一种CTCS和CBTC跨线运行的列车控制系统和方法与流程

一种ctcs和cbtc跨线运行的列车控制系统和方法
技术领域
1.本发明涉及铁路交通管理技术领域，尤其涉及一种ctcs和cbtc跨线运行的列车控制系统和方法。


背景技术：

2.现阶段我国的城镇化已经进入大城市群化、大都市区化的发展阶段,各个城市之间的通勤需求将日益增加。根据目前的情况，提高单条线路的运行效率已经不能解决大城市群之间的交通问题，区域联动、协调多种制式的铁路信号系统，帮助加强高速铁路、市域铁路、城市轨道交通之间的平滑连接，将成为未来促进超级大城市群轨道交通效率，保障区域经济有序发展的重要措施。
3.现有高速铁路列车一般装备中国列车控制系统（china train control system，ctcs），而城市轨道交通一般装备基于通信的列车自动控制系统（communication based train control system，cbtc）。由于列控系统互不兼容，列车无法在cbtc和ctcs之间跨线运行，运行效率低下。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种ctcs和cbtc跨线运行的列车控制系统，以实现列车在ctcs线路和cbtc线路的跨线运行，并提高跨线运行的稳定性。
5.根据本发明的一方面，提供了一种ctcs和cbtc跨线运行的列车控制系统，所述系统包括ctcs车载设备、cbtc车载设备、ctcs地面列控设备和cbtc地面列控设备；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备安装于同一列车，所述ctcs地面列控设备和所述cbtc地面列控设备分别部署于ctcs管辖区和cbtc管辖区；
6.所述ctcs车载设备在ctcs管辖区与所述ctcs地面列控设备通信连接，用于在ctcs管辖区从所述ctcs地面列控设备获取数据并控车运行；
7.所述cbtc车载设备在cbtc管辖区与所述cbtc地面列控设备通信连接，用于在cbtc管辖区从所述cbtc地面列控设备获取数据并控车运行；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间增加io接口和数据通信接口；
8.所述数据通信接口建立所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间的通信连接，用于传递控车命令和工作状态信息；
9.所述io接口包含控车权接口，用于通过控车权继电器联通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动等列车接口；
10.列车跨越ctcs管辖区和cbtc管辖区边界时，所述ctcs地面列控设备与所述cbtc地面列控设备协调和交互边界处对方管辖范围内的地面信息，向车载设备提供跨越边界的行车许可，支持ctcs车载设备和cbtc车载设备自动切换控车权，实现不停车跨线运行。
11.根据本发明的另一方面，提供了一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法，应用于本发明任意实施例提供的ctcs和cbtc跨线运营的列车控制系统，包括：
12.在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行；
13.列车从ctcs管辖区域进入cbtc管辖区域时，控车权由所述ctcs车载设备切换到所述cbtc车载设备，并维持列车行进；
14.在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行。
15.根据本发明的另一方面，提供了一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法，应用于本发明任意实施例提供的ctcs和cbtc跨线运营的列车控制系统，包括：
16.在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行；
17.从cbtc管辖区域进入ctcs管辖区域时，控车权由所述cbtc车载设备切换到所述ctcs车载设备，并维持列车行进；在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行。
18.本发明实施例通过在列车部署ctcs车载设备和cbtc车载设备，配合ctcs地面设备和cbtc地面设备实现列车不停车跨线运行，并通过控车权继电器的工作状态联通或切断ctcs车载设备或cbtc车载设备与列车的牵引制动接口，避免两套设备同时对车辆输出命令控车，造成系统混乱，提高跨线运行的稳定性。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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的附图。
21.图1是根据本发明实施例提供的一种车载ctcs和cbtc设备的结构框图；
22.图2是根据本发明实施例提供的一种cbtc管辖区和ctcs管辖区不存在重叠区域时的跨线运行示意图；
23.图3是根据本发明实施例提供的一种cbtc管辖区和ctcs管辖区存在重叠区域时的跨线运行示意图；
24.图4是根据本发明实施例提供的一种合屏人机界面的结构框图；
25.图5是根据本发明实施例提供的一种不停车从ctcs管辖区到cbtc管辖区跨线运行的流程示意图
26.图6是根据本发明实施例提供的一种不停车从cbtc管辖区到ctcs管辖区跨线运行的流程示意图；
27.图7是根据本发明实施例提供的一种共用速度传感器的结构框图；
28.图8是根据本发明实施例提供的一种共用天线和相关设备的结构框图；
29.图9是根据本发明实施例提供的一种共用应答器传输单元btm天线的结构框图；
