CN102233886B - Ctcs-2级列车运行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CTCS-2级列车运行控制系统，包括地面设备和车载设备。地面设备包括临时限速服务器、列控中心、轨道电路、地面电子单元和应答器组。临时限速服务器产生临时限速命令；列控中心根据轨道区段状态信息和临时限速命令，生成载频低频编码信息和有源应答器报文。轨道电路根据编码信息生成调制信号并发送，生成轨道区段状态信息并发送。地面电子单元将有源应答器报文发送给应答器组。应答器组将固定应答器报文和有源应答器报文发送。车载设备包括车载安全计算机、轨道电路信息接收模块和应答器信息接收模块。本发明提供的CTCS-2级列车运行控制系统，基于轨道电路和应答器组传输列车运行许可信息，实现了列车运行的自动控制。
Description
技术领域
本发明涉及列车控制技术，尤其涉及一种CTCS-2级列车运行控制系统。
背景技术
随着铁路运输的任务越来越重，列车运行速度越来越高，保证运输安全的问题也越来越突出。完全靠人工观望、人工驾驶列车已经不能保证行车安全了，即使装备了机车信号和自动停车装置，也只能在列车一般速度运行条件下保证安全，而无法实现高速列车的安全保证。随着信息技术的发展，中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System，简称CTCS)技术也得到了不断的发展，CTCS通过控制列车运行速度，保证列车按照空间间隔制运行，是高速铁路的一个重要组成部分，是保障高速铁路运营安全、提高运营效率的核心技术装备，其性能直接影响到高速铁路的发展。
CTCS根据功能要求和设配置划分应用等级分，可以分为0～4级。其中CTCS-2级用于实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化，满足200km/h及以上线路的运营要求。
发明内容
本发明提供一种CTCS-2级列车运行控制系统，以实现列车运行的自动控制。
本发明提供一种CTCS-2级列车运行控制系统，包括：
地面设备，包括临时限速服务器、列控中心、轨道电路、地面电子单元和应答器组；
所述临时限速服务器用于对接收到的临时限速指令进行处理，以产生临时限速命令，并将所述临时限速命令发送；
所述列控中心用于根据所述轨道电路发送的轨道区段状态信息和所述临时限速命令，生成载频低频编码信息和有源应答器报文，并将所述载频低频编码信息发送给所述轨道电路，以及将所述有源应答器报文发送给所述地面电子单元；
所述轨道电路用于列车占用检查，以生成所述轨道区段状态信息并发送，以及将接收到的所述载频低频编码信息进行调制处理后生成轨道电路信号，并发送；
所述地面电子单元用于将所述设备状态信息发送给所述列控中心，并将所述有源应答器报文发送给所述应答器组；
所述应答器组用于在应答器电源信号的驱动下，将固定应答器报文和接收到的所述有源应答器报文发送；
车载设备，包括车载安全计算机、轨道电路信息接收模块和应答器信息接收模块；
所述车载安全计算机用于根据所述轨道电路信息接收模块接收到的所述轨道电路发送的所述轨道电路信号和所述应答器信息接收模块接收到的所述应答器组发送的所述固定应答器报文和所述有源应答器报文，生成目标距离连续速度控制曲线，以监控列车运行。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述地面设备还包括调度集中系统和车站联锁设备：
所述调度集中系统用于根据接收到的操作指令，产生所述临时限速指令和调度命令，并将所述临时限速指令发送给所述临时限速服务器，以及将所述调度命令发送给所述车站联锁设备；
所述车站联锁设备用于接收所述调度集中系统发送的所述调度命令，根据所述列控中心发送的轨道区段安全信息，进行进路排列和信号显示，并将进路状态信息发送给所述列控中心和所述调度集中系统；
相应地，
所述列控中心用于根据所述临时限速服务器发送的所述临时限速命令、所述车站连锁设备发送的所述进路状态信息和所述轨道电路发送的所述轨道区段状态信息，生成所述载频低频编码信息和所述有源应答器报文。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述车载设备还包括：
列车运行监控装置，用于控制所述列车行驶速度不超过160km/h。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述车载设备还包括：应答器天线和轨道电路天线；
所述应答器天线用于发射所述应答器电源信号，且所述应答器信息接收模块通过所述应答器天线接收所述固定应答器报文和所述有源应答器报文；
所述轨道电路信息接收模块通过所述轨道天线接收所述轨道电路信号，并对所述轨道电路信号进行解调解码处理。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述车载设备还包括：
