一种多系统融合的全自动列车运行控制系统及方法与流程

1.本发明涉及列车信车载信号兼容技术领域，更具体地，涉及一种多系统融合的全自动列车运行控制系统及方法。


背景技术：

2.随着技术的不断成熟，全自动运行系统已逐步成为全国各地轨道交通建设的首选模式。全自动运行车载信号系统设备是保障列车运行安全与效率的核心系统，且与车辆控制系统间协同联动关系更深，以完成列车运行全过程的全自动运行控制。
3.与传统有人驾驶系统相比，全自动运行系统中原本由司机负责的列车运行、车门开关等操作，均由系统自动完成。为实现全自动运行的功能及相应的rams指标要求，信号系统及车辆控制系统均需增加相应的设备及接口。另外，由于各专业间设备相对独立，存在专业壁垒，往往存在控制、检测、显示设备等重复设置的问题。如，传统的车载信号系统为获得安全的列车运行速度及位置，并检测列车轮对空转/滑行情况，需设置列车测速定位系统，车辆控制系统为获得列车速度及滑行信息，也会独立设置测速传感器，但其与信号设备测速要求安全性不同，车辆制动测速更强调实时性以及精度要求，以确保滑动防护的有效性。备用司机控制台中，信号系统设置了人机交互显示屏，车辆控制系统也设置了控制显示单元等。一方面，这些造成了各专业车载设备安装空间进一步缩小，往往存在设备安装冲突、相互间存在干扰等难以协调的问题。另一方面，专业间功能类似但重复设置的设备除造成较大的资源浪费外，还可能因设备的参数、性能等各方面存在的差异，导致各控制系统间存在控制冲突的问题。如存在信号系统测速正常、车辆控制系统测速超速产生车辆制动的情况，从而影响车辆的正常行驶，对全线运营产生不利影响。在后备人工驾驶模式下，还可能存在专业间相同信息显示不一致的问题，影响司机的驾驶判断及操作。
4.目前，全自动运行系统需多专业协同联动完成列车运行全过程的全自动运行控制，目前的全自动运行系统车载信号系统设备、车辆控制系统设备均设立了独立内部网络，系统间通过外部接口实现信息交互，专业间各设备数据信息相对独立，对列车运行控制交互性较弱。与此同时，因各系统设计均为独立开展，仅在后期对接口部分进行统一协议，造成了系统控制、检测、显示等设备重复设置的问题，使本已十分紧张的各车载系统设备安装空间更加捉襟见肘。各专业复杂的系统架构、设备配置及接口协议，也导致系统的维护工作量更大。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的全自动列车车载系统各设备间信号兼容的技术问题。
6.本发明提供了一种多系统融合的全自动列车运行控制系统，包括：多个列车车载设备，所述列车车载设备包含车载信号设备、车辆控制系统设备及辅助控制设备；
各所述列车车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。
7.优选地，所述车载信号设备包括车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备；所述车载安全计算机用于实现列车自动防护（atp）、列车自动运行（ato）功能；所述列车定位测速系统用于对列车进行实时测速和定位，并同时报告给所述车辆控制系统设备；所述司机显示屏用于显示列车的运行状态故障信息和操作信息；所述网络传输设备用于将车载安全计算机、列车定位测速系统、车辆控制系统设备、辅助设备及人及显示单元的信息传输至统一网络系统进行管理。
8.优选地，所述网络传输设备还用于对信息传输进行优先级管理，按照信息关键词重要顺序进行优先级排序，并按照优先级从高到低的顺序依次处理信息。
9.优选地，所述车辆控制系统设备包括列车牵引制动控制系统，所述列车牵引制动控制系统用于控制列车牵引和制动，并将控制结果传输给车载信号设备。
10.优选地，所述车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备及列车牵引制动控制系统分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理。
11.优选地，所述车辆控制系统设备还包括安全采集模块，所述安全采集模块用于统一采集安全控制相关和非安全控制相关的车辆控制信息，并处理后通过网络传输设备上传至统一网络系统中。
12.优选地，所述非安全控制相关的车辆控制信息包括列车加减速信息、开关门信息、驾驶模式选择信息、驾驶室激活状态信息、鸣笛信息、开关灯信息、语音播报信息等。
13.优选地，所述安全控制相关的车辆控制信息可以在统一网络系统中传输，其安全性由安全通信协议保证，也可以通过硬线进行传输。
14.优选地，所述安全控制相关的车辆控制信息包括紧急制动信息、车门状态信息、车辆完整性信息、火灾警报开关信息。
15.本发明还提供了一种多系统融合的全自动列车运行控制方法，所述方法应用于多系统融合的全自动列车运行控制系统上，包括：将车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。
