專利名稱：基于無線機車信號的虛擬閉塞系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵路行車虛擬閉塞方法，特別涉及一種基于無線機車信號的虛擬閉塞列車控制系統。屬于鐵路信號技術領域。
背景技術：
隨著貫徹落實鐵路跨躍式發展戰略，中國鐵路發生了日新月異的變化。五次大提速后，即將進行第六次提速，開行列車運行速度為200Km/h的動車組，采用CTCS2級列控系統。客運專線京津高速鐵路已開工建設，十一五規劃建設一萬多公里客運專線。在發展過程中也存在一些不協調或相對滯后的問題，我國既有線還有3萬多公里的半自動閉塞線路，由于閉塞設備陳舊、技術落后，影響了線路運輸能力提高和列車運行安全。因此，如何利用先進的列車控制技術，挖掘半自動閉塞區段潛能，提高運輸效率及保證列車運行安全具有非常重要的現實意義。
通過相鄰車站、線路所、閉塞分區的設備或人為控制，使列車與列車相互間保持一定間隔，以保證列車安全運行的行車方法稱為行車閉塞法。換句話說行車閉塞是為了防止一個區間內同時進入相對運行的列車而發生沖突，以及避免兩列同向運行的列車發生追尾事故。我國既有線路絕大多數采用自動閉塞和半自動閉塞兩種方式。半自動閉塞是一種需人工辦理閉塞手續，列車憑出站信號機的顯示進行發車，當列車出發后，出站信號機能自動關閉的閉塞方法。半自動閉塞通常以車站劃分閉塞區間，由于閉塞區間太長且需要車站值班員人工辦理閉塞手續，影響了線路運輸能力和行車安全。
鑒于上述情況，本發明提出一種基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，應用無線方式傳輸機車信號，在保證列車完整性檢測正確及車載精確定位前提下，由車站虛擬閉塞機將原半自動閉塞區間劃分若干個虛擬分區，按照虛擬分區控制列車運行并進行安全防護，實現虛擬閉塞，即在既有半自動閉塞區段內實現列車追蹤運行，達到提高線路運輸能力和列車安全運行的目的。該系統通過與CTC或TDCS結合，實現了調度中心、車站和列車的統一和分散自律控制。該系統除車站外不增加線路設備，車載設備可保留既有列車運行監控裝置，使系統成本降到最低。
發明內容
既有半自動閉塞是一種需人工辦理閉塞手續，列車憑出站信號機的顯示進行發車，當列車出發后，出站信號機能自動關閉的閉塞方法。半自動閉塞通常以車站劃分閉塞區間，由于閉塞區間太長且需要車站值班員人工辦理閉塞手續，影響了線路運輸能力和行車安全。本發明的目的在于針對上述現有技術的不足之處和為了提高線路運輸能力和列車運行安全性，提出一種基于無線機車信號的虛擬閉塞系統。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是基于無線機車信號的虛擬閉塞系統其特征在于該系統應用無線機車信號設備傳輸機車信號等列車控制信息，采用衛星定位與里程計組合技術實現列車定位，應用列車尾部裝置和定位信息確定列車的完整性，采用虛擬閉塞機完成虛擬閉塞。系統包括車載設備、地面設備和無線通信設備。
所述的車載設備包括無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置(ATP或LKJ2000)、人機界面(DMI)、記錄單元、列車制動接口單元、GPS模塊、列尾裝置機車設備等。無線機車信號車載設備分別與列車運行監控裝置、列尾裝置機車設備及GPS模塊相連接。列車運行監控裝置與列車制動單元相連接。無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置及GPS模塊共用一個人機界面(DMI)。
所述的地面設備包括車站虛擬閉塞機、無線機車信號地面控制柜、無線機車信號地面MMI及無線模塊等，以及虛擬閉塞機與聯鎖接口電路、與CTC或TDCS的接口電路、與差分GPS基站接口電路、與微機監測的接口電路、與下站虛擬閉塞機接口電路等。每個車站設一虛擬閉塞機、站間通過光纖連接各虛擬閉塞機。各站虛擬閉塞機與本站無線機車信號地面控制柜相連接，并通過對應的接口電路分別與調度集中或列車調度指揮系統(CTC或TDCS)連接、與車站聯鎖連接、與微機監測連接、與差分GPS基站連接。
所述的無線通信設備應用450MHz數傳電臺或GSM-R無線設備。無線通信設備移動終端與無線機車信號車載設備連接，無線通信設備固定終端與無線機車信號地面設備連接。
