提高ctcs-3列控系统安全性的方法

专利名称：提高ctcs-3列控系统安全性的方法
技术领域：
本发明属于铁路安全运行控制技术领域，尤其涉及一种提高CTCS-3列控系统安 全性的方法。
背景技术：
随着2008年8月1日京津客运专线的开通，在短短两年时间里，我国有多条时 速超过300km/h的客运专线相继投入运营，这标志着我国已经步入高速列车强国的行 列。为了适应高速列车发展的需要，我国制定了 “中国列车控制系统CTCS(ChineSe Train Control System)发展规划”，结合中国列车控制现状及未来发展需要，将中国列车控制系 统分为CTCS-O至CTCS-4五级。其中CTCS-2适用于控制时速200km/h 250km/h线路的 列车，CTCS-3适用于控制时速350km/h及以上线路的列车。CTCS-3和CTCS-2是两种不同类型的列车运行控制系统，二者在传输方式、控制原 理、设备构成等方面存在很大差异。CTCS-2是一种基于轨道电路传输信息的分散式列车控 制系统；CTCS-3则是一种基于GSM-R传输信息的集中式列车控制系统。CTCS-2列控系统是基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息，并采 用目标距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统，它包括地面设备和车载设备。 地面设备包括车站列控中心(TCC)，轨道电路(TC)，轨旁电子单元(LEU)和有源应答器 (Variable-Data Balise)，区间无源应答器(Fixed-Data Balise)。车载设备包括安全计算 机(VC-U)、轨道电路信息接收单元(TCR)、应答器传输模块(BTM)、人机界面(DMI)、记录单 元(JRU-以)，机车接口单元(TIU)，测速单元(SDU)，监控装置(LKJ)。地面设备由轨道电路、 车站电码化设备传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。动车 组车载设备根据地面提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数 据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行，实现一次连续式制动方式。同时，记 录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。CTCS-2适用于区间ZPW-2000 系列自动闭塞(包括UM系列)、车站计算机联锁或6502电气集中、行车指挥CTC或TDCS。CTCS-3列控系统是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输，无线闭塞中心 (RBC)生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2功 能的列车运行控制系统。CTCS-3列控系统采用固定自动闭塞，以目标距离连续速度控制模 式监控列车运行。CTCS-3级车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种控制方式，且 一般采用设备制动优先控制方式。图1是CTCS-3列控系统总体结构示意图，图1中，CTCS-3 列控系统包括地面设备和车载设备。CTCS-3列控系统的地面设备包括无线闭塞中心 (RBC)、应答器(Fixed-Data Balise)、轨旁电子单元(LEU)、轨道电路(TC)、列控中心(TCC) 和临时限速服务器(TSR Server)。CTCS-3列控系统车载设备包括安全计算机(VC-C3)、 轨道电路信息接收单元(TCR)、应答器传输模块(BTM)及应答器天线(Balise Antenna)、无 线传输模块(RTU)、人机界面(DMI)、列车接口单元(TIU)、测速测距单元(SDU)和司法记录 器(JRU-C3)。
上述CTCS-3列控系统中，地面设备的无线闭塞中心(RBC)、无源应答器 (Fixed-Data Balise)、轨道电路(TC)、列控中心(TCC)和临时限速服务器(TSR Server)组 成CTCS-3控制单元的地面部分。地面设备的有源应答器(Variable-Data Balise)、无源应 答器(Fixed-Data Balise)、轨旁电子单元(LEU)、轨道电路(TC)、列控中心(TCC)和临时限 速服务器(TSR Server)组成CTCS-2控制单元的地面部分。两个控制单元的共用部分为无 源应答器(Fixed-Data Balise)、轨道电路(TC)、列控中心(TCC)和临时限速服务器(TSR Server)。车载设备的CTCS-3安全计算机(VC-C3)、应答器传输模块(BTM)、应答器天线 (Balise Antenna)、无线传输模块(RTU)、人机界面(DMI)、列车接口单元(TIU)、测速测距 单元(SDU)和司法记录器(JRU-O)构成CTCS-3控制单元的车载部分。