CN115257879A - 一种基于5g技术的城市轨道交通云化全自动运行信号*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，属于轨道交通领域。本发明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***功能进行了重新分配，将现有FAO信号***中的ZC和CI功能合并，形成ZCI子***，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***的DCS子***；设计了VC子***，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***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。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通领域，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***。
背景技术
信号***是城市轨道交通线路运行的控制***。传统的信号***主要由ATP (列车自动防护)***、ATO(列车自动运行)***、CI(计算机联锁)***、 ATS(列车自动监控)***、DCS(数据传输)子***和MSS(维护支持)子***构成，结构图如图1所示。
其中：
ATP子***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。
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。
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***信息交换。
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。
DCS的主要功能是为ATS子***、联锁子***、ZC子***、ATP子***以及 CBTC***中其他子***如ATE仿真子***间通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输。
MSS的主要功能为各子***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。
通过信号***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***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***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***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***，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，FullyAutomatic Operation)***。
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。
GOA0：目视行车模式。
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。
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。
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。
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。
全自动运行(FAO)***对应GOA4级。
现有FAO***是在传统的信号***基础上进行改进的来的，其***结构如图 2所示。
其中虚线框内部为FAO***。可以看出，该结构基本与传统的信号***相似，增加了AAM(自动唤醒)设备，ZC和车载ATP统称为ATP子***。
ATS子***功能和硬件设备：
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***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。
ATS子***运行于通用服务器，硬件结构如图3所示。
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。
车载ATP子***功能和硬件设备：
作为FAO***的核心控制子***，车载ATP子***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。
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。
一般包括主控板，通信板，输入板，输出板，电源板，记录板。
ATO子***功能和硬件设备：
FAO***下的ATO子***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***按照***设定的运行曲线，根据ATS***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。
ATO子***的硬件一般采用为两块互为冗余的板卡，***到车载ATP的机柜中。有部分厂商的ATO为单独机箱。
ZC(地面ATP)子***功能和硬件设备：
FAO***下的ZC子***功能与车载ATP子***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。
ZC子***是地铁信号***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***传输给ATP车载子***，保证其管辖内的所有列车的运行安全，并实现移动闭塞。
ZC子***采用独立的嵌入式设备，结构如图5所示。
CI子***功能和硬件设备：
FAO***下的CI子***负责处理进路内的道岔、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，保证进路及行车安全。
CI子***采用独立的嵌入式设备，结构如图6所示。
