适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置及方法

摘要

本发明属于列车控制技术领域，具体涉及一种适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置及方法，该装置采用车地两层架构，分别是车载设备和与车载设备进行无线通信的地面设备；所述车载设备集中设置于机柜中或分散布置在列车内，包括主控单元、车载天线以及与主控单元连接的人机交互单元、加强型应答器信息读取单元和轨道电路信息读取单元；所述地面设备包括室内部分和室外部分，所述室内部分包括车站数据服务器，所述室外部分包括400MHz天线发射基站和无源应答器组，所述400MHz天线发射基站与车站数据服务器通过光纤连接。本发明使列车安全可靠运行，辅助司机安全驾驶。

说明书

技术领域

本发明属于列车控制技术领域，具体涉及一种适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置及方法。

背景技术

目前普速铁路普遍采用LKJ设备控车，存在一定的局限性，一是数据换装频繁，在地面通过编程器烧写芯片，然后上车更换相应芯片，存在漏装、错装和提前装的隐患；二是突发临时限速无法提前写入机车车载设备，还需依赖司机操控；三是列车定位精度不够并且需要人工介入校正；四是列车运行中还需人工调取控车数据，例如输入支线和股道号等，易错输；五是采用C2等级的高铁动车组列车在进入普速铁路绕道通行时，由于兼容性问题，既有列控系统无法做到有效控制。随着铁路装备的不断发展进步，针对以上存在的不足，亟需对现有普速铁路控车设备的安全性、可靠性、自动化及智能化进行开拓性的提升改造。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供基于一种适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置及方法，使列车安全可靠运行，辅助司机安全驾驶。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置，该装置采用车地两层架构，分别是车载设备和与车载设备进行无线通信的地面设备；

所述车载设备集中设置于机柜中或分散布置在列车内，包括主控单元、车载天线以及与主控单元连接的人机交互单元、加强型应答器信息读取单元和轨道电路信息读取单元；

所述地面设备包括室内部分和室外部分，所述室内部分包括车站数据服务器，所述室外部分包括400MHz天线发射基站和无源应答器组，所述400MHz天线发射基站与车站数据服务器通过光纤连接。

进一步地，所述主控单元是车载设备核心处理单元，包括主控模块和与主控模块相连的传感器采集模块、机车接口模块、通信模块和电源模块，所述主控模块通过通信模块与加强型应答器信息读取单元和轨道电路信息读取单元连接，以获取点式信息和行车指令信息。

进一步地，所述车载设备还包括与传感器采集模块连接的速度传感器和压力传感器，所述速度传感器采集列车速度信息，所述压力传感器检测列车管、均衡风缸和制动缸的压力。

进一步地，所述车载天线包括卫星天线、移动通信天线、TCR天线、BTM天线和400MHz接收天线；

所述卫星天线和移动通信天线安装在列车顶部，所述卫星天线为车载设备提供卫星时钟信息，所述移动通信天线用于运行数据无线传输、运行记录自动下载和C0数据无线换装；

所述TCR天线安装在列车头部第一轮对前钢轨的正上方，所述轨道电路信息读取单元通过TCR天线接收轨道电路信息；

所述BTM天线安装在车体底部的横向中心线上，所述加强型应答器信息读取单元通过BTM天线接收无源应答器组信息；

所述400MHz接收天线安装在列车顶部，用于车载设备与地面设备的车站数据服务器之间通过400MHz无线网络进行消息双向传输。

进一步地，所述车载设备还包括与通信模块连接的数据记录单元和接口单元；

所述数据记录单元记录车载设备的数据和控制信息，所述数据记录单元分别与卫星天线和移动通信天线连接；

所述接口单元用于驱动双针速度表和获取机车状态信息，并与平调、TAX外部系统连接。

进一步地，所述人机交互单元是车载设备的显示和操作装置，显示列车速度、距离、工作状态及线路条件，实现声光报警和司机操作。

进一步地，所述加强型应答器信息读取单元包括应答器传输单元和无线通信单元，所述应答器传输单元接收地面无源应答器的报文信息，并将接收的报文信息传输给无线通信单元，所述无线通信单元根据无源应答器编号在400MHz接收天线接收的广播数据中选取对应的无线报文发送给主控单元。

进一步地，所述轨道电路信息读取单元将解调出的轨道电路载频、低频以及绝缘节信息传送给主控单元。

进一步地，所述车站数据服务器将进路信息和临时限速信息转化为无线报文，以400MHz无线广播方式发送报文信息；所述无源应答器组包含两个无源应答器，设置在每个车站的二接近、进站、出站、出站口和二离去的位置。

