专利名称：列车碰撞预防系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车控制系统技术领域，特别涉及一种列车碰撞预防系统。
背景技术：
目前，以高速铁路为代表的轨道交通运输正不断地向高速度、高密度方向发展。在不断提高轨道交通运输效率的同时，保证行车的安全已成为越来越突出的矛盾。轨道交通行车的安全直接关系到广大人民群众的生命安全，是轨道交通中至关重要且刻不容缓需要解决的问题。轨道交通中计算机控制系统的使用是提高行车安全和运输效率的有效手段，但此类大型控制系统(尤其是其软件系统)在功能不断提高的同时也日趋复杂。这类系统的异常或失败会给国家和广大人民群众造成不可估量的损失，因而成为我们当前迫切需要解决的问题。如近年发生的一些重大事故“7. 23”甬温线特别重大铁路交通事故，造成40人死亡、172人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371. 65万元；上海地铁10号线“9. 27”追尾事故造成260余人受伤。通过对这些重大交通事故和我国城市轨道交通现状的调查，除了人为管理上的漏洞，相应的控制系统软件是导致系统失败的主要原因，这类控制系统在技术上存在以下缺陷I、现有的中国列车控制系统CTCS (China Train Control System)仅通过列控车载系统(如自动防护系统ATP)和闭塞区机制来避免列车碰撞事故的发生。当与ATP相关的子系统出现故障和异常，如雷击致使轨道电路发生损坏等，则系统的安全保障机制将会出现大的漏洞，从而引起事故的发生。2、从系统设计的角度出发，没能把系统安全设计作为系统整体设计重要的部分考虑进去。在进行系统设计时，应当通过相应的冗余机制来消除一定的设备故障和错误，以及设备故障后导向安全。3、人机交互设计上的缺陷。CTCS的设计没有充分考虑软件系统与使用人员的高度集成。当CTCS数据采集出现问题时，仅有非常有限的区间信号机显示给列车调度人员、车辆值班员和设备维修人员，在短时间内很难让列控中心的工作人员知道地面工作系统的实际情况。由于不了解具体原因以及不可靠的有限CTCS信息，在故障发生后，列车调度人员、电务、工务和机列车司机完全处于混乱状态，CTCS人机交互的设计缺陷致使使用人员发生更大的错误，最终导致事故发生。4、在整个系统开发流程中核心软件系统和硬件系统质量控制上的漏洞。系统开发没有采取严格的高安全软件/硬件系统开发的方法和流程，缺乏质量上的保证和安全上的
审查等。
发明内容
(一)所要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种能够实时地进行列车安全监控的列车碰撞预防系统，以解决现有列车控制系统中存在的缺乏主动的安全策略、系统与使用人员的集成化程度低的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提出了一种列车碰撞预防系统，所述列车碰撞预防系统包括数据获取模块、数据分析模块、人机交互模块和数据备份模块，其中所述数据获取模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于获取来自车载系统和地面系统的实时数据，并将所述实时数据发送给所述数据分析模块及所述数据备份模块；所述数据分析模块，与所述数据获取模块、所述人机交互模块及所述数据备份模块相连接，用于接收所述数据获取模块发送的实时数据，根据所述实时数据计算出列车的运行轨迹，并根据所述列车的运行轨迹获取列车的碰撞预警信息，同时将所述列车的运行轨迹发送给所述数据备份模块，并将所述列车的碰撞预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的碰撞预警信息，同时接收列车控制指令，并将所述列车控制指令发送给所述数据备份模块；所述数据备份模块，与所述数据获取模块、所述数据分析模块及所述人机交互模块相连接，用于接收并存储所述数据获取模块发送的实时数据、所述数据分析模块发送的列车的运行轨迹以及所述人机交互模块发送的列车控制指令。可选的，所述实时数据包括列车的绝对方位、列车的速度、线路纵断面数据、轨道数据、道桥隧的位置以及限速信息中的至少一种。可选的，所述数据分析模块还用于根据所述列车的运行轨迹获取列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息，并将所述列车的超速预警信息和/或所述路线偏离预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块还用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息。可选的，所述人机交互模块进一步包括指令测试子模块，所述指令测试子模块用于接收预指令，并计算所述预指令的执行结果。可选的，所述列车控制指令包括行车指令和地面系统控制指令。可选的，所述预指令包括行车指令和地面系统控制指令。