轨道交通信息化中央控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及轨道交通领域，更具体地说，涉及一种轨道交通信息化中央控制系统及其控制方法。

背景技术：
轨道交通在现代城市交通系统中起着越来越重要的作用。采用大客运量的城市轨道交通(地铁和轻轨)系统，是从根本上改善城市公共交通状况的有效途径。在城市轨道交通领域中，信息系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行自动化，提高运输效率的关键设备。目前，城市轨道交通信息系统正线室外基础信号设备与室内控制设备间的信息传输采用电缆作为传输载体。由于受限于电缆的传输距离及室内控制设备的运算及控制能力，所以一般将全线控制设备(联锁设备、计轴设备、列车监控设备、列车防护轨旁设备和电源屏设备等)分布在若干集中控制区域内，每个集中控制区域负责控制附近几个车站的室外信号设备(转辙机、信号机、可变应答器、站台设备等)。站内设备采用局域网或串口连接，站间通过站间光缆连接形成以太网。虽然该种信息系统设备配置在一定程度上实现了集中控制，但总的来说仍属于一种分散式控制结构。这种信息系统设备配置中，设备集中站一般分配2个房间(电源室和设备室)，非设备集中站一般分配一个房间作为设备室。现有轨道交通信号控制技术领域中，由于系统的区域化设置和受传统设备的控制距离影响，每个车站均需设立信号设备室，以便安装相关用于行车控制的信号设备，信号设备的分散设置，都需要符合维修和更新换代的空间，在每个车站都必须安排这些必须的空间，占用了车站有限的空间资源，增大了土建投资成本。现有的电子设备设置，都需要装设空调装置以确保设备运转环境正常，分散设置的系统设备房，都需要在每个设备房屋处装设适应相关系统最大运转工作情况下的空调装置，以支持系统设备运行，造成空调电力的多余消耗。正线信号控制设备分散重复布置，造成了设备的硬件投资成本高和维护工作量大、降低了系统的整体可靠性、可用性，对系统安全完整度的实现造成损失。由于正线整条线路设置了几个集中控制区域，对列车在集中控制区域间的交接和运行控制，需要系统设立专用的硬件设备和软件设计来完成，造成系统设计复杂，不容易实现标准化的技术系统。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中轨道交通中央控制系统复杂和可靠性低的缺陷，提供一种轨道交通信息化中央控制系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种轨道交通信息化中央控制系统，包括：控制中心以及通过通信网络与所述控制中心通信连接的一个或多个车站级控制单元；所述控制中心包括：中心级列车监控单元和与所述中心级列车监控单元连接的中央控制单元，其中，所述中央控制单元包括核心数据处理单元以及分别与所述核心数据处理单元相连接的控显单元、轨道控制单元和列车控制单元；所述中心级列车监控单元用于实现列车运行监督、列车运行调整、临时限速设置、列车进路办理和列车时刻表编制及运行，并产生控制指令发送给所述控显单元；所述核心数据处理单元用于分别接收来自于所述控显单元的所述控制指令、并同时接收所述列车控制单元通过无线通信通道所获取全线列车的车辆信息、以及接收所述轨道控制单元通过有线通信通所获取的表示轨道占用或空闲的状态的轨道状态信息，所述核心数据处理单元还用于根据所述控制指令、所述车辆信息以及所述轨道状态信息进行集中数据处理，产生轨道控制命令和列车控制命令，并将更新的所述轨道状态信息及所述车辆信息传递给所述控显单元并显示；所述列车控制单元用于将所述列车控制命令经所述无线通信通道发送至相应的列车，指示所述列车执行所述列车控制命令，实现对所述列车的控制；所述轨道控制单元用于将所述轨道控制命令通过所述有线通信通道发送至车站级控制单元内的轨旁电子控制单元，进而控制与所述轨旁电子控制单元相连接的所述轨旁设备的工作状态。