适用于普速铁路的行车控制系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种适用于普速铁路的行车控制系统。

背景技术：

中国列车运行控制系统(ctcs)立足于中国铁路的实际运营情况，以分级形式满足不同线路运输需求的技术规范，在保证中国铁路行车安全的前提下，提高铁路运输效率。目前中国的普速铁路主要使用的是ctcs-0级系统。

ctcs-0级系统是铁路信号专业长期发展形成的一套技术安全保障系统，由通用机车信号和列车运行监控记录装置(lkj)构成，但安全等级未达到sil4级。

lkj设备在机车长交路大面积运用、机车调配频繁、既有线路数据变化及施工改造频繁等现实情况下，运营中ctcs-0级系统存在如下的一些安全隐患需要解决：

1)数据换装的问题。基础控车数据集中存储于lkj设备内。在列车运行的线路上，只要有任一处线路的参数发生变化，就需要相关路局和电务段对交路涉及的机车上的lkj数据芯片进行换装，曾经出现过数据漏装、错装或提前装等问题，另外，维护和换装lkj设备的基础控车数据需要大量的管理及技术人员，而且劳动强度很大，对安全运营和安全生产有不利影响。

2)线路临时限速管理的问题。临时限速命令通过车载ic卡提前存入车载lkj设备内。如果遇到需要设置突发性临时限速的情况，则有可能来不及更改车载ic卡内的临时限速命令，只能由司机根据调度命令来人工控制列车，过多依赖于人工控制和行车管理流程将存在较大的安全隐患。

3)司机介入列车定位的问题。开车对标时，需要司机人工操作来确定列车位置，列车的车载设备根据司机输入的位置调用控车数据。列车在运行过程中如果定位误差较大，需要司机进行人工校标。

4)司机选取不同线路控车数据的问题。列车进站、出发以及转线作业前，需要司机人工选择支线号、股道号或发车口，lkj设备依此来调取相应线路的线路数据。

5)司机与调度员之间的沟通采用传统的“车机联控”模式：人工管理的问路行车和指路行车方式；控车依据以地面信号显示为主，机车信号为辅。司机的监督责任较大。

ctcs-2级和ctcs-3级列控系统技术的安全等级较高，但是不适应于普速铁路的行车控制，原因如下：

1、ctcs-2级列控系统

1)ctcs-2级列控系统作为200km/h及以上高速铁路列控系统的整体方案，包括很多普速铁路不具备也不需要的功能，甚至与普速铁路的运营需求矛盾。

2)ctcs-2级列控系统采用有源应答器的方式传输列车动态数据，普速铁路由于站场复杂，如果采用ctcs-2级列控系统会造成有源应答器的大量使用，大幅增加建设和改造的费用。

3)ctcs-2级列控系统目前使用的线路设计、管理较为统一，普速铁路的列车业务复杂，管理流程不一致，ctcs-2级列控系统无法满足普速铁路运营需求。

4)ctcs-2级列控系统造价昂贵，普速铁路运营里程长、建设造价低、运营需求没有高铁线路要求高，ctcs-2级列控系统不适用于普速铁路。

2、ctcs-3级列控系统

1)ctcs-3级列控系统作为300km/h及以上高速铁路列控系统的整体方案，功能和系统结构比较复杂，包括很多普速铁路不具备也不需要的功能。

2)ctcs-3级列控系统采用gsm-r/csd方式实现无线通信，每个车地无线通信链接占用固定的信道资源，因而控车数量有限，而普速铁路同时接发车的列车较多，所以需要采用共享信道资源的通信方式。

3)ctcs-3级列控系统目前应用的高速铁路设计、管理较为统一，而普速铁路的列车业务复杂，与高速铁路的管理流程不一致，ctcs-3级列控系统无法完全满足普速铁路的运营需求。

4)ctcs-3级列控系统造价昂贵，普速铁路运营里程长、建设造价低、运营需求没有高铁线路要求高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于普速铁路的行车控制系统，很好的解决了ctcs-0级列控系统存在的问题，提高了列控系统的安全等级，应用在新建和既有200km/h及以下的普速线路，是十分必要的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于普速铁路的行车控制系统，包括：地面设备、车载设备与无线通信模块；其中：

