一种兼容多种列控系统的列控车载设备系统的制作方法

1.本发明涉及轨道交通控制技术领域，特别是涉及一种兼容多种列控系统的列控车载设备系统。


背景技术：

2.当列车需要在不同类型的线路上运行时，现有技术中，为了适应不同的线路条件，需要安装不同类型的列控系统车载设备。同时，各个列控系统车载设备需要分别装备完整的功能模块，且功能模块设置相同、作用相同。因此，现有的列控车载设备系统集成度不高，具有相同作用的功能模块没有在不同列控车载设备之间实现共享共用，造成设备体积庞大、不易于安装以及成本高昂等问题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明设计了一种兼容多种列控系统的列控车载设备系统，系统包括一个拥有控制权的通用车载设备和若干个结构简化的特殊车载设备；其中，特殊车载设备包含列车安全监控功能以及与地面设备交互功能，通用车载设备包含若干个供特殊车载设备共享的功能模块。
4.进一步地，特殊车载设备仅包含列车安全监控功能以及与地面设备交互功能。
5.进一步地，通用车载设备还包含列车监控功能模块和特殊车载设备控制功能模块；所述列车监控功能模块用于实现列车安全监控的核心逻辑；特殊车载设备控制功能模块用于通用车载设备管理若干个特殊车载设备，实现对特殊车载设备的控车权利切换。
6.进一步地，供特殊车载设备共享的功能模块包含无线传输功能模块、应答器传输功能模块、测速测距功能模块、人机接口功能模块、参考时间功能模块、数据记录功能模块、列车接口功能模块和制动接口功能模块。
7.进一步地，特殊车载设备一端与通用车载设备连接，另一端与特殊地面信息收发单元连接。
8.进一步地，特殊车载设备通过特殊地面信息收发单元与地面设备交互信息。
9.进一步地，当列控车载设备上电后，特殊车载设备向通用车载设备发送建立通信连接请求，通用车载设备接收请求，并检查特殊车载设备的系统版本是否兼容。
10.进一步地，若通用车载设备与特殊车载设备系统版本兼容，则通用车载设备与特殊车载设备建立通信连接；若通用车载设备与特殊车载设备系统版本不兼容，则通用车载设备拒绝与特殊车载设备建立通信连接。
11.进一步地，当特殊车载设备向通用车载设备报告故障，或通用车载设备检测到特殊车载设备发生故障时，通用车载设备禁止将控车权利切换给特殊车载设备。
12.进一步地，所述特殊车载设备上电后，自动从未上电状态进入上电状态；在上电状态下，特殊车载设备与通用车载设备建立通信连接。
13.进一步地，在上电状态下，特殊车载设备向通用车载设备发送进入配置状态请求，
通用车载设备接收配置状态请求，并向特殊车载设备发送进入配置状态命令，使特殊车载设备进入配置状态。
14.进一步地，在配置状态下，通用车载设备向特殊车载设备发送通用列车数据、列车接口状态、制动接口状态、测速测距性能参数以及制动性能参数。
15.进一步地，若特殊车载设备需要特殊列车数据，特殊车载设备向通用车载设备发送进入数据输入状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入数据输入状态命令，使特殊车载设备进入数据输入状态。
16.进一步地，若特殊车载设备不需要特殊列车数据，特殊车载设备向通用车载设备发送进入冷备状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入冷备状态命令，使特殊车载设备进入冷备状态。
17.进一步地，在数据输入状态下，特殊车载设备通过人机接口功能请求司机输入特殊列车数据。
18.进一步地，特殊列车数据输入完成后，特殊车载设备向通用车载设备发送进入冷备状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入冷备状态命令，使特殊车载设备进入冷备状态。
19.进一步地，在冷备状态下，特殊车载设备不能通过特殊地面收发单元接收地面发送的数据。
20.进一步地，在冷备状态下，若特殊车载设备从通用车载设备接收进入控车状态命令，特殊车载设备进入控车状态。
21.进一步地，在冷备状态下，若通用车载设备收到来自地面设备或司机的切换命令，所述切换命令指定特殊车载设备进入热备状态，通用车载设备向指定的特殊车载设备发送进入热备状态命令，则指定的特殊车载设备进入热备状态。
22.进一步地，在热备状态下，特殊车载设备能够接收地面数据。
23.进一步地，在热备状态下，若特殊车载设备从通用车载设备接收进入控车状态命令，特殊车载设备进入控车状态。
