CN114454916B - 一种兼容多系统的列控车载设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼容多系统的列控车载设备及控制方法，列控车载设备包括：第一系统车载设备和第二系统核心处理单元；所述第一系统车载设备包括第一系统核心处理单元；所述第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元连接；所述第一系统核心处理单元用于在第一制式线路上对列车进行安全监控；所述第二系统核心处理单元用于在第二制式线路上对列车进行安全监控；其中，第一系统和第二系统为不同制式的系统。本发明的兼容多系统的列控车载设备及控制方法，实现了两种制式系统的高度集成，系统结构简洁，降低了系统复杂度，减小故障发生概率，提高可用性。

Description

一种兼容多系统的列控车载设备及控制方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种兼容多系统的列控车载设备及控制方法。

背景技术

当前高铁使用的CTCS(Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统)系统和地铁使用的CBTC(Communication Based Train Control System，基于通信的列车自动控制系统)系统互不兼容，装备CTCS系统车载设备的高铁列车不能在CBTC线路上运行，装备CBTC系统车载设备的地铁列车也不能在CTCS线路上运行。然而，越来越多的市场需要将CTCS线路和CBTC线路连接起来，需要列车跨线运行，即可以在CTCS线路安全运行，也可以在CBTC线路安全运行。最简单的方法就是在列车上同时装备CTCS系统车载设备和CBTC车载设备，在CTCS线路上，由CTCS系统车载设备对列车运行进行安全防护；在CBTC线路上，由CBTC系统车载设备对列车运行进行安全防护；在CTCS线路和CBTC线路的重叠区域，进行手动或自动控车权切换。但是这种方式集成度太低，不但需要列车提供很大的安装空间，而且设备成本高昂。且由于系统结构复杂，故障发生概率更高，也不易于维护。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种兼容多系统的列控车载设备，包括：

第一系统车载设备和第二系统核心处理单元；

所述第一系统车载设备包括第一系统核心处理单元；

所述第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元连接；

所述第一系统核心处理单元用于在第一制式线路上对列车进行安全监控；

所述第二系统核心处理单元用于在第二制式线路上对列车进行安全监控；

其中，第一系统和第二系统为不同制式的系统。

进一步地，所述第二系统核心处理单元基于第一系统核心处理单元转发的输入信息和输出信息，实现在第二制式线路上的安全控车。

进一步地，所述第一系统车载设备还包括人机接口单元；

所述人机接口单元为所述列控车载设备提供统一的人机接口；

所述人机接口单元支持第一系统显示规范和第二系统显示规范；

所述第一系统核心处理单元与所述人机接口单元连接；

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第一系统显示规范进行信息显示和操作交互；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第二系统显示规范进行信息显示和操作交互。

进一步地，所述第一系统核心处理单元用于实现第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元之间的控车权切换。

进一步地，所述第一系统为CTCS系统，所述第一系统车载设备为CTCS车载设备，所述第一系统核心处理单元为CTCS核心处理单元；

所述第二系统为CBTC系统，所述第二系统核心处理单元为CBTC核心处理单元；

所述第一制式为CTCS制式；

所述第二制式为CBTC制式。

进一步地，所述列控车载设备还包括：

还包括：CTCS无线传输单元和CBTC无线传输单元，

CBTC无线传输单元用于实现CBTC核心处理单元与区域控制中心ZC通过LTE网络进行无线数据传输；

CTCS无线传输单元用于实现CTCS核心处理单元和无线闭塞中心RBC通过GSM-R网络进行无线数据传输。

进一步地，当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元能够向列车输出制动命令和/或切牵引命令；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元向列车转发第二系统核心处理单元的制动命令和/或切牵引命令，实现第二系统核心处理单元对车辆的安全控制。

进一步地，第一系统核心处理单元用于实现将控车权从第一系统核心处理单元转换给第二系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元向第二系统核心处理单元发送移交控车权预告；

第二系统核心处理单元收到移交控车权预告，判断自身满足控车条件，向第一系统核心处理单元发送控车权切换确认；

第一系统核心处理单元接收到控车权切换确认后，移交控车权给第二系统核心处理单元，由第二系统核心处理单元控车。

进一步地，第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有接收到来自第二系统核心处理单元的控车权切换确认后，第一系统核心处理单元停止控车权切换，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元还用于将控车权转换给第二系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第一系统没有制动命令输出、当前速度低于第二系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

