適用于普速鐵路的行車控制系統的制作方法

本發明涉及軌道交通技術領域，尤其涉及一種適用于普速鐵路的行車控制系統。

背景技術：

中國列車運行控制系統(ctcs)立足于中國鐵路的實際運營情況，以分級形式滿足不同線路運輸需求的技術規范，在保證中國鐵路行車安全的前提下，提高鐵路運輸效率。目前中國的普速鐵路主要使用的是ctcs-0級系統。

ctcs-0級系統是鐵路信號專業長期發展形成的一套技術安全保障系統，由通用機車信號和列車運行監控記錄裝置(lkj)構成，但安全等級未達到sil4級。

lkj設備在機車長交路大面積運用、機車調配頻繁、既有線路數據變化及施工改造頻繁等現實情況下，運營中ctcs-0級系統存在如下的一些安全隱患需要解決：

1)數據換裝的問題。基礎控車數據集中存儲于lkj設備內。在列車運行的線路上，只要有任一處線路的參數發生變化，就需要相關路局和電務段對交路涉及的機車上的lkj數據芯片進行換裝，曾經出現過數據漏裝、錯裝或提前裝等問題，另外，維護和換裝lkj設備的基礎控車數據需要大量的管理及技術人員，而且勞動強度很大，對安全運營和安全生產有不利影響。

2)線路臨時限速管理的問題。臨時限速命令通過車載ic卡提前存入車載lkj設備內。如果遇到需要設置突發性臨時限速的情況，則有可能來不及更改車載ic卡內的臨時限速命令，只能由司機根據調度命令來人工控制列車，過多依賴于人工控制和行車管理流程將存在較大的安全隱患。

3)司機介入列車定位的問題。開車對標時，需要司機人工操作來確定列車位置，列車的車載設備根據司機輸入的位置調用控車數據。列車在運行過程中如果定位誤差較大，需要司機進行人工校標。

4)司機選取不同線路控車數據的問題。列車進站、出發以及轉線作業前，需要司機人工選擇支線號、股道號或發車口，lkj設備依此來調取相應線路的線路數據。

5)司機與調度員之間的溝通采用傳統的“車機聯控”模式：人工管理的問路行車和指路行車方式；控車依據以地面信號顯示為主，機車信號為輔。司機的監督責任較大。

ctcs-2級和ctcs-3級列控系統技術的安全等級較高，但是不適應于普速鐵路的行車控制，原因如下：

1、ctcs-2級列控系統

1)ctcs-2級列控系統作為200km/h及以上高速鐵路列控系統的整體方案，包括很多普速鐵路不具備也不需要的功能，甚至與普速鐵路的運營需求矛盾。

2)ctcs-2級列控系統采用有源應答器的方式傳輸列車動態數據，普速鐵路由于站場復雜，如果采用ctcs-2級列控系統會造成有源應答器的大量使用，大幅增加建設和改造的費用。

3)ctcs-2級列控系統目前使用的線路設計、管理較為統一，普速鐵路的列車業務復雜，管理流程不一致，ctcs-2級列控系統無法滿足普速鐵路運營需求。

4)ctcs-2級列控系統造價昂貴，普速鐵路運營里程長、建設造價低、運營需求沒有高鐵線路要求高，ctcs-2級列控系統不適用于普速鐵路。

2、ctcs-3級列控系統

1)ctcs-3級列控系統作為300km/h及以上高速鐵路列控系統的整體方案，功能和系統結構比較復雜，包括很多普速鐵路不具備也不需要的功能。

2)ctcs-3級列控系統采用gsm-r/csd方式實現無線通信，每個車地無線通信鏈接占用固定的信道資源，因而控車數量有限，而普速鐵路同時接發車的列車較多，所以需要采用共享信道資源的通信方式。

3)ctcs-3級列控系統目前應用的高速鐵路設計、管理較為統一，而普速鐵路的列車業務復雜，與高速鐵路的管理流程不一致，ctcs-3級列控系統無法完全滿足普速鐵路的運營需求。

4)ctcs-3級列控系統造價昂貴，普速鐵路運營里程長、建設造價低、運營需求沒有高鐵線路要求高。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種適用于普速鐵路的行車控制系統，很好的解決了ctcs-0級列控系統存在的問題，提高了列控系統的安全等級，應用在新建和既有200km/h及以下的普速線路，是十分必要的。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種適用于普速鐵路的行車控制系統，包括：地面設備、車載設備與無線通信模塊；其中：

