一种基于TAG定位的轻量级列控系统的制作方法

本发明属于列车控制系统技术领域，特别涉及一种基于tag定位的轻量级列控系统。

背景技术：

列车运行控制系统是保证列车安全高速运行的关键技术，简称列控系统。该系统可分为车载、地面、轨旁等几大部分，列车自动驾驶系统(ato)和列车自动防护系统(atp)均属于列控系统的车载部分。

列车自动驾驶系统(ato)主要完成列车站内自动发车、区间自动运行、站内自动停车、站台精确停车、发车监控功能。在装配有列车自动驾驶系统(ato)的车辆运行时，司机的主要职责是监控和瞭望，当有意外发生时立即介入接管列车控制。相较于司机人工驾驶，列车自动驾驶系统(ato)可提高列车驾驶的舒适性和平稳性，具备自动驾驶系统功能的线路建设及改造时当今铁路建设的趋势。

目前我国城市轨道交通具备自动驾驶系统功能的线路主流为cbtc系统，该系统结构复杂接口繁多，既有地铁若要升级cbtc线路则需要增加多个地面设备，且考虑到既有设备的兼容则更加困难。对于既有干线铁路客运、货运线路，若要增加自动驾驶系统功能，无论是采用c2+ato系统方案还是高铁ato系统方案，均建设改造难度大、周期长、成本高。

为此，需要一种建设成本低、维护难度小，适用于运营效率不高的城轨、城际线路建设及改造的轻量级列控系统，同时也以此满足既有客运、货运线路信号系统增加自动驾驶系统功能的改造升级。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种基于tag定位的轻量级列控系统，包括中心设备、车站自动驾驶系统、车载设备，中心设备与车站自动驾驶系统通信，车站自动驾驶系统与车载设备通信；其中，

所述中心设备，用于向车站自动驾驶系统发送运营计划以及轨道区段占用情况；

所述车站自动驾驶系统，用于根据中心设备的运营计划、轨道区段占用情况调整列车的运行等级；

所述车载设备包括车载自动驾驶系统，所述车载自动驾驶系统与所述车站自动驾驶系统通信；

所述车载自动驾驶系统，用于接收所述车站自动驾驶系统的运行计划信息，控制列车自动运行；

所述车载设备还包括电子标签天线，电子标签天线与车载自动驾驶系统通信，所述电子标签天线用于获取铺设在轨面的电子标签的报文信息；

所述车载自动驾驶系统根据电子标签的报文信息自动控车。

优选的，所述报文信息为地面固定信息，所述地面固定信息包括目标点信息、停车点信息。

优选的，所述车载设备包括电子标签读取器，所述电子标签读取器与所述电子标签天线通信；

所述电子标签天线接收轨面上的所述电子标签的射频信息，从而获取电子标签的报文信息；

所述电子标签将射频信息传输给电子标签读取器，电子标签读取器将射频信息转化为ascall编码，以字节流形式发送给车载自动驾驶系统。

优选的，所述中心设备包括生成、执行和调整时刻表。

优选的，中心设备向车站联锁发布进路命令；所述车站联锁根据所述进路命令进行进路预选和信号设备的联锁逻辑处理，完成进路选排、锁闭。

优选的，所述车站联锁生成轨道码、道岔动作信号以及信号机的控制命令。

优选的，所述车站联锁与轨旁设备接口采集现场信号设备状态采集。

优选的，所述车载设备包括车载自动防护系统，所述车载防护系统通过tcr读取器解码车站联锁生成的轨道码，获取当前区段轨道限速，计算紧急制动触发曲线、常用制动触发曲线、切牵曲线。

优选的，在所述车载自动防护系统的防护下，所述车载自动驾驶系统接收车站自动驾驶系统的运行计划，自动调整列车运行。

优选的，所述车载设备包括车载人机交互平台，所述车载人机交互平台分别与车载自动防护系统、车载自动驾驶系统进行信息交互；

所述人机交互平台显示电子标签的报文信息。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的基于tag定位的轻量级列控系统结构简单，扩展性高，对既有系统修改少，几乎无依赖。

2、本发明相比cbtc列控系统，建设维护成本低，各接口信息交互清晰单一，各子系统功能、接口独立，尤其更利于既有铁路的升级。

3、本发明建设成本低、维护难度小，适用于运营效率不高的城轨、城际线路建设及改造的轻量级列控系统，同时能够满足既有客运、货运线路信号系统增加自动驾驶系统功能的改造升级。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1示出了根据本发明实施例的基于tag定位的轻量级列控系统结构图；

