一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法与流程

1.本发明涉及城市轨道交通信号系统技术领域，更具体地说涉及一种城市轨道交通信号系统点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法。


背景技术：

2.城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、节能等特点。在城市轨道交通建设顺序上，先建成线路、轨道、桥梁、站台等，而后信号系统根据线路限速、站台位置、区间长度等进行时间参数的设置，设置效果直接影响点式后备模式下的折返能力和工程投资等。
3.点式后备模式是一种信号系统降级运营模式。在车地无线通信发生故障时，信号系统无法以正常运营模式运营，则可通过点式后备模式组织运营。
4.由于在点式后备模式下无车地通信，因此，由地面联锁系统管理保护区段的解锁时间需充分考虑列车的运行，也即，保护区段的解锁时间应长于由车载atp系统管理的变量有效时间。联锁系统则通过判断列车占用进路内方区段来启动解锁时间（倒计时），只有当保护区段解锁后，保护区段内的道岔才会被其他命令操纵。车载atp系统通过读取轨旁信标来刷新车载变量有效时间。详见图1。
5.为提升点式后备模式下的折返能力，往往尽量缩短保护区段的解锁时间，而这就需要在轨道有更多的有源信标，从而增大了工程投资。
6.为节省工程投资，往往在轨道上尽可能少地布置有源信标，而这就将导致点式后备模式下的保护区段解锁时间增大，从而降低折返能力。
7.为提升点式后备模式下的折返能力，同时节省投资，若缩短保护区段的解锁时间的同时，不配套增加有源信标的布置，则可能导致解锁时间短于变量有效时间，存在安全风险。


