一种地面设备基于拓扑和时序确定列车位置的方法与流程

本发明涉及列车运行控制领域，更具体的，涉及一种基于拓扑和时序来确定列车位置的方法。

背景技术：

列车运行控制系统通常包括车载和地面两个部分，其中车载设备安装在列车上，而地面设备安装在轨道旁和/或地面机房中。地面机房设备和列车车载设备双方通过无线通信，两者共同作用，最终实现列车的安全和平稳运行。

在列车控制过程中，一个基本问题就是对列车位置的确定。图1示出了一种目前广泛使用的方案：

(1)如图1中所示，地面被分割为若干区段，每个区段通过电气接口可以识别区段内是否存在列车(定义有列车时显示为“占用”状态，无列车时显示为“空闲”状态)；

(2)地面每隔一段距离设置一个“信标”；

(3)列车运行通过“信标”时，列车可以获得“信标”标识；

(4)列车将“信标”标识作为起点，通过无线通信向地面设备发送“信标”标识以及列车相对这个“信标”的距离；

(5)地面设备在电子地图中查询“信标”标识，确定列车通过的“信标”位置，然后再结合列车相对“信标”的距离，从而确定列车的精确位置。

然而，这种方案在铁路线路部署和实际应用中仍然存在一个问题，即铁路线路部署包含道岔装置，而道岔装置是一个具有至少两个走行方向的设备。为解说方便，本文以具有两个走行方向的道岔来进行描述。如图2所示，道岔存在“定位”和“反位”两种可能性。

因此，与图1的方案相结合，在存在道岔的情况下，上述“信标”+偏移的方案会存在二义性，如图3所示。

当列车通过“信标2”之后，运行了一段距离，但并未通过下一个“信标”，此时车载将“信标”标识和相对距离发送给地面设备，地面设备根据电子地图可以确定“信标”位置，但根据相对距离计算之后发现经过了道岔位置，而道岔存在“定位”和“反位”两种可能性，也就是说，无法确定列车在“定位”方向，还是“反位”方向。

其次，如果列车直接在“信标2”之后相对距离的位置开始报告位置，地面设备也无法确定列车在“定位”方向，还是“反位”方向。

最后，通过列车位置报告确定列车位置意味着完全接受列车位置报告内容，也就是说，如果列车报告了一个错误的位置，地面将无法识别这个错误，并且地面将根据这个位置报告确定列车位置，进而发送控车指令。尽管列车作为安全设备不应该发送错误位置报告，但地面对于可能产生安全风险的输入应当采用更为严格的校核手段，杜绝任何安全风险的发生。与此同时，地面的区段状态可以在一定程度上反应列车的位置，这也为地面进行信息融合，进而实现安全校核提供了可能性。

综上，在目前的方案中，首先道岔可能导致无法实现列车精确定位，其次没有通过信息融合进行相互校核，并且由于存在上述难以克服的问题，更进一步导致了：

(1)线路设计时，不能在道岔区域设计等级转换等区域，否则会导致列车定位失败，进而导致等级转换失败；以及

(2)车载和地面通信异常的情况下，导致地面设备的列车定位丢失，无法正常控制列车运行，列车只能降级运行。

技术实现要素：

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本发明旨在解决上述提到的列车在经过道岔时无法判断和确定列车位置的问题。通过本发明的改进，无需调整系统结构和设备部署，就可以克服上述问题，一方面减少线路设计的限制，另一方面在车载和地面通信异常的情况下，可以快速恢复系统控制能力，同时还能通过信息融合提升系统的安全性。