AAM设备功能和硬件设备：
AAM为FAO***中辅助车载ATP/ATO进行休眠和唤醒的设备，AAM的主要功能包括远程休眠/唤醒功能，本地休眠功能，车载ATP/ATO状态监测功能,车辆状态监测功能,停放制动施加与缓解功能。
AAM采用独立的嵌入式设备，结构如图7所示。
DCS子***功能和硬件设备：
DCS的主要功能是为ATS子***、联锁子***、ZC子***、ATP子***以及 CBTC***中其他子***如ATE仿真子***间通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输。
DCS***分为有线网络部分和无线接入网络部分两个组成部分，其中无线网络部分多采用LTE-M或WLAN。
MSS子***功能和硬件设备：
MSS子***主要负责对全线全自动运行FAO信号***设备的运行状态监测和维护管理，主要包括对信号***所有设备的状态集中监测和报警，实时监测信号***设备的工作情况，定位故障地点，分析故障原因，预警设备故障、评估设备健康状态、统计故障时间，管理维护作业等功能。
MSS***采用多个通用服务器组成。
子***之间的基本工作流程如下：
第一步：ATS生成行车计划。
第二步：ATS将唤醒指令发送到AAM，由AAM设备对车辆及车载ATP/ATO上电，并由车载ATP/ATO对车辆进行自检。
第三步：ATS通知CI扳动道岔，排列进路(进路：即列车在轨道上运行的路径)，通知ZC进路排列情况。
第四步：车载ATP通过DCS子***向ZC报告当前列车位置。
第五步：ZC根据车载ATP报告的位置，和从CI收到的进路排列情况，生成每列车可以向前运行的距离，该距离称为移动授权，并将移动授权通过DCS子***发送给车载ATP。
第六步：车载ATP根据收到的移动授权，计算当前列车可以运行的限速，并将限速和移动授权发送给ATO。
第七步：ATO根据限速和移动授权，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车。该过程中车载ATP实时监控列车速度不能超过限速。如果超过限速，则车载 ATP出发紧急制动。同时车载ATP实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置。返回第三步，循环。
第八步：如ATS计划中，车辆到达回停车场的时间，ATS通知CI排列回停车场的进路，ZC、车载ATP、ATO按照第三步到第七步控制列车在停车场停车。
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作。
第十步：AAM通知车载ATP进行休眠前准备，准备完成后，AAM对车载ATP、 ATO和车辆断电。返回第一步。
异常情况：如车载ATP丢失定位，则需要司机上车进行救援或者由其他车辆推动救援。
现有技术方案存在如下缺点：
1.车载设备(包括车载ATP和ATO)复杂，每列地铁车辆两端都需要配置车载信号设备，导致全线路的车载设备数量多，维护工作量巨大，备品备件种类多。
2.***中的ZC和CI为专用嵌入式设备，该类设备的计算能力受限，同时容易受嵌入式芯片停产的影响。
3.车辆需要在车载ATP建立定位的情况下才能运行，如果车载ATP故障丢失定位，导致车辆停留在区间，无法完成救援。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，以解决现有技术中车载设备(包括车载ATP和ATO)复杂，维护工作量巨大，备品备件种类多，***中的ZC和CI为专用嵌入式设备，该类设备的计算能力受限，同时容易受嵌入式芯片停产的影响，车辆需要在车载 ATP建立定位的情况下才能运行等方面的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，该***包括ATS子***、ZCI子***、DCS子***、VC子***和AAM设备，ATS子***包括ATS中心和ATS车站站机；
ATS子***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***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***传输给VC子***，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***，采用5G组网，为ATS子***、ZCI子***、VC子***通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输；
VC子***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***中辅助ZCI和VC进行休眠和唤醒。
进一步地，所述ATS子***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***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。
进一步地，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。
进一步地，所述VC子***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。
进一步地，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。
进一步地，所述各子***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ZCI扳动道岔，排列进路；
第四步：VC实时计算当前定位，通过DCS子***向ZCI报告当前列车位置和速度；
第五步：ZCI根据VC报告的位置，生成每列车当前的限速，并将限速通过基于5G的DCS子***发送给车载的VC；
第六步：车载的VC根据收到的移动授权和限速，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车；该过程中ZCI实时监控列车速度不能超过限速；根据VC实时报告的列车速度，ZCI判断车辆是否超速，如超速，ZCI向VC发出紧急制动命令；
第七步：如果VC收到紧急制动命令，则通过继电器执行紧急制动命令；同时VC实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置和速度；返回第三步，循环；