进一步地，第一系统核心处理单元用于实现将控车权从第二系统核心处理单元收回到第一系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元发送收回控车权命令到第二系统核心处理单元；

第一系统核心处理单元如果收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，则移交控车权给第一系统核心处理单元，进而第一系统核心处理单元拥有控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，第一系统核心处理单元强制收回控车权，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元还用于将控车权收回到第一系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第二系统没有制动命令输出、当前速度低于第一系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

进一步地，所述第一系统核心处理单元用于：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元软件上隔离第二系统核心处理单元，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，且第一系统核心处理单元工作状态正常时，如果第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，并施加紧急制动停车；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，第一系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，施加紧急制动停车，并进入死机状态。

进一步地，所述列控车载设备还包括自动驾驶单元ATO，

所述ATO与第一系统核心处理单元相连，在第一系统核心处理单元控车时，由第一系统核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息；

所述ATO与第二系统核心处理单元相连，在第二系统核心处理单元控车时，由第二系统核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息。

本发明还提供一种基于上述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，包括：

通过第一系统核心处理单元实现在第一制式线路上对列车进行安全监控；

通过第一系统核心处理单元发送输入信息和输出信息到所述第二系统核心处理单元，用于实现第二系统核心处理单元实现在第二制式线路上对列车进行安全监控。

进一步地，方法包括：

通过第一系统核心处理单元实现第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元之间的控车权切换。

进一步地，方法包括：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元能够向列车输出制动命令和/或切牵引命令；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元向列车转发第二系统核心处理单元的制动命令和/或切牵引命令，实现第二系统核心处理单元对车辆的安全控制。

进一步地，通过第一系统核心处理单元实现将控车权从第一系统核心处理单元转换给第二系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元向第二系统核心处理单元发送移交控车权预告；

第二系统核心处理单元收到移交控车权预告，判断自身满足控车条件，向第一系统核心处理单元发送控车权切换确认；

第一系统核心处理单元接收到控车权切换确认后，移交控车权给第二系统核心处理单元，由第二系统核心处理单元控车。

进一步地，第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有接收到来自第二系统核心处理单元的控车权切换确认后，第一系统核心处理单元停止控车权切换，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元还用于将控车权转换给第二系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第一系统没有制动命令输出、当前速度低于第二系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

进一步地，通过第一系统核心处理单元实现将控车权从第二系统核心处理单元收回到第一系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元发送收回控车权命令到第二系统核心处理单元；

如果收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，则移交控车权给第一系统核心处理单元，进而第一系统核心处理单元拥有控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，第一系统核心处理单元强制收回控车权，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

进一步地，第一系统核心处理单元还用于将控车权收回到第一系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第二系统没有制动命令输出、当前速度低于第一系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

进一步地，所述第一系统核心处理单元用于：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元软件上隔离第二系统核心处理单元，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，且第一系统核心处理单元工作状态正常时，如果第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，并施加紧急制动停车；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，第一系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，施加紧急制动停车，并进入死机状态。

进一步地，方法包括：

通过操作人机界面单元实现第一系统核心处理单元与第二系统核心处理单元的控车权切换；和/或

根据地面设备接收的等级切换命令，由第一系统核心处理单元自动实现第一系统核心处理单元与第二系统核心处理单元的控车权切换。

进一步地，地面线路包含第一制式区域和第二制式区域，在第一制式区域和第二制式区域的相邻区域设置第一制式和第二制式重叠区，重叠区同时布置第一制式地面设备和第二制式地面设备；

所述控制方法包括:

在重叠区，第一系统核心处理单元接收第一制式地面设备的地面信息，第二系统核心处理单元接收第二制式地面设备的地面信息；

重叠区的地面设备能够发送等级切换命令，车载设备根据等级切换命令实现控车权切换。

进一步地，地面线路包含第一制式区域和第二制式区域，在第一制式区域和第二制式区域的相邻区域分别设置第二制式预告区和第一制式预告区，第一制式地面设备与第二制式地面设备建立连接，互相可以获取对方至少一个制动距离的地面信息；

所述控制方法包括:

