适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统和方法与流程

1.本发明涉及高速铁路技术领域，尤其涉及一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统和方法。


背景技术：

2.车载设备是铁路火车上安装的一种信号控制设备，它对于保证行车安全起着关键作用。其基本工作原理是，根据自身预先存储的或从地面设备获取的线路数据，从地面设备获取控车目标点位置（对应前方关闭信号机、前方列车占用的轨道区段末端或其它危险点），计算出限速曲线，以防止列车超过线路的允许速度、越过关闭的信号机等，如图1所示。当列车速度接近限速曲线时，如果司机不进行减速操作，车载设备将根据列车速度和限速曲线的差值，分别给出声音报警提示、输出常用制动减速，甚至紧急制动停车，以保证行车安全。
3.目前我国在用的车载设备有三种，分别为列车运行监控装置（lkj）、ctcs-2级atp和ctcs-3级atp。
4.lkj是将线路数据存储在车上，根据司机的输入参数，选取对应的线路数据。通过轨道电路信息获取控车目标点位置。最高运行速度不超过160km/h。
5.ctcs-2级atp不存储线路数据，它根据应答器实现列车定位，并从地面的应答器获取线路数据，通过轨道电路获取控车目标点位置。最高运行速度250km/h。
6.ctcs-3级atp不存储线路数据，它根据应答器实现列车定位，它通过无线的方式从地面获取线路数据和控车目标点位置。同时，它也具备ctcs-2级atp的功能，可以在ctcs-2级线路使用应答器和轨道电路控车。最高运行速度350km/h。
7.lkj存储的线路数据和ctcs-2级/ctcs-3级atp使用的应答器数据，组织方式和格式完全不同。
8.铁路线路制式存在三种，ctcs-0、ctcs-2和ctcs-3级，分别对应普速铁路、250km/h高速铁路和350km/h高速铁路。
9.普速铁路只有轨道电路，没有应答器和无线设备，所以ctcs-2级atp和ctcs-3级atp不能正常运行。因为经济成本原因，普速铁路不可能像高速铁路那样装备应答器和无线设备。
10.轨道电路是目前所有铁路均存在的装备。普速铁路、高速铁路都是将线路划分为若干个闭塞分区。地面设备可以通过轨道电路获取每个闭塞分区内是否有车占用，同时可以通过轨道电路将前方空闲闭塞分区的个数发送给车载设备。如图2所示，地面设备通过轨道电路得知闭塞分区a有车占用，就会通过轨道电路向区段b、c、d、e、f、g、h、i分别发送轨道电路信息hu、u、lu、l、l2、l3、l4、l5码，这些轨道电路信息分别前方空闲的闭塞分区个数。例如，当列车b驶入分区h，从轨道电路收到l4码，可以判断6个闭塞分区空闲，从而将控车目标点设在前方第6个闭塞分区的末端。
11.车载设备计算控制曲线，还需要每个闭塞分区的长度、线路允许速度、坡度等信
息，ctcs-0级是预先将这些数据存储在车上。ctcs-2级是列车在走行过程中，不断从地面的应答器获取这些数据。ctcs-3级则是通过无线获取这些数据。
12.250km/h动车组存在较多的跨普速铁路运行情况，装备了lkj和ctcs-2级atp。而350km/h动车组只安装ctcs-3级atp，普通的机车只安装lkj设备。
13.我国普速铁路没有安装配套的ctcs-2/3级地面设备，列车只能以lkj方式控车。而350km/h动车组只安装ctcs-3级atp，不能在普速铁路正常运行。近年来随着运输网络的不断发展，350km/h动车组也面临着跨普速铁路的运营需求。
14.250km/h动车组出厂时，同时安装了lkj和atp两套设备。两套设备都有各自的机柜，驾驶台安装了各自的显示器用于显示人机界面单元显示器、车轮安装了各自的用于测速的速度传感器，占用空间较大，350km/h动车组出厂时未考虑安装lkj设备。如果按照250km/h动车组的方式，350km/h动车组安装lkj独立的机柜及外围设备，车轮加装lkj的速度传感器，司机驾驶室加装lkj显示屏，这对于现场运营的动车组需要进行较大改造。