图2示出了根据本发明实施例的不具备自动驾驶功能的运行控制系统的结构示意图。

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、完整地说明，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出了一种基于tag定位的轻量级列控系统，包括中心设备、车站设备、车载设备；车站设备包括车站自动驾驶系统，中心设备与车站自动驾驶系统建立通信，车站自动驾驶系统与车载设备建立通信；

所述中心设备向车站自动驾驶系统发送运营计划、轨道区段占用情况；

所述车站自动驾驶系统根据中心设备的运营计划、轨道区段占用情况调整列车的运行等级，并且所述车站自动驾驶系统建立车地无线通信；

所述车载设备包括车载自动驾驶系统，所述车载自动驾驶系统与所述车站自动驾驶系统建立通信，所述车载自动驾驶系统接收所述车站自动驾驶系统的运行计划信息，控制列车自动运行；

在车载自动防护系统的防护下，车载自动驾驶系统接收车站自动驾驶系统的运行计划，自动调整列车运行；

所述车载设备还包括tag读取器和tag天线，tag天线与tag读取器连接，电子标签与车载自动驾驶系统通信，所述tag天线检测铺设在轨面的电子标签，电子标签为车载自动驾驶系统提供地面固定信息。电子标签为无源设备。本发明通过tag天线检测电子标签提供的地面固定信息，并配合车站自动驾驶系统进行完成列车的自动控制，以此构建一个结构简单，响应迅速的轻量级列控系统。

中心设备为中心调度人员提供用户操作界面，实现全线列车的近路设置。所述用户操作界面显示全线线路状态及列车位置。所述中心设备生成、执行和调整时刻表，为车站联锁发布进路命令。

所述车站联锁接收中心设备的进路命令，进行进路预选、实现信号设备的联锁逻辑处理，完成进路选排、锁闭。所述车站联锁生成轨道码、道岔动作信号以及信号机的控制命令。所述车站联锁与轨旁设备接口，采集现场信号设备状态。

所述车载设备包括车载自动防护系统，车载防护系统通过tcr读取器解码车站联锁生成的轨道码，获取当前区段轨道限速，并计算紧急制动触发曲线、常用制动触发曲线、切牵曲线，从而通过车载自动防护系统完成列车的限速控制。

所述车载设备包括车载人机交互平台，车载人机交互平台分别与车载自动防护系统、车载自动驾驶系统进行信息交互。

该系统结构简单、适用性和扩展性强，可以有效降低系统建设成本及维护维修难度。

该基于tag定位的轻量级列控系统适用于国内外运营效率要求不高的地铁、城际以及干线铁路，既可以在全新线路上建设标准的基于tag定位的轻量级列控系统，也可以在既有线路上为原信号系统上增加自动驾驶功能。

基于tag定位的轻量级列控系统由中心设备、车站设备、轨旁设备、车站设备组成。中心设备为运行控制中心(cco)；车站设备包括：车站联锁(cbi)和车站自动驾驶系统；轨旁设备包括：信号机、道岔、轨道电路、tag(电子标签)等信号设备；车载设备包括：车载自动防护系统、车载自动驾驶系统、dmi(人机交换平台)等。

运行控制中心是非安全子系统。运行控制中心为中心调度人员提供用户操作界面，实现全线列车的进路设置，并显示全线线路状态及各个列车位置。运行控制中心生成、执行和调整时刻表，并为各个车站联锁发布进路命令。

车站联锁接收来自运行控制中心的进路命令，进行进路预选、实现信号设备的联锁逻辑处理、完成进路的选排、锁闭。并且车站联锁发放信号机和动作道岔的控制命令，保证进路、道岔与信号机之间联锁关系正确；同时车站联锁通过与轨旁设备接口，采集现场信号设备的状态。车站自动驾驶系统为本系统特有的子系统，车站自动驾驶系统根据运行控制中心的运行时刻，计算列车的运行等级，其中车站自动驾驶系统根据各个列车到达本站的时刻表以及发车时刻表，计算前后两车的行驶时间间隔，然后根据本站与下一个车站的距离间隔，计算每辆列车应行驶在两站之间的平均速度，以此推算运行等级。示例性的，运行等级可根据需要划分35km～90km/h，每5km/h为一档，形成12个档的运行等级。并且车站自动驾驶系统建立车地无线通信，为车载自动驾驶系统发送跳停、扣车、开关门、运行等级等远程控制命令。车站联锁与车站自动驾驶系统具有设备功能独立、接口独立的特点，车站自动驾驶系统与车站连锁完全隔离，车站自动驾驶系统与车站联锁之间不通信，并且车站自动驾驶系统不承担安全功能。