列车从第一制式区域进入第二制式区域前，经过所述第二制式预告区时，第一系统地面设备将从第二系统地面设备获取的第二制式区域的地面信息并发送给车载设备；

车载设备根据第一制式区域的地面信息和第二制式区域的地面信息确定列车速度，在第一制式区域和第二制式区域边界进行控车权切换，实现由第二系统核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行；和/或

列车从第二制式区域进入第一制式区域前，经过所述第一制式预告区时，第二系统地面设备将从第一系统地面设备获取的第一制式区域的地面信息并发送给车载设备；

车载设备根据第二制式区域的地面信息和第一制式区域的地面信息确定列车速度，在第一制式区域和第二制式区域边界进行控车权切换，实现由第一系统核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行。

本发明的兼容多系统的列控车载设备及控制方法，实现了两种制式车载系统的高度集成，特备是针对CTCS系统和CBTC系统的高度集成，系统结构简洁，降低了系统复杂度，减小故障发生概率，提高可用性。同时，降低设备成本，减小设备体积，便于设备安装。进一步地，实现CTCS系统和CBTC系统控车权的自动切换，支持在CTCS线路和CBTC线路的跨线运行，提高运行效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的兼容多系统的列控车载设备结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的从CTCS控车向CBTC控车的切换过程流程图；

图3示出了根据本发明实施例的从CBTC控车向CTCS控车的切换过程流程图；

图4示出了根据本发明实施例的具有ATO功能的兼容多系统的列控车载设备结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的一种线路区域布置示意图；

图6示出了根据本发明实施例的另一种线路区域布置示意图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种兼容多系统的列控车载设备(简称列控车载设备)，包括：第一系统车载设备和第二系统核心处理单元；第一系统车载设备包括第一系统核心处理单元；第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元连接；第一系统核心处理单元用于在第一制式线路上对列车进行安全监控；第二系统核心处理单元用于在第二制式线路上对列车进行安全监控；其中，第一系统和第二系统为不同制式的系统。

本发明实施例以兼容CTCS和CBTC两种不同制式的列控车载设备为例进行说明。具体地，第一系统为CTCS系统，第一系统车载设备为CTCS车载设备，第一系统核心处理单元为CTCS核心处理单元；第二系统为CBTC系统，第二系统核心处理单元为CBTC核心处理单元；第一制式为CTCS制式；第二制式为CBTC制式。

进一步地，第二系统核心处理单元基于第一系统核心处理单元转发的输入信息和输出信息，实现在第二制式线路上的安全控车。

第一系统车载设备还包括人机接口单元；人机接口单元为所述列控车载设备提供统一的人机接口；人机接口单元支持第一系统显示规范和第二系统显示规范；所述第一系统核心处理单元与所述人机接口单元连接；当第一系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第一系统显示规范进行信息显示和操作交互；当第二系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第二系统显示规范进行信息显示和操作交互。

第一系统核心处理单元用于实现第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元之间的控车权切换。

本发明不限于这两种制式车载设备，也可以以相同的原理对其他制式的车载系统进行融合。优选地，兼容CBTC制式和CTCS制式的列控车载设备能够运行与大铁和城市轨道交通线路环境中，满足大部分线路场景的兼容运行。

CBTC核心处理单元作为一个独立模块，布置于CTCS系统车载设备之中，CBTC核心处理单元拥有独立的通信模块，通过LTE(Long Term Evolution，通用移动通信技术的长期演进)网络与地面设备ZC(Zone Controller,区域控制中心)进行数据通信。除此之外，CBTC核心处理单元控车所需的所有输入、输出信息均通过CTCS核心处理单元实现，支持CBTC核心处理单元安全控车。CTCS核心处理单元或CBTC核心处理单元从外部收到控车权切换命令时，均由CTCS核心处理单元实现控车权切换。

如图1所述，列控车载设备包括CTCS核心处理单元、CBTC核心处理单元、CTCS无线传输单元、CBTC无线传输单元、人机接口单元(Driver Machine Interface，DMI)、数据记录单元、轨道电路信息处理单元、应答器信息处理单元、测速测距单元、列车接口单元、制动接口单元。其中，除CBTC核心处理单元和CBTC无线传输单元之外，其余部分为CTCS系统车载设备必备组件。

