一种基于全电子联锁的无人驾驶系统及其实现方法与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种基于全电子联锁的无人驾驶系统及其实现方法。


背景技术：

2.无人驾驶系统包含车辆、信号系统、综合监控系统、站台门系统、乘客信息提示系统等子系统。其中信号系统包含atc子系统(用于列车行车的安全防护及自动驾驶)、ats子系统(用于列车的运行监控、行车任务的下达和信号设备信息的监控)、联锁子系统(用于实现列车进路办理、列车行车的安全防护、轨旁资源的控制等功能)、mss子系统(用于监控在线运行设备的状态、提供维护支持的建议等)，dcs子系统(为系统正常运行提供数据通信的交互设备)。
3.联锁设备在接口上与轨旁的转辙机接口连接，从而控制道岔的移动并监控道岔的状态，目前国内外在建及投入运营的大部分无人驾驶系统采用的是基于继电器的计算机联锁，其基本结构如图1所示(图中仅举例说明了道岔转辙机、信号机以及计轴等三类设备，其他由联锁驱动或需要联锁采集设备状态的设备原理类似)。正线线路中有多个设备集中站，每个设备集中站有一套计算机联锁设备，计算机联锁设备包含核心运算设备及驱动和采集机柜。在基于继电器的计算机联锁设备中，驱动和采集机柜需要与继电器机柜连接，通过驱动继电器的吸气和落下，间接控制室外轨旁设备的状态，例如控制道岔转辙机的定操和反操；通过采集继电器的吸起和落下状态，获取室外轨旁设备的状态，例如采集信号机的点灯状态。
4.由于轨旁信号设备的数量较多，所以设备集中站往往需要设置大量的继电器。由于继电器安装在继电器机柜中，所以每个集中站也设置了多个继电器机柜。在设备控制和状态采集中需要更多的时间，同时增加了故障点，继电器机柜占用了设备机房的许多位置，对于维护人员也不太友好。


技术实现要素：

5.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基于全电子联锁的无人驾驶系统及其实现方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本发明的第一方面，提供了一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，包括：
8.核心逻辑运算模块(a)，用于负责联锁逻辑规则的实时计算，控制道岔、信号机和其他采集单元采集信号及驱动对外信号；
9.全电子联锁执行单元，与核心逻辑运算模块(a)连接，用于驱动道岔、信号机和其他采集单元；
10.安全网络冗余通信(e)，与全电子联锁执行单元连接；
11.计轴系统，与安全网络冗余通信(e)连接。
12.作为优选的技术方案，所述的核心逻辑运算模块(a)与道岔、信号机和其他采集单元的目标控制器模块通信，从而采集道岔、信号机及其他采集设备状态、并驱动这些设备移动道岔、点亮及灭掉信号机和控制其他设备状态。
13.作为优选的技术方案，所述的核心逻辑运算模块(a)通过双网冗余安全通信(e)获取计轴系统传输的逻辑区段占用及出清状态。
14.作为优选的技术方案，所述的核心逻辑运算模块(a)与轨旁zc、ats和cc设备通信，从而获取atc的实现无人驾驶系统下系统的联动控制。
15.作为优选的技术方案，所述的核心逻辑运算模块(a)与相邻站的联锁系统通信，从而交互联锁系统的相关信息。
16.作为优选的技术方案，所述全电子联锁执行单元包括道岔采集驱动单元(b)、信号机采集驱动单元(c)及其他采集驱动单元(d)。
17.作为优选的技术方案，所述道岔采集驱动单元(b)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本集中站的多个道岔转辙机，根据ats子系统发送的自动进路办理的需要，驱动转辙机向定位或反位搬动，同时获取道岔位置状态。
18.作为优选的技术方案，所述信号机采集驱动单元(c)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本集中站的多个信号机，根据atc系统点灯和灭灯的需要，驱动信号机点灯或者灭灯；根据信号机开放、关闭、反位开放、引导进路、调查进路需求，驱动信号机点红灯、绿灯、黄灯、蓝灯显示；同时获取当前信号机灯丝状态。
19.作为优选的技术方案，所述其他采集驱动单元(d)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本站其他设备，具体包括：根据车载atc命令自动发送站台门开关门命令；采集站台门开关门状态及站台门旁路状态；采集自动折返按钮状态；采集站台紧急开关门命令；采集无人驾驶人员防护开关状态；采集防淹门状态；采集洗车机状态；自动控制洗车机启动和停止。