地面設備的功能由車站虛擬閉塞機和無線機車信號地面設備共同實現。車站虛擬閉塞機對進出管轄區的列車進行注冊和注銷，采集進路、臨時限速、列車位置等信息，根據列車運行計劃，按照虛擬閉塞分區占用情況，對管轄內列車進行移動授權，通過無線機車信號與車載設備進行列控信息交互。車站虛擬閉塞機完成列車雙向運行控制，車站間虛擬閉塞機信息交互。
車載設備功能由列車運行監控裝置和無線機車信號車載設備實現。列車運行監控裝置根據由無線機車信號車載設備提供的地面列控動態信息、臨時限速信息、有關動車組數據及根據列車位置檢索的線路靜態信息生成控制速度和目標-距離模式曲線，控制列車運行。同時，記錄器對列控系統有關數據及操作狀態信息實時動態記錄。無線機車信號車載設備接收衛星定位信息和地面差分GPS基站信息并根據電子地圖確定列車位置；無線機車信號車載設備接收列尾裝置信息實現列車完整性檢測。
系統無線數據傳輸分為三個方面，車地列控信息通信、車載設備與尾部裝置的通信、車載設備與DGPS通信。其中，車地傳輸的列控信息分兩部分，地對車包括車次號、虛擬信號機信息、進路信息、臨時限速信息、調度命令、差分GPS基站信息等。車對地包括車次號、列車位置、列車完整性、列車/調車、上下行以及回示信息等。
本發明的有益效果是1.提高了線路運輸能力和列控系統的控車效率系統一方面應用虛擬閉塞技術實現區間列車運行追蹤，提高了線路運輸能力；另一方面地面設備可以向車載監控裝置提供進路信息和臨時限速等更多列車控制信息，車載監控裝置可按照列車位置檢索到確切的線路靜態數據。因此車載監控裝置可以按照實際情況，而非最不利情況對列車進行安全防護，提高了車載監控裝置控車的安全性和控車效率。
2.充分利用了無線機車信號的優勢(1)傳輸信息量大，無線機車信號除了提供機車信號信息外，還向車載設備提供進路信息、臨時限速等大量列控信息。
(2)無線機車信號采用數字信號傳輸，傳輸可靠性高，誤碼率低，信號穩定。而軌道電路傳輸模擬信號，由于受軌道條件及各種干擾影響，參數變化大，信號質量差。
(3)信息閉環確認，無線機車信號實現了車—地之間雙向信息傳輸，地面發出的信號后，車載設備有回示信息，雙方進行信息校核，保證信息傳輸的可靠性。
(4)信息連續顯示，列車無論在區間或在車站任何區段上機車信號的顯示是連續的。
3.徹底擺脫車站軌道電路電碼化的困擾車站軌道電路電碼化是一個復雜而安全性要求很高的技術。電碼化分為占用發碼、切換發碼、脈動發碼、占用疊加發碼和預疊加發碼等方式。電碼化需要針對不同制式軌道電路、不同長短軌道電路等進行，困難很大，信號質量較差。基于無線機車信號的虛擬閉塞系統無需進行軌道電路電碼化，其信號信息和進路信息直接取自聯鎖，臨時限速信息取自CTC或TDCS分機，通過無線發到車載設備。系統不再受車站軌道電路各種干擾的影響。
4.提高信息綜合利用率基于無線機車信號系統中調度中心、車站和列車構成一個完整的數據傳輸網絡、滿足了列車運行安全控制和提高效率的信息需求。同時將CTC或TDCS、無線調度命令、列尾裝置、車次號校核及微機監測納入到基于無線機車信號系統中。實現信息共享、運行數據記錄與回放、故障診斷分析，提高了信息利用率和信息化管理水平。
5.系統一體化設計，子系統綜合集成。提高了系統的RAMS性能，提高列控系統的自動化、智能化和現代化水平。
6.與CTC連接車站可以實現無人職守。
7.減少室外信號設備。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
說明書附圖為本發明系統基本結構示意圖。
具體實施例方式
基于無線機車信號的虛擬閉塞系統其特征在于該系統應用無線機車信號設備傳輸機車信號等列車控制信息，采用衛星定位與里程計組合技術實現列車定位，應用列車尾部裝置和定位信息確定列車的完整性，采用虛擬閉塞機完成虛擬閉塞。系統包括車載設備、地面設備和無線通信設備。系統基本結構如圖1所示。
所述的車載設備包括無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置(ATP或LKJ2000)、人機界面(DMI)、記錄單元、列車制動接口單元、GPS模塊、列尾裝置機車設備等。無線機車信號車載設備分別與列車運行監控裝置、列尾裝置機車設備及GPS模塊相連接。列車運行監控裝置與列車制動單元相連接。無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置及GPS模塊共用一個人機界面(DMI)。
