CN110712667A - 一种能够适应国外要求的综合列控*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种能够适应国外要求的综合列控***，所述综合列控***包括车载设备和地面设备，所述车载设备集成CTCS‑3车载列控***单元和国外车载列控***单元，所述CTCS‑3车载列控***单元和国外车载列控***单元通过继电形式进行接口，以级间切换的方式在所述CTCS‑3车载列控***单元和国外车载列控***单元之间进行切换；所述地面设备包括车站***、调度站***、CTC中心***、RBC中心***和GSM‑R核心网***，所述车站***、调度站***通过数据总线与所述CTC中心***、RBC中心***和GSM‑R核心网***实现数据连接。本发明的***能够满足国内外主流市场的一些通用运营需求，实现同目标国现阶段已存在的列控***兼容。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种能够适应国外要求的综合列控***。
背景技术
CTCS-3级是基于无线传输信息并采用传统方式检查列车占用的列车运行控制***，适用于300km/h及以上高速客运专线。自2007年开展CTCS-3级列车控制***(以下简称列控***)攻关以来，在原铁道部的统一部署下取得了一系列的技术创新成果。在短短10年间，中国已成为世界上高速铁路运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家，高铁技术举世瞩目，高速铁路已然成为中国新的“外交名片”和“形象代表”。
在国际高铁建设领域，除少数掌握高铁技术的国家外，大多数国家的高铁建设仍然需要从国外引进技术支持，国际高铁信号市场竞争激烈。中国高铁列控技术尽管发展很快，但在推进CTCS列控***“走出去”的具体实施过程中仍存在一些问题。
因此，需要基于CTCS列控***，结合海外主流列控***具体需求，通过研究CTCS列控***工作机制及接口要求和研究解决有关***级间转换、***故障降级为后备***运行等技术问题，研究一种具备适应海外市场的的CTCS列控***控制方法。
发明内容
本发明提供一种具备适应海外市场的综合列控***,该***能够满足国内外主流市场的一些通用运营需求，实现同目标国现阶段已存在的列控***兼容。
一种能够适应国外要求的综合列控***，所述综合列控***包括车载设备和地面设备，其中，
所述车载设备集成CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元，所述CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元通过继电形式进行接口，以级间切换的方式在所述CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元之间进行切换；
所述地面设备包括车站***、调度站***、CTC中心***、RBC中心***和GSM-R核心网***，所述车站***、调度站***通过数据总线与所述CTC中心***、RBC中心***和GSM-R核心网***实现数据连接。
进一步地，所述车载设备包括：
主控单元，能够获取车辆运行信息，生成制动模式曲线，并能够通过故障安全电路向列车输出制动信息；
无线通信模块，用于通过GSM-R电台接收和发送列车参数，并将接收的列车参数发送给所述主控单元；
测速测距模块，用于测量列车的速度以及前后列车之间的距离，并将测量结果发送给所述主控单元，由主控单元基于该测量结果判断启动CTCS-3列控***还是启动其他列控***；
输入输出模块，用于核对车载安全计算机各***输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行逻辑处理，作为***的最终输出，实现同车辆制动的接口。
进一步地，所述车载设备还包括：
司法记录单元，所述司法记录单元与所述主控单元数据连接，用于记录列车的车载数据，并能够将记录的车载数据发送给所述主控单元；
应答器传输单元，用于与地面应答器通信，处理应答器的上行链路和下行链路数据，并将上行链路发送给所述主控单元；
轨道电路信息接收单元，用于与地面轨道电路通信，通过天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，并将解调的信息传递给安全计算机。
进一步地，所述地面设备中的车站***包括：
轨道电路，其发送接收器接收列控中心发送来的低频编码指令，调制低频和载频信号，通过电缆发送至室外钢轨，接收器接收钢轨回送信号进行信号处理，实现列车占用/出清检查；
车站列控中心，用于处理应答器报文、低频信息编码、区间方向、临时限速数据，以实现车站有源应答器报文编译、车站和区间低频编码和点灯控制、站间运行方向控制、临时限速校核、下达功能；
CTC车站站机，用于处理列车和调车运行计划、临时限速、计算机联锁、自然灾害数据，实现根据运行计划自动选排列车进路、根据列车实际运行情况自动调整列车计划、对调车作业进行管理、对综合维修作业进行管理、对列车编组信息进行管理、列车进路自动预告功能；