第八步：如车辆到达回停车场的时间处于ATS计划中，ATS通知ZCI排列回停车场的进路，ZCI、VC按照第三步到第七步控制列车在停车场停车；
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作；
第十步：AAM通知ZCI进行休眠前准备，准备完成后，AAM对VC和车辆断电；返回第一步。
进一步地，如VC丢失定位，则ZCI通过线路轨道占用状态，直接向VC发出25km/h的限速和移动授权，终点位于前方空闲轨道的终点，并实时监控列车是否超速，直到车辆运行至站台。
本发明还提供一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行方法，该方法应用于包括ATS子***、ZCI子***、DCS子***、VC子***和AAM设备的***，ATS子***包括ATS中心和ATS车站站机；该方法包括：
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ZCI扳动道岔，排列进路；
第四步：VC实时计算当前定位，通过DCS子***向ZCI报告当前列车位置和速度；
第五步：ZCI根据VC报告的位置，生成每列车当前的限速，并将限速通过基于5G的DCS子***发送给车载的VC；
第六步：车载的VC根据收到的移动授权和限速，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车；该过程中ZCI实时监控列车速度不能超过限速；根据VC实时报告的列车速度，ZCI判断车辆是否超速，如超速，ZCI向VC发出紧急制动命令；
第七步：如果VC收到紧急制动命令，则通过继电器执行紧急制动命令；同时VC实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置和速度；返回第三步，循环；
第八步：如车辆到达回停车场的时间处于ATS计划中，ATS通知ZCI排列回停车场的进路，ZCI、VC按照第三步到第七步控制列车在停车场停车；
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作；
第十步：AAM通知ZCI进行休眠前准备，准备完成后，AAM对VC和车辆断电；返回第一步。
进一步地，ATS中心、ATS车站站机、ZCI子***均运行于云服务器上，DCS 子***采用5G组网。
进一步地，如VC丢失定位，则ZCI通过线路轨道占用状态，直接向VC发出25km/h的限速和移动授权，终点位于前方空闲轨道的终点，并实时监控列车是否超速，直到车辆运行至站台。
(三)有益效果
本发明提出一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，本发明设计了一种全新的城市轨道交通全自动运行信号***的方案，通过车站云服务器替代了传统信号***中的嵌入式专用设备；中心ATS和车站ATS均运行于云服务器；对***功能进行了重新分配，将现有FAO信号***中的ZC和CI 功能合并，形成ZCI子***，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***的DCS 子***；设计了VC子***，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***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。
本发明具有以下优势：
1、基于车站云服务器的ZCI，大大减少了嵌入式设备的数量，设备集中度更高。
2、ATS中心和车站均运行于云平台，有效利用了资源，大大减少了服务器、工作站数量。
3、车载设备大大简化，减少了车载设备复杂度和数量，减少了备品备件的种类，有利于线路设备的长期维护。
4、采用基于5G的无线通信网络，大大降低了车地通信延时，控制更加可靠。
5、设计了故障的情况下的远程救援方法，大大提高了故障的响应能力。
附图说明
图1为本发明的传统的信号***结构图；
图2为现有FAO***结构图；
图3为ATS子***硬件结构图；
图4为ATP结构图；
图5为ZC子***结构图；
图6为CI子***结构图；
图7为AAM结构图；
图8为本发明的***结构图；
图9为本发明的ATS子***硬件结构图；
图10为本发明的ZCI子***结构图；
图11为本发明的DCS子***结构图；
图12为本发明的VC子***结构图；
图13为本发明的AAM结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
对于技术交底书中出现的英文缩写或专业技术名词需要给出解释，对于英文缩写，还要有英文全拼及译文。
FAO：Fully Automated Operation全自动运行
AAM：Automatic Awake Module自动唤醒模块
ATP：Automatic Train Protection列车自动防护
ATO：Automatic Train Operation列车自动运行
CI：Computer Interlock计算机联锁
ATS：Automatic Train Supervision列车自动监控
DCS：Data Communication Subsystem数据传输子***
MSS：Maintenance Support System维护支持子***
GOA：Grade of Automation自动化等级
ZCI：Zone Control&Interlock区域控制与联锁
VC：Vehicle Control车辆控制器
针对缺点1，本发明的目的在于简化车载设备的复杂程度，减少车载设备承载的功能和板卡数量，将车载的控制逻辑转移到地面进行计算，车载变成执行单元，减少维护工作量，减少备品备件的种类。
针对缺点2，本发明的目的在于减少地面ZC和CI子***对于专用嵌入式设备的依赖，使用云平台完成ZC和CI的主要运算功能，提升计算能力，承载车载设备的部分运算逻辑，不再受嵌入式芯片停产的影响。
针对缺点3，本发明采用5G作为车地通信的方式，基于5G的高可靠低延时特性，直接通过地面***向车载发送控车指令，在车载设备因紧急情况丢失精确定位的情况下，地面***仍然能够控制车辆到达站台进行救援。
本发明设计了一套基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，***结构如图8所示。
