无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法及CBTC系统与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法及CBTC系统。

背景技术：

传统的CBTC(Communication Based Train Control System，基于通信的列车自动控制系统)的架构见附图1，该CBTC主要包括：位于控制中心的用于实现自动列车监控的设备(如控制中心)、无线传输网络(如分布式控制系统，Distributed Control System，简称DCS)、车载设备、地面设备。其中，地面设备包括：ZC(Zone Controller，区域控制器)、联锁系统CI、轨旁信号机、轨旁计轴、轨旁应答器等。

传统的CBTC系统以地面控制为主，列车通过向地面ZC注册主动接受ZC的控制，并主动向ZC汇报位置，ZC根据列车位置进行列车排序，计算线路上列车的相邻关系，根据前车车尾为后车计算MA，通过连续的车地双向无线通信实现车地信息的交互，进而实现基于目标-距离的移动闭塞制式下的列车追踪运行。

ZC控制列车追踪过程中，为确保列车的安全运行，需要为列车进行筛选，如图2所示，列车筛选功能是列车移动授权计算的前置功能，通过筛选来确定列车前方和后方或者之一是否存在隐藏列车。只有通信列车(CT)完成筛选后，ZC才可以为其计算移动授权(MA:Movement Authority)，才能够正常升级为CBTC级别并接收ZC的控制。

列车筛选分为前端筛选和后端筛选。前端筛选的完成要求为列车头部距离记轴端点不大于线路上可能出现的最短车长，列车运行方向前方筛选区域(前方筛选区域包含1个或2个记轴区域)空闲。后端筛选的完成要求为列车尾部距离记轴端点不大于线路上可能出现的最短车长，列车运行方向后方一个记轴区段空闲。

基于车车通信的下一代列控系统不同于传统的CBTC系统，如图3所示，其采用了以列车自主控制为核心的分散控制模型，通过前后列车直接通信的方式，列车获取前车位置和运行速度等信息，自行计算移动授权控制本车的速度，实现与前车的追踪运行。

然而，在图1所示的CBTC系统中，列车筛选的完成需要在轨道上铺设大量的次级轨道检测设备，如记轴、轨道电路等。通过次级轨道检测设备可以将铁路划分成若干个区域，称之为记轴区段。ZC将列车汇报的位置转换为对应的记轴区段，然后检测其与记轴区段端点的距离来确定是否存在隐藏列车，同时还需要CI对列车所在记轴区段的前端记轴区段(前筛)或后端记轴区段(后筛)的占用状态进行检测。

传统的CBTC系统，ZC在每周期都需要对其管辖范围内的列车进行筛选、排序。进而识别出列车的位置及列车之间的相应关系。由于车地信息之间的传输交互历经了车到地，再由地到车的过程，必然会存在较大的延时，进而造成累计误差。

在基于车车通信的CBTC系统(如图3所示)中，列车在对OC区域内的在线列车排序的过程中，同样依靠于次级轨道检测设备。通过将列车的位置转换为其所在的记轴区段，然后依据记轴区段的前后顺序，完成在线列车的排序。

基于车车通信的列控系统虽然对车地之间的信息交互延时进行了大幅度的优化。但在列车排序过程中却依靠次级轨道检测设备，大量的次级轨道检测设备不仅提高了整个系统的逻辑复杂性，如需要对列车的位置与记轴区段之间的相互关系进行转换，使得整个系统的安装维护困难，提高系统成本。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法及CBTC系统。

