专利名称：一种判断列车闯信号的方法
技术领域：
本发明涉及城市轨道交通技术领域，具体涉及一种城市轨道CBTC(CommunicationBased Train Control System)系统判断列车闯信号的方法。
背景技术：
基于通信的列车运行控制系统(CommunicationBased Train Control System,简称CBTC)是传统铁路信号系统的现代接班者，它集合了两项现代尖端科技——无线电通信技术和自动化控制技术，即通过无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，并结合先进的控制技术实现列车运行控制。CBTC系统无须繁杂的电缆，以无线通信系统代替，减少电缆铺设及维护成本；可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力；信息传输流量大、效率高、速度快，脱离了的传统轨道电路固定闭塞的方式，实现了移动闭塞，减少了列车运行间隔。北京地铁亦庄线的顺利开通标志中国成为继德国西门 子、法国阿尔斯通、加拿大阿尔卡特后第四个成功掌握CBTC核心技术并顺利开通应用实际工程的国家。具备CBTC系统的城市轨道交通运营线路，在CBTC级别下的列车运行完全按照地面自动防护设备(以下简称ATP设备)，即区域控制系统(以下简称ZC系统)计算的移动授权运行，不仅如此，区别于传统的固定闭塞，列车运行对轨旁室外设备依赖度降低，列车司机通过观察车载设备的人机界面进行列车运行状态监督，无需关注室外信号机的状态，同时避免室外设备对CBTC模式下运行列车的司机行为产生误导，使得CBTC系统在保证安全的基础上更好的辅助列车行驶。在CBTC系统中，室外信号机默认常态为灭灯显示，只在某些特定情况下为需要目视信号运行的列车点亮信号机，以提高系统的可用性，故在CBTC级别下司机无法通过瞭望信号机的状态控制列车运行。根据地铁运营要求，具有以下原则(I)禁止列车越过红灯信号机(禁止信号)运行。(2)当列车运行在一些具备进路外方保护区段的线路上时，原则上不允许列车进入保护区段。当进路外方具备保护区段且进路终端信号机为禁止信号时，根据运营的精确停车的需求，ZC系统将移动授权终点设置在保护区段终端，当出现车载设备故障无法在停车点精确停车或列车制动失效发生溜逸，或者司机未按照运营指示驾驶列车，以及运营过程中临时变更作业ZC系统及时更新了移动授权终点，但列车速度较高未能及时停在信号机前等情况时，导致列车闯过禁止信号，如果系统不采取任何防护措施，会使列车进入一段未被允许运行的区段内，如果此时保护区段内道岔未锁闭时，则存在挤岔风险，对线路基础设施产生一定的破坏。针对以上背景情况，地面ATP设备ZC系统通过判断列车闯信号功能，保证发生闯信号时列车能够紧急制动，以保证行车安全。在信号系统中，室外轨旁会设立不同类型的信号机，信号机的类型根据摆放位置和具体的功能不同可分为以下几类出站信号机、防护信号机、阻拦信号机、区间分隔信号机、进段信号机、以及出段信号机。各种类型的信号机的显示控制可划分为以下几类亮灯且绿灯信号、亮灯且黄灯信号、亮灯且红灯信号。引入了 CBTC系统后，在以上显示的基础上增加了以下显示灭灯且绿灯信号、灭灯且黄灯信号、灭灯且红灯信号。在CBTC系统中，将信号的亮/灭显示称为信号的物理状态，将信号的绿/黄/红显示称为信号的逻辑状态，同时将逻辑状态中的绿灯信号和黄灯信号统称为允许信号，将红灯信号称为禁止信号，允许/禁止信号的概念不随信号机的亮/灭而发生变化。具体的图示如附图I所示。
