一种兼容CTCS和CBTC列控车载系统的制作方法

一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统
技术领域
1.本发明属于列车控制系统领域，尤其涉及一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统。


背景技术：

2.目前国铁干线、城际铁路采用ctcs体系标准信号系统，城市轨道交通采用基于无线通信的列车控制系统(cbtc)，市域郊铁路项目既有采用ctcs体系标准信号系统，也有采用cbtc信号系统。ctcs信号系统与cbtc信号系统地面设备和车载设备存在差异，无法互联互通。
3.国铁干线、城际铁路由于覆盖范围广大，各线之间成网运营，对信号系统的灵活性要求较高。干线、城际铁路采用ctcs体系标准，采用分段传输线路数据和站间信息，可灵活组织列车在线网内各线运行。
4.城市轨道交通一般线路长度和站间距较短，线路独立运营，各设备系统稳定性较好，运营组织简单。城市轨道交通一般采用cbtc信号系统，根据线路条件和轨旁设备配置，预制整条线的“电子地图”，系统简单、便于整体调控。
5.ctcs/cbtc系统各有针对性，不可简单实现统一标准，但为实现“四网融合”各线列车互联互通的目的，兼容型ctcs/cbtc系统的车载设备必然成为研究方向。


技术实现要素：

6.本发明针对ctcs/cbtc系统区别，立足于既有ctcs/cbtc车载系统工作模式，共用车载外置设备，共享从地面接收数据，以兼容ctcs/cbtc车载系统工作模式的车载系统，适配ctcs/cbtc不同线路的地面设备布置，实现单套车载、两种信号系统制式的切换。
7.在ctcs线路车载安全计算机vc根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。车载ato计算机根据tsr发送的ctc运行计划(含股道接发车跳停、折返线自动折返、股道自动换端)，结合rbc的相关上车的移动授权、线路数据、临时限速等信息运算生成自动驾驶控车曲线，通过车辆接口(tiu)实现列车自动运行控制(含自动折返)。
8.在cbtc线路车载安全计算机vc根据电子地图(线路参数、固定限速和列车参数等)和地面设备提供的行车许可临时限速等信息，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。在车载ato计算机根据电子地图(线路参数、固定限速和列车参数等)和ats运行图，结合zc的相关上车的移动授权、临时限速等信息运算生成自动驾驶控车曲线，通过tiu实现列车自动运行控制。
9.列车运行控制系统应满足双线、双方向运行的设计要求。列车运行控制系统满足ctcs线路与cbtc线路互联互通的运营要求。列车运行控制系统应划分为如下三个控制级别：移动闭塞列车控制级别、固定闭塞列车控制级别、联锁级列车控制级别。
10.(1)单套车载系统架构
11.车载atp子系统采用二乘二取二或三取二的冗余架构，基于故障-安全原则，实现
列车的自动防护。ato子系统根据atp提供的数据，在atp的防护下，自动控制列车的加速、巡航、惰行、目的制动等。
12.(2)列车控制等级
13.1)移动闭塞列车控制级别
14.该级别为列车运行控制系统的主用控制级别，基于移动闭塞原理，采用连续速度曲线控制列车运行。移动闭塞列车控制级别下车载系统和地面设备通信正常，车载系统接收地面设备发送的移动授权信息。列车运行控制系统移动闭塞列车运行级别下，车载系统驾驶模式包括：列车自动运行模式(cbtc-am)、列车自动防护模式(cm)。列车以车载设备显示作为行车凭证，正线室外信号机宜灭灯。该级别下系统具备无人自动折返、有人监督的自动折返的功能。列车自动运行模式(cbtc-am)、列车自动防护模式(cm)主要用于cbtc系统线路。
15.2).固定闭塞列车控制级别
16.该级别为列车运行控制系统基于固定闭塞原理，监督列车运行，具有在线列车运行的超速防护功能、车门防护、自动运行以及定位停车等atp/ato功能。该级别下可采用独立的ctcs-2列控系统或兼容ctcs-2列控功能的系统，ctcs-2级功能应符合《tb/t 3516-2018ctcs-2级列控系统总体技术要求》。列车运行控制系统固定闭塞列车运行级别下，车载设备工作模式包扩列车自动运行模式(ctcs-am)、完全监控模式(fs)和部分监控模式(ps)。固定闭塞列车控制级别下，由调度子系统、联锁设备实现进路的自动或人工设置。该级别下，系统应具备有人监督的自动折返功能。该控制级别和车载系统驾驶模式主要用于ctcs系统线路。
17.3)联锁级列车控制
18.该级别为列车运行控制系统的后备控制级别，是指移动闭塞和固定闭塞列车控制功能失效时，仅以联锁设备保证列车进路安全，司机根据轨旁信号机的显示控制列车运行。cbtc线路联锁级列车控制车载系统驾驶模式包括限制人工驾驶模式(rm)、非限制人工驾驶模式(eum)；ctcs线路联锁级列车控制车载模式包括引导模式(co)、目视行车模式(os)、调车模式(sh)、隔离模式(is)、待机模式(sb)、休眠模式(sl)、冒进模式(tr)、冒后模式(pt)，由联锁设备实现进路的自动控制或人工设置。
19.(3)跨线运行等级切换