30.图10是根据本发明实施例提供的一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法的流
程图；
31.图11是根据本发明实施例提供的一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法的流程图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.图1是根据本发明实施例提供的一种车载ctcs和cbtc设备的结构框图。参见图1,该车载ctcs和cbtc设备安装于任意列车，使该列车可不停车在ctcs和cbtc跨线运行；所述系统包括ctcs车载设备、cbtc车载设备、ctcs地面列控设备和cbtc地面列控设备；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备安装于同一列车，所述ctcs地面列控设备和所述cbtc地面列控设备分别部署于ctcs管辖区和cbtc管辖区；
35.所述ctcs车载设备在ctcs管辖区与所述ctcs地面列控设备通信连接，用于在ctcs管辖区从所述ctcs地面列控设备获取数据并控车运行；
36.所述cbtc车载设备在cbtc管辖区与所述cbtc地面列控设备通信连接，用于在cbtc管辖区从所述cbtc地面列控设备获取数据并控车运行；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间增加io接口和数据通信接口；
37.所述数据通信接口建立所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间的通信连接，用于传递控车命令和工作状态信息；
38.所述io接口包含控车权接口，用于通过控车权继电器联通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动等列车接口；
39.列车跨越ctcs管辖区和cbtc管辖区边界时，所述ctcs地面列控设备与所述cbtc地面列控设备协调和交互边界处对方管辖范围内的地面信息，向车载设备提供跨越边界的行车许可，支持ctcs车载设备和cbtc车载设备自动切换控车权，实现不停车跨线运行。
40.其中，ctcs车载设备和cbtc车载设备均预先部署有控车权接口，控车权接口可联通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动接口，使能相应的车载设备进行控车，控车权接口通过控车权继电器切换，在同一时间只能接通一套车载设备与列车的牵引制动接口，以避免ctcs车载设备和cbtc车载设备同时控车。
41.具体的，列车上安装可切换控制权的ctcs2+ato车载设备（简称ctcs车载设备）和
cbtc车载设备。地面ctcs管辖区与cbtc管辖区边界可设置切换过渡区，ctcs地面设备与cbtc地面设备协调和交互边界处对方管辖范围内的地面信息，向车载设备提供跨越边界的行车许可，支持车载设备在边界自动切换控车权，实现列车不停车跨线运行。对于车载设备，列车每端分别装备一套ctcs车载设备和一套cbtc车载设备，ctcs车载设备支持ctcs-2等级，具备自动驾驶功能。两套设备之间存在io接口和数据通信接口，数据通信接口用于进行数据通信，可用于传递控车命令和工作状态信息，io接口至少包含控车权接口，通过“控车权继电器”实现，继电器吸起接通ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，ctcs车载设备控车；继电器落下接通cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，cbtc车载设备控车，控车权继电器的存在使得同一时间只能有一套车载设备控车，避免两套设备同时对车辆输出命令，造成系统混乱。
42.本实施例通过在列车部署ctcs车载设备和cbtc车载设备，配合ctcs地面设备和cbtc地面设备实现列车不停车跨线运行，并通过控车权继电器的工作状态切换联通或切断ctcs车载设备或cbtc车载设备与列车的牵引制动接口，避免两套设备同时对车辆输出命令控车，造成系统混乱，提高跨线运行的稳定性。
43.可选的，所述控车权继电器处于吸起状态时，所述ctcs车载设备的控车权接口与所述列车牵引制动接口接通，所述ctcs车载设备控车运行；所述控车权继电器处于落下状态时，所述cbtc车载设备的控车权接口与所述列车牵引制动接口接通，所述cbtc车载设备控车运行。
44.具体的，控车权继电器在同一时间只能保持吸起或落下状态，设置控制权继电器吸起和落下分别将不同车载设备的控车权接口与列车牵引制动接口接通，便可实现同一时间只能有一套车载设备控车。相应的，可以是吸起时ctcs车载设备的控车权接口与列车牵引制动接口接通，落下时cbtc车载设备的控车权接口与所述列车牵引制动接口接通；也可是吸起时cbtc车载设备的控车权接口与列车牵引制动接口接通，落下时ctcs车载设备的控车权接口与所述列车牵引制动接口接通。
45.图2是根据本发明实施例提供的一种cbtc管辖区和ctcs管辖区不存在重叠区域时的跨线运行示意图。参见图2，cbtc管辖区和ctcs管辖区不存在重叠区域时，在ctcs管辖区与cbtc管辖区边界处：
46.所述ctcs地面列控设备中的ctc设备与所述cbtc地面列控设备中的ats设备新增通信连接，用于在列车跨区域运行时，切换调度权和管理跨越边界的进路办理；
47.所述ctcs地面列控设备中的tsrs设备与所述cbtc地面列控设备中的zc设备建立通信连接，用于在列车跨区域运行时，交互下发运行计划和站间数据；
48.所述ctcs地面列控设备中的cbi设备和所述cbtc地面列控设备中的ci设备建立通信连接，用于在列车跨区域运行时，执行进路办理和进路状态采集；
49.相应的，列车跨线运行中的无线连接点、无线呼叫点和切换预告点位于原管辖区，切换点位于原管辖区和新管辖区的管辖区分界点。