车载设备的CTCS-2 安全计算机(VC-C2)、司法记录器(JRU-U)、轨道电路接收单元(TCR)、应答器传输模块 (BTM)、应答器天线(Balise Antenna)、人机界面(DMI)、列车接口单元(TIU)、测速测距单 元(SDU)构成CTCS-2控制单元的车载部分。两个控制单元的车载共用部分为应答器传输 模块(BTM)、应答器天线(Balise Antenna)、人机界面(DMI)、列车接口单元(TIU)、测速测 距单元(SDU)。CTCS-3控制单元控制时速350km/h及以上线路的列车运行，CTCS-2控制单元控 制时速200km/h 250km/h线路的列车运行。通常，CTCS-3车载设备中CTCS-3控制单元 和CTCS-2控制单元同时运行，CTCS-3控制单元负责CTCS-3模式下的核心控制逻辑计算功 能；CTCS-2控制单元负责CTCS-2核心控制逻辑计算功能；两者共用DMI人机界面模块、列 车接口单元模块、测速测距模块、BTM模块、速度传感器及雷达速度传感器。CTCS-3控制单 元连接GSM-R单元，并负责系统总线管理及统一对外输出。CTCS-2车载控制单元连接轨道 电路读取器单元(TCR)，从TCR获得行车许可信息。当CTCS-2列控系统控车时，根据接收 到的轨道电路信息和应答器信息计算限速曲线，对列车速度进行监督控制，并将相关信息 显示在DMI。当CTCS-3列控系统控车时，CTCS-2控制单元仍正常接收轨道电路和应答器信 息，并根据接收到的地面信息计算限速曲线，且与列车实际运行速度进行比较，但计算和比 较结果不作为控制列车的依据和不传送DMI显示，仅作为CTCS-3控制单元的备用单元，在 CTCS-3控制单元转换到CTCS-2控制单元时，CTCS-2控制单元能马上投入控车和送DMI显 示。CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元之间的转换分为正常转换和故障转换，正常转换通 过转换点地面设置的应答器实现不停车转换；在GSM-R通信中断时，当列车运行速度降至 备用单元可控的允许速度后，车载设备自动转为CTCS-2控制单元控车。CTCS-3列控系统中的CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元相互独立控制列车，在 控制过程中彼此没有进行数据共享和数据融合。由于单一控制单元在列控数据采集、处理 及传输环节，受系统结构、传感器件限制和环境干扰的影响，存在数据的不确定性和可信度 风险，以致影响行车安全。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法，通过融合 CTCS-3列控系统中的CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元接收的数据，提高列控数据的准 确性和可行度，从而保证CTCS-3列控系统的安全性。
技术方案是，一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法，通过融合CTCS-3列控系统 中的CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元接收的列控数据实现，其特征是所述方法包括线 路描述信息融合、行车许可信息融合和临时限速数据融合；所述线路描述信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，索取 CTCS-2控制单元接收的来自有源应答器和无源应答器的线路描述信息，并与CTCS-3控制 单元接收的来自无线闭塞中心的同一区段的线路描述信息比较，如果比较结果一致，则使 用任意一个线路描述信息计算允许速度值并生成监控曲线；如果比较结果不一致，则采用 安全数据计算允许速度值并生成监控曲线；所述安全数据是两个线路描述信息中，线路限 速值低或者目标距离短的线路描述信息；所述行车许可信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，当CTCS-3 控制单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段时，并且CTCS-2控制单元给出的空闲轨 道电路区段达到上限时，则按照CTCS-3控制单元接收到的行车许可计算允许速度值并生 成监控曲线；当CTCS-3接收到的行车许可小于或等于7个轨道电路区段，并且当CTCS-3控 制单元接收到的行车许可小于或等于CTCS-2接收到的行车许可时，则按照CTCS-3控制单 元接收到的行车许可计算允许速度值并生成监控曲线；当CTCS-3接收到的行车许可小于 或等于7个轨道电路区段并且当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于CTCS-2接收到的 行车许可，或者当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段并且CTCS-2 控制单元给出的空闲轨道电路区段未达到上限时，则按照CTCS-2控制单元接收到的行车 