一种点连式ATP系统的制作方法

本发明涉及一种ATP(列车自动防护)系统，尤其是涉及一种点连式ATP系统。

背景技术：

当前国内外信号系统的应用主要集中在CBTC(基于通信的列车自动控制)系统，而CBTC系统建设成本比较高，近年来出现了市域线路，往往站间距长、客流较少，CBTC系统应用于市域线路未必能体现其运营间隔小的优点，而准移动闭塞与固定闭塞与CBTC系统完全不兼容，如果升级改造，只能全系统替换，CBTC系统的后备系统-点式ATP系统，车载接收轨旁设备状态只能通过点式装置单向地-车传输，信息量少，一般只传输信号机状态和道岔位置状态，实际运营中有以下几个问题无法妥善解决，不适合作为主用统长期应用于运营管理：

1、信号机状态的实时监督：列车需要通过轨旁点式装置读取前方进路授权(通过信号机状态实现)，若列车通过点式装置后，前方进路授权发生变化(如绿灯变为红灯)，列车将只能通过下一个点式装置时才能获取该状态变化，此时有可能列车速度较高，不能及时响应信号机状态的变化，并冲入危险区域；

2、站台区域管理：紧急情况下(如屏蔽门打开、列车进站或出站过程中，站台人员触发紧急停车按钮等)，点式ATP模式下，列车无法获得相关信息，并对其进行响应；

3、运营管理：点式装置信息量较少，无法获得运营调整信息，不具备自动运营管理和调整功能。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种点连式ATP系统，满足初期对运能要求不高、未来运能需要提升时也可以在不浪费既有投资的情况很容易升级成CBTC系统的信号系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种点连式ATP系统，包括车载子系统、联锁子系统、轨旁设备、无线通信子系统和ATS(自动列车监控系统)子系统，所述的车载子系统通过无线通信子系统分别与联锁子系统、ATS子系统及MSS子系统连接，所述的车载子系统与轨旁设备连接；

当列车进入无线区域时，所述的车载子系统和联锁子系统通过无线通信子系统自动建立连接，所述的车载子系统连续地接收轨旁设备信息、临时限速信息和人工设置的其它命令，计算列车位置，确认前方可运行距离和速度，并采用目标-距离的方式控制列车在前方限制点停车；同时所述的车载子系统通过与ATS子系统的建立连接，接收运营调整信息，自动控制列车运行，连接期间实时为ATS提供列车状态；同时所述的车载子系统通过与MSS子系统的建立连接，接收车载设备及经由车载转发的车辆设备的状态，实现对其状态的监控。

所述的车载子系统包括列车控制器、人机交互界面DMI和车载无线发送接收模块，所述的列车控制器分别与人机交互界面DMI和车载无线发送接收模块连接，所述的车载无线发送接收模块分别与联锁子系统和ATS子系统连接。

所述的无线通信子系统为DCS(Data Communication Subsystem)系统。

所述的轨旁设备包括信号机，在自信号机外方不小于安全制动距离的区域内覆盖无线通信子系统，通过车载子系统和联锁子系统的连接，持续监督前方信号机状态，当信号机状态发生变化时，立即反馈到车载子系统，由车载子系统根据新的信号机状态信息更新计算速度曲线。

所述的车头和车尾的车载设备能与联锁系统通过无线通信子系统及轨旁有源信标同时通信，且通过无线通信子系统获取的信息能与通过轨旁有源信标获取的信息进行“或”运算。

所述的车载子系统通过与ATS子系统通信，能实时获取跳停、扣车和时刻表调整指令，并根据相关调整指令自动控制列车运行，实现运营调整，连接期间实时为ATS提供列车状态。

所述的车载子系统通过与MSS子系统的建立连接，接收车载设备及经由车载转发的车辆设备的状态，实现对其状态的监控。

与现有技术相比，本发明克服了点式ATP系统中信息量少、非实时防护、无临时限速管理、无法实现运营调整、无法获取车载和列车设备状态信息等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的车载子系统与轨旁系统通信示意图；