所述車載設備，用于根據地面設備發送的軌道電路信息、應答器信息以及控車數據，生成目標距離連續速度控制模式曲線并以此對列車超速進行自動防護，當列車超速或臨近防護終點，輸出常用制動或緊急制動來監控列車安全運行，并且還結合地面設備發送的軌道電路控車碼和控車數據生成行車許可；

所述地面設備，用于提供用于定位的應答器信息，當列車到達特定位置后，將軌道電路信息發送給車載設備；還將進路信息、臨時限速信息以及自身存儲的線路數據生成為控車數據發送給車載設備；

所述無線通信模塊，用于實現地面設備與車載設備之間的車地數據傳輸。

2、根據權利要求1所述的一種適用于普速鐵路的行車控制系統，所述車載設備包括：

車載安全計算機vc、軌道電路信息接收單元、應答器信息接收單元、無線傳輸單元、測速測距處理單元、列車接口單元、人機界面單元、數據記錄單元、速度傳感器、軌道電路天線與應答器天線；其中：

人機界面單元，用于提供操作界面；

速度傳感器，用于實現列車運行速度的檢測；

測速測距處理單元，用于根據列車運行速度以及列車與前方目標的距離，判定列車是否超速或臨近防護終點；

列車接口單元，用于實現車載設備與列車的連接；

數據記錄單元，用于實現數據存儲；

無線傳輸單元，用于與無線通信模塊進行無線數據通信；

軌道電路信息接收單元，用于通過軌道電路天線接收軌道電路信息；

應答器信息接收單元，用于通過應答器天線接收應答器信息；

車載安全計算機vc，用于根據地面設備提供的定位信息實現列車定位；還用于根據地面設備發送的軌道電路信息、應答器信息以及控車數據，生成目標距離連續速度控制模式曲線并依曲線對列車超速進行自動防護，當列車超速或臨近防護終點，輸出常用制動或緊急制動來監控列車安全運行，并且還結合地面設備發送的軌道電路信息和控車數據生成行車許可。

所述車載安全計算機vc包括如下7種種工作模式，包括待機模式、部分監控模式、完全監控模式、目視行車模式、引導模式、調車模式與隔離模式。

所述車載設備還包括：

c0控制單元，用于實現列車在既有ctcs-0級系統行車控制功能。

所述地面設備包括：區域列控數據中心、車站計算機聯鎖、臨時限速服務器、調度集中系統、軌道電路、無源應答器；其中：

所述無源應答器，用于提供用于定位的應答器信息；

所述軌道電路，實現軌道占用檢查和列車完整性檢查，并向車載設備提供軌道電路控車碼；

當列車到達特定位置后，所述區域列控數據中心與管轄范圍內的車站計算機聯鎖通信獲得進路信息，與臨時限速服務器通信，獲得由調度集中系統通過臨時限速服務器發送的臨時限速信息；并將進路信息、臨時限速信息以及其自身存儲的線路數據結合在一起生成控車數據。

所述無線通信模塊采用gsm-r/gprs系統作為車地數據傳輸平臺；

gsm-r/gprs系統包括：依次連接的bts、bsc/pcu、sgsn以及ggsn；

車載設備中的無線傳輸單元rtu通過消息傳輸中間件mt，并經um接口與bsc/pcu設備連接；

地面設備中區域列控數據中心內的無線通信服務器通過gi接口與ggsn設備連接；當區域列控數據中心與ggsn設備距離在一定范圍內時，通過局域網與ggsn設備連接，否則，通過鐵路專用ip數據網與ggsn連接。