具体地，CTCS核心处理单元基于列车数据和地面信息，实现列车安全监控的核心逻辑。CTCS无线传输单元、制动接口单元、轨道电路信息处理单元、应答器信息处理单元、测速测距单元、人机接口单元、数据记录单元、列车接口单元和CBTC核心处理单元均与CTCS核心处理单元连接。

CTCS无线传输单元用于实现CTCS核心处理单元和无线闭塞中心RBC通过GSM-R网络进行无线数据传输。

应答器信息处理单元用于接收地面应答器报文。

轨道电路信息处理单元用于接收轨道电路信息。

测速测距单元能够基于速度传感器(速传)、雷达等采集的传感数据计算列车位置、速度和方向。

人机接口单元用于实现CTCS核心处理单元/CBTC核心处理单元和司机的人机交互。

数据记录单元用于记录CTCS核心处理单元和CBTC核心处理单元的运行数据。

列车接口单元用于采集列车接口输入信息。

制动接口单元用于CTCS核心处理单元和CBTC核心处理单元向列车输出制动命令。

为了兼容CBTC系统，在CTCS系统车载设备中，增设CBTC核心处理单元和CBTC无线传输单元。CBTC无线传输单元是CBTC核心处理单元与ZC通过LTE网络无线数据交互的通信单元。CBTC核心处理单元实现CBTC系统车载设备核心功能，在CBTC线路上，由CBTC核心处理单元对列车进行安全监控。CBTC核心处理单元与CTCS核心处理单元建立双向通信，通过CTCS核心处理单元接收应答器数据、速度位置信息、列车接口信息、司机操作信息等输入信息；CBTC核心处理单元通过CTCS核心处理单元，向列车输出制动、切牵引等命令，向DMI输出控车信息。

在列控车载设备中，CTCS核心处理单元处于主导地位，CBTC核心处理单元处于从属地位。

列控车载设备具有一个统一的人机接口单元，司机通过人机接口单元对车载设备进行操作，通过人机接口单元查看列车运行状态、前方线路信息等。DMI支持CTCS显示规范(第一系统显示规范)和CBTC显示规范(第二系统显示规范)，同时和CTCS核心处理单元、CBTC核心处理单元建立通信连接，并交互数据。具体地，人机接口单元直接与CTCS核心处理单元连接。人机接口单元与CBTC核心处理单元的数据交互是通过CTCS核心处理单元转发的。当CTCS核心处理单元处于控车状态时，DMI根据CTCS显示规范进行信息显示和操作交互；当CBTC核心处理单元处于控车状态时，DMI根据CBTC显示规范进行信息显示和操作交互。当CTCS核心处理单元和CBTC核心处理单元切换控车权时，根据拥有控车权的核心处理单元标记，DMI也随之自动切换信息显示和操作交互方式。

列控车载设备从地面设备收到控车权切换命令，或司机输入控车权切换命令，或CTCS核心处理单元检测到需要切换控车权的事件，由CTCS核心处理单元主导控车权切换过程，实现控车权在CTCS核心处理单元和CBTC核心处理单元的控车权切换。

在CTCS线路上，由CTCS核心处理单元控车，在CBTC线路上，由CBTC核心处理单元控车。当CTCS核心处理单元处于控车状态时，CTCS核心处理单元能够向列车输出制动命令和/或切牵引命令等，CTCS核心处理单元不向列车转发CBTC核心处理单元的制动、切牵引等命令；当CBTC核心处理单元处于控车状态时，CTCS核心处理单元向列车转发CBTC核心处理单元的制动、切牵引等命令，实现CBTC核心处理单元对车辆的安全控制。

CTCS核心处理单元将控车权转换给CBTC核心处理单元的过程如图2所示。CTCS核心处理单元拥有控车权的情况下，收到切换命令时，首先判断是否满足切换控车权的条件：只有当CTCS核心处理单元工作状态正常、CBTC核心处理单元工作状态正常、当前CTCS没有制动命令输出、当前速度低于CBTC系统允许速度、当前处于允许切换控车权的CTCS工作模式时，才进行控车权切换。示例性地，调车模式不允许切换控车权，完全模式、部分模式等其他模式允许切换控车权。切换过程如图2所示，CTCS核心处理单元向CBTC核心处理单元发送移交控车权预告，CBTC核心处理单元接收到移交控车权预告后返回确认，CTCS核心处理单元接收到控车权切换确认后，移交控车权给CBTC核心处理单元，由CBTC核心处理单元控车。进而，CBTC核心处理单元拥有控车权。