50.其中，列车在从cbtc管辖区到ctcs管辖区的跨线运行中，需要依次经过ctcs无线连接点、ctcs无线呼叫点、ctcs切换预告点和切换点；在从ctcs管辖区到cbtc管辖区的跨线运行中，需要依次经过ctcs无线连接点、cbtc无线呼叫点、cbtc切换预告点和切换点，在列车达到切换点之前完成需切换准备工作，在到达切换点时进行cbtc车载设备和ctcs车载设
备之间列车控车权的交接切换。列车跨线运行所需数据包括运行计划、站间数据、进路状态等。
51.具体的，对于地面列控设备，一种地面设备布置方式是ctcs管辖区域与cbtc管辖区域相邻但不重叠，ctcs与cbtc管辖边界处，ctcs地面设备中的调度集中设备ctc与cbtc地面设备的列车自动监控设备ats新增通信连接，支持列车跨区域运行时，切换调度权，管理跨越边界的进路办理等。ctcs地面设备的临时限速服务器设备tsrs与cbtc地面设备的区域控制器设备zc建立通信连接，支持列车跨区域运行时，交互和下发运行计划、站间数据等。ctcs地面设备的计算机联锁设备cbi和cbtc地面设备的计算机联锁设备ci建立通信连接，支持列车跨区域运行时，执行进路办理和进路状态采集等。在这种布置方案中，支持车载ctcs/cbtc设备提前与前方新管辖区的地面设备建立通信连接，获取前方待转入等级的线路数据等控车信息，无需在进入新管辖区后再开始无线连接、呼叫等准备工作，而是在进入新管辖区之前就提前完成了如无线连接、无线呼叫和切换预告等准备工作，进入新管辖区时直接在切换点通过控车权继电器进行控车权切换即可。
52.示例性的，图3是根据本发明实施例提供的一种cbtc管辖区和ctcs管辖区存在重叠区域时的跨线运行示意图。其中，对于地面设备，另一种地面设备布置方式是ctcs管辖区域与cbtc管辖区域之间设置一段重叠区域，该重叠区域同时布置ctcs地面设备和cbtc地面设备，同时支持ctcs车载设备安全控车和cbtc车载设备安全控车，该重叠区域作为切换过渡区，实现ctcs控车与cbtc控车的控车权自动切换。
53.图4是根据本发明实施例提供的一种合屏人机界面的结构框图。参见该附图,所述合屏人机界面包括ctcs/cbtc界面切换管理模块、ctcs显示核心模块、ctcs通信模块、cbtc显示核心模块和cbtc通信模块；
54.所述合屏人机界面通过总线分别与所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备建立通信连接，用于向所述cbtc车载设备或ctcs车载设备发送控车权切换请求；当控车权从所述ctcs车载设备切换到所述cbtc车载设备时，隐藏ctcs界面并显示cbtc界面；当控车权从所述cbtc车载设备切换到所述ctcs车载设备时，隐藏cbtc界面并显示ctcs界面；
55.所述ctcs通信模块用于解析与所述ctcs车载设备的通信数据，并提供给所述ctcs显示核心模块；
56.所述cbtc通信模块用于解析与所述cbtc车载设备的通信数据，并提供给所述cbtc显示核心模块；
57.所述ctcs/cbtc界面切换管理模块用于随控车权切换而切换界面显示，在所述ctcs车载设备控车时，根据ctcs显示规范显示ctcs界面；在cbtc车载设备控车时，根据cbtc显示规范显示cbtc界面。
58.具体的，ctcs/cbtc合屏人机界面dmi通过总线同时与ctcs车载设备、cbtc车载设备建立通信连接。合屏dmi包含ctcs通信模块，解析与ctcs车载设备的通信数据，并提供给ctcs显示核心模块。合屏dmi包含cbtc通信模块，解析与cbtc车载设备的通信数据，并提供给cbtc显示核心模块。合屏dmi的ctcs/cbtc界面切换与显示模块根据当前控车等级决定界面显示方式，当ctcs车载设备控车时，根据ctcs显示规范显示ctcs界面；当cbtc车载设备控车时，根据cbtc显示规范显示cbtc界面。当控车权从ctcs车载设备切换到cbtc车载设备时，合屏dmi隐藏ctcs界面，显示cbtc界面；当控车权从cbtc车载设备切换到ctcs车载设备时，
合屏dmi隐藏cbtc界面，显示ctcs界面。
59.图5是根据本发明实施例提供的一种不停车从ctcs管辖区到cbtc管辖区跨线运行的流程示意图。参见图5，在从ctcs管辖区到cbtc管辖区的列车跨线运行中：
60.若切换点的cbtc允许速度低于当前ctcs允许速度，则在到达切换点前，所述ctcs车载设备分别以所述切换点和所述cbtc允许速度为目标点和目标速度，控车降速运行；经过切换点后，所述ctcs车载设备向所述cbtc车载设备移交控车权，并以所述cbtc允许速度为列车的允许速度监控列车运行；
61.若切换点的cbtc允许速度高于当前ctcs允许速度，则在到达切换点前，所述ctcs车载设备控车以所述当前ctcs允许速度经过切换点；经过切换点后，所述ctcs车载设备向所述cbtc车载设备移交控车权的过程中，所述ctcs车载设备继续以ctcs允许速度控车运行；完成控车权移交，所述cbtc车载设备开始控车后，所述cbtc车载设备以所述cbtc允许速度为列车的允许速度，监控列车继续运行。
62.具体的，为了实现不停车自动切换，地面设置切换过渡区，从ctcs-2区域进入cbtc区域时，在切换过渡区依次设置cbtc无线连接点、cbtc无线呼叫点、切换预告点、切换执行点。
63.当前由ctcs车载设备控车，dmi按ctcs规范进行界面显示；
64.列车前端越过cbtc无线连接点时，cbtc车载设备根据应答器信息与无线网络连接并进行注册；
65.列车前端越过cbtc无线呼叫点时，cbtc车载设备根据应答器信息呼叫前方区段的区域控制设备zc，并从zc获取cbtc区域的线路数据；
66.列车越过切换预告点，ctcs车载设备向cbtc车载设备发送切换预告信息，包括切换点位置；
67.cbtc车载设备收到切换预告信息，基于收到的线路数据等信息计算切换点的允许速度，向ctcs车载设备发送切换点的cbtc系统允许速度（切换点的cbtc系统允许速度低于当前的ctcs系统允许速度）；