20.作为优选的技术方案，所述系统还包括用于连接全电子联锁执行单元与被控/采集设备之间的连接电缆(f)。
21.根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述基于全电子联锁的无人驾驶系统的实现方法，包括以下步骤：
22.步骤1)列车运行至进路的触发轨，计轴系统检测到列车占用，通过安全通信将计轴区段的占用信息发送给核心逻辑运算模块(a)；
23.步骤2)核心逻辑运算模块(a)将列车的占用信息发送给ats子系统，ats子系统收到后根据列车行车任务向核心逻辑运算模块(a)发送进路办理命令；
24.步骤3)核心逻辑运算模块(a)根据进路办理命令将道岔扳动命令发送给道岔采集驱动单元(b)；
25.步骤4)道岔采集驱动单元(b)驱动转辙机扳动道岔将道岔扳动到进路位置并锁闭。
26.步骤5)道岔采集驱动单元(b)采集转辙机反馈的道岔位置信息并发送给核心逻辑运算模块(a)；
27.步骤6)核心逻辑运算模块(a)根据道岔锁闭信息为列车开放进路，并将列车前方信号机点为绿灯，将控制信号机点灯的信号发送给信号机采集驱动单元(c)；
28.步骤7)信号机采集驱动单元(c)控制信号机点亮绿灯；
29.步骤8)核心逻辑运算模块(a)将进路办理及信号机开放的信息发送给atc子系统，atc子系统进而获取前方移动授权，无人驾驶列车越过信号机进入进路。
30.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
31.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
32.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
33.1、本发明通过全电子联锁的执行单元直接控制道岔转辙机及信号机，控制效率更高，系统延时更小。
34.2、本发明采用更少的设备达到同样的控制效果，解约系统设备，减少了维护的工作量。
35.3、本发明继电器机柜的减少也同步减少了机房的占地面积。
36.4、本发明全电子执行单元与全电子核心逻辑运算模块可以实现分布式布置，使执行单元尽可能靠近被控制的设备，减少的电缆的铺设量，进一步节约了资源。
附图说明
37.图1为现有无人驾驶系统的结构示意图；
38.图2为本发明无人驾驶系统的结构示意图；
39.图3为本发明全电子联锁系统在无人驾驶系统中的结构示意图
40.图4为本发明实现方法的流程图。
具体实施方式
41.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。
42.本发明基于全电子联锁的系统结构图如图2，包含以下部分：
43.核心逻辑运算模块a，与道岔、信号机和其他采集单元等目标控制器模块通信采集道岔、信号机及其他设备状态、驱动这些设备移动道岔、点亮及灭掉信号机和控制其他设备状态。通过双网冗余安全通信获取计轴设备传输的逻辑区段占用及出清状态。与轨旁zc、ats、cc等设备通信获取atc的实现无人驾驶系统下系统的联动控制。与相邻站的联锁通信交互联锁功能的相关信息。负责联锁逻辑规则的实时计算，控制道岔、信号机和其他采取单元采集信号及驱动对外信号。实现进路的锁闭解锁、道岔的锁闭解锁等安全功能。
44.全电子联锁执行单元：全电子联锁的执行单元包含道岔采集驱动单元b，信号机采集驱动单元c及其他采集驱动单元d。
45.道岔采集驱动单元b，与核心逻辑运算模块通信，并连接本集中站的多个道岔转辙机，根据ats子系统发送的自动进路办理的需要，驱动转辙机向定位或反位搬动；获取道岔位置状态，当前是反位还是定位。
46.信号机采集驱动单元c，与核心逻辑运算模块通信，并连接本集中站的多个信号机，根据atc系统点灯和灭灯的需要，驱动信号机点灯或者灭灯；根据信号机开放、关闭、反位开放、引导进路、调查进路等需求，驱动信号机点红灯/绿灯/黄灯/蓝灯等灯位显示；获取当前信号机灯丝状态，实时检测灯丝断丝。
47.其他采集驱动单元d，与核心逻辑运算模块通信，并连接本站其他设备，例如根据车载atc命令自动发送站台门开关门命令；采集站台门开关门状态及站台门旁路状态；采集自动折返按钮状态；采集站台紧急开关门命令；采集无人驾驶人员防护开关状态；采集防淹门状态；采集洗车机状态；自动控制洗车机启动和停止。
48.安全网络冗余通信e，与计轴系统通信，将继电器联锁的硬线电缆直接通信，改为冗余的安全网络通信，实时获取计轴设备状态，快速检测逻辑区段列车的出清和占用。