CBTC核心处理单元将控车权转换给CTCS核心处理单元的过程如图3所示。CBTC核心处理单元拥有控车权的情况下，CTCS核心处理单元收到切换命令时，首先判断是否满足切换控车权的条件：只有当CTCS核心处理单元工作状态正常、CBTC核心处理单元工作状态正常、当前CBTC没有制动命令输出、当前速度低于CTCS系统允许速度、当前处于允许切换控车权的CTCS工作模式时，按图3切换控车权。示例性地，CTCS核心处理单元发送收回控车权命令到CBTC核心处理单元，如果收到CBTC核心处理单元发送的移交控车权确认，则移交控车权给CTCS核心处理单元，进而CTCS核心处理单元拥有控车权。如果在规定时间内，没有收到来自CBTC核心处理单元的移交控车权确认，CTCS核心处理单元认为CBTC核心处理单元进入故障状态，CTCS核心处理单元强制收回控车权，软件(运行在各核心处理单元上的软件)上隔离CBTC核心处理单元，即不再向CBTC核心处理单元转发控车信息，也不再向CBTC核心处理单元移交控车权。其中，转发的控车信息包括从外部输入的用于控制列车的信息，和CBTC核心处理单元输出的控制命令。

本发明实施例中，为了支持CBTC核心处理单元控车，CTCS核心处理单元为CBTC核心处理单元转发所有所需的输入和输出的控车信息。即CTCS核心处理单元把所有外部输入信息实时准确传递给CBTC核心处理单元，将CBTC核心处理单元的控制命令输出到列车和DMI。具体地，CTCS核心处理单元与CBTC核心处理单元采用总线通信，提高通信容量和实时性。CTCS核心处理单元为CBTC核心处理单元提供加工处理后的信息，例如速度、加速度等，减小通信数据量，避免CBTC核心处理单元二次处理数据，提高工作效率；CTCS核心处理单元与CBTC核心处理单元之间制定安全通信协议，保证数据传输准确、及时，在检测到通信故障时，采用安全措施。

当CTCS核心处理单元处于控车状态时，CTCS核心处理单元发生故障，系统进入死机状态，并施加紧急制动停车。

当CTCS核心处理单元处于控车状态时，CBTC核心处理单元发生故障，CTCS核心处理单元软件上隔离CBTC核心处理单元，即不再为CBTC核心处理单元转发输出和输入的控车信息，也不再向CBTC核心处理单元移交控车权。

当CBTC核心处理单元处于控车状态，且CTCS核心处理单元工作状态正常时，如果CBTC核心处理单元发生故障，CTCS核心处理单元按图3收回控车权，并施加紧急制动停车。

当CBTC核心处理单元处于控车状态，CTCS核心处理单元发生故障，CTCS核心处理单元按图3收回控车权，施加紧急制动停车，并进入死机状态。

本发明实施例在CTCS核心处理单元、CBTC核心处理单元处于故障、正常、控车、非控车的各种场景下，定义每一种场景下的处理措施，保证行车安全。

图2和图3的控车权切换过程中的信息交互，可以是软件层面的消息交互，也可以是硬件层面的I/O信息交互，例如通过继电器的吸起/落下实现信息交互。

进一步地，列控车载系统还集成了自动驾驶功能，如图4所示，列控车载系统中设置自动驾驶单元ATO(Automatic Train Operation)，自动驾驶单元与CTCS核心处理单元相连，在CTCS核心处理单元控车时，由CTCS核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息，通过CTCS核心处理单元与人机接口单元交互信息，指导司机进行驾驶，并向司机显示自动驾驶相关信息。自动驾驶单元与CBTC核心处理单元相连，在CBTC核心处理单元控车时，由CBTC核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息，通过CBTC核心处理单元与人机接口单元交互信息，指导司机进行驾驶，并向司机显示自动驾驶相关信息。自动驾驶单元ATO通过无线与地面临时限速服务器TSRS(Temporary Speed Restriction)相连，从临时限速服务器TSRS获取运行计划、线路数据等信息。自动驾驶单元ATO与列车相连，在自动驾驶状态下，采集列车信息，并向列车输出牵引、制动等级等命令，对列车自动加速、减速或惰行，实现列车自动运行。