技术实现要素：

8.为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法，本发明的目的是解决现有技术中保护区段的解锁时间与工程投资、折返能力、安全风险之间的问题。本发明保护区段的解锁时间由地面联锁系统管理，且保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，设定值与列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间、地面联锁系统响应时间、变量有效时间和紧急制动停车时间有关，充分考虑了工程投资、折返能力、安全风险等问题。与现有技术相比，本发明具有兼顾了提高点式后备模式下的折返能力与降低投资的优点，另外兼顾了行车安全和运营效率，适用有人及无人驾驶线路。
9.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法，所述设计方法为：在城市轨道交通点式后备模式下，轨道的保护区段解锁时间由地面联锁子系统管理，保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，所述设定值大于等于避免列车发生安全风险的
解锁时间安全值，小于等于列车开展折返作业的解锁时间效率值。
10.上述方法中，所述解锁时间安全值小于等于所述解锁时间效率值。
11.（1）解锁时间效率值ta优选的，所述解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和。
12.本发明中，所述的解锁时间效率值确保列车在点式后备模式下的折返能力最优，也即，当列车在站台上完成上下客作业后，尽快发车开展折返作业。因此，解锁时间效率值应为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和。即，解锁时间效率值ta=列车在进路内的运行时间t1+停站时间t2+折返作业等待时间t3。
13.本发明中，解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和，确保列车在点式后备模式下的折返能力最优，其利用现有的有源信标，无需增加更多的有源信标，因此没有增加工程投资。
14.本发明中，当设定值小于等于解锁时间效率值（即t≤ta）时，列车折返能力满足运营要求。
15.（2）解锁时间安全值tb优选的，所述解锁时间安全值为地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间之和。
16.本发明中，所述的解锁时间安全值确保在点式后备模式下系统的安全性，也即，解锁时间应大于变量有效时间，并考虑最不利情况下由于变量有效时间耗尽而触发紧急制动停车所需时间。因此，解锁时间安全值应为地面联锁系统响应延迟、变量有效时间、紧急制动停车时间之和。即，解锁时间安全值tb=地面联锁系统响应延迟t4+变量有效时间t5+紧急制动停车时间t6。
17.由于点式后备模式下，车地无通信连接，只能通过信标向车载atp子系统单方向传输信息，为确保行车安全，车载atp子系统可一直控制列车运行，即便地面联锁子系统已解锁保护区段，列车也不会停车，这就存在挤岔的风险。本发明中，当设定值大于等于解锁时间安全值（即t≥tb）时，地面联锁子系统解锁保护区段内的道岔前，列车已完全停车，无挤岔风险。
18.因此，解锁时间安全值tb≤设定值t≤解锁时间效率值ta，设定值在该范围内时，既能满足安全需求又能满足效率要求。
19.本发明中，对于解锁时间安全值tb和解锁时间效率值ta的取值，需要根据具体的线路特点，包括车辆参数、线路坡度、信标布置等计算，本发明侧重于一种计算方法，具体地铁项目中具体计算。
20.优选的，所述列车自动防护子系统变量有效时间为列车在全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值。
21.本发明中，列车每经过一个地面信标时车载atp子系统的变量有效时间均会被刷新，只有变量有效时间在存活期间内信号驾驶模式才有效，否则列车将会触发紧急制动，因此将连续两个信标之间的运行时间设定为变量有效时间。当变量有效时间取值为全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值时，确保行车安全。
22.优选的，若两个连续信标之间存在站台，站台所在的两个信标之间的列车运行时
间，为列车在该两个信标之间运行的时间和站台停站的时间之和；此时变量有效时间为站台所在的两个信标之间的列车运行时间，与另外的两个信标之间的列车运行时间的最大值。
23.本发明中，所述的变量有效时间t5为列车在全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值，若两个连续信标之间存在站台，则需加上站台停站时间t2。变量有效时间t5=max（t1，t2+t2）。
24.优选的，当解锁时间效率值小于解锁时间安全值时，通过加密信标布置减小列车自动防护子系统变量有效时间，以减小解锁时间安全值，使解锁时间安全值小于等于解锁时间效率值。
25.上述方法中，当解锁时间效率值ta小于解锁时间安全值tb，这将无法计算出设定值t，因此需要通过加密信标布置来减小变量有效时间t5，从而减小解锁时间安全值tb，最终达到解锁时间效率值ta大于等于解锁时间安全值tb。
26.第二方面，基于上述保护区段解锁时间设计方法，本发明还提供了一种点式后备模式下的列车自动控制系统，包括：设置在列车上的列车自动防护子系统atp，所述列车自动防护子系统atp用于列车安全防护，并与有源信标通信连接；设置在列车上的列车自动驾驶子系统 ato，所述列车自动驾驶子系统 ato用于列车自动驾驶，并与列车自动防护子系统atp通信连接；设置在地面上的联锁子系统ci，所述联锁子系统ci用于管理轨旁信号设备，并与轨旁电子单元leu通信连接；联锁子系统ci内设置有上述保护区段解锁时间设计方法中的保护区段解锁时间设定值；设置在地面上的列车自动监控子系统ats，所述列车自动监控子系统ats用于列车运行计划，并与联锁子系统ci通信连接；设置在地面上的轨旁电子单元leu，所述轨旁电子单元leu用于对轨旁信号机和道岔状态编码，并与有源信标和联锁子系统ci通信连接。
27.本发明中，上述保护区段解锁时间设计方法应用于列车自动控制系统，该控制系统包括列车自动防护子系统 atp（车载）、列车自动驾驶子系统 ato(车载)、联锁子系统ci（地面）、列车自动监控子系统ats（地面）、轨旁电子单元leu（地面）。