20.列车自动运行控制系统支持与装备cbtc系统、ctcs2系统的线路跨线运营，应设置共管区域，满足不停车条件下的运行等级切换。列车在与城市轨道交通线路间跨线时，应升级至cbtc级别或维持ctcs-2级别。列车向ctcs-2系统线路跨线时，应在共管区内以固定闭塞以上级别进行人工或自动的模式转换。列车从ctcs-2系统线路向本线跨线时，需在共管区内使用人工或自动转换至固定闭塞以上相应级别。
21.(4)模式切换
22.根据列车运行控制系统的性能特点和运营需要，驾驶模式可自动或人工转换。列车驾驶模式转换应符合下列要求：
23.1)在驾驶模式转换区，系统宜具有驾驶模式转换提示。
24.2)不同制式的线路间，正常运营时列车驾驶模式转换宜采用不停车自动方式转换，降级情况下运营时，宜通过人工确认转换，全自动运行线路宜具备远程人工确认功能。
25.3)车载设备对驾驶模式转换应予以记录，并应对驾驶模式予以表示，驾驶模式还应在调度工作站予以表示。
26.3、兼容型列控车载设备工作原理
27.兼容型列控车载设备既兼容ctcs各级别(ctcs-0、ctcs-2、ctcs-3)线路列车控制，也兼容cbtc线路列车控制。ctcs/cbtc各级共用dmi人机界面模块、列车接口单元模块、测速测距模块、btm模块、gsm-r/lte-m模块速度传感器及雷达速度传感器，兼容型列控车载控制单元连接一体化通信单元，并负责系统总线管理及统一对外输出。
28.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
29.一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，包括ctcs车载系统和cbtc车载系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过输入数据总线分别连接测速模块、btm模块、雷达模块，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过车辆接口连接车辆控制系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过无线接口连接车载电台，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过dmi接口连接dmi显示屏。
30.进一步的，所述的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于：所述列控车载系统具备以下驾驶模式及对应功能。
31.1)在ctcs-2线路，车载系统具备驾驶模式包括完全监控模式(fs)、部分监控模式(ps)、引导模式(co)、目视行车模式(os)、调车模式(sh)、隔离模式(is)、待机模式(sb)。
32.2)在ctcs-3线路，车载系统具备驾驶模式是在ctcs-2线路对应车载系统驾驶模式基础上增加休眠模式(sl)、冒进模式(tr)、冒后模式(pt)。
33.3)在ctcs-2或ctcs-3线路，配置ato的车载系统在原模式基础上增加自动驾驶模式(ctcs-am)。
34.4)在cbtc线路，车载系统具备4种驾驶模式：自动驾驶模式(cbtc-am)、自动防护模式(cm)、限制人工驾驶模式(rm)、非限制人工驾驶模式(eum)。
35.在信号专业方面，为实现车载系统可以较好地适配既有标准线路的运行，兼容ctcs和cbtc列控车载系统遵循大部分既有ctcs和cbtc系统车载设备的功能和模式标准，但为简化系统，提高系统的可靠性，兼容ctcs和cbtc列控车载系统的自动防护模式(cm)仅有连续数据输入式控车功能；在自动防护模式(cm)出现故障的情况下，车载系统可直接降级至限制人工驾驶模式(rm)。
36.进一步的，所述测速模块采用速度传感器，所述速度传感器安装在车辆上。
37.进一步的，所述btm模块采用应答器。
38.进一步的，所述雷达模块采用测速雷达。
39.本发明的优点和积极效果是：
40.本发明通过对ctcs和cbtc列控车载系统整合，使车载系统具备ctcs和cbtc列控车系统的功能和驾驶模式，实现在不改变ctcs和cbtc线路轨旁设备设置标准的情况下，搭载兼容ctcs和cbtc列控车载系统的列车可在信号专业方面实现跨线、跨网运行，实现互联互通。
附图说明
41.以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当
知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
42.图1为本发明实施例提供的兼容ctcs和cbtc型车载列控系统的结构示意图；
具体实施方式
43.首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.实施例1
46.本实施例的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，包括ctcs车载系统和cbtc车载系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过输入数据总线分别连接测速模块、btm模块、雷达模块，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过车辆接口连接车辆控制系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过无线接口连接车载电台，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过dmi接口连接dmi显示屏。