24.进一步地，在热备状态下，若特殊车载设备从通用车载设备接收进入冷备状态命令，特殊车载设备进入冷备状态。
25.进一步地，在上电状态、配置状态、数据输入状态、冷备状态、热备状态和控车状态下，若特殊车载设备检测到自身发生故障，或通用车载设备检测到特殊车载设备发生故障并向特殊车载设备发送进入故障状态命令，特殊车载设备进入故障状态。
26.进一步地，在上电状态、配置状态、数据输入状态、冷备状态、热备状态、控车状态和故障状态下，对特殊车载设备断电，特殊车载设备进入未上电状态。
27.进一步地，当控车权利切换到通用车载设备时，特殊车载设备故障或断电，列控车载设备系统处于正常状态。
28.进一步地，在停车状态下，通用车载设备根据切换命令，将控车权利移交给切换命令指定的特殊车载设备或根据切换命令收回控车权利。
29.本发明设计的兼容多种列控系统的列控车载设备系统能够实现特殊车载设备共享通用车载设备资源，降低设备成本、减小设备体积以及便于设备安装；并且可监控列车运行在装备不同地面设备的线路上，提高了系统的适应性和兼容性。
30.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
31.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。
32.图1示出了本发明的兼容多种列控系统的列控车载设备系统原理图。
具体实施方式
33.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。
34.本发明提供一种兼容多种列控系统的列控车载设备系统，系统包括一个拥有控制权的通用车载设备和若干个结构简化的特殊车载设备。通用车载设备定义为应用最广泛的车载设备，其具有一般车载设备的所有功能模块，包括列车监控功能模块、无线传输功能模块、应答器传输功能模块、测速测距功能模块、人机接口功能模块、参考时间功能模块、数据记录功能模块、列车接口功能模块和制动接口功能模块等。特殊车载设备定义为具有特定方式监控功能的其他车载设备，其包含列车安全监控功能以及与地面设备交互功能。在本发明实施例中，特殊车载设备仅仅包含列车安全监控功能以及与地面设备交互功能。
35.示例性地，特殊车载设备以特殊车载设备a和特殊车载设备b表示。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要在列控车载设备系统中设置两个以上的特殊车载设备。
36.参照图1，通用车载设备包含列车监控功能、无线传输功能、应答器传输功能、测速测距功能、人机接口功能、参考时间功能、数据记录功能、列车接口功能、制动接口功能和特殊车载设备控制功能10个模块。
37.其中，无线传输功能模块用于通用车载设备和特殊车载设备与地面设备的无线数据传输。应答器传输功能模块用于接收地面应答器报文，并提供给通用车载设备和特殊车载设备。测速测距功能模块用于计算列车位置、速度和方向，并提供给通用车载设备和特殊车载设备。人机接口功能模块用于实现通用车载设备和特殊车载设备与司机的人机交互。参考时间功能模块用于向通用车载设备和特殊车载设备提供系统时间。数据记录功能模块用于记录通用车载设备和特殊车载设备的运行数据。列车接口功能模块用于采集列车接口输入信息，并提供给通用车载设备和特殊车载设备。制动接口功能模块用于通用车载设备和特殊车载设备向列车输出制动命令。以上所述通用车载设备中的无线传输功能模块、应答器传输功能模块、测速测距功能模块、人机接口功能模块、参考时间功能模块、数据记录功能模块、列车接口功能模块以及制动接口功能模块均用于供特殊车载设备共享。
38.另外，通用车载设备中的列车监控功能模块用于基于列车数据和地面信息，实现
列车安全监控的核心逻辑。特殊车载设备控制功能模块用于通用车载设备管理所有的特殊车载设备；特殊车载设备控制功能模块是通用车载设备与特殊车载设备之间的桥梁，通过特殊车载设备控制功能模块能够实现对特殊车载设备的控制，以及通用车载设备和特殊车载设备之间的控车权利切换。通用车载设备中的列车监控功能模块以及特殊车载设备控制功能模块不用于供特殊车载设备共享。