15.现有技术中，参见附图3，图书：《ctcs-2级列车运行控制系统应用丛书-列控车载设备（ctcs2-200c型）》，中国铁道出版社，书号：isbn 978-7-113-13047-3，第6页，图2-1，公开了一种ctcs-2级列控系统车载设备，给出了目前250km/h动车组lkj的安装方案，lkj有独立的显示器用于显示人机界面单元dmi、速度传感器、和列车独立的接口。期刊论文：梁飞.350km/h等级动车组适应普铁线路运行的列控系统可行方案思考[j].机车电传动,2019(06):15-17，提出了一种350km/h等级动车组加装lkj的方案。该方案基于安全计算机平台的lkj-15型设备，lkj仍是独立的dmi、速度传感器、和列车独立的工况输入接口、制动输出接口。发明专利申请：cn202011354225.9，公开了将lkj的监控记录插件放到atp车载主机，由lkj监控记录插件完成普速铁路的控车功能。这个方案可以解决350km/h动车组在普速铁路运行的问题，但未来如果存在新的地面制式，不断增加新的车载插件，对空间要求也会增加。发明专利申请：cn202011484204 .9，公开了一种列车运行制式自动切换方法及系统，在确定列车行驶于共管区域的情况下，接收由地面应答器上传的地面设备信息；根据地面设备信息，确定列车的目标运行制式；将列车的当前运行制式切换至目标运行制式，实现了在同一车载设备中兼容多种地面轨道制式。上述申请中，车载设备配置多个不同的接口模块，每个模块预先烧录对应的运行管控软件，当运行至对应制式的地面区段时，调用对应的接口模块运行管控软件，对列车进行控制，当地面存在多种制式，该方案需要配置多个接口模块，对安装空间要求高。另外，该发明没有针对现场既有的动车组车载设备给出解决方法，既有车载设备按该方案需要调整系统架构，实施困难。
[0016]
针对现有技术的上述缺陷，如何实现将普速铁路的线路数据转换为目前车载设备能够处理的应答器报文格式，并利用既有的数据通道发送给车载设备，从而使车载设备可以在普速线路正常运行，成为本技术领域亟待解决的课题。


技术实现要素：

[0017]
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理方法，具体采用如下技术方案：一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统，包括：车载设备主机单元、列
控数据转换装置、应答器传输模块；所述车载设备主机单元与所述列控数据转换装置、应答器传输模块依次连接；所述列控数据转换装置包括依次信号连接的切换开关、控制单元、天线，所述切换开关分别连接所述车载设备主机单元和所述应答器传输模块; 当将所述切换开关置于所述应答器传输模块一侧的节点时，所述车载设备主机单元与所述应答器传输模块物理连通；当所述切换开关置于所述列控数据转换装置一侧的节点时，所述车载设备主机单元与所述列控数据转换装置物理连通。
[0018]
进一步，所述车载设备主机单元连接车辆接口、测速测距单元、轨道电路接收天线、gsm-r电台、显示器。
[0019]
进一步，所述显示器用于实现人机交互界面dmi；所述控制单元包括无线通信模块、数据存储模块、数据转换模块、usb通信模块、车载通信模块。
[0020]
进一步，所述数据存储模块存储多种不同制式的地面数据，将所述多种不同列控地面制式的地面数据分别存储在不同的分区；所述数据转换模块根据各列控地面制式的数据格式进行读取解析，并根据所述车载设备主机单元提供的初始定位和距离信息，将预存的其他列控地面制式的地面数据转换为应答器报文格式；所述列控数据转换装置实时地将前方线路数据以应答器报文的格式，发送给所述车载设备主机单元，并通过通信协议在发送的数据中增加标识，使所述车载设备主机单元能够识别数据是来自所述应答器传输模块还是来自所述列控数据转换装置，并能区分数据是来自所述列控数据转换装置的哪一种列控地面制式的地面数据。
[0021]
进一步，所述车载通信模块用于与所述车载设备主机单元通信，接收所述车载设备主机单元提供的所述初始定位信息和距离信息，并将转换后的所述应答器报文发送给所述车载设备主机单元。
[0022]
进一步，所述usb通信模块连接usb接口；所述列控数据转换装置上电时，所述usb通信模块如果检测到所述usb接口插有u盘，则进入维护模式，自动检索u盘中的数据文件，用于本地数据升级。
[0023]
进一步，所述无线通信模块通过所述天线与地面数据换装系统实现通信和数据解密操作，获取最新的地面数据，用于远程数据更新；所述列控数据转换装置在工作状态，当通过所述无线通信模块无线接收到数据升级命令时，通过车载主控单元向所述人机交互界面dmi发送数据升级请求；维护人员或司机确认后，所述列控数据转换装置自动进行数据更新。
[0024]
