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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