自适应闭塞的列车运行控制设备、系统及方法

1.一种自适应闭塞的列车运行控制设备，其特征在于，包括：
第一通信装置、第一定位装置、主控装置、显示装置和列车数据获取装置；其中，所述第一通信装置，用于与地面通信设备进行无线通信获取列车运行控制信息，以及直接与其它相关列车进行无线通信获取其它相关列车信息；所述第一通信装置采用广播式自相关监视无线数据链装置；
所述第一定位装置，用于以公里标的方式获取列车的运行位置信息；所述第一定位装置采用公里标定位装置；所述第一定位装置以公里标的方式获取列车的运行位置信息为：
所述公里标定位方式，通过第一定位装置向铺设在铁路沿线的射频公里标装置查询获取公里标数据，辅以惯性计算得出列车的实时位置信息；
所述列车数据获取装置，用于获取列车运行状态信息；
所述主控装置，分别与所述第一通信装置、第一定位装置以及列车数据获取装置通信连接，用于根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及所述列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制；
所述显示装置，与所述主控装置连接，用于显示列车运行相关信息及操作界面。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一定位装置进一步能以查询方式从所述射频公里标装置获取轨道信息，所述轨道信息包括：里程数据、轨道编号、轨道限速、区间长度、轨道坡度及道岔位置中的一种或几种；
所述射频公里标装置向查询的列车提供里程数据、轨道编号、轨道限速、区间长度、轨道坡度及道岔位置等轨道信息。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述列车数据获取装置包括：输入装置和列车信息获取接口；其中，
所述输入装置，用于输入列车参数信息；
所述列车信息获取接口，与列车的车载信息单元连接，用于获取列车运行状态信息。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
第二通信装置，与所述主控装置连接，用于作为多余度通信通道，与地面通信设备进行无线通信获取列车运行控制信息，以及直接与其它相关列车进行无线通信获取其它相关列车信息；
和第二定位装置，用于作为多余度定位通道，获取列车的运行位置信息。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第二通信装置包括：一个或多个通信装置，各通信装置采用GSM-R通信模块、3G通信装置的任一种；
所述第二定位装置包括一个或多个定位装置，各定位装置采用轨道电路定位装置。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主控装置，还用于根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及所述列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对相邻列车的危险接近发出告警信息。
7.一种自适应闭塞的列车运行控制系统，其特征在于，包括：
至少三台列车运行控制设备、地面通信设备和地面公里标定位装置；各列车运行控制设备均采用上述权利要求1至6任一项所述的列车运行控制设备；其中，
各列车运行控制设备分设在同一轨道相邻运行的三台列车上，相邻运行的两台列车上的列车运行控制设备相互无线通信连接，用于获取其它相关列车信息；
各列车运行控制设备均与所述地面通信设备无线通信，用于获取列车运行控制信息；
各列车运行控制设备均与所述地面公里标定位装置通信，用于以公里标的方式获取列车的运行位置信息；
各列车运行控制设备根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。
8.一种自适应闭塞的列车运行控制方法，其特征在于，包括：
采用上述权利要求7所述的自适应闭塞的列车运行控制系统，所述列车运行控制系统的各列车运行控制设备分设在同一轨道相邻运行的列车上；
所述列车在运行过程中，通过车载的列车运行控制设备与列车运行控制系统的地面通信设备通信连接获取列车运行控制信息，通过车载的所述列车运行控制设备与前相邻列车的车载的列车运行控制设备及后相邻列车车载的列车运行控制设备无线通信获取其它相关列车信息，通过车载的所述列车运行控制设备获取列车的运行位置信息，以及通过车载的所述列车运行控制设备获取列车运行状态信息；