许可计算允许速度值并生成监控曲线；所述临时限速数据融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，CTCS-3 控制单元接收到临时限速报文后，索取CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，并比较 CTCS-3控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，如果 比较结果一致，则使用任意一个临时限速报文计算允许速度值；否则，使用CTCS-3控制单 元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文中的有利数据计算允 许速度值；所述有利数据是指CTCS-3控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元 接收到的临时限速报文中临时限速区长度大或者限速值小的临时限速报文。所述线路描述信息包括线路限速值、目标距离、线路坡度、轨道电路信息、进路信 息、级间切换信息及应答器位置信息。所述临时限速报文包括限速起始点、限速区长度和限速值。本发明将CTCS-3列控系统中的CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元接收到的来 自不同信号源、不同传输通道和不同计算方法的线路描述信息、行车许可信息和临时限速 数据等核心列控数据进行融合，避免了由于单一控制单元在列控数据采集、处理及传输环 节，受系统结构、传感器件限制和环境干扰的影响，存在数据的不确定性和可信度风险。利 用融合的数据计算允许速度和监控曲线，计算结果更精确、更可信、更可靠，提高了列车进 行的安全性。


图1是CTCS-3列控系统总体结构示意图；图2是CTCS-3控制单元与CTCS-2控制单元数据融合示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选示例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。列车监控的基本原理是，在列车运行过程中，利用列控系统实时计算列车的允许 速度并生成监控曲线，同时获得列车实际运行速度，将允许速度和实际运行速度比较，如果 实际运行速度小于允许速度，列车是安全的；否则，当列车实际运行速度大于允许速度，列 控系统将输出制动。在计算允许速度并生成监控曲线时，需要4类数据行车许可信息、线 路描述信息、临时限速数据和列车参数(列车的载重、长度、制动率等等)。因列车数据对每 一列车是固定的无需数据融合，而其他需要实时提供，融合能够提高列控数据的完备性。图2是CTCS-3控制单元与CTCS-2控制单元数据融合示意图。图2中，本发明提 供的提高CTCS-3列控系统安全性的方法，通过融合CTCS-3列控系统中的CTCS-3控制单元 和CTCS-2控制单元接收的数据实现。该方法包括线路描述信息融合、行车许可信息融合和 临时限速数据融合。线路描述信息包括线路限速值、目标距离、线路坡度、轨道电路信息、进路信息、级 间切换信息及应答器位置信息。CTCS-2控制单元车载设备通过读取无源应答器和有源应 答器获取线路描述信息；CTCS-3控制单元车载设备则由无线闭塞中心(RBC)经GSM-R无线 提供。二者存储线路信息的来源不同，传输的路径不同。根据可靠性理论，二者结合比对使 用，不仅能够提高了线路描述信息的正确性和可行度，而且能够大大降低共因错误发生的 概率。在本发明中，线路描述信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时， 索取CTCS-2控制单元接收的来自有源应答器和无源应答器的线路描述信息，并与CTCS-3 控制单元接收的来自无线闭塞中心的同一区段的线路描述信息比较，如果比较结果一致， 则使用任意一个线路描述信息计算允许速度值并生成监控曲线；如果比较结果不一致，则 采用安全数据计算允许速度值并生成监控曲线。其中，安全数据是两个线路描述信息中，线 路限速值低或者目标距离短的线路描述信息。比如，两个线路描述信息中，一个线路限速值 为100km/h，另一个线路限速值为80km/h，显然使用线路限速值80km/h的数据计算允许速 度，更能保证数据的安全运行。同样地，两个线路描述信息中，一个目标距离为1000km，另一 个目标距离为2000km，当然使用目标距离为IOOOkm的数据计算允许速度会更加安全。行车许可信息即移动授权，它根据列车占用情况及进路状态生成。CTCS-3控制 单元由无线闭塞中心(RBC)产生，经GSM-R发给车载设备；CTCS-2控制单元由车站列控中 心(TCC)的轨道电路编码电路产生，经轨道电路向列车提供前方空闲闭塞分区数量。RBC 和TCC产生行车许可信息，在运算处理、异常干扰、双机切换等情况下，可能导致生成错误。 错误的行车许可信息，会使允许速度值和监控曲线计算出错，影响行车安全。因此，应当将 CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元产生的行车许可进行数据融合，解决以上问题。