为此目的，第一方面，本发明提出一种无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法，包括：

列车运行过程中，该列车的车载控制器VOBC查看当前运行线路前方是否存在待建立通信连接的对象控制器OC；

若存在，则向所述OC发送包括当前列车标识的通信建立请求；

所述OC接收所述通信建立请求之后，查看当前管辖区域的状态；

若所述OC确定当前管辖区域的状态为正常通信状态，则向所述列车标识对应列车发送包括该OC管辖区域内所有通信列车的ID信息的响应；

所述VOBC根据所有通信列车的ID信息，识别出当前列车的相邻前车的ID信息；

所述VOBC根据相邻前车的ID信息与该相邻前车建立通信，并获得该相邻前车的运行状态信息，以及

所述VOBC根据相邻前车的运行状态信息、当前列车的运行状态信息计算所述OC管辖区域内的MA，以实现追踪前车运行。

可选地，所述OC查看当前管辖区域的状态的步骤之后，所述方法还包括：

若所述OC确定当前管辖区域的状态为封锁状态，则向与所述列车标识对应的列车发送用以禁止所述列车进入该OC管辖区域的封锁信息。

可选地，所述VOBC根据所有通信列车的ID信息，识别出当前列车的相邻前车的ID信息的步骤，包括：

针对所有通信列车ID信息中的每一个，所述VOBC向该ID信息对应的列车发送用于获取该列车位置信息的通信请求；以及

所述VOBC接收该ID信息对应的列车根据所述通信请求返回的通信回复信息，所述通信回复信息包括：该列车的ID信息、该列车的link位置信息和该列车的运行方向；

所述VOBC将运行方向相同的所有ID信息对应列车的link位置信息进行排序，以确定当前列车的相邻前车的ID信息；

或者，

针对所有通信列车ID信息中的每一个，所述VOBC向该ID信息对应的列车发送用于获取该列车位置信息的通信请求；以及

所述VOBC接收该ID信息对应的列车根据所述通信请求返回的通信回复信息，所述通信回复信息包括：该列车的ID信息和该列车的link位置信息；

所述VOBC将所有ID信息对应列车的link位置信息进行排序，以确定当前列车的相邻前车的ID信息。

可选地，每一ID信息对应列车的VOBC在运行过程中根据运行速度、运行时间、运行周期和/或轨旁设备应答器实时获取自身的link位置信息；

所述link位置信息包括：列车车头所在处的车头起点link标识、以及列车车头相对于该车头起点link标识的偏移量；该列车车尾所在处的车尾起点link标识、以及列车车尾相对于该车尾起点link标识的偏移量。

可选地，所述列车的VOBC查看当前运行线路前方是否存在待建立通信连接的OC，若存在，则向所述OC发送包括当前列车标识的通信建立请求的步骤，包括：

所述VOBC根据电子地图信息确定运行线路中是否存在与当前OC相邻的下一OC的标识信息；

若存在，则根据列车当前位置确定到达分界点的距离是否小于预设距离；所述分界点为当前OC与下一OC的管辖区域的分界点；

若是，则向下一OC的标识信息对应的OC发送包括所述通信建立请求。

可选地，所述方法还包括：

所述列车运行至所述下一OC的管辖区域后，向与下一OC相邻的前OC发送通信断开信息，以断开前OC的通信，并使所述前OC根据通信断开信息清除该列车的相关信息。

第二方面，本发明提供一种车载控制器，包括：

查看单元，用于在列车运行过程中，查看当前运行线路前方是否存在待建立通信连接的对象控制器OC；

发送单元，用于在查看单元确定存在所述OC时，向所述OC发送包括当前列车标识的通信建立请求；

接收单元，用于接收所述OC发送的包括该OC管辖区域内所有通信列车的ID信息的响应，所述响应为所述OC在接收所述通信建立请求之后，并确定该OC管辖区域的状态为正常通信状态时发送的；

前车识别单元，用于根据所有通信列车的ID信息，识别出当前列车的相邻前车的ID信息；

MA计算单元，用于根据相邻前车的ID信息与该相邻前车建立通信，并获得该相邻前车的运行状态信息，根据相邻前车的运行状态信息、当前列车的运行状态信息计算所述OC管辖区域内的MA，以实现追踪前车运行。