所述车载设备，用于根据地面设备发送的轨道电路信息、应答器信息以及控车数据，生成目标距离连续速度控制模式曲线并以此对列车超速进行自动防护，当列车超速或临近防护终点，输出常用制动或紧急制动来监控列车安全运行，并且还结合地面设备发送的轨道电路控车码和控车数据生成行车许可；

所述地面设备，用于提供用于定位的应答器信息，当列车到达特定位置后，将轨道电路信息发送给车载设备；还将进路信息、临时限速信息以及自身存储的线路数据生成为控车数据发送给车载设备；

所述无线通信模块，用于实现地面设备与车载设备之间的车地数据传输。

2、根据权利要求1所述的一种适用于普速铁路的行车控制系统，所述车载设备包括：

车载安全计算机vc、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收单元、无线传输单元、测速测距处理单元、列车接口单元、人机界面单元、数据记录单元、速度传感器、轨道电路天线与应答器天线；其中：

人机界面单元，用于提供操作界面；

速度传感器，用于实现列车运行速度的检测；

测速测距处理单元，用于根据列车运行速度以及列车与前方目标的距离，判定列车是否超速或临近防护终点；

列车接口单元，用于实现车载设备与列车的连接；

数据记录单元，用于实现数据存储；

无线传输单元，用于与无线通信模块进行无线数据通信；

轨道电路信息接收单元，用于通过轨道电路天线接收轨道电路信息；

应答器信息接收单元，用于通过应答器天线接收应答器信息；

车载安全计算机vc，用于根据地面设备提供的定位信息实现列车定位；还用于根据地面设备发送的轨道电路信息、应答器信息以及控车数据，生成目标距离连续速度控制模式曲线并依曲线对列车超速进行自动防护，当列车超速或临近防护终点，输出常用制动或紧急制动来监控列车安全运行，并且还结合地面设备发送的轨道电路信息和控车数据生成行车许可。

所述车载安全计算机vc包括如下7种种工作模式，包括待机模式、部分监控模式、完全监控模式、目视行车模式、引导模式、调车模式与隔离模式。

所述车载设备还包括：

c0控制单元，用于实现列车在既有ctcs-0级系统行车控制功能。

所述地面设备包括：区域列控数据中心、车站计算机联锁、临时限速服务器、调度集中系统、轨道电路、无源应答器；其中：

所述无源应答器，用于提供用于定位的应答器信息；

所述轨道电路，实现轨道占用检查和列车完整性检查，并向车载设备提供轨道电路控车码；

当列车到达特定位置后，所述区域列控数据中心与管辖范围内的车站计算机联锁通信获得进路信息，与临时限速服务器通信，获得由调度集中系统通过临时限速服务器发送的临时限速信息；并将进路信息、临时限速信息以及其自身存储的线路数据结合在一起生成控车数据。

所述无线通信模块采用gsm-r/gprs系统作为车地数据传输平台；

gsm-r/gprs系统包括：依次连接的bts、bsc/pcu、sgsn以及ggsn；

车载设备中的无线传输单元rtu通过消息传输中间件mt，并经um接口与bsc/pcu设备连接；

地面设备中区域列控数据中心内的无线通信服务器通过gi接口与ggsn设备连接；当区域列控数据中心与ggsn设备距离在一定范围内时，通过局域网与ggsn设备连接，否则，通过铁路专用ip数据网与ggsn连接。

