虚拟编组列车运行控制系统

本发明涉及轨道交通列车运行控制，特别是涉及一种虚拟编组列车运行控制系统。

背景技术：

1、作为缓解交通压力、便捷绿色高效的重要运输手段，城市轨道交通(以下简称“城轨”)建设，在近年来取得了显著成效，但随着其网络化规模的不断增长，客流时空分布不均衡且无规律动态变化的特征日益突出。城轨领域亟需对车辆及线路资源的利用效率进一步优化，从而对实现运力与运量更精准的匹配提出了更高要求。针对以上需求，列车虚拟编组(virtual coupling，vc)技术是一种受到广泛关注的可能解决方案。

2、列车虚拟编组技术基于车车信息交互和主动控制，将多个列车(单元)虚拟联挂在一起，作为一列列车运行。通过这种方式虚拟联挂在一起形成的整体称为“虚拟编组列车”，组成该虚拟编组列车的每一部分称为一个列车单元。通过该技术，能够将不存在车钩连接的各列车单元“虚拟联挂”在一起，并像传统车钩连接的方式运行，从而能够更好的适应轨道交通运营管理需要。即，组成虚拟编组列车后，各个列车单元必须按照整体一列车的方式统一管理和运行。而与基于车钩连接相比，虚拟编组技术能够实现车辆配置和编组方式的在线、动态、灵活调整，从而可提高车辆和线路资源的有效利用率，既可满足客流高峰时的大运力需求，又可在平低峰时降低车辆空驶率。因此，通过研发虚拟编组技术，控制列车单元安全、高效的按计划执行在线动态编解以及以虚拟编组的方式保持小间隔平稳运行和同步操控，可在不降低城轨服务质量的前提下降低列车运行能耗、节约运输成本，从而对城市轨道交通的绿色可持续发展具有重要意义。

3、目前，城市轨道交通中基于无线通信的列车运行控制(communication basedtrain control，cbtc)系统可通过局部升级来增加虚拟编组运行所需要的车车信息交互功能，但难以做到将虚拟编组列车内的所有单元列车作为一列车进行管理，因此实现虚拟编组列车运行还存在较大的挑战。而在既有的虚拟编组列车控制系统方案中，除每辆列车单元之间建立车车信息交互之外，还要求每辆列车单元分别与地面系统进行通信交互，并由地面设备对所有列车单元进行管理以及处理相互冲突的信息，从而对地面系统的修改量较大。例如，地面系统需要为两列车单元分配轨道资源、下发移动授权(movement authority，ma)、下发站台倒计时、开关站台屏蔽门等，而两列车单元占用的轨道资源以及分配的移动授权等在传统列控原则上是存在冲突的，因此，实现虚拟编组功能需要涉及对地面系统的大量更改且实现复杂，从而使虚拟编组技术的推广应用存在一定困难。而且，系统间交互接口多，除了需要耗费大量通信和计算资源外，如果各信息使用的原则定义不清晰，还可能存在安全隐患或因简单导向安全侧的处理方式而影响系统可用性。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种虚拟编组列车运行控制系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种虚拟编组列车运行控制系统，包括：ats子系统、tmc子系统和vobc子系统；所述vobc子系统包括列车层vobc-vc模块和单元层vobc-vc模块；

4、所述ats子系统与所述列车层vobc-vc模块进行通信；所述ats子系统用于管理与虚拟编组列车间的通信对象、虚拟编组列车的编组计划以及虚拟编组列车的运行计划，用于管理和监督虚拟编组列车的状态，并用于触发编组形成命令和编组解除命令；

5、所述tmc子系统与所述vobc子系统进行通信；所述tmc子系统用于管理虚拟编组中的列车通信，用于进行在线列车的监督和管理，并用于进行虚拟编组列车轨旁资源状态管理和监督；

6、所述vobc子系统用于进行虚拟编组列车的通信与信息管理，用于进行虚拟编组列车的安全防护，并用于执行虚拟编组列车自动驾驶控制功能。

7、可选地，所述ats子系统管理与虚拟编组列车间的通信对象，包括：发送命令信息并接收列车层vobc-vc模块传送的所有列车单元的状态信息；所述命令信息包括车次号、运行方向、编组计划、折返命令、目标站台、时刻表以及ats子系统在虚拟编组列车中的角色；所述状态信息包括：车次号、运行方向、目标站台、编组状态、位置和速度。