所述的地面設備包括車站虛擬閉塞機、無線機車信號地面控制柜、無線機車信號地面MMI及無線模塊等，以及虛擬閉塞機與聯鎖接口電路、與CTC或TDCS的接口電路、與差分GPS基站接口電路、與微機監測的接口電路、與下站虛擬閉塞機接口電路等。每個車站設一虛擬閉塞機、站間通過光纖連接各虛擬閉塞機。各站虛擬閉塞機與本站無線機車信號地面控制柜相連接，并通過對應的接口電路分別與調度集中或列車調度指揮系統(CTC或TDCS)連接、與車站聯鎖連接、與微機監測連接、與差分GPS基站連接。
所述的無線通信設備應用450MHz數傳電臺或GSM-R無線設備。無線通信設備移動終端與無線機車信號車載設備連接，無線通信設備固定終端與無線機車信號地面設備連接。
地面設備的功能由車站虛擬閉塞機和無線機車信號地面設備共同實現。車站虛擬閉塞機對進出管轄區的列車進行注冊和注銷，采集進路、臨時限速、列車位置等信息，根據列車運行計劃，按照虛擬閉塞分區占用情況，對管轄內列車進行移動授權，通過無線機車信號與車載設備進行列控信息交互。車站虛擬閉塞機完成列車雙向運行控制，車站間虛擬閉塞機信息交互。
車載設備功能由列車運行監控裝置和無線機車信號車載設備實現。列車運行監控裝置根據由無線機車信號車載設備提供的地面列控動態信息、臨時限速信息、有關動車組數據及根據列車位置檢索的線路靜態信息生成控制速度和目標-距離模式曲線，控制列車運行。同時，記錄器對列控系統有關數據及操作狀態信息實時動態記錄。無線機車信號車載設備接收衛星定位信息和地面GPS差分基站信息并根據電子地圖確定列車位置；無線機車信號車載設備接收列尾裝置信息實現列車完整性檢測。
系統無線數據傳輸分為三個方面，車地列控信息通信、車載設備與尾部裝置的通信、車載設備與DGPS通信。其中，車地傳輸的列控信息分兩部分，地對車包括車次號、虛擬信號機信息、進路信息、臨時限速信息、調度命令、差分GPS基站信息等。車對地包括車次號、列車位置、列車完整性、列車/調車、上下行以及回示信息等。
基于無線機車信號的虛擬閉塞系統的工作原理是系統區間不設地面信號機，列車以車載無線機車信號為主體信號，司機根據車載信號控制列車運行。車站虛擬閉塞機將區間劃分為1200～1500米間隔的虛擬閉塞分區，每個虛擬閉塞分區設置虛擬信號機，按照4顯示信號制式實現列車追蹤運行，各虛擬閉塞機之間自動實現聯鎖。虛擬閉塞機根據列車車次號、列車位置、速度、進路及虛擬分區占用、臨時限速信息生成列車移動授權信息并通過無線機車信號發向車載設備。同時通過有線網絡與CTC或TDCS傳輸信息。車站虛擬閉塞機控制范圍為上行方向上行進站——車站——下一站上行進站。下行方向下行進站——車站——下一站下行進站。車站虛擬閉塞機控制列車雙向運行，即如果列車運行方向與虛擬信號機控制的方向相同，且所防護的虛擬閉塞分區空閑，則虛擬信號機顯示允許信號。虛擬信號機的一個方向點燈，相反方向的信號機關閉。
車載設備接收差分GPS坐標信息，按照存儲車載設備中的線路電子地圖確定列車位置；根據列車尾部裝置信息進行列車完整性檢測，并將列車定位信息和列車完整性信息傳回到地面虛擬閉塞機。車載設備接收無線機車信號、進路信息、臨時限速、DGPS信息及調度命令，列車監控裝置根據這些信息，以及由列車位置檢索出的線路靜態信息，生成控制速度和目標-距離模式曲線，對列車進行超速防護。同時，記錄單元對列控系統有關數據及操作狀態信息實時動態記錄。衛星定位、無線機車信號、列車監控裝置共用一個DMI顯示屏。車載設備配置了一個用于存放電子地圖、靜態線路數據、其他接收數據和參數的數據庫。
調度中心通過CTC或TDCS網絡接收各站虛擬閉塞機閉塞信息和列車運行信息，實現列車運行監控。
權利要求
1.基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于該系統由車載設備、地面設備及無線通信設備三部分組成；車載設備包括列車監控裝置、無線機車信號車載設備及衛星定位模塊；地面設備包括車站虛擬閉塞機、無線機車信號地面設備以及與聯鎖接口電路，與CTC或TDCS的接口電路，與差分GPS基站接口電路，與微機監測接口電路，與下站虛擬閉塞機接口電路等；無線通信設備包括450MHz數傳電臺或GSM-R無線設備；車載設備與地面設備之間通過無線信道傳輸列車控制信息。