车地数据传输过程如下：

mt上电后，自动搜索gsm-r网络，完成小区选择，然后进行gprs附着；gprs附着成功后，rtu控制mt进行pdp激活；sgsn根据pdp激活请求中携带的apn，选择本局ggsn，建立gtp隧道；ggsn从系统的ip地址池里为mt动态分配ip地址，并返回pdp激活接收消息；mt向rtu返回pdp激活成功消息；

pdp激活成功后，mt获得了ip地址，通过gprs网络，从而与地面设备进行ip数据通信。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，提升了铁路运输的安全保障。在普速铁路中，对于运营管理，本系统取消了传统的“车机联控”模式，由原来人工管理的“问路行车”、“指路行车”方式转变为由车载设备控制列车行车的方式；对于行车凭证，实现了由“地面信号显示为主，机车信号为辅”，转变为向“车载提供行车许可，车载信号为主，地面信号显示为辅”。对于临时限速的控制，取消了司机刷卡设定临时限速的人工管理方式，解决了列车在运行途中临时限速无法上车的技术难题，进一步提升了普速铁路的安全性；同时，实现普速线路机车装备车载设备的突破，与国际列控技术实现接轨，大幅度提升我国铁路装备技术现代化水平。其次，本系统作为ctcs技术体系一个重要环节，将对构建完整的ctcs技术体系，推动我国铁路技术装备水平，为运输提供安全、经济、适用的技术保障起到重要作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于普速铁路的行车控制系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的地面设备发送控车数据的示意图；

图3为本发明实施例提供的gsm-r/gprs系统与地面设备及车载设备连接示意图；

图4为本发明实施例提供的gsm-r/gprs系统与地面设备连接示意图；

图5为本发明实施例提供的车地数据传输方式的流程图。

具体实施方式

下面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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种适用于普速铁路的行车控制系统(ctcs-1级列控系统)的示意图。如图1所示，其主要包括：地面设备、车载设备与无线通信模块。

所述车载设备，用于根据地面设备发送的轨道电路信息、应答器信息以及控车数据，生成目标距离连续速度控制模式曲线并以此对列车超速进行自动防护，当列车超速或临近防护终点(可通过阈值来确定)，输出常用制动或紧急制动来监控列车安全运行，并且还结合地面设备发送的轨道电路控车码和控车数据生成行车许可；

所述地面设备，用于提供用于定位的应答器信息，当列车到达特定位置后，将轨道电路信息发送给车载设备；还将进路信息、临时限速信息以及自身存储的线路数据生成为控车数据发送给车载设备；

所述无线通信模块，用于实现地面设备与车载设备之间的车地数据传输。

上述系统为ctcs-1级列控系统，其特征是：采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行；通过无线通信方式传输控车数据(含固定的线路数据、进路信息和临时限速信息等)；由轨道电路实现轨道占用检查；车载设备结合轨道电路控车码和以上控车数据生成行车许可；根据无源应答器实现列车定位功能。

为了便于理解，下面结合附图进行详细说明。

1、车载设备

车载设备符合故障-安全原则，采用冗余结构，单系独立设备故障后不影响系统运用。车载设备主要由车载主机和车载外围设备组成，并通过接口与电力机车、内燃机车或动车组等外部设备连接。

车载设备主要包括：车载安全计算机vc(即c1主控单元)、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收单元、无线传输单元、测速测距处理单元、列车接口单元、人机界面单元、数据记录单元、速度传感器、轨道电路天线与应答器天线；主要功能如下：

车载安全计算机vc、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收单元、无线传输单元、测速测距处理单元、列车接口单元、人机界面单元、数据记录单元、速度传感器、轨道电路天线与应答器天线；其中：

人机界面单元，用于提供操作界面；

速度传感器，用于实现列车运行速度的检测；

测速测距处理单元，用于根据列车运行速度以及列车与前方目标的距离，判定列车是否超速或临近防护终点；

列车接口单元，用于实现车载设备与列车的连接；

数据记录单元，用于实现数据存储；

无线传输单元，用于与无线通信模块进行无线数据通信；

轨道电路信息接收单元，用于通过轨道电路天线接收轨道电路信息；

应答器信息接收单元，用于通过应答器天线接收应答器信息；

车载安全计算机vc，用于根据地面设备提供的定位信息实现列车定位；还用于根据地面设备发送的轨道电路信息、应答器信息以及控车数据，生成目标距离连续速度控制模式曲线并依曲线对列车超速进行自动防护，当列车超速或临近防护终点，输出常用制动或紧急制动来监控列车安全运行，并且还结合地面设备发送的轨道电路信息和控车数据生成行车许可。