本发明还提供了一种上述的适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置的控制方法，包含以下步骤：

车站数据服务器对线路数据、进路数据和临时限速进行实时组帧生成无线报文后，通过400MHz无线广播通信方式发送给无线网络覆盖范围内的所有列车；

在每个车站的二接近、进站、出站、出站口和二离去分别设置包含两个无源应答器的无源应答器组；

加强型应答器信息读取单元通过车下部的BTM天线接收地面无源应答器组信息，并通过400MHz接收天线接收无线广播数据，列车经过无源应答器时根据应答器编号在广播数据中选取对应的无线报文并转发给车载设备的主控单元；

车载设备的主控单元接收到加强型应答器信息读取单元的无线报文后，结合轨道电路提供的行车许可，生成控车模式曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置采用车站数据服务器实现地面线路数据车站集中管理，通过无源应答器实现列车定位和进路信息的选用，通过无线通信实现线路数据、进路数据和临时限速信息的车地传输；本发明的地面设备能够为司机传输多种类型信息，同时地面设备也可获得车载信息，实现车载设备与地面设备进行消息双向传输，从而使列车安全可靠运行，辅助司机安全驾驶，减少事故率，有效保证乘客生命财产安全。

附图说明

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，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置的总体架构图；

图2是本发明实施例的车载设备的结构示意图；

图3是本发明实施例的车载设备的连接关系图；

图4是本发明实施例的地面设备的结构示意图；

图5是本发明实施例的40MHz无线网络覆盖区域；

图6是本发明实施例的车站应答器布置图；

图7是本发明实施例的道岔限速应答器布置图

图8是本发明实施例的级间转换应答器布置图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例的适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置，该装置采用车地两层架构，分别是车载设备和与车载设备进行无线通信的地面设备。

如图2和图3所示，车载设备适用于各型电力以及内燃机车，采用分布式结构，可集中设置于机柜之中，也可分散布置，具体包括主控单元（VC）、车载天线以及与主控单元连接的人机交互单元（DMI）、加强型应答器信息读取单元（BTM+WTM）、轨道电路信息读取单元（TCR）、速度传感器、压力传感器、数据记录单元(DRU)和接口单元。车载设备双系采用热备方式，主系故障时，可无缝切换到备系继续运行，系内采用2取2结构，满足安全性需求。

主控单元是车载设备核心处理单元，包括主控模块和与主控模块相连的传感器采集模块、机车接口模块、通信模块和电源模块，用于实现车载设备核心控制功能。主控模块具有C0等级、C1等级和C2等级的列车控制功能。主控模块通过通信模块与加强型应答器信息读取单元和轨道电路信息读取单元连接，以获取点式信息和行车指令信息等；主控模块通过通信模块与数据记录单元连接以记录设备运行信息，主控模块通过通信模块与接口单元连接，实现与外部扩展设备之间的非安全信息交互。

速度传感器与传感器采集模块连接，速度传感器采用2个车轮速度传感器采集列车速度信息。

压力传感器与传感器采集模块连接，压力传感器用于检测列车管、均衡风缸和制动缸压力。

车载天线包括卫星天线、移动通信天线、TCR天线、BTM天线和400MHz接收天线。

卫星天线安装在列车顶部，为车载设备提供卫星时钟信息。

移动通信天线安装在列车顶部，用于运行数据无线传输、运行记录自动下载和C0数据无线换装等。

TCR天线用于接收轨道电路信息，安装在列车头部第一轮对前钢轨的正上方，机车Ⅰ端和Ⅱ 端各配置2个TCR天线。TCR天线根据主控单元的Ⅰ端和Ⅱ 端命令，使用Ⅰ端天线或者Ⅱ 端天线。

BTM天线用于接收地面无源应答器组信息，安装在车体底部的横向中心线上，由于机车车底安装空间有限，BTM天线采用单套配置。

400MHz接收天线安装在列车顶部，用于车载设备与地面设备的车站数据服务器之间通过400MHz无线网络进行消息双向传输。优选的，400MHz接收天线采用冗余配置方式。

数据记录单元以JRU/DMS/传输平台为基础，用于记录车载设备的数据和控制信息。数据记录单元与车顶卫星天线连接，向系统提供时钟等信息；数据记录单元与车顶移动通信天线连接，用于运行数据无线传输、运行记录自动下载和C0数据无线换装等。

接口单元用于驱动双针速度表、获取平面调车信号和鸣笛信号等机车状态信息，能够与平调、TAX等外部系统连接，支持既有机车外部系统。

人机交互单元是车载设备的显示和操作装置，显示列车速度、距离、工作状态及线路条件等信息，实现声光报警和司机操作。人机交互单元根据运行等级展示C1/C2显示界面或C0显示界面。