进一步，所述数据存储模块进一步用于将所述usb通信模块或所述无线通信模块获取的数据存储于本地。
[0025]
本发明还涉及一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系方法，应用于如上所述的适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统，包括下列步骤：s1.判断当前在高速铁路运行还是在普速铁路运行；如当前在高速铁路运行，则执行步骤s2；如果当前在普速铁路运行，则执行步骤s3；s2.通过人机交互界面dmi，选择线路等级为ctcs-2/3级，并将所述切换开关置于所述应答器传输模块一侧的节点，使列车在在高速铁路运行；s3.通过人机交互界面dmi，选择线路等级ctcs-0级，并输入发车数据交路号和车
站号，并将所述切换开关置于所述列控数据转换装置一侧的节点，继续执行后续步骤；s4.所述车载设备主机单元收到来自人机交互界面dmi的线路等级ctcs-0级的命令后，向所述列控数据转换装置发送初始化命令，包括列控地面制式ctcs-0、所述发车数据交路号和车站号；所述列控数据转换装置在预存的数据中搜索列车所要走行的线路，并根据所述车站号搜索线路的起始点；s5.所述车载设备主机单元周期性地向所述列控数据转换装置发送列车运行速度和累计运行距离；所述列控数据转换装置根据所述列车初始位置和累计运行距离判断列车所在的位置，每当越过一架信号机时，将前方8架信号机的线路数据转换为应答器报文格式，发送给所述车载设备主机单元；所述车载设备主机单元结合轨道电路信息和收到的线路数据进行逻辑运算对列车进行控制。
[0026]
进一步，所述步骤s4进一步包括：所述列控数据转换装置如果搜索成功，则向所述车载设备主机单元回复搜索成功信息，并附带搜索到的线路名称、车站名称、数据版本号；所述车载设备主机单元将这些信息发送到人机交互节目dmi供司机确认，在司机确认后，所述车载设备主机单元将确认信息发送给所述列控数据转换装置，所述列控数据转换装置在收到所述确认信息后，执行后续步骤；所述列控数据转换装置如果搜索失败，则向所述车载设备主机单元回复搜索失败信息，并附带失败原因，包括设备故障、无对应制式的预存数据或数据完整性校验失败、线路号/车站号未找到；所述车载设备主机单元将这些信息发送到人机交互节目dmi进行显示，如果司机发现输入有误，则重新输入，如果发现其它原因，则通知维护人员维修、更新数据或采取应急操作。
[0027]
本发明的技术方案获得了下列有益效果：能够使车载设备不需要关心普速铁路数据的组织方式和格式，也不需要额外安装速度传感器和显示屏。本发明也可用于车载设备扩展适应其它列控地面制式。
附图说明
[0028]
图1为车载设备的基本控车原理示意图。
[0029]
图2为轨道电路作用示意图。
[0030]
图3为ctcs-2级列控系统车载设备结构图。
[0031]
图4为本发明适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统的结构示意图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。
[0033]
除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使
用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]
本发明的目的在于，提出一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统和方法，采用一种列控数据转换装置，通过在ctcs-2级和ctcs-3级车载设备上增加该装置，将普速铁路的线路数据转换为目前车载设备能够处理的应答器报文格式，并利用既有的数据通道发送给车载设备，从而使车载设备可以在普速线路正常运行。
[0035]
本发明能够使车载设备不需要关心普速铁路数据的组织方式和格式，也不需要额外安装速度传感器和显示屏。本发明也可用于车载设备扩展适应其它列控地面制式。
[0036]