轨旁设备中信号机用于显示前方进路状态。信号机通常设置在转换区的出入口、道岔前、车站入口和车站出口。信号机用于提示司机前方空闲区间及进路情况。道岔通过转辙机操作。道岔的位置状态直接确定了列车运行的进路方向，是进路排设的最终反映。轨道电路利用线路的钢轨和机械绝缘节，将站间分为许多闭塞分区，监督各分区是否空闲，并将轨道码发送给机车信号。电子标签为铺设在轨面的无源设备，主要用途是向车载自动驾驶系统提供可靠的地面固定信息。此系统的电子标签分布在距离进站口或出站口450米位置；并且电子标签还设置在站内，关于站台中心对称分布。电子标签的地面固定信息包括：当前电子标签距离停车点的距离以及当前电子标签距离站台入口出口位置等。

车载自动防护系统通过接收轨道码实现速度防护逻辑，并通过列车接口单元对车辆进行紧急制动、切除牵引、驻车制动等操作，防止列车超速、冒进或溜车。车载自动驾驶系统通过车载自动防护系统获取轨道区段限速，通过车地通信获取运行等级限速，通过电子标签获取停车点位置及站台限速等信息，控制列车牵引制动精确停车。车载人机交换平台显示列车速度、列车限速、跳停、扣车等信息，供司机监测。

一种基于tag定位的轻量级列控系统的工作原理如下：

1、运行控制中心的调度人员通过预设计划，为线路列车办理进路并下发管辖范围内的车站联锁,运行控制采集车站联锁的信息，在界面实时显示各个轨道区段占用情况。

2、车站联锁接收运行控制中心的进路命令，完成信号设备的联锁逻辑处理、完成进路的选排、锁闭，完成轨道码生成和道岔动作信号的生成，保证进路、道岔与信号机之间联锁关系正确。同时车站联锁也会采集轨旁设备状态，用于联锁逻辑判断条件或显示使用。

3、车站自动驾驶系统与一定范围内的列车建立无线通信，向车载自动驾驶系统发送运行计划信息，此信息为非安全信息，且车地通信只作为自动驾驶系统子系统的一部分，独立于其它子系统。

轨旁设备作为地面信号终端，轨道电路用于通过向列车发送不同的载频信号实现当前轨道区段限速的通知；信号机的灯位显示用于提示司机前方区间空闲情况及进路方向；道岔的定/反位直接决定了列车的正/侧向进站或出站。

4、车载自动防护系统通过tcr读取器解码轨道电路载频信息，获取当前区段轨道限速，计算紧急制动触发曲线、常用制动触发曲线、切牵曲线，完成列车的限速控制。

5、车载自动驾驶系统在车载自动防护系统的速度防护下，通过接收车站自动驾驶系统的运行计划，根据运行计划自动调整最高运行速度，以及完成开关门动作，跳停/扣车的执行等。当列车即将进站时，通过接收两个连续进站电子标签判断方向，结合列车运行方向及tag报文内容获取进站口位置，提前减速进站；当列车进站后，通过接收精确停车tag报文获取距离停车点距离，自动调整制动级位实现精确停车。

6、车载人机交互平台通过与车载自动防护系统、车载自动驾驶系统的信息交互，实时显示限速信息、运行计划信息、报警信息等，供司机监控。

车站自动驾驶系统获取中心设备的运营计划以及线路上所有列车的轨道区段占用情况等信息，为各个列车自动调整运行等级。

车站自动驾驶系统与车站联锁完全隔离，车站自动驾驶系统不与车站联锁通信，车站自动驾驶系统不承担安全功能。

车载设备中tag电子标签所需的器件包括：tagreader(tag读取器)、tag天线，由tag天线接收轨面上的tag射频，将其数据传输给tagreader，tagreader将射频信息转化为ascall编码，以字节流形式发送给车载自动驾驶系统。

tag报文信息有目标点、停车点信息，当列车经过tag时车载自动驾驶系统获取tag报文，将其报文的停车点、目标点字段转化为位置信息，车载自动驾驶系统将根据tag描述的位置信息控车，并将tag报文显示于车载人机交互平台供司机查看。

轨道电路在系统中的作用是为车载自动防护系统提供轨道码，自动防护系统根据轨道码计算相应的限速以及危险点位置。同时轨道电路的占用将被联锁检测，联锁将轨道占用信息汇报给中心设备，中心设备由此获取到线路上所有轨道区段的占用情况。轨道电路与自动驾驶系统功能无关。