由列车车载的所述列车运行控制设备根据所述列车运行控制信息、其它相关列车信息、列车的运行位置信息、列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。

自适应闭塞的列车运行控制设备、系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于列车运行控制领域，特别涉及一种自适应闭塞的列车运行控制设备、系统及方法。\n背景技术\n[0002] 随着我国国民经济的飞速发展，我国铁路运力提升压力长期存在，缩短列车间行车间隔和加快行驶速度能有效提升铁路运力，在铁路运输向高速度、高密度方向发展的同时，铁路运输安全与提高运行效能的矛盾也越发突出，在提高铁路运行效能的同时强化铁路运输安全性尤为重要。\n[0003] 目前实际应用的列车运行控制系统的设计都采用地面的中心控制系统，例如列控中心、无线闭塞中心等。在这些传统的中心制列车运行控制系统中，每一列车的全部运行过程都在列控中心具体指挥控制之下，列车运行时自主性很差，无法实时获取自身准确位置及附近列车的实时位置等运行信息，列车要获取相邻列车的相关信息必须通过列控中心完成，列车之间无法直接通信，也无法完全自主地对列车之间的危险接近做出响应。列控中心的工作负荷过于沉重，而一旦列控中心调度指挥出现差错，或列控中心自身及相关联的系统出现故障，则整套系统必须降级使用，严重时将会导致整套系统失效，区段上所有列车均无法正常运行，影响列车运行效率甚至危及列车运行安全。另一方面列车运行控制必须要获取列车运行位置，目前列车定位主要依赖轨道电路，而轨道电路系统只有一套，一旦出现故障也会影响列车运行效率甚至危及列车运行安全。\n发明内容\n[0004] 本发明提供一种自适应闭塞的列车运行控制设备、系统及方法，可以使列车运行不完全依赖地面中心控制，直接与其它列车通信获取相关信息进行自适应闭塞控制，实现列车在正线运行阶段完全自主运行，从而解决目前采用列控中心调度指挥出现差错，或列控中心自身及相关联的系统出现故障，影响列车运行效率甚至危及运行安全的问题，在充分保证行车安全的基础上，提高铁路运输效能。\n[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：\n[0006] 本发明实施方式提供一种列车车载控制设备，包括：\n[0007] 第一通信装置、第一定位装置、主控装置、显示装置和列车数据获取装置；其中，[0008] 所述第一通信装置，用于与地面通信设备进行无线通信获取列车运行控制信息，以及直接与其它相关列车进行无线通信获取其它相关列车信息；\n[0009] 所述第一定位装置，用于以公里标的方式获取列车的运行位置信息；\n[0010] 所述列车数据获取装置，用于获取列车运行状态信息；\n[0011] 所述主控装置，分别与所述第一通信装置、第一定位装置以及列车数据获取装置通信连接，用于根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及所述列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制；\n[0012] 所述显示装置，与所述主控装置连接，用于显示列车运行相关信息及操作界面。\n[0013] 本发明实施方式还提供一种自适应闭塞的列车运行控制系统，包括：\n[0014] 至少三台列车运行控制设备、地面通信设备和地面公里标定位装置；各列车运行控制设备均采用本发明的列车运行控制设备；其中，\n[0015] 各列车运行控制设备分设在同一轨道相邻运行的三台列车上，相邻运行的两台列车上的列车运行控制设备相互无线通信连接，用于获取其它相关列车信息；\n[0016] 各列车运行控制设备均与所述地面通信设备无线通信，用于获取列车运行控制信息；\n[0017] 各列车运行控制设备均与所述地面公里标定位装置通信，用于以公里标的方式获取列车的运行位置信息；\n[0018] 各列车运行控制设备根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。