根据本发明的一个实施例，提供了一种由地面设备执行的用于确定列车位置的方法，其中所述地面设备未计算出列车行车路径，所述方法包括：

接收来自列车车载设备的多个位置报告，所述多个位置报告包括初始位置报告；

确定所述初始位置报告所报告的列车初始位置是否导致歧义；

如果列车初始位置不导致歧义，确定所述多个位置报告中的任意两个连续位置报告所报告的位置是否跨越道岔；

响应于任意两个连续位置报告所报告的位置跨越道岔，确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化；

如果两次位置报告期间道岔位置未发生变化，则将该期间的道岔方向确定为列车经过道岔时行驶的方向，并依据所确定的方向确定列车的位置；以及

如果两次位置报告期间道岔位置发生变化，则将将列车位置设置为未知。

根据本发明的进一步实施例，所述方法还包括记录岔道状态变化的时间，并且

所述确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化进一步包括确定是否存在任何道岔状态变化的时间落在所述两次位置报告期间。

根据本发明的进一步实施例，所述方法还包括：

响应于确定两次位置报告期间道岔位置未发生变化，获取两次位置报告期间前后所述道岔的状态；

如果所述道岔的状态前后一致，则将该状态确定为列车经过道岔时行驶的方向；并且

如果所述道岔的状态前后不一致，则将列车位置设置为未知。

根据本发明的进一步实施例，所述方法还包括：

如果列车初始位置导致歧义，则以道岔为起点，搜索道岔后各方向上的区段状态；

判断道岔后各方向上是否只有一个方向存在占用区段；

如果只有一个方向存在占用区段，将该占用区段所在方向确定为列车行驶方向，并依据所确定的方向确定列车的位置；以及

如果并非只有一个方向存在占用区段，则将将列车位置设置为未知。

根据本发明的另一实施例，提供了一种由地面设备执行的用于确定列车位置的方法，其中所述地面设备已计算出列车行车路径，并且所述列车行车路径覆盖道岔，所述方法包括：

接收来自列车车载设备的多个位置报告；

确定所述多个位置报告中的任意两个连续位置报告所报告的位置是否跨越道岔；

响应于任意两个连续位置报告所报告的位置跨越道岔，确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化；

如果两次位置报告期间道岔位置未发生变化，则将该期间的道岔方向确定为列车经过道岔时行驶的方向，并依据所确定的方向确定列车的位置；以及

如果两次位置报告期间道岔位置发生变化，则将将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。

根据本发明的进一步实施例，所述方法还包括记录岔道状态变化的时间，并且

所述确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化进一步包括确定是否存在任何道岔状态变化的时间落在所述两次位置报告期间。