第三方面，本发明提供一种列车，包括列车本体，和上述的位于所述列车本体上的车载控制器。

第四方面，本发明提供一种基于车车通信的CBTC系统，包括：OC、如上所述的列车，所述OC与所述列车的车载控制器交互实现追踪前车运行。

可选地，所述CBTC系统的轨道上无次级轨道检测设备。

由上述技术方案可知，本发明提出的一种无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法及CBTC系统，通过管理手段实现列车的排序、识别，可以减少轨旁设备，具有较高的成本效益，同时降低系统的逻辑复杂性；相对于利用ZC为列车计算MA，车地通信延时低，实时性高，可以灵活的控制列车运行间隔，能够大幅度的提高轨道交通的运行效率，提高了列车运行速度。

附图说明

图1为现有技术中的CBTC系统的架构图；

图2为传统CBTC系统中的列车筛选过程的示意图；

图3为当前使用的基于车车通信的CBTC系统的架构图；

图4为本发明实施例中基于车车通信的列车运行控制系统的工作过程示意图；

图5为本发明一实施例提供的无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法的流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的在线列车识别的示意图；

图7为本发明一实施例提供的当前列车与OC管辖范围的在线列车通信的示意图；

图8为本发明一实施例提供的对OC管辖范围内的所有在线列车进行link排序的示意图；

图9为本发明实施例提供的车载控制器的结构示意图。

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地描述，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。

需要说明的是，在本文中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”字样仅仅用来将相同的名称区分开来，而不是暗示这些名称之间的关系或者顺序。

目前，基于车车通信的移动闭塞系统，列车通过OC自主识别前车，列车正常运行过程仅需知道前车的信息即可实现基于前车位置的追踪。相对传统的CBTC系统有以下优势：

(1)降低了系统复杂度，地面ZC子系统、CI子系统的精简到车载，减少了轨旁设备的数量，相对ZC来说列车需要维护的信息量小；

(2)列车通过前车信息直接计算移动授权具有更高的实时性；

(3)车载设备的智能化水平更高，列车自主计算追踪间隔的方式相对ZC更为灵活，在实现安全防护的同时可进一步提高效率。

本发明实施例提供一种新型的车车通信列控系统，该系统的轨道上无次级轨道检测设备。为此，本发明实施例提供一种无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法。使用管理手段排除OC管辖区域范围内的隐藏列车，通过让在线通信列车之间的直接通信，使每列车获取其前车的位置和运行速度等信息，自行计算MA进而控制列车的运行速度及追踪距离，实现所有在线列车之间的追踪运行。

结合图4和图5所示，图4示出了基于车车通信的列车运行控制系统的工作过程示意图，图5示出了本发明一实施例提供的无次级轨道检测设备的列车追踪运行方法的流程示意图，本实施例的方法包括下述步骤：

401、列车运行过程中，该列车的VOBC查看当前运行线路前方是否存在待建立通信连接的OC，若存在，执行步骤402，否则，重复步骤401。

举例来说，VOBC可通过电子地图查看当前运行线路前方是否存在OC。

402、若步骤401中存在所述OC，则向所述OC发送包括当前列车标识的通信建立请求。

针对上述步骤401和步骤402举例说明如下：

列车的VOBC根据电子地图信息确定运行线路中是否存在与当前OC相邻的下一OC的标识信息；

若存在，则根据列车当前位置确定到达分界点的距离是否小于预设距离；所述分界点为当前OC与下一OC的管辖区域的分界点；

若是，则向下一OC的标识信息对应的OC发送包括所述通信建立请求。

403、OC接收所述通信建立请求之后，查看当前管辖区域的状态。

404、若所述OC确定当前管辖区域的状态为正常通信状态，则向所述列车标识对应列车发送包括该OC管辖区域内所有通信列车的ID信息的响应，如图6所示。

本实施例中，每一通信列车在进入OC管辖区域之前与OC建立通信，在运行过程中，OC与所有运行在其管辖区域内的通信列车维持通信，这样OC中就可以维护一份与其通信的所有对象ID列表，如下表一所示。