车站联锁，用于实现控制，包括①进路控制；②信号开放、关闭；③道岔单独操作、锁闭、解锁；还用于实现显示，包括：①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁***工作状态、故障报警显示；
调度站CTC远程操作终端，能够与所述调度站中的CTC车站站机实现数据连接，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传；
调度站联锁远程操作终端，能够与所述调度站中的车站联锁实现数据连接，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传。
进一步地，所述调度站***包括：
轨道电路，其发送接收器接收列控中心发送来的低频编码指令，调制低频和载频信号，通过电缆发送至室外钢轨，接收器接收钢轨回送信号进行信号处理，实现列车占用/出清检查；
车站列控中心，用于处理应答器报文、低频信息编码、区间方向、临时限速数据，以实现车站有源应答器报文编译、车站和区间低频编码和点灯控制、站间运行方向控制、临时限速校核、下达功能；
CTC车站站机，用于处理列车和调车运行计划、临时限速、计算机联锁、自然灾害数据，实现根据运行计划自动选排列车进路、根据列车实际运行情况自动调整列车计划、对调车作业进行管理、对综合维修作业进行管理、对列车编组信息进行管理、列车进路自动预告功能；
车站联锁，用于实现控制，包括①进路控制；②信号开放、关闭；③道岔单独操作、锁闭、解锁；还用于实现显示，包括：①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁***工作状态、故障报警显示。
本发明的适应海外市场的综合列控***集成了CTCS-3***和非CTCS-3***，能够适应中国高铁出口国外的要求。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的综合列控***整体结构图；
图2示出了根据本发明实施例的综合列控***的车载设备结构图；
图3示出了根据本发明实施例的综合列控***的地面设备结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明实施例的出口国外的CTCS列控***的设计主要包括，提取国际高铁列控***需求和特征，然后提炼国际高铁列控***核心需求，提出通用总体技术要求，最后根据需求和技术要求制定列控***兼容性设计方式，建立适应出口国外的中国CTCS列控***架构。
在提取国际高铁列控***需求和特征的步骤中，分析***首先将列控***需求分为运输需求、列控***需求、设备需求，并针对不同的需求获取相关的关键特征参数。其中，所述运输需求的关键特征参数包含最高运行时速、最小追踪间隔、运营场景、互联互通运行等；所述列控***需求的关键特征参数包含后备模式、闭塞、列车定位、列车完整性、车地通信、临时限速、自然灾害等；所述设备需求的关键特征参数包含安全平台、集中/分散控制、使用环境等。
在提出通用总体技术要求的步骤中，分析归纳总结不同的需求和特征，对海外市场使用的主流技术体系进行划分，提炼出诸如最高运行时速、最小追踪间隔、运营场景、互联互通运行等核心需求。
在制定列控***兼容性设计方式步骤中，在高速列车运行控制采用CTCS-3级列控***的前提下，采用兼容性设计方式以兼容其他非CTCS的列控***，主要从工作机制、接口要求、***级间转换等方面进行设计，重点解决高速列车故障降级情况下，采用目标国列控***作为后备模式运行，以解决目标国高速、普速列车跨线运行的问题。
中国以外的国家很多采用与CTCS不同的列控***。以俄罗斯为例，俄罗斯铁路技术和装备现状，时速160km的线路列车运行安全监控一般采用俄铁ALS(自动机车信号)***，时速250km的线路列车运行安全监控采用俄铁ALS-EN(高速铁路连续自动机车信号)***，而对于时速超过250km的线路，俄罗斯无成熟的列控***。莫斯科-喀山高铁要求运行时速400km、250km、160km三个速度等级的列车，因此在高速列车运行安全监控采用CTCS-3级列控***的基础上，CTCS-3***应向下兼容ALS/ALS-EN***功能，可实现装备CTCS-3车载设备的列车车载设备重启发车；RBC(无线闭塞中心)或GSM-R故障时装备CTCS-3车载设备列车降级运行；装备CTCS-3车载设备的列车下装备ALS/ALS-EN***的线路运行；装备ALS/ALS-EN***车载设备的列车上高速线路运行。
为了适应CTCS-3与其他非CTCS不同***之间的兼容性，本发明对列控***进行设计。如图1示出了适应国外标准的CTCS列控***整体架构图，CTCS列控***主要由车载设备和地面***组成，所述列控***包括设置在列车上的车载设备和设置在地面的地面设备。一般情况下，高速列车均采用CTCS-3级列控***监控运行，但在高速列车车载***故障或需要下线运行时，应兼容地面装备ALS、ALS-EN***的线路；同时，高速线路的地面***需要兼容装备ALS、ALS-EN的列车上线运行。本发明对车载设备和地面设备两方面进行设计。
对车载兼容的设计