\n[0019] 本发明实施方式还提供一种自适应闭塞的列车运行控制方法，包括：\n[0020] 采用本发明的自适应闭塞的列车运行控制系统，所述列车运行控制系统的各列车运行控制设备分设在同一轨道相邻运行的列车上；\n[0021] 所述列车在运行过程中，通过车载的列车运行控制设备与列车运行控制系统的地面通信设备通信连接获取列车运行控制信息，通过车载的所述列车运行控制设备与前相邻列车的车载的列车运行控制设备及后相邻列车车载的列车运行控制设备无线通信获取其它相关列车信息，通过车载的所述列车运行控制设备获取列车的运行位置信息，以及通过车载的所述列车运行控制设备获取列车运行状态信息；\n[0022] 由列车车载的所述列车运行控制设备根据所述列车运行控制信息、其它相关列车信息、列车的运行位置信息、列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。\n[0023] 本发明实施方式提供的列车车载控制设备，通过设置第一通信装置和第一定位装置与主控装置配合，可以获取列车运行控制信息、其它相关列车信息以及列车的位置信息，并根据获取的信息对列车的运行状态进行控制。解决列车运行时无法直接获取自身精确位置信息及其它相关列车信息的问题，使列车具有虚拟的前视（后视）能力，列车在正线运行阶段可在列控中心监控下自主运行，列车运行时自动追踪前方目标，根据运行计划和列车运行控制信息、其它相关列车信息确定经济运行速度，在充分保证行车安全基础上缩短行车间距，提高运行效能，减轻列控中心的工作负荷。\n附图说明\n[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显然下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。\n[0025] 图1为本发明实施例提供的列车车载控制设备的示意图；\n[0026] 图2为本发明实施例提供的列车自动运行控制系统的示意图；\n[0027] 图3为本发明实施例提供的广播式自动相关监视系统的示意图。\n具体实施方式\n[0028] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。\n[0029] 下面对本发明实施例作进一步地详细描述。\n[0030] 本发明实施例提供一种自适应闭塞的列车运行控制设备，用于列车自动运行控制系统中，如图1所示，该设备包括：\n[0031] 第一通信装置1、第一定位装置2、主控装置3、显示装置4和列车数据获取装置5；\n[0032] 其中，所述第一通信装置1，用于与地面通信设备进行无线通信获取列车运行控制信息，以及直接与其它相关列车进行无线通信获取其它相关列车信息；\n[0033] 所述第一定位装置2，用于以公里标的方式获取列车的位置信息，公里标按照一定间距沿铁路轨道布设，在两个公里标的运行区间，列车根据惯性导航实时计算位置数据；公里标可采用射频公里标装置；\n[0034] 所述列车数据获取装置5，用于获取列车运行状态信息；\n[0035] 所述主控装置3，分别与所述第一通信装置1、第一定位装置2以及列车数据获取装置5连接，用于根据所述第一通信装置1获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车位置信息以及所述列车数据获取装置5获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制；\n[0036] 所述显示装置，与所述主控装置3连接，用于显示列车运行相关信息及操作界面。\n[0037] 上述设备中，主控装置3由计算单元6和控制单元7构成；\n[0038] 其中，计算单元6与控制单元7连接，计算单元6根据本列车运行状态、行车计划和接收到的列车运行控制信息，其它相关列车信息，结合列车当前的精确位置，生成自适应闭塞分区以及相应的列车运行控制曲线。控制单元7根据计算单元6计算出的列车运行控制曲线控制列车自动运行。\n[0039] 所述自适应闭塞分区，指列车在运行过程中根据本车及前车信息计算出的与前车的安全距离。该闭塞分区通过实时计算得出，并随本车的运行速度及前车的运行状态变化而变化，列车在运行时自动保持和前车的距离大于该闭塞分区。\n[0040] 所述列车运行控制曲线在计算时考虑列车的安全性、正点、经济性，综合自适应闭塞分区、前方列车信息、行车计划、进路信息、行车指令及列车当前状态计算生成，包含列车当前及未来一段时间内的运行速度规划，供列车运行控制使用。\n[0041] 进一步的，所述主控装置还用于根据所述第一通信装置获取的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车的运行位置信息以及所述列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对相邻列车的危险接近发出告警信息。