49.电缆f，全电子联锁的执行单元与被控/采集设备之间的连接电缆，相对于传统的继电器联锁，省去了继电器机柜这一中心单元，通过线缆直接与被控设备相连，属于整个全电子联锁的重要组成部分。
50.基于全电子联锁的无人驾驶系统，相对于传统的继电器联锁无人驾驶系统在以下无人驾驶系统中具有明显的优势，全电子联锁系统在无人驾驶系统中的结构见(图3)所示，以下以进路的自动触发和办理举例说明(见图4)：
51.步骤1)列车运行至进路的触发轨，计轴系统检测到列车占用，通过安全通信将计轴区段的占用信息发送给全电子联锁逻辑运算模块。
52.步骤2)全电子联锁逻辑运算模块将列车的占用信息发送给ats子系统，ats子系统收到后根据列车行车任务向全电子联锁逻辑运算模块发送进路办理命令。
53.步骤3)全电子联锁逻辑运算模块根据进路办理命令将道岔扳动命令发送给道岔采集驱动单元。
54.步骤4)道岔采集驱动单元驱动转辙机扳动道岔将道岔扳动到进路位置并锁闭。
55.步骤5)道岔采集驱动单元采集转辙机反馈的道岔位置信息并发送给全电子逻辑运算模块。
56.步骤6)全电子联锁逻辑运算模块根据道岔锁闭信息为列车开放进路，并将列车前方信号机点为绿灯，将控制信号机点灯的信号发送给信号机采集驱动模块。
57.步骤7)信号机采集驱动模块控制信号机点亮绿灯。
58.步骤8)全电子联锁系统将进路办理及信号机开放的信息发送给atc子系统，atc子系统进而获取前方移动授权，无人驾驶列车越过信号机进入进路。
59.相对于传统的继电器联锁，在步骤4)对道岔转辙机的控制路径中、步骤5)对道岔位置检测路径中以及步骤6点亮信号机的路径中越过了继电器，从而使全电子联锁系统可以直接操控道岔和信号机。可以减少无人驾驶系统办理进路所需的时间，减少列车的追踪间隔，提升系统的折返效率等。
60.以上是关于系统和方法实施例的介绍，以下通过电子设备及储存介质实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
61.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、
rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
62.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
63.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如本发明方法。例如，在一些实施例中，本发明方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的本发明方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行本发明方法。
64.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
65.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
66.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
67.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。

技术特征：
1.一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，包括：核心逻辑运算模块(a)，用于负责联锁逻辑规则的实时计算，控制道岔、信号机和其他采集单元采集信号及驱动对外信号；全电子联锁执行单元，与核心逻辑运算模块(a)连接，用于驱动道岔、信号机和其他采集单元；安全网络冗余通信(e)，与全电子联锁执行单元连接；计轴系统，与安全网络冗余通信(e)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述的核心逻辑运算模块(a)与道岔、信号机和其他采集单元的目标控制器模块通信，从而采集道岔、信号机及其他采集设备状态、并驱动这些设备移动道岔、点亮及灭掉信号机和控制其他设备状态。3.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述的核心逻辑运算模块(a)通过双网冗余安全通信(e)获取计轴系统传输的逻辑区段占用及出清状态。4.