車地數據傳輸過程如下：

mt上電后，自動搜索gsm-r網絡，完成小區選擇，然后進行gprs附著；gprs附著成功后，rtu控制mt進行pdp激活；sgsn根據pdp激活請求中攜帶的apn，選擇本局ggsn，建立gtp隧道；ggsn從系統的ip地址池里為mt動態分配ip地址，并返回pdp激活接收消息；mt向rtu返回pdp激活成功消息；

pdp激活成功后，mt獲得了ip地址，通過gprs網絡，從而與地面設備進行ip數據通信。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，提升了鐵路運輸的安全保障。在普速鐵路中，對于運營管理，本系統取消了傳統的“車機聯控”模式，由原來人工管理的“問路行車”、“指路行車”方式轉變為由車載設備控制列車行車的方式；對于行車憑證，實現了由“地面信號顯示為主，機車信號為輔”，轉變為向“車載提供行車許可，車載信號為主，地面信號顯示為輔”。對于臨時限速的控制，取消了司機刷卡設定臨時限速的人工管理方式，解決了列車在運行途中臨時限速無法上車的技術難題，進一步提升了普速鐵路的安全性；同時，實現普速線路機車裝備車載設備的突破，與國際列控技術實現接軌，大幅度提升我國鐵路裝備技術現代化水平。其次，本系統作為ctcs技術體系一個重要環節，將對構建完整的ctcs技術體系，推動我國鐵路技術裝備水平，為運輸提供安全、經濟、適用的技術保障起到重要作用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種適用于普速鐵路的行車控制系統的示意圖；

圖2為本發明實施例提供的地面設備發送控車數據的示意圖；

圖3為本發明實施例提供的gsm-r/gprs系統與地面設備及車載設備連接示意圖；

圖4為本發明實施例提供的gsm-r/gprs系統與地面設備連接示意圖；

圖5為本發明實施例提供的車地數據傳輸方式的流程圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

圖1為本發明實施例提供的一種適用于普速鐵路的行車控制系統(ctcs-1級列控系統)的示意圖。如圖1所示，其主要包括：地面設備、車載設備與無線通信模塊。

所述車載設備，用于根據地面設備發送的軌道電路信息、應答器信息以及控車數據，生成目標距離連續速度控制模式曲線并以此對列車超速進行自動防護，當列車超速或臨近防護終點(可通過閾值來確定)，輸出常用制動或緊急制動來監控列車安全運行，并且還結合地面設備發送的軌道電路控車碼和控車數據生成行車許可；

所述地面設備，用于提供用于定位的應答器信息，當列車到達特定位置后，將軌道電路信息發送給車載設備；還將進路信息、臨時限速信息以及自身存儲的線路數據生成為控車數據發送給車載設備；

所述無線通信模塊，用于實現地面設備與車載設備之間的車地數據傳輸。

上述系統為ctcs-1級列控系統，其特征是：采用目標距離連續速度控制模式監控列車安全運行；通過無線通信方式傳輸控車數據(含固定的線路數據、進路信息和臨時限速信息等)；由軌道電路實現軌道占用檢查；車載設備結合軌道電路控車碼和以上控車數據生成行車許可；根據無源應答器實現列車定位功能。

為了便于理解，下面結合附圖進行詳細說明。

1、車載設備

車載設備符合故障-安全原則，采用冗余結構，單系獨立設備故障后不影響系統運用。車載設備主要由車載主機和車載外圍設備組成，并通過接口與電力機車、內燃機車或動車組等外部設備連接。

車載設備主要包括：車載安全計算機vc(即c1主控單元)、軌道電路信息接收單元、應答器信息接收單元、無線傳輸單元、測速測距處理單元、列車接口單元、人機界面單元、數據記錄單元、速度傳感器、軌道電路天線與應答器天線；主要功能如下：

車載安全計算機vc、軌道電路信息接收單元、應答器信息接收單元、無線傳輸單元、測速測距處理單元、列車接口單元、人機界面單元、數據記錄單元、速度傳感器、軌道電路天線與應答器天線；其中：

人機界面單元，用于提供操作界面；

速度傳感器，用于實現列車運行速度的檢測；

測速測距處理單元，用于根據列車運行速度以及列車與前方目標的距離，判定列車是否超速或臨近防護終點；

列車接口單元，用于實現車載設備與列車的連接；

數據記錄單元，用于實現數據存儲；

無線傳輸單元，用于與無線通信模塊進行無線數據通信；

軌道電路信息接收單元，用于通過軌道電路天線接收軌道電路信息；

應答器信息接收單元，用于通過應答器天線接收應答器信息；

車載安全計算機vc，用于根據地面設備提供的定位信息實現列車定位；還用于根據地面設備發送的軌道電路信息、應答器信息以及控車數據，生成目標距離連續速度控制模式曲線并依曲線對列車超速進行自動防護，當列車超速或臨近防護終點，輸出常用制動或緊急制動來監控列車安全運行，并且還結合地面設備發送的軌道電路信息和控車數據生成行車許可。

