一种支持站间协同的铁路跨站安全防护方法及系统与流程

本发明涉及铁路安全防护，尤其涉及一种支持站间协同的铁路跨站安全防护方法及系统。

背景技术：

1、调度集中（centralized traffic control，简称ctc）系统通过监控线路上列车运行情况和集中控制区段内信号设备状态，优化、执行和兑现列车运行计划，确保铁路运输效率和安全，是铁路运输日常组织工作的指挥中枢。ctc系统主要功能包括列车位置追踪和监测、信号和列车运行控制、故障检测和处理等。作为行车安全设备，ctc系统通过多种措施和技术来保障铁路行车秩序和安全。

2、一套完整的ctc系统包括部署于中心的行调台、助调台等前台模块，以及中心的应用服务器、前置机等后台模块；部署于车站的车务终端、信号员终端等前台模块，以及自律机、分机、追踪等后台模块。

3、自律机模块是ctc系统中的核心组成部分，它的主要功能和作用包括：

4、列车运行控制：自律机模块通过将中心计划转换为进路序列和行车指令，在站场运行状态、车次追踪结果等数据支撑下，检查进路安全条件，控制进路排路时机，执行进路触发操作，是整套ctc系统的执行终端。

5、行车安全保护：列车运行控制与行车安全保护相辅相成，协同运作。自律机模块接收和汇聚海量外部数据，同时内部集成丰富的安全卡控策略，数据驱动业务，策略规范业务，通过进路触发时机的控制，保证列车安全间隔，防止安全风险的发生。

6、故障检测和报警：自律机模块监测列车和信号设备运行状态和故障情况，并及时报警，以便及时发现、定位、处理和修复故障。

7、其他智能功能：自律机模块可以根据列车的运行情况和调度计划，通过调整列车运行径路和运行时间，减少列车延误和拥堵，提高铁路运输效率和运输能力。在遇紧急情况时，自律机模块在导向安全原则指引下，可以采取应急措施，例如扣停列车、改变列车的运行路线或速度等，以确保列车和乘客的安全。

8、根据上述介绍可得，无论是完整ctc系统，还是核心自律机模块，都是为了完成列车运行控制、安全保护、紧急处理、故障检测和报警，以及运行优化等功能，主要作用是控制行车，核心原则是保障行车安全。

9、但是现有工作模式下，中心的行调台负责编制阶段计划，通过前置机下达至车站的自律机模块后，各车站均为独立个体，在“分散”模式下执行“自律”操作。图1示例展示了基本的ctc系统结构，同时，以车站1为例展示了车站内部组成；车站后方的数字为车站编号，车站的数量n可根据ctc系统的管辖情况来确定。

10、现有ctc系统运行方式下，除由前台主控终端发起的站间闭塞交互信息外，车站的自律机之间无实际独立信息交互，造成在大数据和智能化背景下数据孤岛引发的错误决策和协作不良等问题，具体体现在以下实际问题场景中：

11、问题1：车站站进路取消下的前方站已办接车进路连带确认取消问题。本站发车进路与前方车站接车进路（或通过进路）已经办理完毕时，遇特殊情况变更发车顺序，对已办理的发车进路取消时，前方站缺失接车进路（或通过进路）取消通知，可能造成计划进路与实际已排进路的不一致，产生行车安全问题。

12、问题2：动车组超限防护问题。根据相关技术规范要求，动车组与超限车、超限车与超限车禁止区间交会。现有系统在一方车站向站间发车前，检查已实际驶入站间区间的禁会列车，但却无法检查邻站已实际排路但未占用进路的运行计划，更为极端的情况下，两站可能同时向站间发送超限禁会车辆，现有系统无法有效卡控，造成区间运行事故。

13、问题3：人工误报点防护问题。车务终端模块提供人工报点功能。实际应用中，偶发列车未驶入进路，但车站车务人员有意或无意的报点行为，导致本站发车误报点出清本站接车指令、下站接车误报点出清本站发车指令。车站首条待执行进路序列的错乱，将会严重扰乱后续关联序列的正常触发执行。

14、问题4：场联场景下的进路安全触发问题。正常情况下，列车运行计划需按站间顺序，依次有序执行排路操作。但当站间距离较短，为防护前方车站未能及时排路导致的列车机外停车等事故，需在后方车站未排路发车进路、前方车站未能获取有效车次信息的情况下，前方车站提前排列接车进路。这种场景必然要求站间通过某种交互方式实现欲排进路的安全通知和校核功能。

15、问题5：含下坡道接车场景下的安全防护问题。在进站信号机外制动距离内为超过6‰的下坡道车站，为了防止列车因制动不当而冲出接车线的意外情况，接车进路需连带排路延续进路。在某些特殊场景下，延续进路排路情况及列车站内行驶情况有必要通知前方车站。

16、问题6：触发排路时机的动态智能调整。当前，接发车进路的触发排路时机为静态配置，按时间触发或按位置触发，均由车站静态配置文件参数固化。但列车运行计划是有波峰波谷的，刻板不变的触发时机在行车密度小的时段易造成运输资源浪费，行车密度大的时段有易增大无效报警数量，干扰调度员处置有效报警，降低运行安全。

17、因此，在进行充分需求分析基础上，（1）设计支持站间协同的交互方案，包括系统实体结构、虚拟层级和数据交互方案；（2）打通网络通信通道；（3）定义网络通信协议，实现信息收发业务逻辑和功能；（4）针对前述每种现场问题，在新协议和新框架下，设计实现解决方法，最终实现支持站间协同的铁路跨站安全防护方法及系统。

