A (zh) | 2019-09-17 |
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