405、VOBC根据所有通信列车的ID信息，识别出当前列车的相邻前车的ID信息(如图7和图8所示)。

406、VOBC根据相邻前车的ID信息与该相邻前车建立通信，并获得该相邻前车的运行状态信息，如位置、速度等信息。

407、VOBC根据相邻前车的运行状态信息、当前列车的运行状态信息计算所述OC管辖区域内的MA，以实现追踪前车运行。

进一步地，上述列车运行至所述OC的管辖区域后，向与该OC相邻的前OC发送通信断开信息，以断开前OC的通信，并使所述前OC根据通信断开信息清除该列车的相关信息(如列车的ID信息、位置信息等)。

也就是说，列车在第一OC的管辖区域中运行时，获取到第二OC管辖区域的MA，并运行进入第二OC的管辖区域内时，向第一OC发送通信断开信息。第一OC和第二OC相邻。

在具体应用中，在上述图4所示的方法的步骤403之后，该方法还包括下述的图中未示出的步骤408：

408、若所述OC确定当前管辖区域的状态为封锁状态，则向与所述列车标识对应的列车发送用以禁止所述列车进入该OC管辖区域的封锁信息。

也就是说，如果列车运行前方OC管辖区域处于封锁状态，则列车的MA只延伸到本OC管辖区域(当前所在的OC管辖区域)与前方OC区域的交界点处。

若OC反馈了其管辖区域处于封锁状态，表明此时在OC管辖范围内出现了列车降级(如，列车通信中断、司机进行了降级运行)，由于在轨道上没有布置次级轨道检测设备，故并不能确定降级列车的具体位置，此时在通信列车之间就会出现隐藏列车，通过管理手段封锁来防止外部通信列车的进入。此时列车只能根据当前OC反馈的信息，将MA计算至两OC的分界点处。

本实施例中，车车通信状态下，轨旁设有OC，与ZC不同，OC属于一种被动式的轨道信号设备状态采集与控制设备。目前，OC维护线路计轴区段占用空闲信息，列车在线路运行需要保持与OC的周期通信，所以OC必然具有所有与其通信列车的信息。列车在进入OC管辖区域之前，需要与OC建立连接，OC反馈其管辖范围内的线路信息，如图6所示，因此，在线列车需要主动识别线路状态、自主计算安全行驶的范围。列车对此信息进行筛选，得到运行前方的线路状态信息。这样不仅解决了列车信息来源的问题，还通过使用管理手段降低了管辖区域内出现隐藏列车的可能。

特别地，在线路不设计轴的情况下，列车必须在入口处与OC建立通信才能进入OC管辖区域，这样管理手段，在线路入口进行防护，确保进入OC管辖区域的列车均为通信列车。OC管辖区域内所有列车与OC保持通信，出清OC管辖区域的列车需要主动同OC断开通信，OC实时维护通信列车列表，以此保证OC区域内没有隐藏列车。

通过上述方式，OC与所有运行在OC区域内的列车维持通信，在OC中就会有所有通信对象的ID名称即ID信息，对这些通信对象的ID进行整理便能得到当前OC通信的所有列车的ID列表，如下表一。

当列车1得到表一的ID列表后，可知道当前运行在OC管辖区域的通信列车数量，根据表中的ID可查的各列车的ID地址，完成在线列车识别。

表一OC中在线列车列表

也就是说，列车1根据OC反馈的列车ID表，与其它列车建立通信，获得其它列车的位置信息。车与车之间的通信采用呼叫-应答的方式。列车向需要通信的列车发起通信请求，收到通信请求的列车向发起通信的列车回复信息，如图7所示。

可理解的是，当前列车的车载控制器与OC通信交互，还可获取所述OC管辖范围内的其他相关信息，如列车数量、列车运行状态等。本实施例中不限定车载控制器和OC的交互信息。

上述方法中的OC设在轨旁主要实现轨旁信息的采集以及轨旁设备的控制，列车同OC建立通信后得到OC管辖区域内的线路信息，以及确定该OC管辖范围内的所有列车的ID信息。OC的位置信息以及功能在本实施例中均未改变。该方法主要通过车车通信的方式实现列车的追踪运行，对轨旁设备的依赖小，减少了轨旁设备的数量，而且列车自主计算移动授权对列车运行间隔具有更灵活的控制，可提高了列车的运行效率。