起到防相撞告警的作用。\n[0042] 上述设备中，第一通信装置1获取的列车运行控制信息包括列车运行许可信息、进路信息、速度限制、临时限速等。\n[0043] 上述设备中，所述第一通信装置1采用广播式自相关监视无线数据链通信装置；\n[0044] 所述第一定位装置采用公里标定位装置。第一定位装置以公里标的方式获取列车的运行位置信息，是通过第一定位装置向铺设在铁路沿线的射频公里标装置查询获取公里标数据，辅以惯性计算得出列车的实时位置信息；\n[0045] 所述第一定位装置进一步能以查询方式从所述射频公里标装置获取轨道信息，所述轨道信息包括：里程数据、轨道编号、轨道限速、区间长度、轨道坡度及道岔位置中的一种或几种。\n[0046] 所述列车数据获取装置包括：输入装置和列车信息获取接口；\n[0047] 其中，所述输入装置，用于输入列车参数信息；\n[0048] 所述列车信息获取接口，与列车的车载信息单元连接，用于获取列车运行状态信息。\n[0049] 所述列车参数信息包括：列车换长、车型、车次等列车的固定参数信息。\n[0050] 上述设备还包括：第二通信装置8，与所述主控装置3连接，用于作为多余度通信通道，与其它相关列车进行无线通信获取其它相关列车信息，及与地面通信设备进行无线通信获取列车运行控制信息。\n[0051] 上述设备中，所述第二通信装置8包括：一个或多个通信装置。所述第二通信装置\n8的各通信装置采用GSM-R通信模块、3G通信模块中的任一种。\n[0052] 上述设备还包括：第二定位装置9，用于作为多余度定位通道，获取列车的位置信息。所述第二定位装置采用轨道电路定位装置。\n[0053] 本发明实施例进一步提供一种列车自动运行控制系统，如图2所示，该系统包括：\n至少三台列车运行控制设备（分设在不同的列车上）、地面通信设备16和地面定位装置15；\n各列车运行控制设备均采用上述的列车运行控制设备；\n[0054] 其中，各列车运行控制设备分设在同一轨道14相邻运行的三台列车11、12、13上，每台列车运行控制设备均与相邻运行的另外两列列车上的列车运行控制设备相互无线通信连接，用于直接获取其它相关列车信息；\n[0055] 所述地面通信设备16，用于与各列车进行双向无线通信，并对列车的运行进行监控；\n[0056] 各列车运行控制设备均与所述地面通信设备16无线通信，用于获取列车运行控制信息；\n[0057] 各列车运行控制设备均与地面定位装置无线通信，用于以公里标的方式获取列车的位置信息；\n[0058] 各列车运行控制设备根据所述第一通信装置接收的列车运行控制信息、其它相关列车信息、所述第一定位装置获取的列车位置信息以及列车数据获取装置获取的列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。\n[0059] 上述设备中，所述地面通信设备16包括区段中继站17和若干子中继站18组成。\n[0060] 其中各子中继站，与所述区段中继站之间连接，用于数据的交换；\n[0061] 所述区段中继站，与列控中心连接，区段中继站从列控中心获取列车运行控制信息，并向列控中心19转发区段内列车的运行状态信息。所述区段中继站通过子中继站和列车进行无线通信，获取区段内列车运行信息，向列车转发列车运行控制信息，并转发接收到的列车运行信息。这种区段中继站和若干子中继站构成地面通信设备的方式，具有降低成本，减少通信资源占用的优点。\n[0062] 列车在正常运行过程中，主控装置的控制单元根据列车运行控制曲线控制列车的运行，在行车指令及进路状况许可的条件下，列车以最经济的速度运行；当前方有同方向运行列车，在运行时需考虑前车速度，和前车保持适当的距离，若前车完整性受损，则需适时对本身进行制动以保证安全；当本车完整性不好时，需对本车进行制动并通知相关列车；\n当列车无法获取前车位置时，列车需根据最后一次获取的前车位置，在该位置前停车或降速至目视运行；当列车运行时接收到行车指令，则在保证安全的前提下按行车指令运行；\n列车在发车时需列控中心发送起始位置及发车许可，在运行过程中直到下一停靠站前，列车可自主运行，自动生成闭塞分区，列控中心只需提供沿路的进路状态信息，并对列车进行监视，必要时可下达临时行车指令；\n[0063] 在系统正常运行过程中，地面通信设备通过附近的子中继站接收监控区域内的列车运行状态，通过有线通信系统获得列控指令和进路状态等信息，并将获得的信息通过子中继站转发给辖区列车。