本发明的轨道交通信息化中央控制系统中，所述列车控制单元，包括：无线通信单元，用于实现所述中央控制单元与所述列车的实时通信；列车数据处理单元，连接所述核心数据处理单元，用于获得由所述核心数据处理单元输出的所述列车控制命令，并通过所述无线通信单元接收来自全线列车的所述车辆信息，并进行缓冲存储、分类打包，将所述车辆信息输出，并将来自所述核心数据处理单元的所述列车控制命令，经过数据校验和排列后经所述无线通信单元发送至所述列车，实现对所述列车的控制。本发明的轨道交通信息化中央控制系统中，所述轨道控制单元包括：数据接入/传输单元，用于通过所述有线通信通道接收来自所述轨旁电子控制单元的所述轨道状态信息的数据流进行分类汇总，并与一个或多个单位信息采集/控制输出单元进行数据交互获得所述轨道控制命令，对所述轨道控制命令进行分类编组后通过所述有线通信通道将所述轨道控制命令发送给所述轨旁电子控制单元；所述单位信息采集/控制输出单元，用于与所述数据接入/传输单元进行数据交互获得由所述数据接入/传输单元分类汇总的所述轨道状态信息的数据流，并进行打包汇总传递至数据逻辑运算单元，并获取来自所述数据逻辑运算单元的所述轨道控制命令，进行分类打包后传递给所述数据接入/传输单元；所述数据逻辑运算单元，分别与所述单位信息采集/控制输出单元及核心数据处理单元相连接，用于获取来自所述核心数据处理单元的所述轨道控制命令及来自所述单位信息采集/控制单元的所述轨道状态信息的数据流，并对所述轨道状态信息的数据流进行处理形成所述轨道状态信息，所述处理包括分析整理、缓冲、存储和逻辑运算，将所述轨道状态信息打包后传递给所述核心数据处理单元。本发明的轨道交通信息化中央控制系统中，所述轨旁电子控制单元，包括顺次连接的通信单元、数据处理单元、输入/输出单元、接口单元，其中，所述通信单元将所述轨道状态信息用于通过光纤网络以波分复用的方式承载，在所述轨旁电子控制单元和所述中央控制单元间提供光传输通道；所述数据处理单元包括光电转换传输单元，用于经所述通信单元接收来自所述轨道控制单元的所述轨道控制命令；所述输入/输出单元用于接收来自所述数据处理单元的所述轨道控制命令，经过分解和分类后，将所述轨道控制命令输出至所述接口单元；所述接口单元为所述轨旁设备提供连接接口。本发明的轨道交通信息化中央控制系统中，所述有线通信通道通过全线铺设的光缆搭建环型冗余骨干网，所述车站级控制单元还包括电源设备，通过电源电缆与所述轨旁电子控制单元连接，为室外的所述轨旁设备提供稳压电源；所述轨旁电子控制单元通过电源电缆连接到电源分配箱，用于获取稳压电源，所述控制中心还包括电源屏及UPS，用于为所述中央控制单元及中心级列车监控单元供电。本发明的轨道交通信息化中央控制系统中，所述中央控制单元还包括连接到所述核心数据处理单元的维护诊断单元，用于通过总线与所述核心数据处理单元连接，负责记录和实时存储所述轨道状态信息，并监测所述中央控制单元的工作状态，并记录和/或输出相关的告警信息。本发明还提供了一种轨道交通信息化中央控制系统的控制方法，所述系统包括控制中心以及通过通信网络与所述控制中心通信连接的多个车站级控制单元，所述控制中心包括：中心级列车监控单元和与所述中心级列车监控单元连接的中央控制单元，其中，所述中央控制单元包括核心数据处理单元以及分别与所述核心数据处理单元相连接的控显单元、轨道控制单元和列车控制单元；所述方法包括：所述中心级列车监控单元实时监测列车运行监督、列车运行调整、临时限速设置、列车进路办理和列车时刻表编制及运行，并产生控制指令发送给所述控显单元；所述核心数据处理单元分别接收来自于所述控显单元的所述控制指令、并同时接收所述列车控制单元通过无线通信通道所获取全线列车的车辆信息、以及接收所述轨道控制单元通过有线通信通所获取的表示轨道占用或空闲的状态的轨道状态信息，所述核心数据处理单元根据所述控制指令、所述车辆信息以及所述轨道状态信息进行集中数据处理，产生轨道控制命令和列车控制命令，并将更新的所述轨道状态信息及所述车辆信息传递给所述控显单元并显示；所述列车控制单元将所述列车控制命令发送至相应的列车，指示所述列车执行所述列车控制命令，实现对所述列车的控制；所述轨道控制单元将所述轨道控制命令通过所述有线通信通道发送至所述车站级控制单元内的轨旁电子控制单元，进而控制与所述轨旁电子控制单元的轨旁设备的工作状态。