(三)有益效果本发明提出的列车碰撞预防系统，将弥补我国现有的列车控制系统在安全上的缺陷。与现有技术相比，该系统具有如下优点I、主动的安全策略。在列车运行时，对列车运行、地面系统等实时数据进行安全分析，积极主动地搜寻列车潜在风险。特别是提前预警将要发生的列车碰撞，为列控人员提供足够的时间和有效的方法实施安全导向，避免事故的发生。2、系统使用人员的行为与系统的完整性、安全性的高度集成。在车站列控中心，为中央控制人员提供更加易于理解和使用的人机交互界面，更易于控制人员进行调度和安全管理。这将最大程度地减少人为错误的发生和降低列车运行事故，并且发展一套可容错并导向安全的系统。在错误发生或危险产生时，整体的安全管理策略和优化的人机集成系统将系统导向安全。3、范围更广、更完整、及时、有效地实施列车安全运行保护。传统的CTCS仅以ATP为基础的闭塞区机制来实施安全保护，而本发明则对所有在运行的机车以及它们之间的动态状况进行安全分析。·
图I是本发明提出的列车碰撞预防系统的体系架构示意图。图2是本发明提出的列车碰撞预防系统的结构示意图。图3是本发明一种实施例中人机交互模块显示的碰撞预警示意图。
具体实施例方式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。本发明提出的列车碰撞预防系统基于中国列车控制系统，但独立于ATP系统，为行车安全提供进一步的保护。该系统的体系架构如图I所示，图中的虚线部分为将要扩展的功能的主要部分。所述列车碰撞预防系统将依据地面系统和车载系统所提供的实时数据，其中包括列车实时的绝对方位、速度、线路纵断面数据、轨道数据、道桥隧的位置、长期或临时限速等重要信息，实时地计算出列车的运行轨迹。通过所得到的列车的运行轨迹，计算出列车之间可能发生的碰撞以及机车超速、偏离计划的行车路线等重要的预警信息。从而为车站列控中心提供及时的预警并为列车的调度决策提供依据，避免列车碰撞事故的发生和保证列车按计划运行。在车站列控中心，该系统为中央控制人员提供更加易于理解和使用的人机交互界面。同时也能够使中央控制人员在发出实际控制指令前，测试他们将要发出的行车指令和地面系统控制指令。在确保满足行车安全和不会发生列车碰撞的情况下，中央控制人员给予列车司机和地面系统实际的控制指令。同时系统将自动备份中央控制人员发出的列车控制指令以及核心的、安全相关的数据，为系统诊断和安全分析提供依据。本发明提出的列车碰撞预防系统具体包括数据获取模块、数据分析模块、人机交互模块和数据备份模块，如图2所示，其中所述数据获取模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于获取来自车载系统和地面系统的实时数据，并将所述实时数据发送给所述数据分析模块及所述数据备份模块；所述数据分析模块，与所述数据获取模块、所述人机交互模块及所述数据备份模块相连接，用于接收所述数据获取模块发送的实时数据，根据所述实时数据计算出列车的运行轨迹，并根据所述列车的运行轨迹获取列车的碰撞预警信息，同时将所述列车的运行轨迹发送给所述数据备份模块，并将所述列车的碰撞预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的碰撞预警信息，同时接收列车控制指令，并将所述列车控制指令发送给所述数据备份模块；所述数据备份模块，与所述数据获取模块、所述数据分析模块及所述人机交互模块相连接，用于接收并存储所述数据获取模块发送的实时数据、所述数据分析模块发送的列车的运行轨迹以及所述人机交互模块发送的列车控制指令。优选的，所述实时数据包括列车的绝对方位、列车的速度、线路纵断面数据、轨道数据、道桥隧的位置以及限速信息中的至少一种。优选的，所述数据分析模块还用于根据所述列车的运行轨迹获取列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息，并将所述列车的超速预警信息和/或所述路线偏离预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块还用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息。优选的，所述人机交互模块进一步包括指令测试子模块，所述指令测试子模块用于接收预指令，并计算所述预指令的执行结果。所述列车控制指令包括行车指令和地面系统控制指令。所述预指令包括行车指令和地面系统控制指令。数据获取模块主要收集、处理和缓存来自车载系统和地面系统的数据，包括实时的列车运行情况、相关的轨道信息等。数据分析模块依据数据获取模块的信息，计算出列车的运行轨迹，探测出列车之间可能发生的碰撞以及机车超速等预警信息。人机交互模块接受中央控制人员发出的列车控制指令，显示可能发生的碰撞以及机车超速等重要的预警信息；同时也提供测试将要发出的预指令的功能。在中央控制人员要求列车司机在某一轨道以某一速度运行前，可在指令测试子模块中测试预指令是否将会导致列车之间可能发生的碰撞和其他的安全隐患。