根据本发明的进一步实施例，所述方法还包括：

响应于确定两次位置报告期间道岔位置未发生变化，获取两次位置报告期间前后所述道岔的状态；

如果所述道岔的状态前后一致，则将该状态确定为列车经过道岔时行驶的方向；并且

如果所述道岔的状态前后不一致，则将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。

根据本发明的又一实施例，提供了一种列车运行控制系统，其中所述列车运行控制系统包括：

安装在列车上的车载设备，所述车载设备被配置成向地面设备发送多个位置报告，所述位置报告包括初始位置报告；以及

地面设备，所述地面设备未计算出列车行车路径，所述地面设备被配置成：

接收来自所述车载设备的多个位置报告，所述多个位置报告包括初始位置报告；

确定所述初始位置报告所报告的列车初始位置是否导致歧义；

如果列车初始位置不导致歧义，确定所述多个位置报告中的任意两个连续位置报告所报告的位置是否跨越道岔；

响应于任意两个连续位置报告所报告的位置跨越道岔，确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化；

如果两次位置报告期间道岔位置未发生变化，则将该期间的道岔方向确定为列车经过道岔时行驶的方向，并依据所确定的方向确定列车的位置；以及

如果两次位置报告期间道岔位置发生变化，则将将列车位置设置为未知。

根据本发明的又一实施例，提供了一种列车运行控制系统，其中所述列车运行控制系统包括：

安装在列车上的车载设备，所述车载设备被配置成向地面设备发送多个位置报告；以及

地面设备，所述地面设备已计算出列车行车路径，，并且所述列车行车路径覆盖道岔，其中所述地面设备被配置成：

接收来自列车车载设备的多个位置报告；

确定所述多个位置报告中的任意两个连续位置报告所报告的位置是否跨越道岔；

响应于任意两个连续位置报告所报告的位置跨越道岔，确定两次位置报告期间道岔位置是否发生变化；

如果两次位置报告期间道岔位置未发生变化，则将该期间的道岔方向确定为列车经过道岔时行驶的方向，并依据所确定的方向确定列车的位置；以及

如果两次位置报告期间道岔位置发生变化，则将将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。

根据本发明的进一步实施例，所述地面设备还被配置成：

响应于确定两次位置报告期间道岔位置未发生变化，获取两次位置报告期间前后所述道岔的状态；

如果所述道岔的状态前后一致，则将该状态确定为列车经过道岔时行驶的方向；并且

如果所述道岔的状态前后不一致，则将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是现有技术中广泛使用的列车位置确定方案的示意图。

图2是道岔的示意图。

图3示出了图1的方案中存在的列车位置二义性问题。

图4a－4b是根据本发明的一个实施例的基于拓扑和时序来确定列车位置的方法的流程图。

图5是根据本发明的另一实施例的基于拓扑和时序来确定列车位置的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

在存在道岔情况时，当前的道岔状态并不能指示列车进入岔区时的取向，因为有可能在列车进入岔区后，道岔取向在列车通过后发生变化。也就是说，不能依据当前的道岔状态确定列车此前的运行方向。然而，道岔状态可以被记录，并基于道岔状态结合拓扑和时序来推断列车在道岔处的行走路径及列车位置。

如之前提到的，一方面，列车车载设备一般会周期性地不断向地面设备发送位置报告(信标标识+相对距离)，另一方面，地面设备还通过地面传感器监测列车的位置。这两种方式相互独立工作，因此可以提供相互校验。此外，地面设备在已计算出列车的行车路径的情况下会通过无线通信的方式向列车通知行车路径，例如地面设备在能够确定列车位置的前提下已锁定了相关资源(包括道岔位置)，在这种情况下，列车将按照所通知的行车路径行走，因此运行方向就是明确的，不存在道岔二义性。

在地面设备未计算出列车的行车路径的情况下，列车在道岔位置将朝哪个取向走行是不清楚的，因此需要采用附加手段来确定列车的实际走向，例如采用以下将详细描述的本发明的基于拓扑和时序来确定列车位置的方法。在被通知了列车的行车路径的情况下，如果该行车路径覆盖了道岔位置，那么地面设备就被告知了列车在道岔位置将朝哪个取向走行，在这种情况下，仍然可通过本发明的方法来校核列车实际走行是否与所通知的行车路径一致，以确保安全。

图4a－4b描述了根据本发明的一个实施例的在地面设备未计算出列车行车路径的情况下的基于拓扑和时序来确定列车位置的方法的流程图。

地面设备可被配置成维护一个时间轴，以确定列车位置的方法流程开始运行的时间为基准时间t0，实时记录下采集到的道岔状态的各次变化的相对时间tdx，实时记录车载报告位置的各次时间tpx，并按照以下流程来进行处理：

首先参考图4a，在框402，判断接收到的来自车载设备的初始位置报告中的位置是否导致歧义。如之前所描述的图3的示例中，如果报告的位置是“信标2+相对距离”，且该位置已越过了岔道口，则列车当前有可能在图3中示出的两个潜在位置中的任意一个处。如果该方法开始后的第一个报告中的位置就导致歧义，则这种情况下再考虑已经经过的道岔的实时状态已经不具备实际意义，需要结合其他信息此时流程前进至框404。

在框404，以道岔为起点，搜索道岔后各方向上相对距离范围内的区段状态。以图3为例，道岔所在区段为区段3，道岔后两个方向上的下一区段分别为区段4和区段5。基于该报告中的相对距离的长短和区段的设置，搜索范围至少包括区段3，同时也可能包括区段4和区段5中的一个或两个。例如，当相对距离较短时，列车可能仅仅是刚刚驶过道岔口，因此有可能仍然停留在区段3内，此时该相对距离范围内只有区段3，因此仅搜索区段3的状态。当相对距离再长一些，则列车可能驶离了区段3并进入区段4或区段5中的一个，则此时该相对距离范围内会包括区段3以及区段4和区段5中的一个或两个(区段4和区段5的起点不一定位于距离信标2的相同距离处)。随后，流程前进至框406