速度传感器，用于实时获得所述列车的运行速度信息；
测速测距单元，用于根据所述速度传感器获得的所述运行速度信息，生成列车实际速度信息和列车走行距离信息。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述车载设备还包括：
人机界面，用于显示所述目标距离连续速度控制曲线、所述列车实际速度信息和所述列车行走距离信息，并接收和处理输入命令，以监控所述列车运行。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述应答器组包括有源应答器和无源应答器；
所述有源应答器用于接收所述地面电子单元发送的所述有源应答器报文，并在所述应答器电源信号的驱动下发送所述有源应答器报文；
所述无源应答器用于存储所述固定应答器报文，并在所述应答器电源信号的驱动下发送所述固定应答器报文。
如上所述的CTCS-2级列车运行控制系统，所述临时限速服务器用于对接收到的临时限速指令进行处理包括：对所述临时限速指令进行存储、校验、撤销、拆分、设置、取消和临时限速设置时机的辅助提示。
由上述技术方案可知，本发明提供的CTCS-2级列车运行控制系统，基于轨道电路和应答器向列车传输列车运行许可信息，列车采用目标-距离模式监控列车的安全运行，可以满足200km/h及以上线路的运营要求，实现了列车运行的自动控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种CTCS-2级列车运行控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种CTCS-2级列车运行控制系统结构示意图。
附图标记：
11-列控中心； 12-轨道电路； 13-地面电子单元；
14-应答器组； 15-调度集中系统； 16-临时限速服务器；
17-车站联锁设备；22-车载安全计算机；23-轨道电路信息接收模块；
25-应答器天线； 26-轨道电路天线； 24-应答器信息接收模块；
27-速度传感器； 28-测速测距单元； 29-人机界面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。
图1为本发明实施例提供的一种CTCS-2级列车运行控制系统结构示意图，该CTCS-2级列车运行控制系统包括：地面设备和车载设备，地面设备包括临时限速(Temporary Speed Restriction，简称TSR)服务器16、列控中心11(Train Control Center，简称TCC)、轨道电路12、地面电子单元13(LineSide Electronic Unit，简称LEU)和应答器组14。临时限速服务器16用于对接收到的临时限速指令进行处理，以产生临时限速命令，并将临时限速命令发送。具体的，临时限速服务器16对临时限速指令进行存储、校验、撤销、拆分、设置、取消和临时限速设置时机的辅助提示。临时限速服务器16可以通过网络向多个车站下发临时限速命令，也可以对某个车站下发特定的临时限速命令。列控中心11通常设在车站中，列控中心11用于根据轨道电路12发送的轨道区段状态信息和临时限速命令，生成轨道电路载频低频编码信息和有源应答器报文，并将轨道电路载频低频编码信息发送给轨道电路12，以及将有源应答器报文发送给地面电子单元13。具体的，列控中心11还将状态信息发送给临时限速服务器16，状态信息具体包括轨道占用信息和进路信息等，用于显示线路状况。轨道电路12用于列车占用检查，以生成轨道区段状态信息并发送，以及将接收到的载频低频编码信息进行调制处理后生成轨道电路信号，并发送。地面电子单元13用于将设备状态信息发送给列控中心11，并将有源应答器报文发送给应答器组14。应答器组14用于在应答器电源信号的驱动下，将固定应答器报文和接收到的有源应答器报文发送。车载设备包括车载安全计算机22、轨道电路信息接收模块23和应答器信息接收模块24。车载安全计算机22用于根据轨道电路信息接收模块23接收到的轨道电路12发送的轨道电路信号和应答器信息接收模块24接收到的应答器组14发送的固定应答器报文和有源应答器报文，生成目标距离连续速度控制曲线，以监控列车运行。