本发明实施例中，列控车载设备可以通过两种方式实现控车权切换。第一：通过操作人机界面单元实现CTCS核心处理单元与CBTC核心处理单元的控车权切换；第二，根据地面设备接收的等级切换命令，由CTCS核心处理单元自动实现CTCS核心处理单元与CBTC核心处理单元的控车权切换。

为实现本发明的列车控车权切换，可以通过地面设备发送切换命令或列控车载设备识别切换条件。示例性地，本发明实施例中可以通过地面线路布置方案来支持列控车载设备的控车权切换过程。

示例性地，如图5所示，地面线路包含CTCS区域(即CTCS线路/第一制式区域)和CBTC区域(即CBTC线路/第二制式区域)，在CTCS区域和CBTC区域的相邻区域设置CTCS和CBTC重叠区(第一制式和第二制式重叠区)，重叠区同时布置CTCS地面设备和CBTC地面设备。在重叠区，CTCS核心处理单元从CTCS地面设备接收CTCS地面信息，CBTC核心处理单元从CBTC地面设备接收CBTC地面信息；重叠区的地面设备能够发送等级切换命令，车载设备根据等级切换命令实现控车权切换。

在另外的实例中，地面线路包含CTCS区域和CBTC区域，如图6所示。在CTCS区域和CBTC区域的相邻区域分别设置CBTC预告区和CTCS预告区，其中，CBTC预告区设置在CTCS区域中邻接CBTC区域的区域，CTCS预告区设置在CBTC区域中邻接CSTC区域的区域。CTCS地面设备与CBTC地面设备建立连接，互相可以获取对方至少一个制动距离的地面信息，以实现列车高速通过区域边界，进入下一区域。具体地，当进入下一区域出现异常时，也可以在制动距离内安全停车，如果无异常，则可以高速通过。列车从CTCS区域进入CBTC区域前，经过CBTC预告区时，CTCS地面设备将从CBTC地面设备获取的CBTC区域的地面信息并发送给车载设备；车载设备根据CTCS区域的地面信息和CBTC区域的地面信息确定列车速度，在CTCS区域和CBTC区域边界进行控车权切换，实现由CBTC核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行；列车从CBTC区域进入CTCS区域前，经过CTCS预告区时，CBTC地面设备将从CTCS地面设备获取的CTCS区域的地面信息并发送给车载设备；车载设备根据CBTC区域的地面信息和CTCS区域的地面信息确定列车速度，在CTCS区域和CBTC区域边界进行控车权切换，实现由CTCS核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行。根据地面信息确定列车速度，能够实现列车不停车或不降速通过区域边界。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种兼容多系统的列控车载设备的控制方法，用于对上述列控车载设备进行控制，具体控制过程可以从上述的兼容多系统的列控车载设备得出，不再赘述。

本发明实施例的兼容多系统的列控车载设备，共用大多数外部接口，能够避免集成设备的体积明显增大问题，便于安装维护；与CTCS和CBTC两种独立设备集成在一起相比，本方案集成度高，设备故障概率低，设备成本降低。

进一步地，本发明的列控车载设备灵活易扩展，CTCS核心处理单元、CBTC核心处理单元可以作为软件单元同时布置在一块硬件板卡中，通过虚拟总线进行通信；也可以分别布置在不同的硬件板卡中，通过板卡间真实的总线进行通信。CTCS核心处理单元作为管理者，可以是一个独立CBTC核心处理单元，实现CBTC制式控车，还可以进行扩展，使用带LKJ(列车运行监控装置)等功能的其他列控系统核心处理单元，实现LKJ等制式控车。由于两种制式的核心处理单元共用外部输入输出接口，并不增加设备体积，不会显著增加设备成本。另外，基于两个核心处理单元的通信功能，还可以根据新的控车权切换流程实现数据交互，完成控车权切换。

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：其依然可以对前述各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 (25)