28.第三方面，基于上述列车自动控制系统，本发明还提供了一种点式后备模式下列车自动控制方法，包括以下步骤：s1、地面列车自动监控子系统ats根据列车时刻表及列车位置向地面联锁子系统ci发送进路建立命令；s2、地面联锁子系统ci收到进路建立命令后，检查进路内方空闲状态及道岔位置条件，建立并锁闭进路，并将信号机和道岔状态通过轨旁电子单元leu编码后发送给有源信标；s3、在列车经过有源信标时，读取到信号机和道岔状态信息；s4、车载列车自动防护子系统atp根据前方信号机和道岔状态信息，自动计算速度防护曲线；s5、车载列车自动驾驶子系统 ato根据速度防护曲线自动计算速度运行曲线，在
确保不超速的情况下在下一限制点自动停车。
29.本发明的有益效果：本发明提供的方法，其设计的保护区段的解锁时间由地面联锁系统管理，且保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，设定值大于等于解锁时间安全值，小于等于解锁时间效率值。其中，解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和；解锁时间安全值为地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间之和。因此设定值与列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间，以及地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间有关，充分考虑了工程投资、折返能力、安全风险等问题。
30.本发明与现有技术相比，具有兼顾了提高点式后备模式下的折返能力与降低投资的优点，另外兼顾了行车安全和运营效率，适用有人及无人驾驶线路。
附图说明
31.图1为本发明保护区段的示意图；图2为本发明变量有效时间的示意图；图3为本发明点式后备模式信息传输流程。
具体实施方式
32.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
33.实施例1一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法，所述设计方法为：在城市轨道交通点式后备模式下，轨道的保护区段解锁时间由地面联锁子系统管理，保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，所述设定值大于等于避免列车发生安全风险的解锁时间安全值，小于等于列车开展折返作业的解锁时间效率值。
34.本实施例中，所述解锁时间安全值小于等于所述解锁时间效率值。解锁时间安全值tb≤设定值t≤解锁时间效率值ta，设定值在该范围内时，既能满足安全需求又能满足效率要求。对于解锁时间安全值tb和解锁时间效率值ta的取值，需要根据具体的线路特点，包括车辆参数、线路坡度、信标布置等计算，本发明侧重于一种计算方法，具体地铁项目中具体计算。
35.实施例2本实施例在实施例1的基础上对解锁时间效率值ta做进一步的改进，所述解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和。
36.本实施例中，所述的解锁时间效率值确保列车在点式后备模式下的折返能力最优，也即，当列车在站台上完成上下客作业后，尽快发车开展折返作业。因此，解锁时间效率值应为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和。即，解锁时间效率值ta=列车在进路内的运行时间t1+停站时间t2+折返作业等待时间t3。
37.本实施例中，解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和，确保列车在点式后备模式下的折返能力最优，其利用现有的有源信标，无需增
加更多的有源信标，因此没有增加工程投资。
38.本实施例中，当设定值小于等于解锁时间效率值（即t≤ta）时，列车折返能力满足运营要求。
39.实施例3本实施例在实施例1的基础上对解锁时间安全值tb做进一步的改进，所述解锁时间安全值为地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间之和。
40.本实施例中，所述的解锁时间安全值确保在点式后备模式下系统的安全性，也即，解锁时间应大于变量有效时间，并考虑最不利情况下由于变量有效时间耗尽而触发紧急制动停车所需时间。因此，解锁时间安全值应为地面联锁系统响应延迟、变量有效时间、紧急制动停车时间之和。即，解锁时间安全值tb=地面联锁系统响应延迟t4+变量有效时间t5+紧急制动停车时间t6。
41.由于点式后备模式下，车地无通信连接，只能通过信标向车载atp子系统单方向传输信息，为确保行车安全，车载atp子系统可一直控制列车运行，即便地面联锁子系统已解锁保护区段，列车也不会停车，这就存在挤岔的风险。本发明中，当设定值大于等于解锁时间安全值（即t≥tb）时，地面联锁子系统解锁保护区段内的道岔前，列车已完全停车，无挤岔风险。
42.作为本实施例的优化方案，所述列车自动防护子系统变量有效时间为列车在全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值。
43.若两个连续信标之间存在站台，站台所在的两个信标之间的列车运行时间，为列车在该两个信标之间运行的时间和站台停站的时间之和；此时变量有效时间为站台所在的两个信标之间的列车运行时间，与另外的两个信标之间的列车运行时间的最大值。
44.本实施例中，列车每经过一个地面信标时车载atp子系统的变量有效时间均会被刷新，只有变量有效时间在存活期间内信号驾驶模式才有效，否则列车将会触发紧急制动，因此将连续两个信标之间的运行时间设定为变量有效时间。当变量有效时间取值为全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值时，确保行车安全。
45.本实施例中，所述的变量有效时间t5为列车在全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值，若两个连续信标之间存在站台，则需加上站台停站时间t2。变量有效时间t5=max（t1，t2+t2），如图2所示。
46.作为本实施例的优化方案，当解锁时间效率值小于解锁时间安全值时，通过加密信标布置减小列车自动防护子系统变量有效时间，以减小解锁时间安全值，使解锁时间安全值小于等于解锁时间效率值。
47.本实施例中，当解锁时间效率值ta小于解锁时间安全值tb，这将无法计算出设定值t，因此需要通过加密信标布置来减小变量有效时间t5，从而减小解锁时间安全值tb，最终达到解锁时间效率值ta大于等于解锁时间安全值tb。
48.实施例4基于实施例1-3任意一项的保护区段解锁时间设计方法，本实施例提供了一种点式后备模式下的列车自动控制系统，包括：设置在列车上的列车自动防护子系统atp，所述列车自动防护子系统atp用于列车