在实际应用中，地面设备之间通过信号数据传输网络进行数据信息的交互，地面设备和车载设备之间通过车地信息传输设备进行数据信息的交互。轨道电路12具体可以为ZPW-2000(UM)系列轨道电路，实现列车的占用检查，轨道区段状态信息具体为所述轨道区段是否有列车占用或故障的状态表示信息。列控中心11根据轨道区段状态信息和临时限速命令生成轨道电路载频低频编码信息和有源应答器报文，轨道电路12在将载频低频编码信息发送之前，对该载频低频编码信息进行调制处理，以形成相应的轨道电路信号，轨道电路信号、有源应答器报文和固定应答器报文即为列车运行许可信息，将列车运行许可信息传送给列车以指示列车运行。具体的，列控中心11具有轨道电路编码、有源应答器报文实时组帧与编码、区间信号机点灯控制、站间安全信息(区间轨道电路状态、中继站临时限速信息、区间闭塞和方向条件等信息)传输等功能。轨道电路信号具体可以包含载频信息和低频信息等信息。车载设备具体可以称为列车自动防护(Automatic Train Protection，简称ATP)车载设备，车载设备中轨道电路信息接收模块23接收轨道电路12发送的轨道电路信号，并进行解调，将解调后的信息及时传递给车载安全计算机22。具体的，车载设备中还可以包括记录装置，轨道电路信息接收模块23将解调后的信息同时传递给记录装置，以进行存储。轨道电路信息接收模块23是安全模块，可接收ZPW-2000(UM)系列轨道电路及4信息、8信息、18信息等传统移频轨道电路的信息。应答器信息接收模块24接收来自地面应答器组14发送的有源应答器报文和固定应答器报文，并进行信息解调处理后传送给车载安全计算机22。应答器信息接收模块24是一个采用二取二技术的故障-安全模块。通过一个专用信息接口和安全计算机同步。同时应答器信息接收模块24还可以提供通过应答器中点时的确切时间，能够让车载设备在几厘米的准确范围内进行列车定位校准。车载安全计算机22根据接收到的数据信息生成目标距离连续控制曲线，即按照目标-距离模式生成控制速度，以监控列车的安全运行。
本实施例提供的CTCS-2级列车运行控制系统，基于轨道电路12和应答器组14向列车传输列车运行许可信息，列车采用目标-距离模式监控列车的安全运行，可以满足200km/h及以上线路运营要求，实现了列车运行的自动控制。
图2为本发明实施例提供的另一种CTCS-2级列车运行控制系统结构示意图，如图2所示，在本实施例中，地面设备还可以包括调度集中系统15(Centralized Traffic Control，简称CTC)和车站联锁设备17，调度集中系统15用于根据接收到的操作指令，产生临时限速指令和调度命令，并将临时限速指令发送给临时限速服务器16，以及将调度命令发送给车站联锁设备17。临时限速服务器16用于接收调度集中系统15发送的临时限速指令，对临时限速指令进行处理后后生成临时限速命令，并发送。车站联锁设备17用于接收调度集中系统15发送的调度命令，根据列控中心11发送的轨道区段安全信息，进行进路排列和信号显示，并将进路状态信息发送给列控中心11和调度集中系统15，具体的，进路状态信息为车站联锁设备17的固有信息。
相应地，列控中心11用于根据临时限速服务器16发送的临时限速命令、车站连锁设备发送的进路状态信息和轨道电路12发送的轨道区段状态信息，生成载频低频编码信息和有源应答器报文。
调度集中系统15通常设置于具有工作人员值守的调度控制室，由工作人员输入操作指令，操作指令具体可以为临时限速指令和进路调度指令，调度集中系统15根据人员输入的操作指令产生临时限速命令和调度命令下发。临时限速服务器16将接收到的临时限速命令进行一定的处理，如存储、校验、撤销、拆分、设置和取消及临时限速设置时机的辅助提示。列控中心11接收临时限速服务器16发送的处理后的临时限速命令，具体的，列控中心11还向临时限速服务器16反馈执行状态，临时限速服务器16再将执行状态反馈给调度集中系统15的工作人员。车站联锁设备17接收调度集中系统15发送的调度命令后，根据列控中心11发送的轨道区段安全信息，判断是否可以进行进路办理，如果可以，再执行进路办理，否则，向调度集中系统15发送错误报告，并将进路状态信息发送给列控中心11，轨道区段安全信息具体可以包括轨道占用、区间方向、降级显示等信息。在本实施例中，列控中心11具体根据临时限速命令，进路状态信息和轨道区段状态信息等信息，生成载频低频编码信息和有源应答器报文，载频低频编码信息、有源应答器报文和固定应答器报文即为列车运行许可信息，并发送给列车。在本实施例中，通过调度集中系统15、临时限速服务器16和车站联锁设备17的设置，可以及时地向列车发送临时限速信息和进路状态信息，以使列车的车载设备根据接收到的信息进行运行控制，提高了列车运行的安全性。
在本实施例中，车载设备还可以包括列车运行监控装置，具体可以为LKJ-2000，列车运行监控装置用于控制列车行驶速度不超过160km/h。在CTCS-2级区段，由ATP车载设备控车。在CTC-0、CTCS-1级区段或在CTCS-2级区段ATP车载设备特定故障下，LKJ结合ATP车载设备提供的机车信号或主体机车信号功能，控制列车速度以不超过160km/h安全行驶。实现了ATP车载设备车载装备和列车运行监控装置的有机结合和系统集成，提高了列车在不同区段的运行控制适应性。