2.根據權利要求1所述的基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于車載設備包括無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置、人機界面、記錄單元、列車制動接口單元、GPS模塊、列尾裝置機車設備；無線機車信號車載設備分別與列車運行監控裝置、列尾裝置機車設備及GPS模塊相連接；列車運行監控裝置與列車制動單元相連接；無線機車信號車載設備、列車運行監控裝置及GPS模塊共用一個人機界面。
3.根據權利要求1所述的基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于地面設備包括車站虛擬閉塞機、無線機車信號地面控制柜、無線機車信號地面MMI及無線模塊，以及虛擬閉塞機與聯鎖接口電路、與CTC或TDCS的接口電路、與差分GPS基站接口電路、與微機監測的接口電路、與下站虛擬閉塞機接口電路；每個車站設一虛擬閉塞機、站間通過光纖連接各虛擬閉塞機；各站虛擬閉塞機與本站無線機車信號地面控制柜相連接，并通過對應的接口電路分別與CTC或TDCS連接、與車站聯鎖連接、與微機監測連接、與差分GPS基站連接。
4.根據權利要求1所述的基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于所述的無線通信設備應用450MHz數傳電臺或GSM-R無線設備；無線通信設備移動終端與無線機車信號車載設備連接，無線通信設備固定終端與無線機車信號地面設備連接。
5.根據權利要求1、2、3、4所述的基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于所述地面設備的功能由車站虛擬閉塞機和無線機車信號地面設備共同實現。車站虛擬閉塞機將原半自動閉塞區間劃分若干個虛擬分區，按照虛擬分區控制列車運行并進行安全防護，實現虛擬閉塞，即在既有半自動閉塞區段內實現列車追蹤運行；車站虛擬閉塞機對進出管轄區的列車進行注冊和注銷，采集進路、臨時限速、列車位置等信息，根據列車運行計劃，按照虛擬閉塞分區占用情況，對管轄內列車進行移動授權，通過無線機車信號與車載設備進行列控信息交互。車站虛擬閉塞機完成列車雙向運行控制，車站間虛擬閉塞機信息交互。
6.根據權利要求1、2、3、4所述的基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，其特征在于車載設備功能由列車運行監控裝置和無線機車信號車載設備實現；列車運行監控裝置根據由無線機車信號車載設備提供的地面列控動態信息、臨時限速信息、有關動車組數據及根據列車位置檢索的線路靜態信息生成控制速度和目標-距離模式曲線，控制列車運行；同時，記錄器對列控系統有關數據及操作狀態信息實時動態記錄；無線機車信號車載設備接收衛星定位信息和地面GPS差分基站信息并根據電子地圖確定列車位置；無線機車信號車載設備接收列尾裝置信息實現列車完整性檢測。
全文摘要
本發明公開了一種基于無線機車信號的虛擬閉塞系統，該系統由車載設備、地面設備及無線通信設備三部分組成。車載設備包括列車監控裝置、無線機車信號車載設備及衛星定位模塊；地面設備包括車站虛擬閉塞機、無線機車信號地面設備以及與聯鎖接口電路，與CTC或TDCS的接口電路，與差分GPS基站接口電路，與微機監測接口電路，與下站虛擬閉塞機接口電路等；無線通信設備應用450MHz數傳電臺或GSM－R無線設備。本發明充分利用了無線機車信號性能優勢，由車站虛擬閉塞機將原半自動閉塞區間劃分若干個虛擬分區，按照虛擬分區控制列車運行并進行安全防護，實現了在既有半自動閉塞區段內列車的追蹤運行，達到提高線路運輸能力和列車運行的安全性目的。
文檔編號B61L23/00GK1959753SQ20061011477
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月23日 優先權日2006年11月23日
發明者王俊峰, 邱寬民, 汪希時 申請人:北京交通大學