在既有的车载设备中，主机单元和应答器传输模块直接连接。在本发明的具体实施例中，断开主机单元和应答器传输模块的连接，在两者之间增加一个列控数据转换装置。本发明的基本工作原理是，在250km/h和350km/h线路运行时，将切换开关置于应答器传输模块的节点，车载设备主机单元使用应答器传输模块提供的地面数据进行运算，控制逻辑与既有的逻辑保持一致。当在普速线路运行时，司机将切换开关置于列控数据转换装置的节点，车载设备主机单元使用列控数据转换装置提供的地面数据进行运算和控车。列控数据转换装置生成的数据格式是应答器格式，因为应答器格式ctcs-2级和ctcs-3级车载设备都可以处理，可以减少车载设备主机单元的软件改动。
[0037]
参见附图4，本发明一个具体实施例为一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统，具体包括：车载设备主机单元、列控数据转换装置、应答器传输模块。所述车载设备主机单元与所述列控数据转换装置、应答器传输模块依次连接。
[0038]
所述列控数据转换装置包括依次信号连接的切换开关、控制单元、天线，所述切换开关分别连接所述车载设备主机单元和所述应答器传输模块; 当将所述切换开关置于所述应答器传输模块一侧的节点时，所述车载设备主机单元与所述应答器传输模块物理连通；当所述切换开关置于所述列控数据转换装置一侧的节点时，所述车载设备主机单元与所述列控数据转换装置物理连通。
[0039]
所述车载设备主机单元连接车辆接口、测速测距单元、轨道电路接收天线、gsm-r电台、显示器。所述显示器用于实现人机交互界面dmi；所述控制单元包括无线通信模块、数据存储模块、数据转换模块、usb通信模块、车载通信模块。
[0040]
所述数据存储模块存储多种不同制式的地面数据，将所述多种不同列控地面制式的地面数据分别存储在不同的分区。所述数据存储模块还用于将所述usb通信模块或所述无线通信模块获取的数据存储于本地。
[0041]
所述数据转换模块根据各列控地面制式的数据格式进行读取解析，并根据所述车载设备主机单元提供的初始定位和距离信息，将预存的其他列控地面制式的地面数据转换为应答器报文格式。
[0042]
所述列控数据转换装置实时地将前方线路数据以应答器报文的格式，发送给所述车载设备主机单元，并通过通信协议在发送的数据中增加特殊的标识，使所述车载设备主机单元能够识别数据是来自所述应答器传输模块还是来自所述列控数据转换装置，并能区分数据是来自所述列控数据转换装置的哪一种列控地面制式的地面数据。
[0043]
所述车载通信模块用于与所述车载设备主机单元通信，接收所述车载设备主机单元提供的所述初始定位信息和距离信息，并将转换后的所述应答器报文发送给所述车载设备主机单元。
[0044]
所述usb通信模块连接usb接口，从usb接口获取更新的数据，用于人工通过u盘更新数据。当所述列控数据转换装置上电时，所述usb通信模块如果检测到所述usb接口插有u盘，则进入维护模式，自动检索u盘中的数据文件，用于本地数据升级。
[0045]
如果u盘数据版本与装置内部存储的数据版本不一致，所述列控数据转换装置将文件更新到对应制式的数据存储位置。在维护模式下，所述列控数据转换装置不与所述车载设备主控单元通信，通过面板指示灯显示不同的工作步骤。维护人员通过指示灯判断数据更新完毕，拔掉u盘重启，所述列控数据转换装置进入工作状态，使用更新后的数据。
[0046]
所述无线通信模块通过所述天线与地面数据换装系统实现通信和数据解密操作，获取最新的地面数据，用于远程数据更新；所述列控数据转换装置在工作状态，当通过所述无线通信模块无线接收到数据升级命令时，通过车载主控单元向所述人机交互界面dmi发送数据升级请求；维护人员或司机确认后，所述列控数据转换装置自动进行数据更新。
[0047]
数据更新过程中，所述列控数据转换装置不会向所述车载设备主机单元发送地面数据，更新完成后，通过所述车载设备主控单元向人机交互界面dmi发送数据更新完成提示。重新上电后，所述列控数据转换装置使用更新后的数据。
[0048]
本发明的另一具体实施例为一种适用于多种列控地面制式的车载设备处理系方法，应用于前一具体实施例所述的适用于多种列控地面制式的车载设备处理系统。方法具体包括下列步骤：s1.判断当前在高速铁路运行还是在普速铁路运行；如当前在高速铁路运行，则执行步骤s2；如果当前在普速铁路运行，则执行步骤s3。
[0049]
s2.通过人机交互界面dmi，选择线路等级为ctcs-2/3级，并将所述切换开关置于所述应答器传输模块一侧的节点，使列车在在高速铁路运行。
[0050]
s3.通过人机交互界面dmi，选择线路等级ctcs-0级，并输入发车数据交路号和车站号，并将所述切换开关置于所述列控数据转换装置一侧的节点，继续执行后续步骤。