68.ctcs车载设备以切换点为目标点，以切换点的cbtc系统允许速度为目标速度，控制列车，保证列车在切换点的速度不超过cbtc系统允许速度；
69.列车越过切换执行点，ctcs车载设备向cbtc车载设备发送“请求cbtc控车”信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向cbtc切换等级过程；
70.cbtc车载设备收到“请求cbtc控车”信息，检查控车条件满足，向ctcs车载设备回复“cbtc接受控车”信息；
71.ctcs车载设备收到“cbtc接受控车”信息，停止定时器，落下“控车权继电器”，切断ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，接通cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，dmi按cbtc规范进行界面显示。
72.cbtc车载设备检测“控车权继电器”落下状态，开始接管控车权。
73.dmi显示“cbtc控车”信息，请求司机5秒确认；如果5秒内不确认，cbtc系统触发最大常用制动；触发最大常用制动后，司机确认“cbtc控车”信息，cbtc自动缓解最大常用制动，控制列车正常运行。
74.如果切换点的cbtc允许速度低于当前ctcs-2级允许速度，在切换点之前，ctcs车
载设备以切换点为目标点，以cbtc允许速度为目标速度，控车列车降速运行，保证在切换点将列车速度降低到cbtc允许速度；切换点之后，ctcs车载设备向cbtc车载设备移交控车权，并以cbtc允许速度为列车的允许速度。
75.如果切换点的cbtc允许速度高于当前ctcs-2级允许速度，在切换点之前，ctcs车载设备以ctcs-2级允许速度经过切换点；经过切换点后，ctcs车载设备向cbtc车载设备移交控车权过程中，ctcs车载设备继续以ctcs-2级允许速度控车运行；经过切换点后,完成控车权移交，cbtc开始控车后，cbtc车载设备以cbtc允许速度为列车的允许速度，监控列车继续运行。
76.图6是根据本发明实施例提供的一种不停车从cbtc管辖区到ctcs管辖区跨线运行的流程示意图。参见图6，在从cbtc管辖区到ctcs管辖区的列车跨线运行中：
77.若切换点的ctcs允许速度低于当前cbtc允许速度，则在到达切换点前，所述cbtc车载设备分别以所述切换点和所述ctcs允许速度为目标点和目标速度，控车降速运行；经过切换点后，所述cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权，并以ctcs允许速度为列车的允许速度监控列车运行；
78.若切换点的ctcs允许速度高于当前cbtc允许速度，则在到达切换点前，所述cbtc车载设备控车以所述当前cbtc允许速度经过切换点；经过切换点后，所述cbtc车载设备向所述ctcs车载设备移交控车权过程中，所述cbtc车载设备继续以cbtc允许速度控车运行；完成控车权移交，所述ctcs车载设备开始控车后，所述ctcs车载设备以所述ctcs允许速度为列车的允许速度，监控列车继续运行。
79.具体的，为了实现不停车自动切换，地面设置切换区，从cbtc区域进入ctcs-2区域时，在切换区依次设置ctcs无线连接点、ctcs无线呼叫点、切换预告点、切换执行点。
80.当前由cbtc车载设备控车，dmi按cbtc规范进行界面显示；
81.列车前端越过ctcs无线连接点时，ctcs车载设备根据应答器信息与无线网络连接并进行注册；
82.列车前端越过ctcs无线呼叫点时，ctcs车载设备根据应答器信息呼叫前方区段的临时限速服务器tsrs，并从tsrs获取运行计划等信息；
83.列车越过切换预告点，cbtc车载设备向ctcs车载设备发送切换预告信息，包括切换点位置；
84.ctcs车载设备收到切换预告信息，基于应答器、轨道电路等信息计算切换点的允许速度，向cbtc车载设备发送切换点的ctcs系统允许速度（切换点的ctcs系统允许速度低于当前的cbtc系统允许速度）；
85.cbtc车载设备以切换点为目标点，以切换点的ctcs系统允许速度为目标速度，控制列车，保证列车在切换点的速度不超过ctcs系统允许速度；
86.列车越过切换执行点，cbtc车载设备向ctcs车载设备发送“请求ctcs控车”信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向ctcs切换等级过程；
87.ctcs车载设备收到“请求ctcs控车”信息，检查控车条件满足，向cbtc车载设备回复“ctcs接受控车”信息；
88.cbtc车载设备收到“ctcs接受控车”信息，停止定时器，吸起“控车权继电器”，切断cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，接通ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，dmi按
ctcs规范进行界面显示。
89.ctcs车载设备检测“控车权继电器”吸起状态，开始接管控车权。
90.dmi显示“ctcs控车”信息，请求司机5秒确认；如果5秒内不确认，ctcs系统触发最大常用制动；触发最大常用制动后，司机确认“ctcs控车”信息，ctcs自动缓解最大常用制动，控制列车正常运行。
91.如果切换点的ctcs-2级允许速度低于当前cbtc允许速度，在切换点之前，cbtc车载设备以切换点为目标点，以ctcs-2级允许速度为目标速度，控车列车降速运行，保证在切换点将列车速度降低到ctcs-2级允许速度；切换点之后，cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权，并以ctcs-2级允许速度为列车的允许速度。