特别说明的是，上述图4所示的方法中，前车识别是车车通信系统中实现列车追踪的必要条件，列车上线后识别出周边列车位置后计算追踪间隔，能够有效防护列车运行的安全，提供列车运行的效率。

为此，对上述的步骤405可具体说明如下：

在一种可选的实现方式中，该步骤可包括下述的图中未示出的子步骤4051至子步骤4053：

4051、针对所有通信列车ID信息中的每一个，所述VOBC向该ID信息对应的列车发送用于获取该列车位置信息的通信请求。

4052、VOBC接收该ID信息对应的列车根据所述通信请求返回的通信回复信息，所述通信回复信息包括：该列车的ID信息、该列车的link位置信息和该列车的运行方向。

4053、VOBC将运行方向相同的所有ID信息对应列车的link位置信息进行排序，以确定当前列车的相邻前车的ID信息。

即，对当前OC管辖区域上所有的link位置信息进行排序，以构建对应的虚拟轨道，根据每一列车的link位置信息，在构建的虚拟轨道上标出对应的每一列车的大概位置，进而根据标出的每一列车的大概位置确定列车的排列顺序，如图8所示。

应说明的是，若OC管辖范围内有两个方向运行的列车，此时，由于每一列车的link位置信息包括该列车车头的link标识偏移量、该列车车尾的link标识偏移量，故，根据每一列车车头和车尾的位置关系，进而可较好的确定与当前列车运行方向一致的相邻前车。

通常，OC管辖范围内只有一个方向运行的列车，很少有两个方向同时运行的列车。为此，下述子步骤4051a至子步骤4053a也可以实现。

即，在另一种可选的实现方式中，上述步骤405可包括下述的图中未示出的子步骤4051a至子步骤4053a：

4051a、针对所有通信列车ID信息中的每一个，所述VOBC向该ID信息对应的列车发送用于获取该列车位置信息的通信请求；以及

4052a、所述VOBC接收该ID信息对应的列车根据所述通信请求返回的通信回复信息，所述通信回复信息包括：该列车的ID信息和该列车的link位置信息；

4053a、所述VOBC将所有ID信息对应列车的link位置信息进行排序，以确定当前列车的相邻前车的ID信息。

可理解的是，针对上述所有的通信列车，每一ID信息对应通信列车的VOBC在运行过程中根据运行速度、运行时间、运行周期和/或轨旁设备应答器实时获取自身的link位置信息；

所述link位置信息包括：列车车头所在处的车头起点link标识、以及列车车头相对于该车头起点link标识的偏移量；该列车车尾所在处的车尾起点link标识、以及列车车尾相对于该车尾起点link标识的偏移量。

另外，需要说明的是，在本实施例的CBTC系统中，轨道上无需铺设次级轨道检测设备(如计轴器/计轴)，为此，本实施例通过link方式进行位置确定。

在本实施例中，采用link对列车运行线路进行划分描述，划分规则为：任意记轴与道岔之间，或记轴与记轴之间，或道岔与道岔之间的线路属于一个link(此处记轴是次级轨道检测设备的一种)。通过link划分方法，运行线路上的任何一点均可采用Link偏移量进行描述，link偏移量是一个link内部的点相对于该link起点的距离。为此，在运行线路上可无需设置计轴/计轴器，减少成本。

在车车通信系统中，车与车之间可通过通信请求和通信回复的方式进行通信。类似呼叫—应答的方式，当列车向其他列车发送通信请求后，收到通信请求的列车会向通信请求的发起方发送通信回复，未收到通信请求的列车则不会进行任何通信回复。

本实施例中，被通信列车反馈给通信发起列车所回复的位置信息采用了link加偏移量的方式。因此，列车根据自己的位置信息判断出所处的link及相对于link起点的偏移量，接着，按照运行方向向前搜索前向的link，并判断是否有车存在，若有两辆车所处的link相同，则使用其相对于link起点的偏移量进行排序，如图8所示，沿着运行方向在一个link范围内存在两辆列车，但两辆列车相对于link起点的偏移量不同，最终的排序为1车在后，2车在前。