本发明所述的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法中，所述列车控制单元包括无线通信单元和列车数据处理单元，所述列车控制单元通过所述无线通信通道获取全线列车的所述车辆信息并实现对所述列车的控制具体包括如下步骤：所述列车数据处理单元通过所述无线通信单元与指定的列车进行实时通信，获得由所述核心数据处理单元输出的所述列车控制命令，并通过所述无线通信单元接收来自全线列车的所述车辆信息，并进行缓冲存储、分类打包，将所述车辆信息输出，并将来自所述核心数据处理单元的所述列车控制命令，经过数据校验和排列后经所述无线通信单元发送至所述列车，实现对所述列车的控制。本发明所述的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法中，所述轨道控制单元包括数据接入/传输单元，一个或多个单位信息采集/控制输出单元，数据逻辑运算单元，所述轨道控制单元通过所述有线通信通所获取的轨道状态信息和控制所述轨旁设备具体包括如下步骤：所述数据接入/传输单元通过所述有线通信通道接收来自所述轨旁电子控制单元的所述轨道状态信息的数据流进行分类汇总，并与单位信息采集/控制输出单元进行数据交互获得所述轨道控制命令，对所述轨道控制命令进行分类编组后通过所述有线通信通道将所述轨道控制命令发送给所述轨旁电子控制单元；一个或多个所述单位信息采集/控制输出单元与所述数据接入/传输单元进行数据交互获得由所述数据接入/传输单元分类汇总的所述轨道状态信息的数据流，并进行打包汇总传递至所述数据逻辑运算单元，并获取来自所述数据逻辑运算单元的所述轨道控制命令，进行分类打包后传递给所述数据接入/传输单元；所述数据逻辑运算单元获取来自所述核心数据处理单元的所述轨道控制命令及来自所述单位信息采集/控制单元的所述轨道状态信息的数据流，并对所述轨道状态信息的数据流进行处理形成所述轨道状态信息，所述处理包括分析整理、缓冲、存储和逻辑运算，将所述轨道状态信息打包后传递给所述核心数据处理单元。本发明所述的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法中，所述轨旁电子控制单元包括顺次连接的通信单元、数据处理单元、输入/输出单元、接口单元，在接收所述轨道控制命令时，所述数据处理单元内置的光电转换单元通过所述通信单元经所述有线通信通道接收所述轨道控制命令，进行安全逻辑运算、比较、分析和处理后，输出相应的所述轨道控制命令至所述输入/输出单元，经过分解和分类后，将所述轨道控制命令输出至所述接口单元，进而控制连接在所述接口单元上的所述轨旁设备的工作状态；本发明所述的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法中，所述车站级控制单元设置车站级列车监控单元，所述方法还包括：由所述车站级列车监控单元连接到所述有线通信通道，实时获取并显示所在车站区域内的所述轨道状态信息。本发明所述的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法中，所述中央控制单元还包括连接到所述核心数据处理单元的维护诊断单元，所述方法包括：由所述维护诊断单元记录并实时存储所述轨道状态信息，并监测所述中央控制单元的工作状态，并记录和/或输出相关的告警信息。实施本发明的轨道交通信息化中央控制系统，具有以下有益效果：本发明将光网络信息技术、高运算量高可靠性安全处理器系统通过适应性改进，将现有技术中的分布在若干集中控制区域内的控制设计为本发明的中央集中控制，使其满足信息系统的应用需求，构成新技术信息系统；采用光纤通信技术实现信息传输、降低能耗、闭环检测，增加信息系统新功能；采用高度集成中央的设备制造新型工艺技术，实现降低制造及维护成本。