92.如果切换点的ctcs-2级允许速度高于当前cbtc允许速度，在切换点之前，cbtc车载设备以cbtc允许速度经过切换点；经过切换点后，cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权过程中，cbtc车载设备继续以cbtc允许速度控车运行；经过切换点后,完成控车权移交，ctcs开始控车后，ctcs车载设备以ctcs-2允许速度为列车的允许速度。
93.可选的，ctcs车载设备向cbtc车载设备移交控车权的过程包括：
94.ctcs车载设备向cbtc车载设备发送请求控车信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向cbtc切换等级过程；
95.所述cbtc车载设备收到请求控车信息时，检查控车条件满足，向所述ctcs车载设备回复接受控车信息；检查控车条件不满足，向所述ctcs车载设备回复拒绝控车信息；
96.所述ctcs车载设备收到接受控车信息时，停止定时器，并落下控车权继电器切断ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，接通所述cbtc车载设备与列车的牵引制动接口；所述cbtc车载设备检测控车权继电器处于落下状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，共用人机界面按cbtc规范进行界面显示；
97.所述ctcs车载设备收到拒绝控车信息，停止定时器，并停止向cbtc切换等级过程。
98.具体的，在停车状态下，司机可通过操作dmi切换控车权，从ctcs-2等级切换到cbtc等级具体过程如下：
99.当前由ctcs车载设备控车，dmi按ctcs规范进行界面显示；
100.司机在dmi上点击“等级”键，进入等级选择界面；
101.在等级选择界面，司机按压“cbtc等级”键，dmi向ctcs车载设备发送转入cbtc等级的请求；
102.ctcs车载设备向cbtc车载设备发送“请求cbtc控车”信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向cbtc切换等级过程；
103.cbtc车载设备收到“请求cbtc控车”信息，检查控车条件满足，向ctcs车载设备回复“cbtc接受控车”信息；
104.ctcs车载设备收到“cbtc接受控车”信息，停止定时器，落下“控车权继电器”，切断ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，接通cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口。
105.cbtc车载设备检测“控车权继电器”落下状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，dmi按cbtc规范进行界面显示。
106.可选的，cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权的过程包括：
107.cbtc车载设备向ctcs车载设备发送请求控车信息，并开启定时器，如果规定时间
未收到应答信息，则停止向ctcs切换等级过程；
108.所述ctcs车载设备收到请求控车信息，检查控车条件满足，向所述cbtc车载设备回复接受控车信息；检查控车条件不满足，向所述cbtc车载设备回复拒绝控车信息；
109.所述cbtc车载设备收到接受控车信息时，停止定时器，并吸起控车权继电器切断cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，接通所述ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口；所述ctcs车载设备检测控车权继电器处于吸起状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，共用人机界面按ctcs规范进行界面显示；
110.述cbtc车载设备收到拒绝控车信息，停止定时器，并停止向ctcs切换等级过程。
111.具体的，在停车状态下，司机可通过操作dmi切换控车权，从cbtc等级切换到ctcs-2等级具体过程如下：
112.当前由cbtc车载设备控车，dmi按cbtc规范进行界面显示；
113.司机在dmi上点击“等级”键，进入等级选择界面；
114.在等级选择界面，司机按压“ctcs等级”键，dmi向cbtc车载设备发送转入ctcs等级的请求；
115.cbtc车载设备向ctcs车载设备发送“请求ctcs控车”信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向ctcs切换等级过程；
116.ctcs车载设备收到“请求ctcs控车”信息，检查控车条件满足，向cbtc车载设备回复“ctcs接受控车”信息；
117.cbtc车载设备收到“ctcs接受控车”信息，停止定时器，吸起“控车权继电器”，切断cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，接通ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口。
118.ctcs车载设备检测“控车权继电器”吸起状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，dmi按ctcs规范进行界面显示。
119.图7是根据本发明实施例提供的一种共用速度传感器的结构框图。参见图7，所述共用速度传感器包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道；
120.所述第一通道和所述第二通道均与所述ctcs车载设备通信连接，用于向所述ctcs车载设备提供速传数据；所述第三通道和所述第四通道均与所述cbtc车载设备通信连接，用于向所述cbtc车载设备提供速传数据。