在运营线路中，存在进路外方设置保护区段的线路设计，一般会在站外或者具备折返功能的区段外设置一段保护区段，并在保护区段前配有一个出站信号机或者防护信号机，传统固定闭塞下，当给列车办理了进站接车进路未办理出站进路时，此时出站信号机应设置为禁止信号(红灯信号)。当给列车办理了折返进路时，其折返终端设置的反向阻挡信号机也应为禁止信号，如附图2所示。在固定闭塞下，司机通过瞭望信号机控制列车运行，当运营过程中临时出现变更作业，需要经验丰富的司机手动控制列车在信号机前停车，对司机的要求较高。在引入CBTC系统控制理念后，首先根据运营作业方式的变化，司机驾驶列车运行不再要求司机必须看到信号指示行车，而改为要求司机通过观察车载的人机界面显示的目标距离和目标速度进行驾驶列车向前运行，如果司机不按照系统指示驾驶列车，会出现人为闯过禁止信号的情况；其次，当车载设备故障，列车无法在停车点精确停车时，司机未及时发现造成闯信号；再或者当列车制动性能失效，导致列车本应该停车时却发生溜逸，闯过禁止信号，再次，运营过程中临时变更作业ZC系统及时更新了移动授权终点，但由于列车速度较高未能及时停在信号机前，导致发生列车闯过禁止信号的现象，如果系统不采取任何防护措施，会使列车进入一段未被允许运行的区段内，如果此时该区段内存在未锁闭道岔，则存在挤岔风险，会对线路基础设施产生一定的破坏。在本发明之前，在实际的地铁运营线路中偶尔会发生冒进信号的责任事故，虽然从操作规范中对司机行为进行明确规定降低了一定程度的人为因素，但仍然无法完全避免闯信号事故的发生。通过本发明的技术，能够成功实现ZC系统对列车闯信号的判断，确定列车闯信号之后使列车紧急制动。而且，本发明从技术角度对闯信号情况进行防护和处理，也能使系统在动调阶段就一定程度上训练司机识别容易发生此类事故的信号机，为后期运营提供了保障。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明使用先进的算法实现了 CBTC模式下对列车闯信号的判断，解决了现有技术中列车可能越过禁止信号的问题，在实现判断闯信号的动态运算的过程中，一旦判断出列车闯过了禁止信号，ZC系统立即通过移动授权命令使列车紧急制动，从而提高了 CBTC系统中列车运行的安全性。
(二)技术方案本发明提供了一种判断列车闯信号的方法，具体包括获取列车前方信号机的唯一标识信息，根据所述标识信息查询所述信号机的显示状态，当所述信号机显示禁止信号时，存储所述标识信息；实时检查列车前方信号机的标识信息，并与之前存储的标识信息比较，如果列车前方信号机的标识信息与之前存储的标识信息不同，则获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段；根据已存储标识信息的信号机的精确位置，结合列车的精确位置，判断列车车头是否已越过该信号机；如果列车车头已经越过该信号机，再判断该信号机的内方区段是否为占用状态，如果是占用状态，则发送移动授权信息使列车紧急制动。 其中，所述获取列车前方信号机的唯一标识信息具体包括根据列车当前的精确位置以及线路设备的拓扑关系，通过查询电子地图获取列车前方信号机的唯一标识信息。其中，所述获取列车前方信号机的唯一标识信息还包括若列车前方区段中包含道岔，需结合道岔位置，动态确定信号机的标识信息。进一步的，当所述信号机显示允许信号时，不存储所述标识信息。其中，所述获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段具体包括根据已存储的标识信息查询电子地图，获得已存储标识信息的信号机的精确位置，并结合信号机的防护方向，查询获得信号机的内方区段。其中，所述获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段还包括若相关区段中包含道岔，需结合道岔的位置，动态确定信号机的内方区段。其中，所述判断列车是否已越过该信号机具体包括根据已存储标识信息的信号机的精确位置，结合列车车头和车尾的精确位置、列车运行方向、以及线路设备的拓扑关系，判断列车车头位置是否已越过该信号机。(三)有益效果与现有技术相比，本发明具有以下有益效果I、能够识别列车闯过出站信号机、折返区段防护信号机、区间信号机等具备通过信号和禁止信号功能的信号机；2、使系统在调试阶段就能训练司机识别容易发生此类事故的信号机，降低后期运营过程中发生事故的风险；3、在无法避免闯信号事故发生时，能够通过设备实施紧急制动保证行车安全。