16.有益效果：本发明提供的一种多系统融合的全自动列车运行控制系统及方法，其中系统包括：多个列车车载设备，所述列车车载设备包含车载信号设备、车辆控制系统设备及辅助控制设备；各所述车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。通过构建覆盖全车的列车控制管理网络系统，取消大量的传统车载信号系统、车辆控制系统等内部独立网络，将列车的多种网络进行融合，简化系统配置。另外，通过统一规划、统一设计，集成信号、车辆人机显示单元、列车定位测速系统等设备，从整体上实现列车控制功能融合、多显示融合、多网融合、io融合，从而实现了整车资源的共享。进一步减少
信号与车辆系统之间的接口，减少数据传输延迟，统一列车控制标准，增强了信号、车辆对列车运行控制交互性，从而提高列车性能、可靠性，提升全自动运行系统的运营服务水平，并降低了全自动运行列车车载设备全寿命周期成本。
附图说明
17.图1为本发明提供的一种多系统融合的全自动列车运行控制系统原理框图。
实施方式
18.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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
19.图1为本发明提供的一种多系统融合的全自动列车运行控制系统，包括：多个列车车载设备，所述列车车载设备包含车载信号设备、车辆控制系统设备及辅助控制设备。每个列车上至少配备一个列车车载设备，每个列车车载设备作为一个网络节点连入到互联网。通过网络便可以追溯定位到具体列车。还可以是在每个车厢配置一个列车车载设备，这样更加具体化定位便于维护管理。
20.各所述车载信号设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；基于大带宽、高实时的以太网构建覆盖全车的网络系统，将传统列车的多种网络进行融合。所有列车车载设备分别作为单独网络节点纳入统一网络系统进行管理。
21.单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。车载信号设备为列车车载设备间信息传输提供透明传输通道，各列车车载设备间传输信息的安全性可以由安全通信协议保证，也可以局部针对性的设置独立网络。每个列车车载设备的顶端设有车载天线，用于接入以太网。列车车载设备中所有设备均通过安装在该列车上的车载网络传输设备进行联网。
22.减少了信号与车辆系统之间的接口，减少数据传输延迟，统一列车控制标准，增强了信号、车辆对列车运行控制交互性，从而提高列车性能、可靠性，提升全自动运行系统的运营服务水平，并降低了全自动运行列车车载设备全寿命周期成本。
23.具体的方案，车载信号设备包括车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备；车载安全计算机用于实现列车自动防护（atp）、列车自动运行（ato）功能；列车定位测速系统用于对列车进行实时测速、定位，并报告给所述车辆控制系统设备；司机显示屏用于显示列车的运行状态、故障、操作等信息；网络传输设备用于将车载安全计算机、列车定位测速系统、车辆控制系统设备、辅助设备及人及显示单元的信息传输至统一网络系统进行管理。其中atp和ato为列车控制领域的常规技术手段，在此不再详细展开述说。
24.本方案是基于大带宽、高实时的以太网构建覆盖全列车的列车控制管理网络系统，将传统列车的多种网络进行融合，并将信号系统与车辆控制系统间功能相同或相似的控制、检测、显示等设备进行深度融合的一种解决方案。
25.车载信号设备包括但不限于车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备等。
26.其中，车载安全计算机，用于实现列车自动防护（atp）、列车自动运行（ato）功能。
其中，atp是控制列车的启停、门开关，以及其他有关列车安全行驶方面的功能。ato是用于控制列车自动运行，根据列车时间表和路径规划，自动驾驶列车按照预定的时间和轨迹进行正常运行。
27.列车定位测速系统，是信号系统和车辆控制系统共用的测速系统，可采用速度传感器、应答器、雷达、惯性导航、卫星导航等多种技术手段实现测速，以共用多通道的方式为二者提供列车运行位置、速度数据及检测到的空转/滑行信息。
28.司机显示屏和列车控制管理系统显示屏的全部显示内容集成于人机显示单元，以简单、直观、信息全面为原则，整合重复内容，对显示界面进行一体化设计。显示内容为列车的运行、故障、操作等信息，包括列车车速、位置、车辆控制系统设备的状态等，可以第一时间掌握列车的运行状态。
29.网络传输设备，是实现列车车载设备数据传输及列车和调度系统之间的无线数据交互的网络设备，包括但不限于有线网络设备、无线网络设备、网络交换设备、网络安全设备等。
30.进一步的方案，网络传输设备通过进行信息传输的优先级管理，按照信息关键词重要顺序进行优先级排序，并按照优先级从高到低的顺序依次处理信息。事先将各种可能涉及到的信息关键词按照重要程度来进行排序，保证涉及到关键功能的重点信息处于高优先级，提高系统可用性。比如安全警报和安全应急功能模块的重点信息处于最高优先级。当信息数据过于庞大，网络处理迟滞或信号不稳定时，优先处理优先级最高的信息数据。