39.本发明实施例中，特殊车载设备a和特殊车载设备b一端均通过profibus总线(或其他总线，例如mvb总线)与通用车载设备相连，共享通用车载设备的无线传输功能、应答器传输功能、测速测距功能、人机接口功能、参考时间功能、数据记录功能、列车接口功能和制动接口功能8个功能模块采集的信息。特殊车载设备通过处理采集信息实现对列车的安全监控。同时，特殊车载设备a和特殊车载设备b另一端分别通过特殊地面信息收发单元a、特殊地面信息收发单元b与地面设备交互信息，用于在装备有对应地面设备的特定线路上监控列车安全运行。特殊地面信息收发单元是指装在特殊车载设备上，可以接受特定线路地面设备信息的信息接收单元，其可以是一个单元，也可以是两个以上单元的组合。例如，列控系统接收地面信息，如果只有一种地面信息需要采集，就使用一种类型的特殊地面信息收发单元；如果有两种不同类型的地面信息需要采集，需要使用两种不同类型的特殊地面信息收发单元。
40.特定线路指的是支持不同特殊列控系统的线路，在这些线路上安装有对应的特殊地面设备。例如，有一条线路是支持特殊列控系统x，那么地面安装有特殊地面设备l。当列车需要进入这条线路运行时，就需要通过地面命令或司机操作将车载设备的控车权利转换到特殊车载设备a，特殊车载设备a在这条线路可以正常接收特殊地面设备l的信息，在通用车载设备那些共享功能的支持下，实现对列车的安全控制。
41.兼容多种列控系统的列控车载设备系统上电后，特殊车载设备请求与通用车载设备建立通信连接，通用车载设备收到请求，应对特殊车载设备的系统版本进行检查。如果当特殊车载设备与通用车载设备的版本兼容，通用车载设备与特殊车载设备建立通信连接成功；如果版本不兼容，通用车载设备则拒绝与特殊车载设备建立通信连接。
42.在车载设备控车权利切换过程中，通用车载设备能够接收来自司机或地面设备的切换命令，并根据该切换命令，将控车权利授权给切换命令的通用车载设备或指定的特殊车载设备，实现在不同线路上由匹配的车载设备监控列车运行，保证行车安全。任何时刻只能有一种车载设备拥有列车监控权利。例如，一般线路支持通用车载设备，特定线路支持特殊车载设备a，列车在一般线路上运行时，由通用车载设备监控列车安全运行；当列车需要离开一般线路，进入特定线路时，通用车载设备将根据地面命令或司机命令，将控车权利切换给特殊车载设备a，由特殊车载设备a监控列车在特定线路上安全运行。
43.车载设备控车权利切换过程中，为特殊车载设备设计了未上电状态、上电状态、配置状态、数据输入状态、冷备状态、热备状态、控车状态和故障状态共8种工作状态。
44.特殊车载设备上电，自动从未上电状态进入上电状态；
45.在上电状态下，特殊车载设备与通用车载设备建立通信连接；同时，特殊车载设备向通用车载设备发送进入配置状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入配置状态命令，特殊车载设备进入配置状态；
46.在配置状态下，通用车载设备向特殊车载设备发送通用列车数据、列车接口状态、
制动接口状态、测速测距性能参数以及制动性能参数。
47.如果特殊车载设备需要特殊列车数据，特殊车载设备向通用车载设备发送进入数据输入状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入数据输入状态命令，特殊车载设备进入数据输入状态；在数据输入状态下，司机可通过人机接口单元为特殊车载设备输入特殊列车数据。
48.如果特殊车载设备不需要特殊列车数据，特殊车载设备向通用车载设备发送进入冷备状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入冷备状态命令，特殊车载设备进入冷备状态。
49.特殊列车数据的含义是，特殊列车数据指的是通用列车数据不包含但特殊车载设备需要的那些列车数据。例如中国的ctcs
‑
2级列控系统就是一个特殊列控系统，需要司机选择载频，车载设备才能正确解码地面轨道电路上的载频信息。但是通用车载设备不使用轨道电路信息，也就没有轨道电路接口，不需要司机选择载频。
50.在冷备状态下，特殊车载设备不能通过特殊地面收发单元接收地面发送的数据；在冷备状态下，如果特殊车载设备从通用车载设备接收进入控车状态命令，特殊车载设备进入控车状态，监控列车运行；在冷备状态下，如果通用车载设备收到来自地面设备或司机的切换命令，该切换命令指定特殊车载设备进入热备状态，通用车载设备向指定的特殊车载设备发送进入热备状态命令，指定的特殊车载设备进入热备状态。
51.在热备状态下，特殊车载设备可以接收地面数据，为进入控车状态后做数据准备；如果特殊车载设备从通用车载设备接收进入控车状态命令，特殊车载设备进入控车状态，监控列车运行；如果从通用车载设备接收进入冷备状态命令，特殊车载设备进入冷备状态。
52.本发明实施例中，在数据输入状态下，特殊车载设备通过人机接口功能请求司机输入特殊列车数据，完成特殊列车数据输入后，特殊车载设备向通用车载设备发送进入冷备状态请求，通用车载设备向特殊车载设备发送进入冷备状态命令，特殊车载设备进入冷备状态。