行车许可信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，当CTCS-3控制 单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段时，并且CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电 路区段达到上限时，则按照CTCS-3控制单元接收到的行车许可计算允许速度值并生成监 控曲线。CTCS-2控制单元通过轨道电路低频信息码给出空闲轨道电路区段，当该轨道电路低频信息码为“L5”时，表明CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电路区段达到上限，即表示列 车前方至少有7个空闲的轨道电路区段，而7个空闲轨道电路的长度大于7000m，已经能够 满足350km/h列车的紧急制动距离，能够保证列车安全，所以此时使用CTCS-3控制单元接 收到的行车许可计算允许速度值并生成监控曲线即可。当CTCS-3接收到的行车许可小于或等于7个轨道电路区段，并且当CTCS-3控制 单元接收到的行车许可小于或等于CTCS-2接收到的行车许可时，则按照CTCS-3控制单元 接收到的行车许可计算允许速度值并生成监控曲线。当CTCS-3接收到的行车许可小于或 等于7个轨道电路区段并且当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于CTCS-2接收到的行 车许可时，按照CTCS-2控制单元接收到的行车许可计算允许速度值并生成监控曲线。这是 因为，当CTCS-3接收到的行车许可小于或等于7个轨道电路区段，表明空闲轨道电路的长 度已经不能满足350km/h列车的紧急制动距离的要求，此时需要使用距离短的数据计算允 许速度才能保证行车安全，因此需要选取行车许可小的数据计算允许速度。当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段并且CTCS-2控制单 元给出的空闲轨道电路区段未达到上限时，则按照CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电路 区段计算允许速度值并生成监控曲线。当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于7个轨道 电路区段时，表明空闲轨道电路的长度大于7000m，能够满足350km/h列车的紧急制动距离 的要求。但是，由于CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电路区段未达到上限时，即表示列车 前方有少于7个空闲的轨道电路区段，此时，为保证列车的安全运行，只能使用按照CTCS-2 控制单元给出的空闲轨道电路区段计算允许速度值并生成监控曲线。临时限速是指线路固定限速以外的、具有时效性的限速，包括施工、维修引起的 计划性限速，自然灾害、设备故障引起的突发性限速等。临时限速直接关系到列车运行安 全，若要正确执行临时限速，首先必须保证车载设备执行临时限速数据是正确的。数据融 合可以使临时限速减少在设置和传输方面出错的概率。CTCS-2和CTCS-3系统采用临时限 速服务器统一管理临时限速调度命令的设置、存储与执行。CTCS-2控制单元根据限速命令 由车站列控中心(TCC)实时组帧，产生临时限速报文经轨旁点子单元(LEU)和有源应答器 发送到列车；CTCS-3控制单元根据调度命令由无线闭塞中心(RBC)生成临时限速报文经 GSM-R传输到车载设备。临时限速报文包括限速起始点、限速区长度和限速值。临时限速数据融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，CTCS-3控制 单元接收到临时限速报文后，索取CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，并比较CTCS-3 控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，如果比较结 果一致，则使用任意一个临时限速报文计算允许速度值；否则，使用CTCS-3控制单元接收 到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文中的有利数据计算允许速度 值。其中，有利数据是指CTCS-3控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到 的临时限速报文中临时限速区长度大或者限速值小的临时限速报文。比如，两个临时限速 报文中，一个临时限速区长度为800m，另一个临时限速区长度为600m，为了保证安全运行， 应当使用临时限速区长度为800m的数据计算允许速度值。同样地，两个临时限速报文中， 一个临时限速值为60km/h，另一个临时限速值为45km/h，显然使用临时限速值为45km/h的 数据计算允许速度值更能保证列车的安全运行。