附图说明下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：图1是本发明的轨道交通信息化中央控制系统的结构示意图；图2是图1所示的轨道交通信息化中央控制系统的部分细节组成图；图3是图2所示的中央控制单元的轨道控制单元的组成框图；图4是图2所示的中央控制单元的列车控制单元的组成框图；图5是图1所示的轨道交通信息化中央控制系统的轨旁电子控制单元的结构示意图；图6是本发明的轨道交通信息化中央控制系统的控制方法流程示意图；图7示出了图6所示步骤S2的获取轨道状态信息的具体流程示意图；图8示出了图6所示步骤S2的获取车辆信息的具体流程示意图；图9示出了图6所示步骤S3的执行列车控制命令的具体流程示意图；图10示出了图6所示步骤S4的执行轨道控制命令的具体流程示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图1示出了本发明的轨道交通信息化中央控制系统的系统结构示意图。如图所示，本发明的轨道交通信息化中央控制系统包括控制中心10，以及通过通信网络30与控制中心10通信连接的车站级控制单元20。控制中心10包括中心级列车监控单元101，以及与中心级列车监控单元101相连接的中央控制单元102。其中，中心级列车监控单元101包括应用服务器、数据库服务器、各类工作站及打印机等，用于实现对所有列车的监控，包括实现列车运行监督、列车运行调整。临时限速设置、列车进路办理和列车时刻表编制及运行，并产生相关的控制指令。通信网络30包括有线网络和无线网络，相应地，具有有线通信通道和无线通信通道。有线网络通过全线铺设的光缆搭建环型冗余骨干网，有线网络采用冗余配置，中央交换机以及全线的车站级控制单元20全部连接在有线网络中，完成全线轨旁设备与控制中心的数据交换，控制中心通过中心局域网互相连接。中央控制单元102，通过所述有线通信通道，实现表示轨道占用或空闲的状态的轨道状态信息的采集，并进行联锁逻辑运算和输出轨道控制命令，控制全线轨旁设备；通过所述无线通信通道，接收列车定位信息和列车状态信息，实现控制中心与全线列车的通信，发送列车控制命令。特别地，所述列车控制命令还附带了指示所述相应列车的授权信息，控制中心10与全线列车之间的所述通信主要通过在车站设立无线接入点进行实现以保证通信质量。特别地，控制中心10还设置了电源设备103，包括电源屏及UPS，用于为中央控制单元102及中心级列车监控单元101供电。车站级控制单元20，至少包括车站级列车监控单元201及轨旁电子控制单元202。其中车站级列车监控单元201仅包含本地操作工作站，主要功能在于显示所述车站区域内所述轨道和列车的状态信息，不涉及相关列车及轨道控制命令的下达。轨旁电子控制单元202通过所述有线通信通道与控制中心10相连接，主要用于采集所在区域内的所述轨道状态信息，并通过通信网络30实现与中央控制单元102的信息交互，将所述轨道状态信息发送给中央控制单元102，同时接收中央控制单元102发出的轨道控制命令，进而控制轨旁设备。在本实施例中，车站级列车监控单元201设置在车控室，所有的列车控制命令都由控制中心10的中心级列车监控单元101来下达；站级设备只有本站区设备的显示功能，在此车控室内除安装电源设备围所述本地操作台供电以外无其他信号控制设备，因此车站内可不设信号设备室，属于真正意义上的信息系统设备中央控制配置。图2示出了本发明的轨道交通信息化中央控制系统的控制中心的中央控制单元的102组成结构示意图。参考图2，中央控制单元102至少包括核心数据处理单元1022以及分别与核心数据处理单元1022相连接的控显单元1021、轨道控制单元1023和列车控制单元1024，上述各单元的连接方式如图所示，其连接方式均为通过信号机接口连接。其中，控显单元1021，连接到中心级列车监控单元101，用于接收由中心级列车监控单元101产生的控制命令，并将包括轨道状态信息及车辆信息传递给中心级列车监控单元101，并将所述控制指令输出至核心数据处理单元1022。核心数据处理单元1022，用于获取来自轨道控制单元1023的轨道状态信息和来自列车控制单元1024的车辆信息，对所述控制指令进行集中数据处理，输出所述轨道控制命令和所述列车控制命令，并将所述轨道状态信息及所述车辆信息传递给控显单元1021。轨道控制单元1023，用于通过所述有线通信通道接收所述轨道状态信息的数据流由此产生所述轨道状态信息进而传递给核心数据处理单元1022，并...