18、目前相关的解决方案主要包括如下两类。

19、方案一、自律机站站独立，无信息交互，相关安全卡控由人工介入和执行，例如，授权公告号为cn112238881b的中国发明专利《一种实时同步主备数据的高速铁路调度集中自律机系统》，以及文献1（王振一. 调度集中系统安全卡控模块的设计研究[j].铁道通信信号,2019,55(02):12-15）。

20、方案一是最原始的技术解决方案。在该方案下，中心调度员通过行调台编制阶段计划，并通过一系列接口服务器按站分发至关联车站。车站的自律机根据阶段计划生成进路指令，产生进路序列。后续，自律机严格按照列车运行位置、静态配置触发时机，按时间或空间条件进行进路触发。

21、方案一针对前述6个问题，相应的解决措施为：

22、问题1：车站进路取消后，由该站车务人员通知中心调度员或前方站车务人员，确认是否需要调整进路序列顺序，并确认前方站（即相对进路取消车站而言，列车继续行驶所途经的车站）进路办理情况（保持进路或取消进路）。

23、问题2：类似站间闭塞交互方式，两站向对端排列动车组或超限列车时，联系对端车站确认无禁会冲突后，方可办理本站发车进路。但单站操作人员往往不能及时掌握对端车站行车计划，此问题更为普遍的处置措施是中心调度员介入，在计划层面进行卡控，占用中心调度员较多精力，且对计划准确性要求较高。

24、问题3：车站车务人员严格执行报点确认机制，减少误报点操作。

25、问题4：同问题2，办理进路前相邻两站操作人员电话沟通确认。

26、问题5：本站操作人员电话通知前方站。

27、问题6：暂无有效解决措施。

28、通过上述介绍可见，方案一基本是依靠人防措施，一方面人力介入占用现场人员大量精力，增加人工劳动强度，在人员疏忽等场景下存在安全隐患；另一方面未发挥技防优势，海量的信息局限于站内信息孤岛，数据价值、硬件价值被浪费。因此，在ctc系统信息化、安全化和智能化的背景下，方案一已经难以满足现场需求。

29、方案二、在方案一的基础上，车站的自律机模块统一以应用服务器为中心，部分信息（如进路序列操作回执、进路序列状态、站间闭塞交互等信息）由车站上传至路局中心，再由路局中心中转分发至相邻车站，例如，文献2（田锐,赵飞.高速铁路智能调度系统功能架构及关键技术探讨[j]. 铁道运输与经济, 2022,44(05):52-56+78.）与文献3（赵宏涛,陈峰,许伟,等.基于云边协同的高速铁路智能行车调度系统研究[j]. 铁道运输与经济,2021,43(01):71-76.）。在针对此类信息交互逻辑中，图1中的单向数据链路变为双向，如图2所示。方案二中，归属于各个调度台的中心的应用服务器本身承担了较重的数据中转分发功能。利用现有ctc交互协议，针对问题4，建立站间交互业务逻辑和规则，实现场联场景下的前站在未获取有效车次情况下的预先排路功能。

30、但是，方案二并未有效解决现场工程问题，主要在于：

31、（1）仅实现了问题4的初步解决方案，并未有效解决其余5个问题。

32、（2）方案二数据由车站上传至中心的应用服务器，再分发至车站，数据链路长，消息延时大且对网络通道占用多，网络成本高。

33、（3）方案二以应用服务器为中心，存在单点故障风险，应用服务器的故障或者施工升级，极易影响整套系统的可用性、可靠性和稳定性。

34、（4）对该系统的后续升级改造成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种支持站间协同的铁路跨站安全防护方法及系统，可以提升跨站作业下的行车安全。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种支持站间协同的铁路跨站安全防护方法，包括：

4、中心的应用服务器以单一目标车站为对象，计算目标车站的虚拟协同区域，并通过前置机将虚拟协同区域的相关信息中转下发至目标车站；其中，所述虚拟协同区域包含目标车站与协同车站，所述协同车站为目标车站的相邻车站；

5、铁路跨站安全防护包含两条业务逻辑：常态通知逻辑和实时请求逻辑；常态通知逻辑的处理过程包括：当目标车站的进路指令的属性或者状态发生变化时，通过自律机模块生成通知消息并发送至协同车站，协同车站的自律机模块接收到所述通知消息后，进行解析与存储，并在后续行车组织业务中执行相关防护处理；实时请求逻辑的处理过程包括：当目标车站的自律机模块受到设定业务逻辑的驱动时，生成请求消息，将请求消息发送至协同车站，协同车站的自律机模块接收到所述请求消息后，进行解析并执行相关防护处理，再依据本地防护结果生成回执消息发送至目标车站，由目标车站的自律机模块对回执消息进行解析后执行后续处理；其中，虚拟协同区域内，各车站之间的各类消息均由前置机转发。

6、一种支持站间协同的铁路跨站安全防护系统，包括：中心的应用服务器、前置机以及各车站的配套设备，用于实现前述的方法；

7、其中，各车站的配套设备包含自律机模块，所述自律机模块包括：公共单元，用于定义通知消息、请求消息与回执消息；通信单元，用于实现通知消息、请求消息与回执消息的接收、发送与解析；核心主业务单元，用于在常态通知逻辑和实时请求逻辑中结合公共单元与通信单元实现相关防护处理；

8、所述中心的应用服务器中配置虚拟协同区域计算单元，用以计算目标车站的虚拟协同区域；

9、所述前置机中配置数据转发单元，用以转发虚拟协同区域的相关信息，以及虚拟协同区域内各车站之间的各类消息。

10、由上述本发明提供的技术方案可以看出，搭建的虚拟协同区域，实现辖区内车站业务、数据和控制的协同，重新构建了行车调度领域的安全运输组织模式和应用模式，在直接提高行车安全性的基础上，以触发时机动态调整为典型代表的大数据运用方案，为ctc系统的智能化提供助力。