在该结构中，包括ATS子***(含ATS中心和ATS车站站机功能)、ZCI子***、DCS子***、VC子***和AAM设备。
ATS子***与既有FAO方案中的ATS子***功能基本相同，完成列车自动识别及追踪，运行自动及人工调整、控制功能，运行于云服务器上。
ZCI子***：Zone Control&Interlock，负责完成原有ZC、CI子***功能以及将部分车载ATP功能转移到地面，ZCI子***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开关状态等信息，实时生成列车行车许可命令，并通过无线通信***传输给ATP车载子***，保证其管辖内的所有列车的运行安全，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，保证进路及行车安全；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，实时发送限速等功能。
DCS子***，采用5G组网，为ATS子***、ZCI子***、VC子***通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输。
VC子***：Vehicle Control，负责完成车载测速及车辆动作执行。
AAM设备在FAO***中辅助ZCI和VC进行休眠和唤醒。
各个子***详细情况如下：
ATS子***功能和硬件设备：
ATS子***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***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。
ATS子***运行于云服务器，硬件结构如图9所示。
ZCI子***功能和硬件设备：
本方案中的ZCI子***负责完成原有ZC、CI子***功能以及将部分车载ATP 功能转移到地面，包括
(1)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***传输给ATP车载子***，保证其管辖内的所有列车的运行安全，并实现移动闭塞。
(2)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，保证进路及行车安全。
(3)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，实时发送限速等功能。
ZCI运行于车站云服务器，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，结构如图10 所示。
DCS子***功能和硬件设备：
DCS的主要功能是为ATS子***、ZCI子***、VC子***通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输。
本方案中将采用5G组建独立专网，与传统的LTE-M或者WLAN不同的是，5G的高可靠低时延特性能够满足ZCI与车载的VC设备相互通信的要求。结构如图11所示。
VC子***功能和硬件设备：
VC子***完成车辆速度采集，输入采集，输出驱动以及原有ATO功能(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)。
因原车载ATP功能转移到本方案的ZCI中完成，车载的VC子***计算性能要求大幅度降低，设备可以做大幅简化，本方案中采用如图12所示的硬件结构：
AAM设备功能和硬件设备：
AAM为FAO***中辅助ZCI和VC进行休眠和唤醒的设备，AAM的主要功能包括远程休眠/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,停放制动施加与缓解功能。
AAM采用独立的嵌入式设备，结构如图13所示。
子***之间的基本工作流程如下：
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ZCI扳动道岔，排列进路(进路：即列车在轨道上运行的路径)。
第四步：VC实时计算当前定位，通过DCS子***向ZCI报告当前列车位置和速度。
第五步：ZCI根据VC报告的位置，生成每列车当前的限速，并将限速通过基于5G的DCS子***发送给车载的VC。
第六步：车载的VC根据收到的移动授权和限速，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车。该过程中ZCI实时监控列车速度不能超过限速。根据VC实时报告的列车速度，ZCI判断车辆是否超速，如超速，ZCI向VC发出紧急制动命令。
第七步：如果VC收到紧急制动命令，则通过继电器执行紧急制动命令。同时VC实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置和速度。返回第三步，循环。
第八步：如ATS计划中，车辆到达回停车场的时间，ATS通知ZCI排列回停车场的进路，ZCI、VC按照第三步到第七步控制列车在停车场停车。
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作。
第十步：AAM通知ZCI进行休眠前准备，准备完成后，AAM对VC和车辆断电。返回第一步。
异常情况：如VC丢失定位，则ZCI通过线路轨道占用状态，直接向VC发出 25km/h的限速和移动授权(终点位于前方空闲轨道的终点)，并实时监控列车是否超速，直到车辆运行至站台。
本发明的关键创新点：
1、设计了一种全新的城市轨道交通全自动运行信号***的方案，在该方案中，通过车站云服务器替代了传统信号***中的嵌入式专用设备。
2、中心ATS和车站ATS均运行于云服务器。
3、对***功能进行了重新分配，将现有FAO信号***中的ZC和CI功能合并，形成ZCI子***，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。
4、采用了基于5G的城市轨道交通全自动运行信号***的DCS子***。
5、设计了VC子***，实现了车载的动作执行和状态采集。
6、在车辆紧急制动的情况下，通过地面子***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。
本技术方案的主要优势为：
1、基于车站云服务器的ZCI，大大减少了嵌入式设备的数量，设备集中度更高。