图I是允许/禁止信号的示意图；图2 (a)-图2 (b)分别是在固定闭塞下站台外方和区间折返进路外方的禁止信号不意图；图3是信号机内方区段/外方区段示意图；图4是本发明方法的流程图5是信号机内方区段的空闲/占用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。本发明的技术关键点在于I、通过车地无线通信实时获得列车位置，记录其前方禁止信号机的识别号，实时判断其前方信号机逻辑状态是否发生变化；2、及时获知列车位置是否已经越过信号机，并结合已知的前一架信号机的允许/禁止状态判断以及信号机内方区段的占用/空闲状态，最终确定是否闯过了一架红灯信号机。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。信号机在现场的位置可以通过现场设备的拓扑获知，一架信号机一旦位置确定，就可通过现场设备的拓扑关系，推算出该信号机周边的线路区段，根据范围可划分为信号外方第一区段和信号内方第一区段，如图3所示，每架信号机的外方和内方区段随线路拓扑关系结合现场设备确定。由于信号机的作用是指不列车按照信号显不行车，由于信号机负责防护一个方向的列车运行安全，信号机只进行单方向的显示，即只有位于信号机前方的区段才能够看见本信号机，因此信号外方的区段是按照与信号机的显示及防护方向相反的方向进行推导获得。为实现正确的列车闯信号判断，就需要地面设备对在线路上运行的列车进行精确定位，由于车地通信采用无线通信方式，离散式系统的固有特性决定列车向地面汇报的位置存在一定的不确定性，且线路上可能存在位置汇报列车和无位置汇报的列车的混合运行，因此地面设备在定位列车时除使用列车汇报的位置信息外(列车汇报的位置为列车经测速定位后确定的列车最可能的实际位置)，为保证系统安全，还需要考虑轨旁设备汇报的区段占用信息。结合列车的位置汇报和轨旁设备的占用信息，综合后获得列车在线路上运行的序列关系，即获知列车与信号机的远近关系。判断列车闯信号的过程可以划分为三大部分1)确定列车前方信号机的允许/禁止状态；2)识别列车前方信号机的动态变化；3)检查信号机内方区段的占用/空闲状态。图4是本发明方法的流程图，具体包括以下步骤步骤SI，获取列车当前运行模式，判断列车是否运行在CBTC模式下。如果列车运行在CBTC模式下，进入步骤S2，否则不处理。步骤S2，对于运行在CBTC模式下的列车，根据列车当前的精确位置以及线路设备的拓扑关系，通过查询电子地图获得列车前方信号机的唯一标识信息。若列车前方区段中包含道岔，由于道岔位置的不同，其前方信号机存在二义性，为保证查询到的信号机与实际列车的运行方向及运行路径一致，需结合道岔位置，动态确定信号机的标识信息。步骤S3，查询前方信号机成功时，根据信号机在线路中的唯一标识信息，查询联锁设备提供的该信号机的允许/禁止状态，判断信号机是否显示禁止信号。如果信号机为允许信号，说明列车不具备闯信号的风险，则不记录该信号机的标识信息，清除存储信息；如果信号机显示禁止信号，进入步骤S4。
步骤S4，当信号机为禁止信号时，记录该信号机的标识信息，记录该信号机的标识信息后，动态检查列车前方信号机，并与之前存储的信号机标识信息比较。步骤S5，如果列车前方信号机的标识信息与之前存储的信号机标识信息相同，说明是同一架信号机，则列车一定尚未越过该信号机；如果列车前方信号机的标识信息与之前存储的信号机标识信息不同，说明此时列车前方的信号机发生了变化，则可以初步估计列车已经越过之前存储的红灯信号机，但还需要进一步证明，进入步骤S6。步骤S6，当列车前方信号机发生了变化时，根据信号机的标识信息查询电子地图，获得存储信号机精确位置信息，并结合信号机的防护方向，查询获得信号机的内方区段。若相关区段中包含道岔，由于道岔位置的不同，内方区段也存在二义性，为保证信号机的允许/禁止状态与实际列车的运行方向及运行路径的一致，需结合道岔的位置，动态确定信号机的内方区段。步骤S7，确定存储信号机的精确位置信号后，结合列车车头和车尾的精确位置、列车运行方向、以及线路拓扑关系，判断列车车头位置是否已越过该信号机。