车载设备集成中国CTCS-3和俄罗斯两种车载单元设备(包括例如速度传感器、BTM(应答器传输单元)、TCR(轨道电路信息接收单元)天线等共用)，以满足高速动车下线兼容国家***的要求。所述中国CTCS-3和俄罗斯两种车载单元设备之间以继电形式进行接口，即两者均向车辆输出制动命令，但是通过继电器来切换制动命令有效输出通道，实现控制中国CTCS-3和俄罗斯两种车载单元设备中的一个有效输出制动命令，这样以级间切换的方式进行两单元工作的切换。***因故障不能使用无线通信方式控车时，车载设备可降级国家***监控列车运行。
如图2示出了车载设备的***结构图。CTCS-3主控单元是车载ATP的核心装置，负责从各个功能模块搜集车辆运行信息，生成制动模式曲线，必要时通过故障安全电路向列车输出制动信息，其与无线通信模块、测速测距模块和输入输出模块集成，并通过MVB总线与DMI连接、通过profilebus数据总线与司法记录器连接、通过CAN总线与BTM连接、通过RS422数据连接线与TCR连接；无线通信模块和测速测距模块通过RS485数据连接线与雷达连接、并与速度传感器(图中以圆圈示出)连接。其中无线通信模块，用于通过GSM-R电台接收和发送列车参数，并将接收的列车参数发送给所述主控单元；测速测距模块，用于测量列车的速度以及前后列车之间的距离，并将测量结果发送给所述主控单元，由主控单元基于该测量结果判断启动CTCS-3列控***还是启动其他列控***。为了实现无线数据的收发，GSM-R电台与所述无线通信模块连接；司法记录器，与所述主控单元数据连接，用于记录列车的车载数据，并能够将记录的车载数据发送给所述主控单元；所述BTM，用于与地面应答器通信，处理应答器的上行链路和下行链路数据，并将上行链路发送给所述主控单元；所述TCR，用于与地面轨道电路通信，通过天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，并将解调的信息传递给安全计算机。
本发明中为了提高整个***的安全性，对集成CTCS-3主控单元、无线通信模块、测速测距模块和输入输出模块的集成单元设置主系和备系进行容灾，以在主系出现故障后，将使用备系进行工作。
输入输出模块可以核对车载安全计算机各***输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行逻辑处理，作为***的最终输出，实现同车辆制动的接口，其将控制权信号和SB(常用制动，Service Brake)/EB(紧急制动，emergency brake)信号发送给继电器。其中所述控制权信号控制所述继电器实现将CTCS-3车载设备的SB/EB信号或将ALS车载设备的SB/EB信号发送给列车及制动控制接口，以实现对列车的制动。本发明通过继电器，实现了CTCS-3与ALS***中制动信号的发送，设计简洁，并需要获取ALS车载设备中的源代码，而实现两个***之间制动信号的切换发送。图2中所述ALS车载设备，主要基于无线传输实现线路基础数据传输和更新。
地面兼容设计
在CTCS-3信号***ZPW-2000A无绝缘轨道电路基础上叠加满足ALS和ALS-EN需要的75Hz和175Hz交流计数电码机车信号信息，用于实现列车占用轨道检查、发送机车信号信息的信号***功能。按ALS和ALS-EN***机车信号编码要求，调整地面列控中心(TCC)的机车信号编码控制，用于实现机车信号信息编码控制、列车占用轨道信息传递的信号***功能。
如图3示出了地面***的配置结构图。如图3所示，在调度站中，设置轨道电路、车站列控中心、CTC车站站机和车站联锁等设备，其中车站列控中心分别与所述轨道电路、CTC车站站机和车站联锁实现数据连接，车站联锁还与所述CTC车站站机实现数据连接。其中，所述轨道电路，用于实现车地信息传输，其发送接收器接收列控中心发送来的低频编码指令，调制低频和载频信号，通过电缆发送至室外钢轨，接收器接收钢轨回送信号进行信号处理，实现列车占用/出清检查；所述车站列控中心，处理应答器报文、低频信息编码、区间方向、临时限速等数据，实现车站有源应答器报文编译、车站和区间低频编码和点灯控制、站间运行方向控制、临时限速校核、下达等功能；所述CTC车站站机，处理列车和调车运行计划、临时限速、计算机联锁、自然灾害等数据，实现根据运行计划自动选排列车进路、根据列车实际运行情况自动调整列车计划、对调车作业进行管理、对综合维修作业进行管理、对列车编组信息进行管理、列车进路自动预告等功能；所述车站联锁，主要用于实现控制功能和显示功能。其中用于实现控制功能，例如①进路控制；②信号开放、关闭；③道岔单独操作、锁闭、解锁。用于实现显示功能，例如①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁***工作状态、故障报警显示等。
在车站中，同样设置了功能和作用与所述调度站的相同设备：设置轨道电路、车站列控中心、CTC车站站机和车站联锁等设备，同时还增加了调度站CTC远程操作终端和调度站联锁远程操作终端。其中，车站中的调度站CTC远程操作终端与调度站中的CTC车站站机实现数据连接，其作为一种远程操作终端，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传；车站中的调度站联锁远程操作终端，能够与所述调度站中的车站联锁实现数据连接，其作为一种远程操作终端，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传。