图3为本发明车地信息交换示意图；

图4为本发明列车控制器CC与联锁子系统CI接口动态描述示意图。

其中CC为列车控制器，DMI为人机交互界面，DCS为数据通信子系统，CI为联锁子系统，ATS为自动列车监控系统，MSS为列车监控子系统。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

点连式ATP系统在原有基于点式装置对列车进行间隔防护的基础上,在关键区域增加连续式无线通信的准移动闭塞信号系统，该系统采用与CBTC系统一样的无线设备实现车-地通信，仅在该信号机外方不小于安全制动距离(主要考虑全常用制动停车过程中的行车距离，并增加系统响应或司机响应时间内的行车距离)的范围内、正常交路折返区域和站台区域设置连续、双向车-地无线通信设备。当列车进入无线覆盖区域时，车载子系统和轨旁系统(联锁子系统和ATS子系统)自动建立通信连接，进行信息交换。该系统通过对车载子系统和轨旁联锁子系统增加安全通信的开发，实现ATP防护功能；通过车载子系统和ATS子系统可进行信息交换，实现自动运营调整功能。

如图1系统结构所示，相比较于点式ATP系统，点连式ATP系统采通过车地无线覆盖区域替代点式装置进行车地通信，包括：轨旁设备、车载子系统(CC)、无线系统(DCS)、ATS子系统、联锁子系统(包含ZLC)、MSS子系统。

如图2CC-轨旁直连通信所示，点连式ATP系统中，轨旁联锁设备负责采集轨旁设备状态，并根据列车检测设备(计轴或轨道电路)的占用、轨旁道岔位置和进路状态控制相应信号机显示。当列车进入无线区域时，车载子系统和联锁子系统自动建立连接，车载子系统可连续地接收信号机状态、道岔位置、轨旁设备其它信息、临时限速信息及人工设置的其它命令，并根据自身计算的列车位置，确认前方可运行距离和速度，采用目标-距离的方式控制列车在前方限制点停车。同时车载子系统通过和ATS子系统的连接，接收运营调整信息，自动控制列车运行。同时车载子系统通过与MSS子系统的建立连接，接收车载设备及经由车载转发的车辆设备的状态，实现对其状态的监控。

点连式ATP系统通过连续地车-地无线进行通信，信息交换具备连续、高速、双向、信息量大等特点，该系统能解决点式ATP系统在运营中存在的几个问题，主要有以下优势：

1)车载子系统头-尾冗余

点式ATP系统是由车头通过轨旁点式装置时，获得轨旁设备状态，而当车尾运行至轨旁点式装置时，列车车头已越过信号机并跨压信号机所防护的区段，信号机变为限制状态，将只能获得信号机的限制状态，因此车尾车载子系统不能作为主控系统控制列车运行，只能单个车头工作。

在点连式ATP系统中，车头-车尾的车载设备可与联锁子系统同时通信，实时获取轨旁设备的状态，不局限于轨旁设备和车载点式接收装置的布置，可类似于CBTC系统，当一头故障时，由另一头接管列车管理，实现头-尾冗余，提高系统的可用性。

2)运营调整

车载子系统通过和ATS子系统通信，能实时获取跳停、扣车和时刻表调整信息等ATS调整指令，并根据相关调整指令自动控制列车运行，实现运营调整，其信息交换机制和控制原理与CBTC系统一样。

3)车载子系统维护

通过车-地无线通信，实时地将车载记录和故障信息发送给轨旁系统，实现车载设备的维护诊断。

4)简化配置

组成点连式ATP系统的各子系统设备采用与CBTC一样的子系统设备，后续只增加轨旁ATC设备和适当的数据更新即可升级到CBTC系统；升级后，该系统也可用作CBTC系统的后备系统。

在点连式ATP系统中，在特定区域设置冗余的车地无线通信(如图中的绿色框)，当列车进入无线区域时，车载子系统和轨旁联锁子系统自动建立连接，开始CI-CC变量信息交换，车载子系统可获得以下信息:

道岔位置和信号机状态信息：根据轨旁设备状态、以及自身的精确定位信息和存储的线路数据，计算列车安全制动曲线，对列车进行防护；

紧急停车区域(ESA)状态信息：实现站台区域的紧急情况管理，车载CC根据ESA状态在站台区域控制列车运行。

CI可从车载子系统获得：

保护区段解锁信息(Overlap Release)：实现保护区段快速解锁。

车载子系统根据前方限制点的位置控制列车运行，如图3车地信息交换所示：

当CC获得S1的允许信息时，授权运行到前方信号机S2的保护区段终点；

若S2为允许信号(绿灯)，列车将被授权运行到S2信号机后方的下一个信号机；

若S2为禁止信号(红灯)，列车将保持运行到S2信号机处停车。

当列车已进入通信区域，S2由绿灯变为红灯，列车马上将前方运行授权收回到S2，当列车不能保证在S2保护区段内停车时，将立即触发紧急制动。否则，将控制列车在S2信号机前方停车。

车载子系统和联锁子系统通过VCP安全协议，在OSI层实现连接：

L1:物理层(Ethernet 10/100BaseT)

L2:数据链路(Ethernet MAC(802.3))

L3:网络层(IP v4)

传输层L4和应用层L7用于车载子系统和联锁子系统的信息交换。

传输层L4的应用如表1所示：

表1CC和CI的传输层接口

应用层L7用于车载子系统和联锁子系统的数据交换，其应用如表2所示：

表2应用层

如图4CC-CI接口动态描述所示，CC和CI之间的数据交换主要由2个寄存器组成，每个寄存器包含2个消息：

由轨旁联锁子系统送给车载车载的“寄存器CI至CC”，由以下组成:

“CC变量请求”消息；

响应“CI变量请求”的”CI变量报告”；

由车载子系统送给轨旁联锁子系统的“寄存器CC至CI”，由以下组成:

“CI变量请求”消息；

响应“CC变量请求”的”CC变量报告”。

根据每个动态信息的交换，“CC变量请求”和“CI变量报告”可以单独发送，也可以在同一个寄存器里发送；

根据每个动态信息的交换，“CI变量请求”和“CC变量报告”可以单独发送，也可以在同一个寄存器里发送；

CC将在“寄存器CC至CI”中周期性(C_CI_variant_request_period)发送“CI变量请求”给指定CI。

从一个CC收到消息后，CI将在“寄存器CI至CC”中周期性(C_CC_variant_request_period)地发送“CC变量请求”给该CC。

如果在“CC_CI_variant_request_time_out”时间内，CI没有收到“CI变量请求”，CI将停止发送“CC变量请求”给该CC

从CI收到”CC”变量请求后，如果CC有变量变化，该CC将在“寄存器CC至CI”中回复“CC变量报告”给CI，否则CC将不回复”CC变量报告消息”。

对于每个安全消息，都将计算两个校验码:一个给发送端用，一个给接收端用。由发送端的消息里包含该校验码的计算，每个安全数据需通过特定的公式和规则进行校验(Sig_Cin)，确保处理消息的正确性和安全性。

同时，车-地无线通信建立连接后，轨旁ATS子系统和车载子系统也可自动建立连接(其接口方式和CBTC系统中ATS-CC接口一致)，并开始进行信息交换，车载子系统可获得：

扣车、跳停等人工运营调整指令：实现运营的人工干预；

列车到站时间和发车时间信息：车载CC根据列车到发时间，自动控制列车运行，通过ATO实现运营自动调整。

ATS子系统可获得：

车载设备状态信息：实现远程监督和维护。

另外，由于车-地无线通信具有信息量大、连续性和双向传输等特点，根据工程项目需要，在ATS-CC和CI-CC接口中还可开发其它应用信息交换，满足工程项目的新功能开发，如通过ATS子系统远程重启车载子系统、调度员通过ATS子系统远程控制列车停车等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。