若经过计算判断列车车头位置尚未越过该信号机，则不处理，否则进入步骤S8。 步骤S8，若经过计算判断出列车车头位置已经越过该信号机，则判断信号机的内方区段是否为占用状态。如果内方区段为空闲状态，则认为列车实际上并未闯过红灯信号机，如图5所示；如果内方区段为占用状态，则认为列车实际上已经闯过红灯信号机，进入步骤S9。步骤S9，若判断出列车已经闯过信号机，则发送特殊的移动授权信息使列车紧急制动。本发明方法弥补了整个城轨领域这方面技术的空白，提出了闯信号的判断方式，并通过合理的计算方法，实现了对CBTC列车运行闯过信号的动态控制，不仅防护了 CBTC模式下列车闯红灯信号的风险，还提升了整体系统的智能化。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种判断列车闯信号的方法，其特征在于，包括以下步骤 获取列车前方信号机的唯一标识信息，根据所述标识信息查询所述信号机的显示状态，当所述信号机显示禁止信号时，存储所述标识信息； 实时检查列车前方信号机的标识信息，并与之前存储的标识信息比较，如果列车前方信号机的标识信息与之前存储的标识信息不同，则获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段； 根据已存储标识信息的信号机的精确位置，结合列车的精确位置，判断列车车头是否已越过该信号机； 如果列车车头已经越过该信号机，再判断该信号机的内方区段是否为占用状态，如果是占用状态，则发送移动授权信息使列车紧急制动。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述获取列车前方信号机的唯一标识信息具体包括 根据列车当前的精确位置以及线路设备的拓扑关系，通过查询电子地图获取列车前方信号机的唯一标识信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取列车前方信号机的唯一标识信息还包括 若列车前方区段中包含道岔，结合道岔位置，动态确定信号机的标识信息。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，当所述信号机显示允许信号时，不存储所述标识信息。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段具体包括 根据已存储的标识信息查询电子地图，获得已存储标识信息的信号机的精确位置，并结合信号机的防护方向，查询获得信号机的内方区段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段还包括 若相关区段中包含道岔，结合道岔的位置，动态确定信号机的内方区段。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述判断列车车头是否已越过该信号机具体包括 根据已存储标识信息的信号机的精确位置，结合列车车头和车尾的精确位置、列车运行方向、以及线路设备的拓扑关系，判断列车车头位置是否已越过该信号机。
全文摘要
本发明公开了一种判断列车闯信号的方法，具体包括获取列车前方信号机的唯一标识信息，根据所述标识信息查询所述信号机的显示状态，若显示禁止信号，则存储所述标识信息；实时检查列车前方信号机的标识信息，并与之前存储的标识信息比较，如果列车前方信号机的标识信息有变化，则获取已存储标识信息的信号机的精确位置和内方区段；根据已存储标识信息的信号机的精确位置，结合列车的精确位置，判断列车车头是否已越过该信号机；如果列车车头已经越过该信号机，再判断该信号机的内方区段是否为占用状态，若为占用状态，则发送移动授权信息使列车紧急制动。该方法避免了列车可能越过禁止信号的问题，保证了行车安全。
文档编号B61L23/00GK102887157SQ201210376059
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者孙玉鹏, 杨旭文 申请人:北京交控科技有限公司