在确认一切安全后，中央控制人员给予列车司机控制指令，并通过人机交互模块确认并记录该指令的发生。列车之间将要发生的碰撞，即每一对撞车是数据分析模块的结果，通过人机交互界面进行显示。在本发明的一个实施例中，人机交互界面显示的碰撞预警图如图3所示，其中显示了三对将要发生的列车碰撞。横坐标表示两车之间的最短距离，纵坐标表示撞车将会发生的最短时间。三对碰撞中，I号追尾为最紧急的预警，表示在2分钟后将发生列车D301追尾列车D3115，现在两车相距4千米；其次紧急的预警是2号对撞，列车D218对撞D3010将在3分钟后发生，现在两车相距6千米；3号追尾将在7分钟后发生，列车D306追尾列车D3116，现在两车相距7千米。中央控制人员看到这些潜在的撞车后，可以提前采取相应的措施，如实时的调整车辆的调度和运行，避免事故的发生。中央控制人员在发出实际的控制指令前，可测试他们将要发出的行车指令和地面系统控制指令，即预指令。指令测试子模块将根据列车和地面系统的实时情况，分析这些预指令；对于可能造成的危险或潜在的撞车也将会显示类似图3的信息。中央控制人员则可根据实际的情况，调整或取消他们的预指令，从而有效和安全地调度车辆的运行。数据备份模块将实时地自动接收并存储机车、轨道、信号、中央控制人员所发出的列车控制指令以及列车的运行轨迹等信息。备份的这些重要历史信息将便于对系统各部分的故障诊断，并为系统安全分析和系统的不断完善提供有效的依据。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种列车碰撞预防系统，其特征在于，所述列车碰撞预防系统包括数据获取模块、数据分析模块、人机交互模块和数据备份模块，其中所述数据获取模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于获取来自车载系统和地面系统的实时数据，并将所述实时数据发送给所述数据分析模块及所述数据备份模块；所述数据分析模块，与所述数据获取模块、所述人机交互模块及所述数据备份模块相连接，用于接收所述数据获取模块发送的实时数据，根据所述实时数据计算出列车的运行轨迹，并根据所述列车的运行轨迹获取列车的碰撞预警信息，同时将所述列车的运行轨迹发送给所述数据备份模块，并将所述列车的碰撞预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块，与所述数据分析模块及所述数据备份模块相连接，用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的碰撞预警信息，同时接收列车控制指令，并将所述列车控制指令发送给所述数据备份模块；所述数据备份模块，与所述数据获取模块、所述数据分析模块及所述人机交互模块相连接，用于接收并存储所述数据获取模块发送的实时数据、所述数据分析模块发送的列车的运行轨迹以及所述人机交互模块发送的列车控制指令。
2.根据权利要求I所述的列车碰撞预防系统，其特征在于，所述实时数据包括列车的绝对方位、列车的速度、线路纵断面数据、轨道数据、道桥隧的位置以及限速信息中的至少一种。
3.根据权利要求I所述的列车碰撞预防系统，其特征在于，所述数据分析模块还用于根据所述列车的运行轨迹获取列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息，并将所述列车的超速预警信息和/或所述路线偏离预警信息发送给所述人机交互模块；所述人机交互模块还用于接收并显示所述数据分析模块发送的列车的超速预警信息和/或路线偏离预警信息。
4.根据权利要求I所述的列车碰撞预防系统，其特征在于，所述人机交互模块进一步包括指令测试子模块，所述指令测试子模块用于接收预指令，并计算所述预指令的执行结果O
5.根据权利要求I所述的列车碰撞预防系统，其特征在于，所述列车控制指令包括行车指令和地面系统控制指令。
6.根据权利要求4所述的列车碰撞预防系统，其特征在于，所述预指令包括行车指令和地面系统控制指令。
全文摘要
本发明公开了一种列车碰撞预防系统。所述系统包括数据获取模块、数据分析模块、人机交互模块和数据备份模块，其中数据获取模块，用于获取来自车载系统和地面系统的实时数据；数据分析模块，用于根据所述实时数据计算出列车的运行轨迹，并获取列车的碰撞预警信息；人机交互模块，用于显示所述列车的碰撞预警信息，接收列车控制指令；数据备份模块，用于存储所述实时数据、所述列车的运行轨迹以及所述列车控制指令。采用本发明提出的技术方案，能够对列车运行进行实时的安全分析，主动搜寻列车的潜在风险；提供给中央控制人员更加易于理解和使用的人机交互界面；为列车运行提供范围更广、更加完整和有效的安全保护。
文档编号B61L23/00GK102941863SQ20121040247
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者蔡浩, 孙梅, 刘少英, 毛善波, 叶璠 申请人:汕头大学