47.所述列控信号车载ctcs系统包括车载ctcs-2/ctcs-2+ato系统、车载ctcs-3/ctcs-3+ato系统；所述测速模块采用速度传感器，所述速度传感器安装在车辆上；所述btm模块采用应答器。
48.兼容型列控车载控制单元负责列控级别模式下的核心控制逻辑计算功能。
49.在列车进入ctcs-2或ctcs-2+ato级运营线路上运行时，其ctcs-2控制单元负责ctcs-2级核心控制逻辑计算功能。ctcs-2级车载控制单元连接轨道电路读取器单元(tcr)，从tcr获得行车许可信息。当ctcs-2控制单元设备控车的时候，ctcs-2控制单元根据接收到轨道电路信息和应答器信息计算限速曲线，对列车的速度进行监督控制，并把相关信息通过dmi进行显示。ctcs-2控制单元监督控制功能的实现，需要兼容型列车控制单元的辅助和监管。
50.在列车进入ctcs-3或ctcs-3+ato级运营线路上运行时，其ctcs-3控制单元负责ctcs-3级核心控制逻辑计算功能；ctcs-3级车载控制单元连接轨道电路读取器单元(tcr)和gsm-r/lte-m车载电台，从tcr和gsm-r/lte-m车载电台获得行车许可信息。当ctcs-3控制单元设备控车的时候，ctcs-3控制单元根据接收到轨道电路信息、无线移动授权信息和应答器信息计算限速曲线，对列车的速度进行监督控制，并把相关信息通过dmi进行显示。
51.在列车进入cbtc级运营线路上运行时，其cbtc控制单元负责cbtc级核心控制逻辑计算功能；cbtc级车载控制单元连接gsm-r/lte-m车载电台，从gsm-r/lte-m车载电台获得行车许可信息。当cbtc控制单元设备控车的时候，cbtc控制单元根据接收到无线移动授权信息计算限速曲线，对列车的速度进行监督控制，并把相关信息通过dmi进行显示。
52.以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均
应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于，包括ctcs车载系统和cbtc车载系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过输入数据总线分别连接测速模块、btm模块、雷达模块，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过车辆接口连接车辆控制系统，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过无线接口连接车载电台，所述ctcs车载系统和cbtc车载系统通过dmi接口连接dmi显示屏。2.据权利要求1所述的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于：所述列控车载系统具备以下驾驶模式及对应功能：1)在ctcs-2线路，车载系统具备驾驶模式包括完全监控模式(fs)、部分监控模式(ps)、引导模式(co)、目视行车模式(os)、调车模式(sh)、隔离模式(is)、待机模式(sb)；2)在ctcs-3线路，车载系统具备驾驶模式是在ctcs-2线路对应车载系统驾驶模式基础上增加休眠模式(sl)、冒进模式(tr)、冒后模式(pt)；3)在ctcs-2或ctcs-3线路，配置ato的车载系统在原模式基础上增加自动驾驶模式(ctcs-am)；4)在cbtc线路，车载系统具备4种驾驶模式：自动驾驶模式(cbtc-am)、自动防护模式(cm)、限制人工驾驶模式(rm)、非限制人工驾驶模式(eum)。3.根据权利要求1所述的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于：所述测速模块采用速度传感器，所述速度传感器安装在车辆上。4.根据权利要求1所述的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于：所述btm模块采用应答器。5.根据权利要求1所述的一种兼容ctcs和cbtc列控车载系统，其特征在于：所述雷达模块采用测速雷达。

技术总结
本发明涉及一种兼容CTCS和CBTC列控车载系统，包括CTCS车载系统和CBTC车载系统，所述CTCS车载系统和CBTC车载系统通过输入数据总线分别连接测速模块、BTM模块、雷达模块，所述CTCS车载系统和CBTC车载系统通过车辆接口连接车辆控制系统，所述CTCS车载系统和CBTC车载系统通过无线接口连接车载电台，所述CTCS车载系统和CBTC车载系统通过DMI接口连接DMI显示屏；本发明实现在不改变CTCS和CBTC线路轨旁设备设置标准的情况下，列车可在信号专业方面实现跨线、跨网运行，实现互联互通。实现互联互通。实现互联互通。


技术研发人员：齐亚娜 王海忠 何永发 闫俊俊 武长海 孙屹枫 王喜军 赵亮 宋广谦 鞠帅 张天赋 邓伟龙 黄虹苇 闫宇航 南迪
受保护的技术使用者：中国铁路设计集团有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/1/16