在框406，判断是否只有一个方向存在“占用”区段。如之前提到的，列车有可能处于区段3、区段4、区段5中的一个，因此正常情况下这三个区段中有且只有一个的状态是“占用”，其余的区段状态应为“空闲”。此时，可能出现的一种情况是目前区段3的状态为占用，而区段4、区段5的状态为空闲，则可以认为在两个方向上都存在“占用”区段，流程前进至框408，将列车位置设置为未知，因为此时还无法判断列车行走在哪个方向。随后，流程结束。

另一种情况是区段4或区段5的状态为占用，其余区段的状态为空闲。这种情况满足了只有一个方向存在“占用”区段，因此流程前进至框410。在框410，由于只有一个方向存在“占用”区段，其他方向均为“空闲”区段，则可以确定列车一定在这个方向上，并由此可基于信标标识+相对距离就可以准确计算出列车的位置。随后，流程结束。

返回到框402，另一种情况是接收到的来自车载设备的初始位置报告中的位置并不导致歧义。例如，结合图3所描述的示例，列车的位置还未越过道岔，或者已经处于信标3或信标4之后，则流程将前进至图4b中的后续处理过程。

转至图4b，接图4a，当接收到的来自车载设备的初始位置报告中的位置并不导致歧义，则流程前进至框412。在框412，确定车载设备连续两次报告的位置是否跨越道岔。如之前提到的，车载设备周期性地不断向地面设备发送位置报告。虽然当前的位置报告中列车位置不存在歧义，但在下一个位置报告时有可能列车就跨过了岔道口。例如，在图3的示例中，当前报告的位置在岔道口之前，而下一个报告的位置就落在了岔道口之后。如果确定车载设备连续两次报告的位置不跨越道岔，则流程前进至框414，确定此时不存在位置歧义的情况，并计算列车位置，随后流程结束。相反，如果车载设备连续两次报告的位置跨越道岔，则流程前进至框416。

假设在时间tpn-1时发出的当前的位置报告显示的是未越过道岔，而在时间tpn发出的下一个位置报告显示的是已越过道岔，则在框416，确定在这两次位置报告期间(即[tpn-1，tpn])道岔位置是否发生变化。根据一个示例，判断报告期间(即[tpn-1，tpn])道岔位置是否发生变化可以通过判断是否存在所记录下的任一道岔状态变化的时间tdx落在[tpn-1，tpn]之间。如果有，则表明道岔状态在此期间发生了变化。

若在[tpn-1，tpn]时间内道岔状态发生变化，则一时难以判断该变化发生在列车通过道岔前还是通过道岔后，因而无法容易地判断出列车实际走行方向。因此，流程前进至框418，将列车位置设置为未知。

若在[tpn-1，tpn]时间内道岔状态未发生变化，则表示在列车通过道岔口时道岔的状态是稳定的，因此道岔是指向哪个方向，列车就驶向了哪个方向。为了进一步确定道岔方向，流程前进至框420。

在框420，判断道岔状态是否持续为某一方向。更具体的，可分别获取道岔状态在tpn-1和tpn时的状态，如果两个时间道岔的状态为“定位－定位”或“反位－反位”，则可以由此确定道岔方向。反之，若两个时间道岔的状态为“定位－反位”或“反位－定位”或者缺失了这两个时间段的道岔状态中的一个或两个，这种情况有可能是道岔状态的监测、记录或传输中的某个环节出现了故障。此时，出于安全的考虑，不能简单地用前一状态或后一状态作为列车实际行驶方向，流程应跳转至框418，将列车位置设置为未知。