121.具体的，列车每端安装3个四通道速度传感器，每个速度传感器的1通道和2通道为ctcs车载设备提供速传数据，供ctcs车载设备实现测速测距功能。每个速度传感器的3通道和4通道为cbtc车载设备提供速传数据，供cbtc车载设备实现测速测距功能。
122.图8是根据本发明实施例提供的一种共用天线和相关设备的结构框图。参见图8，相关设备包括分路器、合路器和tau，所述共用天线包括第一天线和第二天线；
123.所述第一天线的信号经过所述分路器分离出gprs信号和红网lte信号，所述gprs信号提供给ctcs车载设备使用，所述红网lte信号提供给合路器；
124.所述第二天线的蓝网lte信号提供给所述合路器，所述合路器对红网lte信号和所述蓝网lte信号进行合并得到lte信号，并提供给tau设备；
125.所述tau设备向所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备提供所述lte信号。
126.具体的，列车每端安装2个车顶天线，天线1的信号经过分路器分离出gprs信号和lte信号，gprs信号供ctcs车载设备使用。天线1的lte信号为红网信号，天线2的lte信号为
篮网信号，两路lte信号经过合路器传递给tru，tru向ctcs设备和cbtc设备分别提供lte信号。
127.图9是根据本发明实施例提供的一种共用应答器传输单元btm天线的结构框图。参见图9，所述系统还包括共用btm天线，所述ctcs车载设备包括btm主机和ctcs主控单元，所述cbtc车载设备包括cbtc主控单元；
128.所述ctcs主控单元通过所述btm主机从所述btm天线获取btm数据，并将所述btm数据发送给所述cbtc主控单元；所述btm数据包括应答器报文和波瓣信息，所述波瓣信息包括应答器波瓣起点时间和应答器波瓣终点时间；
129.所述cbtc主控单元通过所述波瓣信息、接收到所述btm数据时的列车位置、接收到所述btm数据时的系统时间和列车速度计算应答器位置；
130.相应的，所述ctcs主控单元周期向所述cbtc主控单元发送系统时间校时信息。
131.具体的，ctcs车载设备与cbtc车载设备共用btm天线方式如下：ctcs车载设备通过btm天线接收btm数据并自己使用，通过ctcs车载通过串口将btm数据发送给cbtc车载设备，供cbtc车载设备使用btm数据。由于ctcs车载设备是收到btm数据后，再转发给cbtc车载设备，因而必然带来一定时间延迟。为了支持cbtc车载设备精确计算出btm数据的位置，保障行车安全，ctcs车载设备需要和cbtc车载设备建议建立安全协议，转发传输必要信息的btm数据，包括btm报文和波瓣数据。ctcs主控单元周期向cbtc主控单元发送校时信息，保证两套设备系统时间保持一致。ctcs主控单元向cbtc主控单元转发btm数据时，除了包含应答器报文，还必须包含应答器波瓣起点时间、应答器波瓣终点时间等波瓣数据。
132.cbtc主控单元计算准确的应答器位置如下：
133.应答器位置=cbtc接收到btm数据时的列车位置-（cbtc接收到btm数据时的系统时间-（应答器波瓣起点时间+应答器波瓣终点时间）/2）
✖
列车速度。
134.图10是根据本发明实施例提供的一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化改进。如图10所示，该方法包括：
135.s110、在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行；s120、列车从ctcs管辖区域进入cbtc管辖区域时，控车权由所述ctcs车载设备切换到所述cbtc车载设备，并维持列车行进；
136.s130、在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行。
137.本发明实施例通过在列车部署ctcs车载设备和cbtc车载设备，配合ctcs地面设备和cbtc地面设备实现列车不停车跨线运行，并通过控车权继电器的工作状态接通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动接口，保证同一时刻只接通一套车载设备与列车的牵引制动接口，避免两套设备同时对车辆输出命令控车，造成系统混乱，提高跨线运行的稳定性。
138.图11是根据本发明实施例提供的一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化改进。如图11所示，该方法包括：
139.s210、在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行；
140.s220、列车从cbtc管辖区域进入ctcs管辖区域时，控车权由所述cbtc车载设备切
换到所述ctcs车载设备，并维持列车行进；
141.s230、在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行。
142.本发明实施例通过在列车部署ctcs车载设备和cbtc车载设备，配合ctcs地面设备和cbtc地面设备实现列车不停车跨线运行，并通过控车权继电器的工作状态接通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动接口，保证同一时刻只接通一套车载设备与列车的牵引制动接口，避免两套设备同时对车辆输出命令控车，造成系统混乱，提高跨线运行的稳定性。

技术特征：