[0051]
当在高速铁路运行时，司机需要在人机交互界面dmi选择线路等级ctcs-2/3级，并将切换开关置于应答器传输模块一侧的节点。当在普速铁路运行时，司机需要将切换开关置于列控数据转换装置一侧的节点，并在dmi选择ctcs-0级，输入发车数据交路号和车站号。
[0052]
所述车载设备主机单元收到人机交互界面dmi的ctcs-0级命令时，只使用所述列控数据转换装置生成的ctcs-0级应答器报文。所述车载设备主机单元收到人机交互界面dmi的ctcs-2/3级命令时，只使用所述应答器传输模块发送的应答器报文。报文类型通过特殊标识进行判断。如果收到的应答器报文标识与dmi的选择命令不一致，说明发生了人机交互界面dmi选择的线路等级与切换开关不一致、切换开关故障等异常情况，这时，所述车载设备主机单元将主动输出制动命令停车以保证安全。
[0053]
s4.所述车载设备主机单元收到来自人机交互界面dmi的线路等级ctcs-0级的命令后，向所述列控数据转换装置发送初始化命令，包括列控地面制式ctcs-0、所述发车数据交路号和车站号；所述列控数据转换装置在预存的数据中搜索列车所要走行的线路，并根据所述车站号搜索线路的起始点。
[0054]
所述列控数据转换装置如果搜索成功，则向所述车载设备主机单元回复搜索成功信息，并附带搜索到的线路名称、车站名称、数据版本号；所述车载设备主机单元将这些信
息发送到人机交互节目dmi供司机确认，在司机确认后，所述车载设备主机单元将确认信息发送给所述列控数据转换装置，所述列控数据转换装置只有在收到所述确认信息后，才继续执行后续步骤。如果司机发现输入有误，可重新输入，如果数据版本错误，则需要通知维护人员更新数据或采取其它应急操作。
[0055]
所述列控数据转换装置如果搜索失败，则向所述车载设备主机单元回复搜索失败信息，并附带失败原因，包括设备故障、无对应制式的预存数据或数据完整性校验失败、线路号/车站号未找到；所述车载设备主机单元将这些信息发送到人机交互节目dmi进行显示，如果司机发现输入有误，则重新输入，如果发现其它原因，则需要通知维护人员维修、更新数据或采取其它应急操作。
[0056]
s5.所述车载设备主机单元周期性地向所述列控数据转换装置发送列车运行速度和累计运行距离；所述列控数据转换装置根据所述列车初始位置和累计运行距离判断列车所在的位置，每当越过一架信号机时，将前方8架信号机的线路数据转换为应答器报文格式，发送给所述车载设备主机单元；所述车载设备主机单元结合轨道电路信息和收到的线路数据进行逻辑运算对列车进行控制。
[0057]
当所述列控数据转换装置判断列车前方存在分歧点，例如进入不同股道、支线时，数据的结束点只发送至分歧点位置，并向所述车载设备主机单元发送股道和支线输入请求。所述车载设备主机单元将输入请求通过人机交互界面dmi进行显示，司机核对前方线路情况输入正确的股道或支线后，所述车载设备主机单元将信息发送给所述列控数据转换装置。所述列控数据转换装置根据司机输入信息选择对应的线路数据延伸，将前方8架信号机的线路数据转换为应答器报文格式发送给所述车载设备主机单元。如果所述列控数据转换装置在规定时间内未收到司机的输入信息或按照输入信息未找到对应的股道或支线，则通过人机交互界面dmi再次提示司机，数据的结束点仍维持至分歧点位置。
[0058]
本发明获得了下列有益技术效果：1、在车载设备主机单元和应答器传输模块之间列控数据转换装置，通过切换开关，实现车载设备主机单元利用既有的接口访问其它列控地面制式的数据，车载设备主机单元内部不做任何的硬件改动。2、将普速铁路的地面数据转换为应答器报文，使ctcs-2/3级车载设备可以在普速铁路运行。3、使车载设备主机单元可以不关心其它列控制式地面数据的组织方式和格式，由列控数据转换装置转换为统一的应答器报文，使ctcs-2/3级车载设备能够适应多种列控地面制式。4、利用车载设备主机单元提供的速度距离信息和司机输入的参数信息，实时生成应答器报文格式。5、将列控数据转换装置生成的应答器报文增加特殊标识，车载设备主机单元以此能够核对dmi输入的线路等级和应答器报文一致性，如果不一致，主动输出制动以保证安全。6、列控数据转换装置本地可以分区域存储多种不同制式的地面数据，可用于车载设备扩展适应其他制式的地面数据。
[0059]
如上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。