车站中的调度站联锁远程操作终端与调度站中的车站联锁实现数据连接。车站和调度站中的相关设备可以通过数据线与CTC中心、RBC中心收发列车数据，并且所述RBC中心可以将线路状况、列车状态等信息通过GSM-R核心网发送给车载设备，以实现对列车的安全控制。
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 (5)
1.一种能够适应国外要求的综合列控***，所述综合列控***包括车载设备和地面设备，其中，
所述车载设备集成CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元，所述CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元通过继电形式进行接口，以级间切换的方式在所述CTCS-3车载列控***单元和国外车载列控***单元之间进行切换；
所述地面设备包括车站***、调度站***、CTC中心***、RBC中心***和GSM-R核心网***，所述车站***、调度站***通过数据总线与所述CTC中心***、RBC中心***和GSM-R核心网***实现数据连接。
2.根据权利要求1所述的能够适应国外要求的综合列控***，所述车载设备包括：
主控单元，能够获取车辆运行信息，生成制动模式曲线，并能够通过故障安全电路向列车输出制动信息；
无线通信模块，用于通过GSM-R电台接收和发送列车参数，并将接收的列车参数发送给所述主控单元；
测速测距模块，用于测量列车的速度以及前后列车之间的距离，并将测量结果发送给所述主控单元，由主控单元基于该测量结果判断启动CTCS-3列控***还是启动其他列控***；
输入输出模块，用于核对车载安全计算机各***输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行逻辑处理，作为***的最终输出，实现同车辆制动的接口。
3.根据权利要求2所述的能够适应国外要求的综合列控***，所述车载设备还包括：
司法记录单元，所述司法记录单元与所述主控单元数据连接，用于记录列车的车载数据，并能够将记录的车载数据发送给所述主控单元；
应答器传输单元，用于与地面应答器通信，处理应答器的上行链路和下行链路数据，并将上行链路发送给所述主控单元；
轨道电路信息接收单元，用于与地面轨道电路通信，通过天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，并将解调的信息传递给安全计算机。
4.根据权利要求1所述的能够适应国外要求的综合列控***，所述地面设备中的车站***包括：
轨道电路，其发送接收器接收列控中心发送来的低频编码指令，调制低频和载频信号，通过电缆发送至室外钢轨，接收器接收钢轨回送信号进行信号处理，实现列车占用/出清检查；
车站列控中心，用于处理应答器报文、低频信息编码、区间方向、临时限速数据，以实现车站有源应答器报文编译、车站和区间低频编码和点灯控制、站间运行方向控制、临时限速校核、下达功能；
CTC车站站机，用于处理列车和调车运行计划、临时限速、计算机联锁、自然灾害数据，实现根据运行计划自动选排列车进路、根据列车实际运行情况自动调整列车计划、对调车作业进行管理、对综合维修作业进行管理、对列车编组信息进行管理、列车进路自动预告功能；
车站联锁，用于实现控制，包括①进路控制；②信号开放、关闭；③道岔单独操作、锁闭、解锁；还用于实现显示，包括：①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁***工作状态、故障报警显示；
调度站CTC远程操作终端，能够与所述调度站中的CTC车站站机实现数据连接，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传；
调度站联锁远程操作终端，能够与所述调度站中的车站联锁实现数据连接，主要进行操作命令下发，以及显示和设备状态信息上传。
5.根据权利要求1或4所述的能够适应国外要求的综合列控***，所述调度站***包括：
轨道电路，其发送接收器接收列控中心发送来的低频编码指令，调制低频和载频信号，通过电缆发送至室外钢轨，接收器接收钢轨回送信号进行信号处理，实现列车占用/出清检查；
车站列控中心，用于处理应答器报文、低频信息编码、区间方向、临时限速数据，以实现车站有源应答器报文编译、车站和区间低频编码和点灯控制、站间运行方向控制、临时限速校核、下达功能；
CTC车站站机，用于处理列车和调车运行计划、临时限速、计算机联锁、自然灾害数据，实现根据运行计划自动选排列车进路、根据列车实际运行情况自动调整列车计划、对调车作业进行管理、对综合维修作业进行管理、对列车编组信息进行管理、列车进路自动预告功能；
车站联锁，用于实现控制，包括①进路控制；②信号开放、关闭；③道岔单独操作、锁闭、解锁；还用于实现显示，包括：①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁***工作状态、故障报警显示。
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