1.一种ctcs和cbtc跨线运行的列车控制系统，其特征在于，所述系统包括ctcs车载设备、cbtc车载设备、ctcs地面列控设备和cbtc地面列控设备；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备安装于同一列车，所述ctcs地面列控设备和所述cbtc地面列控设备分别部署于ctcs管辖区和cbtc管辖区；所述ctcs车载设备在ctcs管辖区与所述ctcs地面列控设备通信连接，用于在ctcs管辖区从所述ctcs地面列控设备获取数据并控车运行；所述cbtc车载设备在cbtc管辖区与所述cbtc地面列控设备通信连接，用于在cbtc管辖区从所述cbtc地面列控设备获取数据并控车运行；所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间增加io接口和数据通信接口；所述数据通信接口建立所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备之间的通信连接，用于传递控车命令和工作状态信息；所述io接口包含控车权接口，用于通过控车权继电器联通或断开ctcs车载设备和cbtc车载设备与列车的牵引制动等列车接口；列车跨越ctcs管辖区和cbtc管辖区边界时，所述ctcs地面列控设备与所述cbtc地面列控设备协调和交互边界处对方管辖范围内的地面信息，向车载设备提供跨越边界的行车许可，支持ctcs车载设备和cbtc车载设备自动切换控车权，实现不停车跨线运行。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控车权继电器吸起接通所述ctcs车载设备与所述列车牵引制动接口；所述控车权继电器落下接通所述cbtc车载设备与所述列车牵引制动接口。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，cbtc管辖区和ctcs管辖区不存在重叠区域时，在ctcs管辖区与cbtc管辖区边界处：所述ctcs地面列控设备中的ctc设备与所述cbtc地面列控设备中的ats设备新增通信连接，用于在列车跨区域运行时，切换调度权和管理跨越边界的进路办理；所述ctcs地面列控设备中的tsrs设备与所述cbtc地面列控设备中的zc设备建立通信连接，用于在列车跨区域运行时，交互下发运行计划和站间数据；所述ctcs地面列控设备中的cbi设备和所述cbtc地面列控设备中的ci设备建立通信连接，用于在列车跨区域运行时，执行进路办理和进路状态采集；相应的，列车跨线运行中的无线连接点、无线呼叫点和切换预告点位于原管辖区，切换点位于原管辖区和新管辖区的管辖区分界点。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括合屏人机界面，所述合屏人机界面包括ctcs/cbtc界面切换管理模块、ctcs显示核心模块、ctcs通信模块、cbtc显示核心模块和cbtc通信模块；所述合屏人机界面通过总线分别与所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备建立通信连接，用于向所述cbtc车载设备或ctcs车载设备发送控车权切换请求；当控车权从所述ctcs车载设备切换到所述cbtc车载设备时，隐藏ctcs界面并显示cbtc界面；当控车权从所述cbtc车载设备切换到所述ctcs车载设备时，隐藏cbtc界面并显示ctcs界面；所述ctcs通信模块用于解析与所述ctcs车载设备的通信数据，并提供给所述ctcs显示核心模块；所述cbtc通信模块用于解析与所述cbtc车载设备的通信数据，并提供给所述cbtc显示
核心模块；所述ctcs/cbtc界面切换管理模块用于随控车权切换而切换界面显示，在所述ctcs车载设备控车时，根据ctcs显示规范显示ctcs界面；在cbtc车载设备控车时，根据cbtc显示规范显示cbtc界面。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在从ctcs管辖区到cbtc管辖区的列车跨线运行中：若切换点的cbtc允许速度低于当前ctcs允许速度，则在到达切换点前，所述ctcs车载设备分别以所述切换点和所述cbtc允许速度为目标点和目标速度，控车降速运行；经过切换点后，所述ctcs车载设备向所述cbtc车载设备移交控车权，并以所述cbtc允许速度为列车的允许速度监控列车运行；若切换点的cbtc允许速度高于当前ctcs允许速度，则在到达切换点前，所述ctcs车载设备控车以所述当前ctcs允许速度经过切换点；经过切换点后，所述ctcs车载设备向所述cbtc车载设备移交控车权的过程中，所述ctcs车载设备继续以ctcs允许速度控车运行；完成控车权移交，所述cbtc车载设备开始控车后，所述cbtc车载设备以所述cbtc允许速度为列车的允许速度，监控列车继续运行。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在从cbtc管辖区到ctcs管辖区的列车跨线运行中：若切换点的ctcs允许速度低于当前cbtc允许速度，则在到达切换点前，所述cbtc车载设备分别以所述切换点和所述ctcs允许速度为目标点和目标速度，控车降速运行；经过切换点后，所述cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权，并以ctcs允许速度为列车的允许速度监控列车运行；若切换点的ctcs允许速度高于当前cbtc允许速度，则在到达切换点前，所述cbtc车载设备控车以所述当前cbtc允许速度经过切换点；经过切换点后，所述cbtc车载设备向所述ctcs车载设备移交控车权过程中，所述cbtc车载设备继续以cbtc允许速度控车运行；完成控车权移交，所述ctcs车载设备开始控车后，所述ctcs车载设备以所述ctcs允许速度为列车的允许速度，监控列车继续运行。