2、ATS中心和车站均运行于云平台，有效利用了资源，大大减少了服务器、工作站数量。
3、车载设备大大简化，减少了车载设备复杂度和数量，减少了备品备件的种类，有利于线路设备的长期维护。
4、采用基于5G的无线通信网络，大大降低了车地通信延时，控制更加可靠。
5、设计了故障的情况下的远程救援方法，大大提高了故障的响应能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，其特征在于，该***包括ATS子***、ZCI子***、DCS子***、VC子***和AAM设备，ATS子***包括ATS中心和ATS车站站机；
ATS子***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***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***传输给VC子***，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***，采用5G组网，为ATS子***、ZCI子***、VC子***通过专用接口进行互联，实现数据在各个子***间透明传输；
VC子***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***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***，其特征在于，所述ATS子***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***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***，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***，其特征在于，所述VC子***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***，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***，其特征在于，所述各子***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ZCI扳动道岔，排列进路；
第四步：VC实时计算当前定位，通过DCS子***向ZCI报告当前列车位置和速度；
第五步：ZCI根据VC报告的位置，生成每列车当前的限速，并将限速通过基于5G的DCS子***发送给车载的VC；
第六步：车载的VC根据收到的移动授权和限速，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车；该过程中ZCI实时监控列车速度不能超过限速；根据VC实时报告的列车速度，ZCI判断车辆是否超速，如超速，ZCI向VC发出紧急制动命令；
第七步：如果VC收到紧急制动命令，则通过继电器执行紧急制动命令；同时VC实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置和速度；返回第三步，循环；
第八步：如车辆到达回停车场的时间处于ATS计划中，ATS通知ZCI排列回停车场的进路，ZCI、VC按照第三步到第七步控制列车在停车场停车；
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作；
第十步：AAM通知ZCI进行休眠前准备，准备完成后，AAM对VC和车辆断电；返回第一步。
7.如权利要求6所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，其特征在于，如VC丢失定位，则ZCI通过线路轨道占用状态，直接向VC发出25km/h的限速和移动授权，终点位于前方空闲轨道的终点，并实时监控列车是否超速，直到车辆运行至站台。
8.一种基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行方法，其特征在于，该方法应用于包括ATS子***、ZCI子***、DCS子***、VC子***和AAM设备的***，ATS子***包括ATS中心和ATS车站站机；该方法包括：
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ZCI扳动道岔，排列进路；
第四步：VC实时计算当前定位，通过DCS子***向ZCI报告当前列车位置和速度；
第五步：ZCI根据VC报告的位置，生成每列车当前的限速，并将限速通过基于5G的DCS子***发送给车载的VC；
第六步：车载的VC根据收到的移动授权和限速，实时控制车辆运行到下一个站台精确停车；该过程中ZCI实时监控列车速度不能超过限速；根据VC实时报告的列车速度，ZCI判断车辆是否超速，如超速，ZCI向VC发出紧急制动命令；
第七步：如果VC收到紧急制动命令，则通过继电器执行紧急制动命令；同时VC实时通过DCS子***向ZC报告列车当前位置和速度；返回第三步，循环；
第八步：如车辆到达回停车场的时间处于ATS计划中，ATS通知ZCI排列回停车场的进路，ZCI、VC按照第三步到第七步控制列车在停车场停车；
第九步：ATS通知AAM进行休眠操作；
第十步：AAM通知ZCI进行休眠前准备，准备完成后，AAM对VC和车辆断电；返回第一步。
9.如权利要求8所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，其特征在于，ATS中心、ATS车站站机、ZCI子***均运行于云服务器上，DCS子***采用5G组网。
10.如权利要求8所述的基于5G技术的城市轨道交通云化全自动运行信号***，其特征在于，如VC丢失定位，则ZCI通过线路轨道占用状态，直接向VC发出25km/h的限速和移动授权，终点位于前方空闲轨道的终点，并实时监控列车是否超速，直到车辆运行至站台。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117565937A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 湖南承希科技有限公司 | 一种基于wlan技术实现轨道列车动态定位方法 |
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