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述的核心逻辑运算模块(a)与轨旁zc、ats和cc设备通信，从而获取atc的实现无人驾驶系统下系统的联动控制。5.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述的核心逻辑运算模块(a)与相邻站的联锁系统通信，从而交互联锁系统的相关信息。6.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述全电子联锁执行单元包括道岔采集驱动单元(b)、信号机采集驱动单元(c)及其他采集驱动单元(d)。7.根据权利要求6所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述道岔采集驱动单元(b)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本集中站的多个道岔转辙机，根据ats子系统发送的自动进路办理的需要，驱动转辙机向定位或反位搬动，同时获取道岔位置状态。8.根据权利要求6所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述信号机采集驱动单元(c)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本集中站的多个信号机，根据atc系统点灯和灭灯的需要，驱动信号机点灯或者灭灯；根据信号机开放、关闭、反位开放、引导进路、调查进路需求，驱动信号机点红灯、绿灯、黄灯、蓝灯显示；同时获取当前信号机灯丝状态。9.根据权利要求6所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述其他采集驱动单元(d)与核心逻辑运算模块(a)通信，并连接本站其他设备，具体包括：根据车载atc命令自动发送站台门开关门命令；采集站台门开关门状态及站台门旁路状态；采集自动折返按钮状态；采集站台紧急开关门命令；采集无人驾驶人员防护开关状态；采集防淹门状态；采集洗车机状态；自动控制洗车机启动和停止。10.根据权利要求1所述的一种基于全电子联锁的无人驾驶系统，其特征在于，所述系统还包括用于连接全电子联锁执行单元与被控/采集设备之间的连接电缆(f)。11.一种用于权利要求1所述基于全电子联锁的无人驾驶系统的实现方法，其特征在
于，包括以下步骤：步骤1)列车运行至进路的触发轨，计轴系统检测到列车占用，通过安全通信将计轴区段的占用信息发送给核心逻辑运算模块(a)；步骤2)核心逻辑运算模块(a)将列车的占用信息发送给ats子系统，ats子系统收到后根据列车行车任务向核心逻辑运算模块(a)发送进路办理命令；步骤3)核心逻辑运算模块(a)根据进路办理命令将道岔扳动命令发送给道岔采集驱动单元(b)；步骤4)道岔采集驱动单元(b)驱动转辙机扳动道岔将道岔扳动到进路位置并锁闭。步骤5)道岔采集驱动单元(b)采集转辙机反馈的道岔位置信息并发送给核心逻辑运算模块(a)；步骤6)核心逻辑运算模块(a)根据道岔锁闭信息为列车开放进路，并将列车前方信号机点为绿灯，将控制信号机点灯的信号发送给信号机采集驱动单元(c)；步骤7)信号机采集驱动单元(c)控制信号机点亮绿灯；步骤8)核心逻辑运算模块(a)将进路办理及信号机开放的信息发送给atc子系统，atc子系统进而获取前方移动授权，无人驾驶列车越过信号机进入进路。12.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求11所述的方法。13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求11所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种基于全电子联锁的无人驾驶系统及其实现方法，包括：核心逻辑运算模块(a)，用于负责联锁逻辑规则的实时计算，控制道岔、信号机和其他采集单元采集信号及驱动对外信号；全电子联锁执行单元，与核心逻辑运算模块(a)连接，用于驱动道岔、信号机和其他采集单元；安全网络冗余通信(e)，与全电子联锁执行单元连接；计轴系统，与安全网络冗余通信(e)连接。与现有技术相比，本发明具有控制效率更高，系统延时更小等优点。系统延时更小等优点。系统延时更小等优点。


技术研发人员：凌小雀 汪小勇 崔海刚 陈亮 马雯
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/4/17