31.车辆控制系统设备包括但不限于列车牵引制动控制系统、音/视频终端、列车控制管理系统显示屏等。其列车牵引制动控制系统，是与实现列车牵引和制动控制相关的系统设备。音/视频终端，为实现运输服务而在列车上设置的广播或显示系统设备。列车控制管理系统显示屏用于显示列车的实时状况，以便操作人员了解列车的整体运行情况从而实现相应操作。
32.辅助控制设备包括各类用于辅助列车全自动运行的智能感知设备。智能感知设备，是基于激光、雷达、传感器或图像识别技术的利用大数据处理及智能算法实现障碍物检测、脱轨检测、碰撞检测等能判别列车自动运行前方危险状态的系统设备。
33.相较于传统的列车车载设备方案，本方案取消大量的传统车载信号系统、车辆控制系统等内部独立网络，将列车的多种网络进行融合，所有的车载控制设备（如车载安全计算机、车辆牵引制动控制系统）均可作为列车控制管理网络系统的网络节点之一纳入统一网络系统管理。具体地，车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备及列车牵引制动控制系统分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理。这样每个小单元都能单独作为网络节点并网。比如司机显示屏，融合了车载信号系统及车载控制系统设备相关的状态、操作、报警等信息，可通过集成显示单元查看全车信息。另一方面，每个小单元单独作为一个网络节点并入到统一网络系统中，可以便于整体网络的管理和维护，通过网络快速追溯到具体的小单元，方便运维工作开展。
34.优选的方案，车辆控制系统设备还包括安全采集模块，所述安全采集模块与所述车辆控制系统设备中安全和非安全控制相关的硬线接口电连接，以将相关的车辆控制信息处理后通过安全采集模块上传至统一网络系统中。还可以是直接取消非安全控制相关的硬线接口，简化通信结构，直接将非安全控制相关的车辆控制信息通过安全采集模块上传至
统一网络系统中实现联网。非安全控制相关的车辆控制信息包括列车加减速信息、开关门信息、驾驶模式选择信息、驾驶室激活状态信息、鸣笛信息、开关灯信息、语音播报信息等。
35.车辆控制系统设备中安全控制相关的车辆控制信息可以通过硬线进行直接传输，也可以利用统一网络系统进行传输，其安全性由安全通信协议保，安全控制相关的车辆控制信息包括紧急制动信息、车门状态信息、车辆完整性信息、火灾警报开关信息等。部分安全控制相关的信息采用点对点硬线传输（可不上网），即结合需求，安全相关信息部分通过硬线，部分通过网络传输；连续的电信号一般采用硬线。
36.在车载网络融合情况下，可将车辆控制系统非安全控制相关的硬线接口，设计为安全采集模块统一采集并将相关状态信息通过统一网络系统传输至车辆控制系统设备的方式。仍保留车载安全相关控制的硬线接口电路，车辆控制信息传输采用更简洁的以太网+硬线组合方式，提高整车网络资源利用率，简化了车辆硬线配置需求，打通了专业间数据、功能、服务的边界壁垒。
37.统一规划、统一设计的集成人机显示单元、列车定位测速系统等对信号和车辆设备功能和硬件的进一步融合，减小信号控制和车辆控制系统之间的测速误差，提高列车控制精度。方案从整体实现了控制功能融合、多显示融合、多网融合、io融合，从而实现了整车资源的共享。
38.本发明实施例还提供了一种多系统融合的全自动列车运行控制方法，所述方法应用于如前所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统上，包括：将车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。
39.有益效果：本方案进一步减少信号与车辆系统之间的接口，减少数据传输延迟，统一列车控制标准，增强了信号、车辆对列车运行控制交互性，从而提高列车性能、可靠性，提升全自动运行系统的运营服务水平，并降低了全自动运行列车车载设备全寿命周期成本。
40.相较于传统的车载设备方案，本方案取消大量的传统车载信号系统、车辆控制系统等内部独立网络，将列车的多种网络进行融合，所有的车载控制设备（如信号系统安全计算机、车辆牵引制动控制系统）均可作为列车控制管理网络系统的节点之一纳入统一网络管理。另外，在车载网络融合情况下，可将车辆控制系统非安全控制相关的硬线接口，设计为安全采集模块统一采集并将相关状态信息通过车载融合网络传输至列车控制系统设备的方式，仍保留车载安全相关控制的硬线接口电路，车辆控制信息传输采用更简洁的以太网+硬线组合方式，提高整车网络资源利用率，简化了车辆硬线配置需求，打通了专业间数据、功能、服务的边界壁垒。统一规划、统一设计的集成人机显示单元、列车定位测速系统等对信号和车辆设备功能和硬件的进一步融合，减小信号控制和车辆控制系统之间的测速误差，提高列车控制精度。方案从整体实现了控制功能融合、多显示融合、多网融合、io融合，从而实现了整车资源的共享。