53.在上电状态、配置状态、数据输入状态、冷备状态、热备状态和控车状态下，如果特殊设备车载检测到自身发生故障，或通用车载设备检测到特殊车载设备发生故障并向特殊车载设备发送进入故障状态命令，特殊车载设备进入故障状态；通用车载设备禁止将控车权利切换给发生故障的特殊车载设备，保证行车安全。
54.在上电状态、配置状态、数据输入状态、冷备状态、热备状态、控车状态、和故障状态下，对特殊车载设备进行断电操作，特殊车载设备进入未上电状态。
55.根据本发明设计的兼容多种列控系统的列控车载设备系统，下文中还将介绍列控车载设备系统中通用车载设备与特殊车载设备之间的控车权利切换过程；以及特殊车载设备与特殊车载设备之间的控车权利切换过程。在跨越不同线路时，通用车载设备控制组合式列控车载设备中不同车载设备之间的切换。
56.示例性地，本发明中设计了通用车载设备将控车权切换到特殊车载设备a的过程：
57.列控车载设备系统上电后，特殊车载设备a依次经过上电状态、配置状态、数据输入状态后，进入冷备状态。同时，通用车载设备进入正常工作状态。在运行过程中，根据地面命令或司机命令，通用车载设备可以命令处于冷备状态的特殊车载设备a接管控车权，监控列车运行。
58.通用车载设备收到来自地面设备或司机的切换命令(地面设备可以是应答器、无线传输装置或者特殊地面设备)，控制特殊车载设备a进入热备状态，并通过人机界面(dmi)显示设备切换预告信息；进入热备状态的特殊车载设备a向通用车载设备反馈特殊车载设备a的允许速度、设备切换确认区域等状态信息，通用车载设备将特殊车载设备a的允许速度纳入速度监控曲线(取特殊车载设备a允许速度和通用车载设备允许速度的最小值，作为设备切换执行点的允许速度)，保证列车以平滑的速度通过设备切换执行点。经过设备切换执行点后，通用车载设备控制特殊车载设备a由热备状态进入控车状态，从而实现将控车权从通用车载设备切换给特殊车载设备a。
59.上述将控车权从通用车载设备移交给特殊车载设备a过程中，通用车载设备接收切换命令后，控制特殊车载设备进入热备状态，特殊车载设备将热备状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备进入热备状态信息，通用车载设备则控制特殊车载设备进入故障状态，设备切换失败。
60.上述将控车权从通用车载设备移交给特殊车载设备a过程中，当列车进入设备切换确认区域后，通用车载设备通过人机界面(dmi)提示司机确认设备切换；司机收到确认设备切换命令后，在一定时间内若司机不确认设备切换，则在超时后由通用车载设备向列车发送常用制动命令，直到司机确认设备切换。
61.上述将控车权从通用车载设备移交给特殊车载设备a过程中，列车经过设备切换执行点后，通用车载设备控制特殊车载设备进入控车状态，特殊车载设备将控车状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备进入控车状态信息，通用车载设备则控制特殊车载设备进入故障状态，并由通用车载设备向列车发送制动停车命令，设备切换失败。
62.示例性地，本发明设计了特殊车载设备a将控车权切换到通用车载设备的过程：
63.特殊车载设备a监控列车运行，处于控车状态。
64.通用车载设备收到来自应答器的设备切换命令后，通过人机界面(dmi)显示设备切换预告信息；通用车载设备将设备切换执行点的允许速度发送给特殊车载设备a，特殊车载设备a将通用车载设备给出的允许速度纳入速度监控曲线(取特殊车载设备a的允许速度和通用车载设备给出的允许速度的最小值，作为设备切换执行点的允许速度)，保证列车以平滑的速度通过设备切换执行点。列车经过设备切换执行点后，通用车载设备撤销特殊车载设备a的控车权，由通用车载设备开始监控列车运行，从而实现将控车权从特殊车载设备a向通用车载设备切换。
65.上述将控车权从特殊车载设备向通用车载设备切换的过程中，通用车载设备撤销特殊车载设备a的控车权后，通用车载设备中的人机接口功能模块、列车接口功能模块以及制动接口功能模块不再响应特殊车载设备的命令和信息。
66.上述将控车权从特殊车载设备向通用车载设备切换的过程中，列车经过设备切换执行点后，通用车载设备命令特殊车载设备a由控车状态进入冷备状态，特殊车载设备将冷备状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备进入冷备状态的反馈信息，通用车载设备则命令特殊车载设备进入故障状态，但设备切换成功。