加强型应答器信息读取单元包括应答器传输单元和无线通信单元；应答器传输单元接收地面无源应答器的报文信息，并将接收的报文信息传输给无线通信单元；无线通信单元根据主控单元的频点锁定信息接收来自对应400MHz无线网络的无线报文，解调后将无线报文进行缓存；当接收到应答器传输单元的地面无源应答器信息后，根据应答器编号匹配相应的无线报文，若未找到相应的无线报文，则将无源应答器报文发送给主控单元，若找到相应的无线报文，则将无线报文发送给主控单元。

轨道电路信息读取单元通过TCR天线接收轨道电路信息，并将解调出的轨道电路载频、低频以及绝缘节信息传送给主控单元；轨道电路信息读取单元具备多载频接收功能，能够根据应答器信息、司机上下行载频选择以及站内电码化信息确定上下行载频，轨道电路信息读取单元应优先使用应答器信息锁定上下行载频对或单载频。

如图1 所示，地面设备包括室内部分和室外部分，室内部分包括车站数据服务器，室外部分包括400MHz天线发射基站和无源应答器组，400MHz天线发射基站与车站数据服务器通过光纤连接。

车站数据服务器将接收的进路信息和临时限速信息转化为无线报文，通过无线电台以广播的方式发送报文信息，每套车站数据服务器配置两个400MHz天线发射基站，拥有两个无线频率，相邻车站采用不同的频点。可选的，如图4所示，车站数据服务器由服务器Ⅰ、服务器Ⅱ、维护终端、KVM、交换机、卫星授时仪、电源接口等组成，车站数据服务器可整体组装在49U标准机柜内。

本装置采用400MHz无线通信实现在12.5kHz频宽下不小于9.6kbps的空口速率以及4.8kbps的应用数据传输能力要求，最大发射功率不大于20W，最远应答器无线覆盖场强满足不小于-100dBm，车站400MHz无线网络覆盖区域如图5所示。

无源应答器组包含两个无源应答器，设置在每个车站的二接近、进站、出站、出站口和二离去，用于向车载设备提供列车定位、级间转换和进路信息选用。无源应答器组的设置原则如下：

（1）车站应答器组

车站的进站、出站、出站口分别设置无源应答器组【JZ】、【CZ】、【FCZ】、【FJZ】，如图6所示。

进站应答器无线报文：当开通正线进路时，描述正线线路限速及临时限速信息，当开通侧线进路时，描述侧线线路限速和临时限速信息。进站应答器在描述线路数据的基础上，根据进路，描述本站及前方车站频点信息。

反出站应答器无线报文：当开通侧线接车进路时，不描述线路限速及临时限速信息，当开通通过进路时，描述发车进路线路限速、临时限速信息及前方道岔限速信息。

出站应答器无线报文：当开通发车进路时，描述发车进路线路限速、临时限速信息及本站及前方车站频点信息。

反进站应答器无线报文：当开通正线发车进路时，描述正线发车方向线路限速、临时限速信息及前方车站频点信息。

（2）道岔限速预告应答器组

为了提前预告高于25km/h的道岔侧线限速，在二接近闭塞分区入口内和二离去闭塞分区出口内设置2个无源应答器组成的道岔应答器组【DD】，如图7所示。

二接近【DD】应答器组发送前方进站道岔限速信息、正线线路限速、临时限速信息以及本站和前方车站频点信息。

二离去【DD】应答器组发送前方正线线路限速、临时限速和前方车站频点信息。

（3）等级转换应答器组

在等级转换边界设置等级转换预告应答器【YG】、等级转换应答器【ZX】、等级转换反向预告应答器【FYG】，用于描述从CTCS-1系统运行区域向CTCS-0级或CTCS-2级区域或者反向进行等级切换，如图8所示。

本实施例还提供一种上述适用于C0/C1/C2级线路的列车控制装置的控制方法，包含以下步骤：

步骤S101，车站数据服务器对线路数据、进路数据和临时限速进行实时组帧生成无线报文后，通过400MHz无线广播通信方式发送给无线网络覆盖范围内的所有列车。

步骤S102，在每个车站的二接近、进站、出站、出站口和二离去分别设置包含两个无源应答器的无源应答器组。

步骤S103，加强型应答器信息读取单元通过车下部的BTM天线接收地面无源应答器组信息，并通过400MHz接收天线接收无线广播数据，列车经过无源应答器时根据应答器编号在广播数据中选取对应的无线报文并按照CTCS标准应答器报文格式转发给车载设备的主控单元。

步骤S104，车载设备的主控单元接收到加强型应答器信息读取单元的无线报文后，结合轨道电路提供的行车许可，生成控车模式曲线。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的 “一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。