本发明在CTCS-3列控系统计算允许速度和生成监控曲线时，将CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元接收到的线路描述信息、行车许可信息和临时限速数据进行融合，而后 计算允许速度并生成监控曲线，使得计算结果更精确、更可信、更可靠，避免了单一控制单 元受系统结构、传感器件限制和环境干扰的影响，在采集、传输和计算列控数据过程中容易 导致错误的问题，同时提高了列车运行的安全性。 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法，通过融合CTCS-3列控系统中的CTCS-3控 制单元和CTCS-2控制单元接收的数据实现，其特征是所述方法包括线路描述信息融合、行 车许可信息融合和临时限速数据融合；所述线路描述信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，索取CTCS-2控 制单元接收的来自有源应答器和无源应答器的线路描述信息，并与CTCS-3控制单元接收 的来自无线闭塞中心的同一区段的线路描述信息比较，如果比较结果一致，则使用任意一 个线路描述信息计算允许速度值并生成监控曲线；如果比较结果不一致，则采用安全数据 计算允许速度值并生成监控曲线；所述安全数据是两个线路描述信息中，线路限速值低或 者目标距离短的线路描述信息；所述行车许可信息融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，当CTCS-3控制 单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段时，并且CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电 路区段达到上限时，则按照CTCS-3控制单元接收到的行车许可计算允许速度值并生成监 控曲线；当CTCS-3接收到的行车许可小于或等于7个轨道电路区段，并且当CTCS-3控制单 元接收到的行车许可小于或等于CTCS-2接收到的行车许可时，则按照CTCS-3控制单元接 收到的行车许可计算允许速度值并生成监控曲线；当CTCS-3接收到的行车许可小于或等 于7个轨道电路区段并且当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于CTCS-2接收到的行车 许可，或者当CTCS-3控制单元接收到的行车许可大于7个轨道电路区段并且CTCS-2控制 单元给出的空闲轨道电路区段未达到上限时，则按照CTCS-2控制单元接收到的行车许可 或者CTCS-2控制单元给出的空闲轨道电路区段计算允许速度值并生成监控曲线；所述临时限速数据融合具体是当以CTCS-3控制单元控制列车运行时，CTCS-3控制 单元接收到临时限速报文后，索取CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，并比较CTCS-3 控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文，如果比较结 果一致，则使用任意一个临时限速报文计算允许速度值；否则，使用CTCS-3控制单元接收 到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到的临时限速报文中的有利数据计算允许速度 值；所述有利数据是指CTCS-3控制单元接收到的临时限速报文和CTCS-2控制单元接收到 的临时限速报文中临时限速区长度大或者限速值小的临时限速报文。
2.根据权利要求1所述的一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法，其特征是所述线路 描述信息包括线路限速值、目标距离、线路坡度、轨道电路信息、进路信息、级间切换信息及 应答器位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法，其特征是所述临时 限速报文包括限速起始点、限速区长度和限速值。
全文摘要
本发明公开了铁路安全运行控制技术领域中的一种提高CTCS-3列控系统安全性的方法。包括线路描述信息融合、行车许可信息融合和临时限速数据融合；线路描述信息融合是比较CTCS-2与CTCS-3接收的线路描述信息，当结果一致时，直接计算允许速度；否则，以安全数据计算允许速度；行车许可信息融合是当CTCS-3行车许可范围大于7个轨道电路区段时且CTCS-2给出的是空闲轨道电路区段的上限，则按照该行车许可计算允许速度；临时限速数据融合是比较CTCS-2与CTCS-3接收的临时限速报文，当结果一致时，直接计算允许速度；否则，以有利数据计算允许速度。本发明提高了计算结果的准确度和可信度，有利于列车安全运行。
文档编号B61L27/00GK102069825SQ20101059279
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者王俊峰 申请人:北京交通大学