同时，区段中继站根据所获取的各类数据，判别本辖区列车运行是否冲突，比对列车运行是否符合调度指令要求，如存在运行冲突或违反调度指令，将给相关列车发出告警信息。\n[0064] 当列车按照传统的列控模式运行，或司机手动驾驶时，车载的列车运行控制设备对列车提供防撞规避功能，以提示紧急状况或规避与其它车辆的冲突。防撞规避功能主要针对同轨运行列车或经道岔并入的同轨列车，根据和其它相关列车的相对速度、距离，列车制动性能等计算闭塞分区；当存在潜在相撞危险时，对本车及相关列车发出告警提示；若发出告警后一定时间内司机未对告警做出正确处理（如制动），则车载的列车运行控制设备输出紧急制动指令给列车的制动系统，制动列车。\n[0065] 本发明的控制系统中，各车载列车运行控制设备中的第一通信装置及地面通信设备构成本系统的主要通信系统——一种广播式自动相关监视通信系统。该系统用于传递列车运行控制信息、其它相关列车信息，采用广播式通信方式，可避免握手式通信带来的反复连接，点对点通信的弊端，具有极高的实时性，且通信数据容量较大，满足本系统通信的要求。本发明中，各车载列车运行控制设备中的第一通信装置的广播式自相关监视无线数据链通信装置由数据交换模块19、数据处理模块20、数据收发模块21和天线22组成，如图3所示。\n[0066] 本实施例提供的车载设备及列车运行控制系统，还可以基于移动通信网络进行车—地及车—车信息的多向传输，增加无线通信传输的余度，提高信息传输的可靠性、实时性以及信息传输范围的覆盖面积。可以实现高速运行下的列车运行速度、运行间隔等实时监控，实现列车运行的自动控制。\n[0067] 本发明中的列车定位技术是本发明的又一核心，直接影响监视的精度，进而影响对列车的运行控制。本发明中的公里标中存放有当前轨道信息，包括轨道编号、里程信息、区间长度、限速信息、道岔信息等；若列车在运行过程中距离前方道岔距离达到一定限值，又无法获得前方进路信息时，控制系统控制列车在道岔前停车，直到获取到前方进路信息或列控中心给出相应指令后继续行驶；\n[0068] 本发明中的地面通信设备与车载的列车运行控制设备既相互联系，又相互独立。\n地面通信设备部分故障时，列车可以通过车－车的直接数据交换获取相邻列车信息，可以保障列车的运行安全，对列车的正常运行影响较小；同样，单个车载的列车运行控制设备故障时，借助于其它余度的车－车通信和地面通信设备的辅助监视，同样可以保证列车运行安全。\n[0069] 基于本发明控制系统，本发明进一步提供一种自适应闭塞的列车运行控制方法，包括：\n[0070] 采用上述的自适应闭塞的列车运行控制系统，列车运行控制系统的各列车运行控制设备分设在同一轨道相邻运行的列车上；\n[0071] 列车在运行过程中，通过车载的列车运行控制设备与列车运行控制系统的地面通信设备通信连接获取列车运行控制信息，通过车载的所述列车运行控制设备与前相邻列车的车载的列车运行控制设备及后相邻列车车载的列车运行控制设备无线通信获取其它相关列车信息，通过车载的所述列车运行控制设备获取列车的运行位置信息，以及通过车载的所述列车运行控制设备获取列车运行状态信息；\n[0072] 由列车车载的所述列车运行控制设备根据所述列车运行控制信息、其它相关列车信息、列车的运行位置信息、列车运行状态信息，对列车的运行状态进行控制。\n[0073] 综上所述，本发明的实施例的控制系统具有很强的自适应性，适用于所有等级铁路、城铁和地铁。同时，本发明在实际应用过程中比较灵活，即可作为完整的列车运行控制系统使用，也可简化作为单独的列车防撞规避系统使用。\n[0074] 以“7.23”甬温线特大铁路交通事故为例，如果安装了本发明所述的列车运行控制系统，则即使天气情况恶劣，即使地面信号设备发生故障，即使地面调度没有指挥得当，后车司机仍然可以通过本发明中的车载的列车运行控制设备清楚地知道前方车辆所处的位置，向司机发出警告；即使司机没有注意到这一情况，本发明中的车载的列车运行控制设备也会自动采取制动措施，避免撞车事故发生。\n[0075] 总之，本发明提供了一种可以实现列车之间彼此相互监视以及地面对列车进行监视的列车自动运行控制系统，解决列车彼此间“看不见”，运行完全依赖地面设备和地面指挥的问题，赋予列车更多的主动权，使控车权和责任更多地向列车转移，使列车自主、自动运行成为可能，在保障行车安全的同时可最大化发挥铁路的运力，提高铁路运输的安全和效率。