安全防护，并与有源信标通信连接；设置在列车上的列车自动驾驶子系统 ato，所述列车自动驾驶子系统 ato用于列车自动驾驶，并与列车自动防护子系统atp通信连接；设置在地面上的联锁子系统ci，所述联锁子系统ci用于管理轨旁信号设备，并与轨旁电子单元leu通信连接；联锁子系统ci内设置有上述保护区段解锁时间设计方法中的保护区段解锁时间设定值；设置在地面上的列车自动监控子系统ats，所述列车自动监控子系统ats用于列车运行计划，并与联锁子系统ci通信连接；设置在地面上的轨旁电子单元leu，所述轨旁电子单元leu用于对轨旁信号机和道岔状态编码，并与有源信标和联锁子系统ci通信连接。
49.本实施例中，上述保护区段解锁时间设计方法应用于列车自动控制系统，该控制系统包括列车自动防护子系统 atp（车载）、列车自动驾驶子系统 ato(车载)、联锁子系统ci（地面）、列车自动监控子系统ats（地面）、轨旁电子单元leu（地面）。
50.实施例5基于实施例4的列车自动控制系统，本实施例提供了一种点式后备模式下列车自动控制方法，如图3所示，包括以下步骤：s1、地面列车自动监控子系统ats根据列车时刻表及列车位置向地面联锁子系统ci发送进路建立命令；s2、地面联锁子系统ci收到进路建立命令后，检查进路内方空闲状态及道岔位置条件，建立并锁闭进路，并将信号机和道岔状态通过轨旁电子单元leu编码后发送给有源信标；s3、在列车经过有源信标时，读取到信号机和道岔状态信息；s4、车载列车自动防护子系统atp根据前方信号机和道岔状态信息，自动计算速度防护曲线；s5、车载列车自动驾驶子系统 ato根据速度防护曲线自动计算速度运行曲线，在确保不超速的情况下在下一限制点自动停车。
51.以上对本发明的实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种等同变型或替换，这些等同或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，所述设计方法为：在城市轨道交通点式后备模式下，轨道的保护区段解锁时间由地面联锁子系统管理，保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，所述设定值大于等于避免列车发生安全风险的解锁时间安全值，小于等于列车开展折返作业的解锁时间效率值。2.如权利要求1所述的保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，所述解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和。3.如权利要求1所述的保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，所述解锁时间安全值为地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间之和。4.如权利要求3所述的保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，所述列车自动防护子系统变量有效时间为列车在全线任意两个连续的信标之间运行的时间的最大值。5.如权利要求4所述的保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，若两个连续信标之间存在站台，站台所在的两个信标之间的列车运行时间，为列车在该两个信标之间运行的时间和站台停站的时间之和；此时变量有效时间为站台所在的两个信标之间的列车运行时间，与另外的两个信标之间的列车运行时间的最大值。6.如权利要求4所述的保护区段解锁时间设计方法，其特征在于，当解锁时间效率值小于解锁时间安全值时，通过加密信标布置减小列车自动防护子系统变量有效时间，以减小解锁时间安全值，使解锁时间安全值小于等于解锁时间效率值。7.一种点式后备模式下的列车自动控制系统，其特征在于，包括：设置在列车上的列车自动防护子系统atp，所述列车自动防护子系统atp用于列车安全防护，并与有源信标通信连接；设置在列车上的列车自动驾驶子系统 ato，所述列车自动驾驶子系统 ato用于列车自动驾驶，并与列车自动防护子系统atp通信连接；设置在地面上的联锁子系统ci，所述联锁子系统ci用于管理轨旁信号设备，并与轨旁电子单元leu通信连接；联锁子系统ci内设置有上述权利要求1-6任意一项所述保护区段解锁时间设计方法中的保护区段解锁时间设定值；设置在地面上的列车自动监控子系统ats，所述列车自动监控子系统ats用于列车运行计划，并与联锁子系统ci通信连接；设置在地面上的轨旁电子单元leu，所述轨旁电子单元leu用于对轨旁信号机和道岔状态编码，并与有源信标和联锁子系统ci通信连接。8.一种根据权利要求7所述的控制系统的点式后备模式下列车自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、地面列车自动监控子系统ats根据列车时刻表及列车位置向地面联锁子系统ci发送进路建立命令；s2、地面联锁子系统ci收到进路建立命令后，检查进路内方空闲状态及道岔位置条件，建立并锁闭进路，并将信号机和道岔状态通过轨旁电子单元leu编码后发送给有源信标；s3、在列车经过有源信标时，读取到信号机和道岔状态信息；s4、车载列车自动防护子系统atp根据前方信号机和道岔状态信息，自动计算速度防护曲线；
s5、车载列车自动驾驶子系统 ato根据速度防护曲线自动计算速度运行曲线，在确保不超速的情况下在下一限制点自动停车。

技术总结
本发明公开了一种点式后备模式下保护区段解锁时间设计方法，涉及城市轨道交通信号系统技术领域，其设计的保护区段的解锁时间由地面联锁系统管理，且保护区段从开始解锁计时到解锁完成所需的时间为设定值，设定值大于等于解锁时间安全值，小于等于解锁时间效率值。其中，解锁时间效率值为列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间之和；解锁时间安全值为地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间之和。因此设定值与列车在进路内的运行时间、停站时间、折返作业等待时间，以及地面联锁子系统响应时间、列车自动防护子系统变量有效时间和紧急制动停车时间有关，充分考虑了安全风险、折返能力等问题。折返能力等问题。折返能力等问题。


技术研发人员：毕文峰 刘俊 凌小雀 宓东旭 何胜男 戴扬 刘德伟 马佳芸
受保护的技术使用者：卡斯柯信号（成都）有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/5/31