67.上述将控车权从特殊车载设备向通用车载设备切换的过程中，列车进入设备切换
确认区域后，通用车载设备通过人机界面(dmi)提示司机确认切换设备。司机收到确认设备切换命令后，在一定时间内若司机不确认设备切换，则在超时后由通用车载设备向列车发送常用制动命令，直到司机确认设备切换。
68.示例性地，本发明设计了将控车权从特殊车载设备a切换到特殊车载设备b的过程，其过程如下：
69.列控车载设备系统上电后，特殊车载设备b经过上电状态、配置状态、数据输入状态后，进入冷备状态待命。同时，通用车载设备进入正常工作状态。
70.当前由特殊车载设备a监控列车运行，切换到特殊车载设备b控车的过程如下：
71.从地面设备(例如应答器、无线或环线)收到设备切换命令后，通用车载设备控制处于冷备状态的特殊车载设备b进入热备状态，并通过人机界面(dmi)显示设备切换预告信息。处于热备状态的特殊车载设备b向通用车载设备提供特殊车载设备b的允许速度、设备切换确认区域等信息，通用车载设备将这些信息转发给处于控车状态的特殊车载设备a，特殊车载设备a将特殊车载设备b的允许速度纳入速度监控曲线(取特殊车载设备b允许速度和特殊车载设备a允许速度的最小值，作为设备切换执行点的允许速度)，保证列车以平滑的速度通过设备切换执行点。列车经过设备切换执行点后，通用车载设备控制处于控车状态的特殊车载设备a进入冷备状态，特殊车载设备a将冷备状态信息发送至通用车载设备；通用车载设备控制特殊车载设备b由热备状态进入控车状态，由特殊车载设备b开始监控列车运行，特殊车载设备b进入控车状态，通用车载设备终止临时监控列车运行，将控车权完全交给特殊车载设备b，设备切换成功。通过以上步骤可实现特殊车载设备a将控车权切换到特殊车载设备b的过程。
72.上述特殊车载设备a将控车权切换到特殊车载设备b的过程中，通用车载设备控制处于冷备状态的特殊车载设备b进入热备状态，特殊车载设备b将热备状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备b进入热备状态的信息，通用车载设备控制特殊车载设备b进入故障状态，则设备切换失败。
73.上述特殊车载设备a将控车权切换到特殊车载设备b的过程中，当列车进入设备切换确认区域后，通用车载设备通过dmi提示司机确认设备切换。司机收到确认设备切换命令后，在一定时间内，若司机不确认设备切换，则在超时后由通用车载设备向列车发送常用制动命令，直到司机确认设备切换。
74.上述特殊车载设备a将控车权切换到特殊车载设备b的过程中，列车经过设备切换执行点后，通用车载设备命令特殊车载设备a由控车状态进入冷备状态，通用车载设备临时监控列车运行，直到特殊车载设备b进入控车状态。
75.同时，列车经过设备切换执行点后，通用车载设备控制特殊车载设备a进入冷备状态，特殊车载设备a将冷备状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备a进入冷备状态信息，通用车载设备则控制特殊车载设备a进入故障状态。
76.上述特殊车载设备a将控车权切换到特殊车载设备b的过程中，通用车载设备控制特殊车载设备b进入控车状态，特殊车载设备b将控车状态信息发送至通用车载设备；若在一定时间内，通用车载设备未收到特殊车载设备b进入控车状态的信息，通用车载设备则控制特殊车载设备b进入故障状态，设备切换失败。
77.本发明实施例中设计的通用车载设备将控车权切换至特殊车载设备a、特殊车载设备a将控车权切换至通用车载设备以及特殊车载设备a将控车权切换至特殊车载设备b的切换方法中，列车处于停车状态时，司机可以通过人机界面(dmi)切换车载设备的控车权，通用车载设备根据切换命令，将控车权移交给切换命令指定的特殊车载设备，或根据切换命令收回控车权。
78.综上所述，本发明设计的兼容多种列控系统的列控车载设备系统可实现特殊车载设备共享通用车载设备资源，降低设备成本、减小设备体积以及便于设备安装；并且可监控列车运行在装备不同地面设备的线路上，提高了系统的适应性和兼容性。
79.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如一个和另一个等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.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。