所述車載安全計算機vc包括如下7種種工作模式，包括待機模式、部分監控模式、完全監控模式、目視行車模式、引導模式、調車模式與隔離模式。

此外，所述車載設備還包括：

c0控制單元，用于實現列車在既有ctcs-0級系統行車控制功能。

另外，上述車載設備還具有停車防護、溜逸防護和退行防護功能，且具有ctcs-1及ctcs-0等級轉換功能。

2、地面設備

其主要包括：區域列控數據中心、車站計算機聯鎖、臨時限速服務器、調度集中系統、軌道電路、無源應答器；主要功能如下：

無源應答器，用于提供用于定位的應答器信息；

所述軌道電路，實現軌道占用檢查和列車完整性檢查，并向車載設備提供軌道電路控車碼(即軌道電路信息)；

如圖2所示，當列車到達特定位置后，所述區域列控數據中心與管轄范圍內的車站計算機聯鎖通信獲得進路信息，與臨時限速服務器通信，獲得由調度集中系統通過臨時限速服務器發送的臨時限速信息；并將進路信息、臨時限速信息以及其自身存儲的線路數據結合在一起生成控車數據，通過無線通信模塊向外發送。控車數據以報文形式發送，該報文與有源應答器的報文格式保持一致。

區域列控數據中心設備間通過信號系統安全數據網傳輸區域列控數據中心站間信息，主要包括站間邊界的軌道區段編碼信息、軌道區段狀態信息、信號機狀態信息、災害防護信息以及區間改方信息。

無源應答器的定位信息作為列車定位的依據，在正常狀態下，車載設備依據應答器鏈接、線路數據和臨時限速等信息以及軌道電路控車碼，生成目標距離連續速度控制模式。無線通信中斷后，車載可進入降級狀態，車載可采用無源應答器中的應答器鏈接、線路數據等信息以及軌道電路控車碼，控制列車運行。

3、無線通信模塊

所述無線通信模塊采用gsm-r/gprs系統作為車地數據傳輸平臺；

如圖3所示，gsm-r/gprs系統包括：依次連接的bts、bsc/pcu、sgsn以及ggsn；車載設備中的無線傳輸單元rtu通過消息傳輸中間件mt，并經um接口與bsc/pcu設備連接；地面設備中區域列控數據中心內的無線通信服務器通過gi接口與ggsn設備連接。

如圖4所示，當區域列控數據中心與ggsn設備距離在一定范圍內時(如同一棟大樓)，通過局域網與ggsn設備連接，否則，通過鐵路專用ip數據網與ggsn連接。

為確保數據傳輸可靠性，數據網中應為c1應用分配單獨的vpn。

車地數據傳輸過程如圖5所示，主要過程為：

mt上電后，自動搜索gsm-r網絡，完成小區選擇，然后進行gprs附著；gprs附著成功后，rtu控制mt進行pdp激活；sgsn根據pdp激活請求中攜帶的apn，選擇本局ggsn，建立gtp隧道；ggsn從系統的ip地址池里為mt動態分配ip地址，并返回pdp激活接收消息；mt向rtu返回pdp激活成功消息；pdp激活成功后，mt獲得了ip地址，通過gprs網絡，從而與地面設備進行ip數據通信。

本發明實施例上述方案，提升了鐵路運輸的安全保障。在普速鐵路中，對于運營管理，本系統取消了傳統的“車機聯控”模式，由原來人工管理的“問路行車”、“指路行車”方式轉變為由車載設備控制列車行車的方式；對于行車憑證，實現了由“地面信號顯示為主，機車信號為輔”，轉變為向“車載提供行車許可，車載信號為主，地面信號顯示為輔”。對于臨時限速的控制，取消了司機刷卡設定臨時限速的人工管理方式，解決了列車在運行途中臨時限速無法上車的技術難題，進一步提升了普速鐵路的安全性；同時，實現普速線路機車裝備車載設備的突破，與國際列控技術實現接軌，大幅度提升我國鐵路裝備技術現代化水平。其次，本系統作為ctcs技術體系一個重要環節，將對構建完整的ctcs技術體系，推動我國鐵路技術裝備水平，為運輸提供安全、經濟、適用的技術保障起到重要作用。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。