在本实施例中，车载设备还可以包括应答器天线25和轨道电路天线26。应答器天线25用于发射应答器电源信号，且应答器信息接收模块24通过应答器天线25接收固定应答器报文和有源应答器报文。轨道电路信息接收模块23通过轨道天线接收轨道电路信号，并对轨道电路信号进行解调解码处理。
在本实施例中，车载设备还可以包括速度传感器27和测速测距单元28，速度传感器27用于实时获得列车的运行速度信息，具体的速度传感器27上可以设有雷达。测速测距单元28用于根据速度传感器27获得的运行速度信息，生成列车实际速度信息和列车走行距离信息。通过速度传感器27和测速测距单元28的设置，可以实时获得列车的运行速度，以根据目标距离和速度进行运行调整，提高了列车运行控制的可靠性。
在本实施例中，车载设备还可以包括人机界面29，人机界面29用于显示目标距离连续速度控制曲线、列车实际速度信息和列车走行距离信息，并接收和处理输入命令，以控制列车运行。具体的，人机界面29还可以显示列车的运行情况、地面设备和车载设备的运行状态以及报警信息等多种信息。人机界面29为操作人员提供了的信息提示和操作接口，操作人员只需要根据操作规范通过人机界面29进行操作即可实现对列车运行的监控，提高了列车运行控制的便捷性。列车制动控制具有两种方式：设备制动和司机制动。通过设置可以采用设备制动优先的方式，最大限度减轻司机负担，有利于缩短列车追踪间隔，进一步提高了列车运行的安全性。
在本实施例中，应答器组14具体包括有源应答器和无源应答器。有源应答器用于接收地面电子单元发送的有源应答器报文，并在应答器电源信号的驱动下发送有源应答器报文，无源应答器用于存储固定应答器报文，并在应答器电源信号的驱动下发送固定应答器报文。有源应答器报文和固定应答器报文为相同格式的报文，以便车载设备中的应答器信息接收模块24对接收到的报文进行解析。
在实际应用过程中，具体的，应答器组14包括多个有源应答器和无源应答器。有源应答器通过专用电缆与地面电子单元13连接，可实时发送地面电子单元13传送的有源应答器报文。当列车经过有源应答器上方时，有源应答器接收到车载的应答器天线25发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面有源应答器中发射电路工作，将地面电子单元13传输给有源应答器的数据循环实时发送出去。直至电能消失，即列车已经离去。当与地面电子单元13通信故障时，有源应答器变为无源应答器工作模式，发送存储的固定信息。无源应答器中存储的为数据报文，数据报文具体包括列车定位信息和一定范围内的线路参数，当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载的应答器天线25发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面的无源应答器中的电子电路工作，把存储在地面无源应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失。
在实际的列车运行控制过程中，本实施例提供的CTCS-2级列车运行控制系统具体满足以下原则：
1)CTCS-2级列控系统满足运营速度200-250km/h需要；作为CTCS-3级列控系统后备模式，满足运营速度300km/h需要。
2)近期兼顾货运的客运专线，CTCS-2级列控系统应适应客车4分钟、货车5分钟的追踪间隔要求。仅开行动车组的客运专线，CTCS-2级列控系统应按照正向运行追踪间隔3分钟的要求进行检算。
3)客运专线的CTCS-2级列控系统应采用统一的设备配置和运用原则，并应兼容既有线CTCS-2级列控系统功能，具备互联互通运行条件。
4)CTCS-2级列控系统满足正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行的要求。
5)CTCS-2级列控系统满足跨线运行的运营要求。
6)CTCS-2级列控系统车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。
7)CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统。无线闭塞中心(RBC)或无线通信故障时，CTCS-2级列控系统控制列车运行。
8)动车段及联络线均安装CTCS-2级列控系统地面设备。
9)CTCS-2级列控系统统一接口标准，涉及安全的信息采用满足IEC62280标准要求的安全通信协议。
10)CTCS-2级列控系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足IEC 62280等相关标准的要求，关键设备冗余配置。
CTCS-2级列控车载设备有8种主要工作模式，其中通用的模式有完全监控模式(FS)、目视行车模式(OS)、引导模式(CO)、调车模式(SH)、隔离模式(IS)、待机模式(SB)、部分监控模式(PS)和机车信号模式(CS)。