8、可选地，所述ats子系统管理虚拟编组列车的编组计划以及虚拟编组列车的运行计划，包括：存储和调用虚拟编组列车编组计划和运行计划；生成虚拟编组列车编组计划；制定编组形成/解除发生的位置、时间以及涉及的车次；生成虚拟编组列车运行计划；制定列车运行时刻表。

9、可选地，所述ats子系统触发编组形成命令和编组解除命令，包括：根据编组形成和编组解编计划，检查与编组形成和编组解编计划中相关的车次是否满足编组形成/解除条件；若满足所述编组形成/解除条件，则向与编组形成和编组解编计划中相关的车次发送编组形成/解除命令以及编组形成/解除的时间、位置以及涉及的列车单元；若不满足所述编组形成/解除条件，不做处理。

10、可选地，当虚拟编组列车在运行过程中出现扰动时，所述ats子系统结合站间运行时分剩余情况调整运行计划；将调整后的运行计划发送给所述tmc子系统和所述列车层vobc-vc模块；列车层vobc-vc模块控制列车执行编组形成和编组解编计划或运行计划。

11、可选地，所述tmc子系统进行在线列车的监督和管理，包括：对编组形成/解除过程的完成状态进行判定，并且确定编组形成/解除过程的完成时间；当编组形成/解除过程的完成时间未在限定时间范围时，调整编组形成和编组解编计划；当编组形成/解除过程的完成时间在限定时间范围时，不做处理。

12、可选地，所述tmc子系统进行在线列车的监督和管理，并管理tmc子系统与虚拟编组列车的通信对象，包括：根据列车层vobc-vc模块的信息，对tmc子系统与虚拟编组列车单元间的通信链路进行切换，并实时监控在线虚拟编组列车的数量，以及从列车层vobc-vc模块获取虚拟编组列车的状态信息；所述状态信息包括：车次号、位置、前进方向和目标站台。

13、可选地，所述tmc子系统进行虚拟编组列车轨旁资源状态管理和监督，包括：接收列车层vobc-vc模块的轨旁资源申请信息或进路触发申请信息；检查轨旁资源的实际状态是否空闲，并检查是否存在其他列车与资源占用存在冲突；若轨旁资源的实际状态空闲且其他列车与资源占用不冲突，则为虚拟编组列车预定和释放轨旁资源或申请进路；若轨旁资源的实际状态空闲或其他列车与资源占用冲突，则根据列车层vobc-vc模块的指定命令，对相关列车单元的轨旁资源使用权限进行转换。

14、可选地，所述列车层vobc-vc模块用于对虚拟编组列车通信进行管理，用于代表虚拟编组列车对ats子系统、tmc子系统及列车层vobc-vc模块所在虚拟编组列车之外的其他列车进行统一通信，用于确定虚拟编组列车的状态信息，用于确定生成虚拟编组列车的ma信息，并将所述ma信息下发给各列车单元使用，用于进行虚拟编组列车的轨旁资源权限申请以及进路触发申请，用于监督虚拟编组列车的运行状态，用于制定虚拟编组列车运行控制策略，用于激活状态管理功能。

15、可选地，所述单元层vobc-vc模块用于管理虚拟编组通信，用于监督列车单元运行状态，用于按照列车层vobc-vc模块规划的运行控制策略与ma信息确定当前列车单元的防护速度，用于按照列车层vobc-vc模块规划的运行控制策略以及其他列车单元的状态信息确定当前列车单元的控制命令，实现列车单元的自动驾驶功能，用于激活状态管理功能。

16、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

17、本发明采用列车层vobc-vc模块，对所有列车单元的信息进行汇总，并将所有列车单元作为一列车进行统一管理，统一处理虚拟编组列车与地面设备(ats、tmc子系统)之间的信息交互，避免了修改地面设备对多列车单元的管理逻辑，能够直接在现有系统上进行叠加，具备良好的向下兼容性，系统实现便捷。并且，相比于既有系统采用列车单元间车车信息交互、所有列车单元与地面子系统车地通信的设计，本发明在列车单元间车车信息交互的基础上仅需位于任一列车单元上的列车层vobc-vc模块与地面子系统进行通信，极大地减少了系统通信成本，能够解决现有技术存在的虚拟编组技术推广应用困难的问题以及因系统间交互接口信息使用原则定义不清晰而存在的安全隐患或因简单导向安全侧的处理方式而影响系统可用性的问题。