所述车载安全计算机vc包括如下7种种工作模式，包括待机模式、部分监控模式、完全监控模式、目视行车模式、引导模式、调车模式与隔离模式。

此外，所述车载设备还包括：

c0控制单元，用于实现列车在既有ctcs-0级系统行车控制功能。

另外，上述车载设备还具有停车防护、溜逸防护和退行防护功能，且具有ctcs-1及ctcs-0等级转换功能。

2、地面设备

其主要包括：区域列控数据中心、车站计算机联锁、临时限速服务器、调度集中系统、轨道电路、无源应答器；主要功能如下：

无源应答器，用于提供用于定位的应答器信息；

所述轨道电路，实现轨道占用检查和列车完整性检查，并向车载设备提供轨道电路控车码(即轨道电路信息)；

如图2所示，当列车到达特定位置后，所述区域列控数据中心与管辖范围内的车站计算机联锁通信获得进路信息，与临时限速服务器通信，获得由调度集中系统通过临时限速服务器发送的临时限速信息；并将进路信息、临时限速信息以及其自身存储的线路数据结合在一起生成控车数据，通过无线通信模块向外发送。控车数据以报文形式发送，该报文与有源应答器的报文格式保持一致。

区域列控数据中心设备间通过信号系统安全数据网传输区域列控数据中心站间信息，主要包括站间边界的轨道区段编码信息、轨道区段状态信息、信号机状态信息、灾害防护信息以及区间改方信息。

无源应答器的定位信息作为列车定位的依据，在正常状态下，车载设备依据应答器链接、线路数据和临时限速等信息以及轨道电路控车码，生成目标距离连续速度控制模式。无线通信中断后，车载可进入降级状态，车载可采用无源应答器中的应答器链接、线路数据等信息以及轨道电路控车码，控制列车运行。

3、无线通信模块

所述无线通信模块采用gsm-r/gprs系统作为车地数据传输平台；

如图3所示，gsm-r/gprs系统包括：依次连接的bts、bsc/pcu、sgsn以及ggsn；车载设备中的无线传输单元rtu通过消息传输中间件mt，并经um接口与bsc/pcu设备连接；地面设备中区域列控数据中心内的无线通信服务器通过gi接口与ggsn设备连接。

如图4所示，当区域列控数据中心与ggsn设备距离在一定范围内时(如同一栋大楼)，通过局域网与ggsn设备连接，否则，通过铁路专用ip数据网与ggsn连接。

为确保数据传输可靠性，数据网中应为c1应用分配单独的vpn。

车地数据传输过程如图5所示，主要过程为：

mt上电后，自动搜索gsm-r网络，完成小区选择，然后进行gprs附着；gprs附着成功后，rtu控制mt进行pdp激活；sgsn根据pdp激活请求中携带的apn，选择本局ggsn，建立gtp隧道；ggsn从系统的ip地址池里为mt动态分配ip地址，并返回pdp激活接收消息；mt向rtu返回pdp激活成功消息；pdp激活成功后，mt获得了ip地址，通过gprs网络，从而与地面设备进行ip数据通信。

本发明实施例上述方案，提升了铁路运输的安全保障。在普速铁路中，对于运营管理，本系统取消了传统的“车机联控”模式，由原来人工管理的“问路行车”、“指路行车”方式转变为由车载设备控制列车行车的方式；对于行车凭证，实现了由“地面信号显示为主，机车信号为辅”，转变为向“车载提供行车许可，车载信号为主，地面信号显示为辅”。对于临时限速的控制，取消了司机刷卡设定临时限速的人工管理方式，解决了列车在运行途中临时限速无法上车的技术难题，进一步提升了普速铁路的安全性；同时，实现普速线路机车装备车载设备的突破，与国际列控技术实现接轨，大幅度提升我国铁路装备技术现代化水平。其次，本系统作为ctcs技术体系一个重要环节，将对构建完整的ctcs技术体系，推动我国铁路技术装备水平，为运输提供安全、经济、适用的技术保障起到重要作用。

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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。