进而，在排序完成以后，找到运行方向上的自己前向的列车，向其请求给详细的运行信息，如位置、速度等，再结合本车的运行信息计算MA，然后追踪前车运行。至此通过管理手段实现了无次级轨道检测设备的列车追踪运行。

上述的前车识别步骤，不需要额外增加其他设备，在车车通信已有的系统组成上实现列车对前车ID的识别，即列车通过与前方OC建立通信可识别出前方OC中的在线列车。

进而在识别出相邻前车之后，VOBC可与识别出的相邻前车建立通信连接，用于获取相邻前车的运行状态信息。由此，列车自主计算移动授权对列车运行间隔具有更灵活的控制，可提高了列车的运行效率。

上述方法中移除了次级轨道检测设备，一旦列车降级，则不能检测到列车的具体位置，因此OC需要周期性与其管辖范围内的列车进行通信，一旦与某列车的通信中断，则封锁OC管辖区域，并通知其余通信列车实时紧急制动，并拒绝更多的列车进入本区域，使用此种管理手段可以防止管辖范围内因出现隐藏列车而发生危险。

另外，在列车排序，识别前车的过程中，只需考虑前方通信OC范围内的列车，而不需要全线列车的信息，因此通信量会有大幅度的降低，使通信效率有明显的提高。

进一步地，本实施例采用link加偏移量的排序方法，能够在脱离次级轨道检测设备的前提下快速的识别前向的追踪列车，不需要实现LINK与记轴区段之间的转换，简化了逻辑复杂性。

如图9所示，图9示出了本发明一实施例提供的车载控制器的结构示意图，本实施例的车载控制器包括：查看单元91、发送单元92、接收单元93和前车识别单元94、MA计算单元95；

其中，查看单元91用于在列车运行过程中，查看当前运行线路前方是否存在待建立通信连接的对象控制器OC；

发送单元92用于在查看单元确定存在所述OC时，向所述OC发送包括当前列车标识的通信建立请求；

接收单元93用于接收所述OC发送的包括该OC管辖区域内所有通信列车的ID信息的响应，所述响应为所述OC在接收所述通信建立请求之后，并确定该OC管辖区域的状态为正常通信状态时发送的；

前车识别单元94用于根据所有通信列车的ID信息，识别出当前列车的相邻前车的ID信息；

MA计算单元95用于根据相邻前车的ID信息与该相邻前车建立通信，并获得该相邻前车的运行状态信息，根据相邻前车的运行状态信息、当前列车的运行状态信息计算所述OC管辖区域内的MA，以实现追踪前车运行。

另外，本发明实施例还提供一种列车，该列车包括列车本体和上述任意所述的车载控制器，该车载控制器安装在列车车体上。

进一步地，本发明实施例还提供一种基于车车通信的CBTC系统，该系统包括：OC、如上任意实施例所述的包括VOBC的列车，所述OC与所述列车的车载控制器交互实现追踪前车运行。

本实施例中的CBTC系统的轨道上无次级轨道检测设备。

本实施例的CBTC系统具有下述优点：

1)基于车车通信的移动闭塞列车追踪运行，由列车自身计算移动授权，可以灵活的控制列车运行间隔，能大幅度的提高轨道交通的运行效率。

2)通过管理手段实现列车的排序、识别，相比利用次级轨道检测设备对列车进行筛选、识别、排序，可以大大减少轨旁设备，具有较高的成本效益，同时降低系统的逻辑复杂性。

3)相对于传统的利用区域控制中心为列车计算移动授权，车地的通信延时低，实时性高。

4)利用对象控制器必然与列车通信的特点，在不给对象控制器增加复杂逻辑的前提下，让对象控制器通过管理手段来实现隐藏列车的排除，进而使列车完成排序，前车识别追踪运行。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

本领域技术人员可以理解，实施例中的各步骤可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。