41.需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
42.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造
概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
43.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，包括：多个列车车载设备，所述列车车载设备包含车载信号设备、车辆控制系统设备及辅助控制设备；各所述列车车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。2.根据权利要求1所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述车载信号设备包括车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备；所述车载安全计算机用于实现列车自动防护（atp）、列车自动运行（ato）功能；所述列车定位测速系统用于对列车进行实时测速和定位，并同时报告给所述车辆控制系统设备；所述司机显示屏用于显示列车的运行状态故障信息和操作信息；所述网络传输设备用于将车载安全计算机、列车定位测速系统、车辆控制系统设备、辅助设备及人及显示单元的信息传输至统一网络系统进行管理。3.根据权利要求2所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述网络传输设备还用于对信息传输进行优先级管理，按照信息关键词重要顺序进行优先级排序，并按照优先级从高到低的顺序依次处理信息。4.根据权利要求2所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述车辆控制系统设备包括列车牵引制动控制系统，所述列车牵引制动控制系统用于控制列车牵引和制动，并将控制结果传输给车载信号设备。5.根据权利要求4所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述车载安全计算机、列车定位测速系统、司机显示屏、网络传输设备及列车牵引制动控制系统分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理。6.根据权利要求4所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述车辆控制系统设备还包括安全采集模块，所述安全采集模块用于统一采集安全控制相关和非安全控制相关的车辆控制信息，并处理后通过网络传输设备上传至统一网络系统中。7.根据权利要求6所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述非安全控制相关的车辆控制信息包括列车加减速信息、开关门信息、驾驶模式选择信息、驾驶室激活状态信息、鸣笛信息、开关灯信息、语音播报信息等。8.根据权利要求6所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述安全控制相关的车辆控制信息可以在统一网络系统中传输，其安全性由安全通信协议保证，也可以通过硬线进行传输。9.根据权利要求8所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统，其特征在于，所述安全控制相关的车辆控制信息包括紧急制动信息、车门状态信息、车辆完整性信息、火灾警报开关信息。10.一种多系统融合的全自动列车运行控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-9任一项所述的多系统融合的全自动列车运行控制系统上，包括：将车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进
行信息交换。

技术总结
本发明属于列车车载信号兼容技术领域，具体提供了一种多系统融合的全自动列车运行控制系统及方法，其中系统包括：各列车车载设备分别单独作为一个网络节点纳入统一网络系统进行管理；单个列车车载设备的车辆控制系统设备及辅助控制设备均与对应的车载信号设备进行信息交换。通过构建覆盖全车的列车控制管理网络系统，取消大量的传统车载信号系统、车辆控制系统等内部独立网络，减少信号与车辆系统之间的接口，减少数据传输延迟，统一列车控制标准，增强了信号、车辆对列车运行控制交互性，从而提高列车性能、可靠性，提升全自动运行系统的运营服务水平，并降低了全自动运行列车车载设备全寿命周期成本。载设备全寿命周期成本。载设备全寿命周期成本。


技术研发人员：郑生全 凌力 邓志翔 石先明 张伟 陈龙 王玉 杨安玉 邹海平 姜西 范礼乾 陈光 王成 尤嘉成
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/6/28