1.一种兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，包括：

第一系统车载设备和第二系统核心处理单元；

所述第一系统车载设备包括第一系统核心处理单元；

所述第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元连接；

所述第一系统核心处理单元用于在第一制式线路上对列车进行安全监控；

所述第二系统核心处理单元用于在第二制式线路上对列车进行安全监控；所述第二系统核心处理单元基于第一系统核心处理单元转发的输入信息和输出信息，实现在第二制式线路上的安全控车；所述第一系统核心处理单元用于实现第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元之间的控车权切换；

其中，第一系统和第二系统为不同制式的系统；所述第一系统为CTCS系统，所述第一系统车载设备为CTCS车载设备，所述第一系统核心处理单元为CTCS核心处理单元；所述第二系统为CBTC设备，所述第二系统核心处理单元为CBTC核心处理单元；所述第一制式为CTCS制式；所述第二制式为CBTC制式。

2.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

所述第一系统车载设备还包括人机接口单元；

所述人机接口单元为所述列控车载设备提供统一的人机接口；

所述人机接口单元支持第一系统显示规范和第二系统显示规范；

所述第一系统核心处理单元与所述人机接口单元连接；

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第一系统显示规范进行信息显示和操作交互；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，人机接口单元根据第二系统显示规范进行信息显示和操作交互。

3.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，还包括：CTCS无线传输单元和CBTC无线传输单元，

CBTC无线传输单元用于实现CBTC核心处理单元与区域控制中心ZC通过LTE网络进行无线数据传输；

CTCS无线传输单元用于实现CTCS核心处理单元和无线闭塞中心RBC通过GSM-R网络进行无线数据传输。

4.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元能够向列车输出制动命令和/或切牵引命令；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元向列车转发第二系统核心处理单元的制动命令和/或切牵引命令，实现第二系统核心处理单元对车辆的安全控制。

5.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元用于实现将控车权从第一系统核心处理单元转换给第二系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元向第二系统核心处理单元发送移交控车权预告；

第二系统核心处理单元收到移交控车权预告，判断自身满足控车条件，向第一系统核心处理单元发送控车权切换确认；

第一系统核心处理单元接收到控车权切换确认后，移交控车权给第二系统核心处理单元，由第二系统核心处理单元控车。

6.根据权利要求5所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有接收到来自第二系统核心处理单元的控车权切换确认后，第一系统核心处理单元停止控车权切换，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

7.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元还用于将控车权转换给第二系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第一系统没有制动命令输出、当前速度低于第二系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

8.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元用于实现将控车权从第二系统核心处理单元收回到第一系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元发送收回控车权命令到第二系统核心处理单元；

第一系统核心处理单元如果收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，则移交控车权给第一系统核心处理单元，进而第一系统核心处理单元拥有控车权。

9.根据权利要求8所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，第一系统核心处理单元强制收回控车权，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

10.根据权利要求8所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，

第一系统核心处理单元还用于将控车权收回到第一系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第二系统没有制动命令输出、当前速度低于第一系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

11.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，所述第一系统核心处理单元用于：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元软件上隔离第二系统核心处理单元，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，且第一系统核心处理单元工作状态正常时，如果第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，并施加紧急制动停车；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，第一系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，施加紧急制动停车，并进入死机状态。

12.根据权利要求1所述的兼容多系统的列控车载设备，其特征在于，还包括自动驾驶单元ATO，

所述ATO与第一系统核心处理单元相连，在第一系统核心处理单元控车时，由第一系统核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息；

所述ATO与第二系统核心处理单元相连，在第二系统核心处理单元控车时，由第二系统核心处理单元向ATO提供自动驾驶信息。

13.一种基于权利要求1-12中任一项所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，包括：

通过第一系统核心处理单元实现在第一制式线路上对列车进行安全监控；

通过第一系统核心处理单元发送输入信息和输出信息到所述第二系统核心处理单元，

用于实现第二系统核心处理单元实现在第二制式线路上对列车进行安全监控。

14.根据权利要求13所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，包括：

通过第一系统核心处理单元实现第一系统核心处理单元和第二系统核心处理单元之间的控车权切换。

15.根据权利要求14所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，包括：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元能够向列车输出制动命令和/或切牵引命令；

当第二系统核心处理单元处于控车状态时，第一系统核心处理单元向列车转发第二系统核心处理单元的制动命令和/或切牵引命令，实现第二系统核心处理单元对车辆的安全控制。

16.根据权利要求14所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，通过第一系统核心处理单元实现将控车权从第一系统核心处理单元转换给第二系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元向第二系统核心处理单元发送移交控车权预告；