如果在框420，确定道岔状态持续为某一方向(定位或反位中的一个)，则流程前进至框422。在框422，根据所确定的道岔方向计算列车位置，流程结束。

图5描述了根据本发明的一个实施例的在地面设备已计算出列车行车路径的情况下的基于拓扑和时序来确定列车位置的方法的流程图。与图4描述的情况不同，在这一实施例中，地面设备已计算出并向车载设备通知了列车的行车路径。如之前所提到的，这说明地面已锁定了相关资源(例如已经由联锁设备执行了线路锁定)。假设该行车路径覆盖了道岔位置(如果不覆盖则也不存在位置歧义的可能性)，则地面设备可以执行图5的流程来校核列车实际走行是否与所通知的行车路径一致，以实现行车安全防护。

在框502，确定车载设备连续两次报告的位置是否跨越道岔。如之前提到的，车载设备周期性地不断向地面设备发送位置报告。如果确定车载设备连续两次报告的位置不跨越道岔，则流程前进至框504，确定此时不存在可能出现列车实际走行与所通知的行车路径不一致的情况，并计算列车位置，随后流程结束。相反，如果车载设备连续两次报告的位置跨越道岔，则流程前进至框506。

假设在时间tpn-1时发出的当前的位置报告显示的是未越过道岔，而在时间tpn发出的下一个位置报告显示的是已越过道岔，则在框506，确定在这两次位置报告期间(即[tpn-1，tpn])道岔位置是否发生变化。根据一个示例，判断报告期间(即[tpn-1，tpn])道岔位置是否发生变化可以通过判断是否存在所记录下的任一道岔状态变化的时间tdx落在[tpn-1，tpn]之间。如果有，则表明道岔状态在此期间发生了变化。

在这一实施例中，由于地面设备已经通知了行车路径并锁定了相关资源，因此正常情况下，在列车已经驶入道岔所在区段时，道岔状态是不应该发生变化的。因此，若在[tpn-1，tpn]时间内道岔状态发生变化，则可能发生了未知的情况，此时流程前进至框508，将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。

若在[tpn-1，tpn]时间内道岔状态未发生变化，则表示在列车通过道岔口时道岔的状态是稳定的，这也符合预期。因此道岔指向哪个方向，列车就驶向了哪个方向。流程前进至框510。

在框510，判断道岔状态是否持续为某一方向。更具体的，可分别获取道岔状态在tpn-1和tpn时的状态，如果两个时间道岔的状态为“定位－定位”或“反位－反位”，则可以由此确定道岔方向。反之，若两个时间道岔的状态为“定位－反位”或“反位－定位”或者缺失了这两个时间段的道岔状态中的一个或两个，这种情况有可能是道岔状态的监测、记录或传输中的某个环节出现了故障。此时，出于安全的考虑，流程跳转至框508，将列车位置设置为未知，并立即通知列车紧急制动。可以理解的是，在本实施例中道岔的方向实际上是已知的(已被通知的行车路径覆盖)，因此框510的操作的作用主要是用来校核和确保安全，同时从计算机程序控制的角度也可以与图4的实施例保持一致。

如果在框510，确定道岔状态持续为某一方向(定位或反位中的一个)，则流程前进至框512。可选的，方法还可添加确定该道岔与通知的行车路径中的道岔状态是否一致的步骤。然而，本领域技术人员可以理解，这一步骤并不是必须的，因为在通知列车行车路径时地面已经锁定了道岔，并且又没有发生道岔变化或其他异常情况，则道岔方向应当与通知的列车行车路径一致。在框512，根据所确定的道岔方向计算列车位置，流程结束。

以上描述了本发明的基于拓扑和时序的列车位置处理方法。与现有技术中的方案相比，本发明的方案无需调整系统结构和设备部署就可以克服现有技术中存在的问题。一方面，减少了线路设计的限制，另一方面，在车载和地面通信异常的情况下，可以快速恢复系统控制能力。

以上所描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。