现以不具备自动驾驶系统的列车运行控制系统为例介绍本发明的实施。图2示出了不具备的自动驾驶系统的列车运行控制系统结构示意图，如图2所示，车站设备仅包括车站联锁。作为中心设备的运行控制中心仅用于向车站联锁发送进路命令。车站联锁根据运行控制中心发送的进路命令，完成信号设备的联锁逻辑处理、完成进路的选排、闭锁，并且车站联锁生成轨道码、道岔的动作信号以及信号机的控制信号，从而保证列车进路、轨道道岔以及信号机之间联锁关系正确。同时，车站联锁也采集轨旁设备的状态，用于联锁逻辑判断条件或显示使用。

轨旁设备包括轨道电路、信号机以及道岔。本实施例中，信号机设置在转换区的出口、入口、道岔前、车站入口、以及车站出口位置。信号机的灯位用于提示司机前方空闲区间及进路情况。道岔通过转辙机操作。而转辙机处于定位状态还是反位状态直接确定了列车运行的进路方向，反映车站联锁的排设。轨道电路利用线路的钢轨和机械绝缘节，将站间分为许多闭塞分区，监督各分区是否空闲，并将轨道码发送给机车信号。轨道电路通过向列车发送不同的载频信号实现当前轨道区段的限速通知。

车站设备包括用于接收轨道码的tcr读取器，tcr读取器接收轨道电路的载频信号，tcr读取器根据载频信号能够根据获取当前区段轨道的限速。并且，tcr读取器将当前区段轨道的限速信息发送给车载自动防护系统。车载自动防护系统根据当前区段轨道的限速信息，计算紧急制动触发曲线、常用制动触发曲线、切牵曲线，完成列车的限速工作。

在列车车头内设置车载机柜。车载机柜包括fzl.x20平台、gssap平台、雷达系统、车载自动防护系统(atp)、车载自动驾驶系统(ato)以及tcr读取器，车载机柜上设有对应接口。列车的底部设置两组加速度传感器，测量列车的加速信息。列车的车轮上设置速度传感器，检测车辆的移动速度。示例性的，车轮速度传感器设置在分别设置在列车车头的前车轮和后车轮上。列车底部的加速度传感器车站机柜的接口连接到车站自动防护系统。列车底部的速度传感器通过车站机柜的接口连接到车站自动防护系统。

列车底部设置tag天线，tag天线与车载机柜的车载自动驾驶系统连接。

在列车的底部设置tcr天线，tcr天线通过车载机柜上的接口与车载机柜内的tcr读取器连接。通过tcr天线接收轨道电路上的载频信息，并将载频信息传输给tcr读取器，通过tcr读取器可分析得到当前区段轨道限速信息。tcr读取器与车载自动防护系统连接，将当前轨道限速信息发送给车载自动防护系统。

雷达用于连接通信天线(ap)，通过通信天线可与远程设备通信。

车站设备中还包括人机交换平台(dmi)，人机交换平台通过车载机柜的接口与车载自动驾驶系统和车载自动防护系统连接，由于车载设备的雷达并未与车站自动驾驶系统连接，人机交换平台无法显示运行计划信息，人机交换平台仅实时显示限速信息和报警信息等，供司机监控。

为了对不具备自动驾驶系统的列车运行控制系统进行改造，增设自动驾驶功能，在车站设备中设置车站自动驾驶系统。车站自动驾驶系统与中心设备无线通信，接收中心设备发出的列车运行时刻，并计算类车运行等级。车站自动驾驶系统建立车地无线通信，车站自动驾驶系统与车载设备的通信天线进行通信，向车载自动驾驶系统发送远程控制命令。其中远程控制命令包括停跳、扣车、开关门、运行等级等远程控制命令。车站自动驾驶系统在建立过程中与车站设备的车站联锁功能独立，接口独立。

为了对不具备自动驾驶系统的列车运行控制系统进行改造，除增设车站自动驾驶系统外，还需要在轨面上铺设电子标签，电子标签为无源设备。列车底部的tag天线检测电子标签。电子标签为车载自动驾驶系统提供可靠的地面股道信息。电子标签分布于进站口/出站口450米处，以及站内关于站台中心对称分布，其固定报文内容包括：距离停车点距离，距离站台入口出口位置等。示例性的，电子标签分布在距离进站口450米位置。进站口设置两组电子标签，两组电子标签相距20米，列车经过电子标签时，tag天线检测电子标签，获取电子标签的报文。对比两组电子标签的报文信息，可确定当前列车的行进方向。结合列车运行方向及报文内容获取进站口位置，提前减速进站；当列车进站后，通过站内设置的电子标签接收精确停车电子标签报文获取距离停车点距离，自动调整制动级位实现精确停车。tag天线将报文信息发送给车载自动驾驶系统，车载自动驾驶系统将报文信息转化为位置信息。车站自动驾驶系统根据电子标签记录的位置信息控车。以此为不具备自动驾驶系统的列车运行控制系统增设自动驾驶功能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。