第二系统核心处理单元收到移交控车权预告，判断自身满足控车条件，向第一系统核心处理单元发送控车权切换确认；

第一系统核心处理单元接收到控车权切换确认后，移交控车权给第二系统核心处理单元，由第二系统核心处理单元控车。

17.根据权利要求16所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有接收到来自第二系统核心处理单元的控车权切换确认后，第一系统核心处理单元停止控车权切换，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

18.根据权利要求16所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

第一系统核心处理单元还用于将控车权转换给第二系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第一系统没有制动命令输出、当前速度低于第二系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

19.根据权利要求14所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

通过第一系统核心处理单元实现将控车权从第二系统核心处理单元收回到第一系统核心处理单元，包括：

第一系统核心处理单元发送收回控车权命令到第二系统核心处理单元；

如果收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，则移交控车权给第一系统核心处理单元，进而第一系统核心处理单元拥有控车权。

20.根据权利要求19所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

第一系统核心处理单元如果在规定时间内没有收到第二系统核心处理单元发送的移交控车权确认，第一系统核心处理单元强制收回控车权，并判定第二系统核心处理单元进入故障状态，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权。

21.根据权利要求19所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

第一系统核心处理单元还用于将控车权收回到第一系统核心处理单元之前，判断是否满足切换控车权的条件：

只有当第一系统核心处理单元工作状态正常、第二系统核心处理单元工作状态正常、当前第二系统没有制动命令输出、当前速度低于第一系统允许速度、当前处于允许切换控车权的第一系统工作模式时，才进行控车权切换。

22.根据权利要求14所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，所述第一系统核心处理单元用于：

当第一系统核心处理单元处于控车状态时，第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元软件上隔离第二系统核心处理单元，不再为第二系统核心处理单元转发控车信息，且不再向第二系统核心处理单元移交控车权；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，且第一系统核心处理单元工作状态正常时，如果第二系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，并施加紧急制动停车；和/或

当第二系统核心处理单元处于控车状态，第一系统核心处理单元发生故障，第一系统核心处理单元收回控车权，施加紧急制动停车，并进入死机状态。

23.根据权利要求14-22中任一项所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，包括：

通过操作人机界面单元实现第一系统核心处理单元与第二系统核心处理单元的控车权切换；和/或

根据地面设备接收的等级切换命令，由第一系统核心处理单元自动实现第一系统核心处理单元与第二系统核心处理单元的控车权切换。

24.根据权利要求14-22中任一项所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

地面线路包含第一制式区域和第二制式区域，在第一制式区域和第二制式区域的相邻区域设置第一制式和第二制式重叠区，重叠区同时布置第一制式地面设备和第二制式地面设备；

所述控制方法包括:

在重叠区，第一系统核心处理单元接收第一制式地面设备的地面信息，第二系统核心处理单元接收第二制式地面设备的地面信息；

重叠区的地面设备能够发送等级切换命令，车载设备根据等级切换命令实现控车权切换。

25.根据权利要求14-22中任一项所述的兼容多系统的列控车载设备的控制方法，其特征在于，

地面线路包含第一制式区域和第二制式区域，在第一制式区域和第二制式区域的相邻区域分别设置第二制式预告区和第一制式预告区，第一制式地面设备与第二制式地面设备建立连接，互相可以获取对方至少一个制动距离的地面信息；

所述控制方法包括:

列车从第一制式区域进入第二制式区域前，经过所述第二制式预告区时，第一系统地面设备将从第二系统地面设备获取的第二制式区域的地面信息并发送给车载设备；

车载设备根据第一制式区域的地面信息和第二制式区域的地面信息确定列车速度，在第一制式区域和第二制式区域边界进行控车权切换，实现由第二系统核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行；和/或

列车从第二制式区域进入第一制式区域前，经过所述第一制式预告区时，第二系统地面设备将从第一系统地面设备获取的第一制式区域的地面信息并发送给车载设备；

车载设备根据第二制式区域的地面信息和第一制式区域的地面信息确定列车速度，在第一制式区域和第二制式区域边界进行控车权切换，实现由第一系统核心处理单元控车，并控制列车不停车跨区域运行。

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