运营场景是从用户需求的角度对运营中系统工作方式的描述。CTCS-2级列控系统主要运营场景包括启动与关闭、追踪运行、正线接发车、侧线接发车、引导接发车、自动过分相、等级转换、反向运行、调车作业、临时限速、降级情况、灾害防护等共十二个主要场景。
本发明提供的CTCS-2级列车运行控制系统，基于轨道电路和应答器组的设置，获得列车运行控制所需的必要信息，根据该些信息生成目标距离连续速度控制模式曲线，可以实现列车速度高于目标速度后立即进行制动控制，当列车速度低于目标速度后自动缓解，不必司机参与，实现了列车运行的自动控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，包括：
地面设备，包括临时限速服务器、列控中心、轨道电路、地面电子单元和应答器组；
所述临时限速服务器用于对接收到的临时限速指令进行处理，以产生临时限速命令，并将所述临时限速命令发送；
所述列控中心用于根据所述轨道电路发送的轨道区段状态信息和所述临时限速命令，生成载频低频编码信息和有源应答器报文，并将所述载频低频编码信息发送给所述轨道电路，以及将所述有源应答器报文发送给所述地面电子单元；
所述轨道电路用于列车占用检查，以生成所述轨道区段状态信息并发送，以及将接收到的所述载频低频编码信息进行调制处理后生成轨道电路信号，并发送；
所述地面电子单元用于将设备状态信息发送给所述列控中心，并将所述有源应答器报文发送给所述应答器组；
所述应答器组用于在应答器电源信号的驱动下，将固定应答器报文和接收到的所述有源应答器报文发送；
车载设备，包括车载安全计算机、轨道电路信息接收模块和应答器信息接收模块；
所述车载安全计算机用于根据所述轨道电路信息接收模块接收到的所述轨道电路发送的所述轨道电路信号和所述应答器信息接收模块接收到的所述应答器组发送的所述固定应答器报文和所述有源应答器报文，生成目标距离连续速度控制曲线，以监控列车运行；
所述地面设备还包括调度集中系统和车站联锁设备：
所述调度集中系统用于根据接收到的操作指令，产生所述临时限速指令和调度命令，并将所述临时限速指令发送给所述临时限速服务器，以及将所述调度命令发送给所述车站联锁设备；
所述车站联锁设备用于接收所述调度集中系统发送的所述调度命令，根据所述列控中心发送的轨道区段安全信息，进行进路排列和信号显示，并将进路状态信息发送给所述列控中心和所述调度集中系统；
相应地，
所述列控中心用于根据所述临时限速服务器发送的所述临时限速命令、所述车站连锁设备发送的所述进路状态信息和所述轨道电路发送的所述轨道区段状态信息，生成所述载频低频编码信息和所述有源应答器报文。
2.根据权利要求1所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述车载设备还包括：
列车运行监控装置，用于控制所述列车行驶速度不超过160km／h。
3.根据权利要求2所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述车载设备还包括：应答器天线和轨道电路天线；
所述应答器天线用于发射所述应答器电源信号，且所述应答器信息接收模块通过所述应答器天线接收所述固定应答器报文和所述有源应答器报文；
所述轨道电路信息接收模块通过所述轨道天线接收所述轨道电路信号，并对所述轨道电路信号进行解调解码处理。
4.根据权利要求3所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述车载设备还包括：
速度传感器，用于实时获得所述列车的运行速度信息；
测速测距单元，用于根据所述速度传感器获得的所述运行速度信息，生成列车实际速度信息和列车走行距离信息。
5.根据权利要求4所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述车载设备还包括：
人机界面，用于显示所述目标距离连续速度控制曲线、所述列车实际速度信息和所述列车行走距离信息，并接收和处理输入命令，以监控所述列车运行。
6.根据权利要求3所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述应答器组包括有源应答器和无源应答器；
所述有源应答器用于接收所述地面电子单元发送的所述有源应答器报文，并在所述应答器电源信号的驱动下发送所述有源应答器报文；
所述无源应答器用于存储所述固定应答器报文，并在所述应答器电源信号的驱动下发送所述固定应答器报文。
7.根据权利要求1所述的CTCS-2级列车运行控制系统，其特征在于，所述临时限速服务器用于对接收到的临时限速指令进行处理包括：对所述临时限速指令进行存储、校验、撤销、拆分、设置、取消和临时限速设置时机的辅助提示。
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