7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，ctcs车载设备向cbtc车载设备移交控车权的过程包括：ctcs车载设备向cbtc车载设备发送请求控车信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向cbtc切换等级过程；所述cbtc车载设备收到请求控车信息时，检查控车条件满足，向所述ctcs车载设备回复接受控车信息；检查控车条件不满足，向所述ctcs车载设备回复拒绝控车信息；所述ctcs车载设备收到接受控车信息时，停止定时器，并落下控车权继电器切断ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口，接通所述cbtc车载设备与列车的牵引制动接口；所述cbtc车载设备检测控车权继电器处于落下状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，共用人机界面按cbtc规范进行界面显示；所述ctcs车载设备收到拒绝控车信息，停止定时器，并停止向cbtc切换等级过程。8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，cbtc车载设备向ctcs车载设备移交控车权的过程包括：
cbtc车载设备向ctcs车载设备发送请求控车信息，并开启定时器，如果规定时间未收到应答信息，则停止向ctcs切换等级过程；所述ctcs车载设备收到请求控车信息，检查控车条件满足，向所述cbtc车载设备回复接受控车信息；检查控车条件不满足，向所述cbtc车载设备回复拒绝控车信息；所述cbtc车载设备收到接受控车信息时，停止定时器，并吸起控车权继电器切断cbtc车载设备与车辆的牵引制动接口，接通所述ctcs车载设备与车辆的牵引制动接口；所述ctcs车载设备检测控车权继电器处于吸起状态，开始接管控车权，控制列车安全运行，共用人机界面按ctcs规范进行界面显示；所述cbtc车载设备收到拒绝控车信息，停止定时器，并停止向ctcs切换等级过程。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括共用速度传感器，所述共用速度传感器包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道；所述第一通道和所述第二通道均与所述ctcs车载设备通信连接，用于向所述ctcs车载设备提供速传数据；所述第三通道和所述第四通道均与所述cbtc车载设备通信连接，用于向所述cbtc车载设备提供速传数据。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括共用天线、分路器、合路器和tau设备，所述共用天线包括第一天线和第二天线；所述第一天线的信号经过所述分路器分离出gprs信号和红网lte信号，所述gprs信号提供给ctcs车载设备使用，所述红网lte信号提供给合路器；所述第二天线的蓝网lte信号提供给所述合路器，所述合路器对红网lte信号和所述蓝网lte信号进行合并得到lte信号，并提供给tau设备；所述tau设备向所述ctcs车载设备和所述cbtc车载设备提供所述lte信号。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括共用btm天线，所述ctcs车载设备包括btm主机和ctcs主控单元，所述cbtc车载设备包括cbtc主控单元；所述ctcs主控单元通过所述btm主机从所述btm天线获取btm数据，并将所述btm数据发送给所述cbtc主控单元；所述btm数据包括应答器报文和波瓣信息，所述波瓣信息包括应答器波瓣起点时间和应答器波瓣终点时间；所述cbtc主控单元通过所述波瓣信息、接收到所述btm数据时的列车位置、接收到所述btm数据时的系统时间和列车速度计算应答器位置；相应的，所述ctcs主控单元周期向所述cbtc主控单元发送系统时间校时信息。12.一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-11任一项所述的ctcs和cbtc跨线运营的列车控制系统，包括：在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行；列车从ctcs管辖区域进入cbtc管辖区域时，控车权由所述ctcs车载设备切换到所述cbtc车载设备，并维持列车行进；在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行。13.一种ctcs和cbtc跨线运营的列车控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-11任一
项所述的ctcs和cbtc跨线运营的列车控制系统，包括：在cbtc管辖区域，cbtc车载设备从cbtc地面列控设备获取线路数据，以cbtc等级控车安全运行；列车从cbtc管辖区域进入ctcs管辖区域时，控车权由所述cbtc车载设备切换到所述ctcs车载设备，并维持列车行进；在ctcs管辖区域，ctcs车载设备从ctcs地面列控设备获取线路数据，以ctcs等级控车安全运行。

技术总结
本发明公开了一种CTCS和CBTC跨线运行的列车控制系统和方法。该系统包括CTCS车载设备、CBTC车载设备、CTCS地面列控设备和CBTC地面列控设备；CTCS车载设备和CBTC车载设备安装于同一列车，CTCS地面列控设备和CBTC地面列控设备分别部署于CTCS管辖区和CBTC管辖区；列车跨越CTCS管辖区和CBTC管辖区边界时，CTCS地面设备与CBTC地面设备协调和交互边界处对方管辖范围内的地面信息，向车载设备提供跨越边界的行车许可，支持CTCS车载设备和CBTC车载设备自动切换控车权，实现不停车跨线运行。本发明实施例可以实现列车在CTCS线路和CBTC线路的跨线运行，并提高铁路运输效率。并提高铁路运输效率。并提高铁路运输效率。


技术研发人员：刘岭 陈志强 王佳 张友兵 杨韬 焦万立 吴培栋 鲍鹏宇 杜江红 包正堂
受保护的技术使用者：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/5/31