面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统。系统包括运行控制单元和调度指挥单元，其中运行控制单元按照列车全过程，功能上包括：列车测速定位、起动、速度防护、间隔防护、进站停车、车门和安全门自动打开/关闭、移动授权计算、障碍物检测、故障处理等；调度指挥单元，功能上包括：运行图生成、各类控制命令下达、列车实时状态显示和监测、环境设备状态监测及故障报警等功能。本发明专利技术的系统从列车运行控制系统的运行控制和调度指挥二个角度，将列车运行控制系统的功能从需要由司机或调度员人工实现或参与实现提升到列车全过程自动化、自治化运行的层面上来，为城市轨道交通列车运行控制系统的智能化建设提供技术支撑。

Train operation control system for urban rail transit with different intelligent levels

【技术实现步骤摘要】
面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统
本专利技术涉及列车运行控制
，尤其涉及一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统。
技术介绍
随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通运营的网络化和智能化是未来的发展趋势。列车的调度和控制方法是影响列车行车安全和运输效率的两个方面，列车运行控制系统为列车调度和控制提供技术手段，是确保列车运行安全和提高行车效率的核心系统，因此通过制定一种面向智能化的列车运行控制系统用于指导列车运行控制系统和设备的开发，可以对城市轨道交通的智能化发展提供指导。目前，基于通信的列车运行控制(CommunicationBasedTrainControl,CBTC)系统已经成为城市轨道交通线路的主流信号控制系统，在城市交通运输中发挥着重要的作用。CBTC系统能够实现列车自动防护和自动控制列车运行，但列车控制过程中还需司机参与和辅助列车的驾驶，在控制中心也主要依赖调度员人工对行车进行调度指挥。随着自动化技术的发展，通过在CBTC系统基础上应用全自动运行(FullyAutomaticOperation,FAO)技术，可以进一步提升城轨运行的安全性、可靠性以及运输效率。如今，FAO系统已经成为国际公认的城轨列车运行控制系统发展方向。FAO系统能够实现列车运行的全自动控制，列车上无需配备司机对列车进行驾驶，可以根据需要配备运营服务人员用于乘客特殊需求的处理或紧急突发事件的处置，也可以不配备运营服务人员，而是全部由位于调度中心的调度员进行类似事件的处理，在控制中心配备调度员对行车进行调度和应急事件的处理，位于控制中心的控制设备具备部分自动化功能，用于辅助调度员进行调度指挥。与CBTC系统相比，FAO系统在列车运行控制以及调度指挥方面的智能化程度均有所提升，但FAO系统的自治运行和调度指挥的智能化程度仍非常有限。不同智能化等级的列车运行控制系统在运行控制和调度指挥智能化程度存在差别，智能化程度低的列车运行控制系统在运营过程中需要大量的人工参与，其安全保障程度与运输效率较低。智能化程度越高的列车运行控制系统在运行控制功能上越趋于自治控制，在调度指挥功能上越趋于一体化和自动化，从而可大量减少人工操作，全面提升城市轨道交通运行系统的安全保障程度与运输效率。目前，现有技术中的城市轨道交通列车运行控制系统缺少一种有效的智能化程度指导方法，从而使列车运行控制系统的开发和选择方面在方向上比较迷茫，列车运行控制系统面临无序发展的风险。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，以克服现有技术的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，包括：列车运行控制单元，用于按照列车全过程，实现列车测速定位、起动、速度防护、间隔防护、进站停车、车门和安全门的自动打开/关闭、移动授权计算、障碍物检测和故障处理；列车调度指挥单元，用于采集列车各子系统设备、传感器和列车运行的实时状态数据，对所获取的实时状态数据进行处理，进行运行图生成、各类控制命令下达、列车实时状态显示和监测、环境设备状态监测及故障报警处理。优选地，从面向智能化角度将城市轨道交通列车运行控制系统分为4级，从低到高依次命名为L1、L2、L3和L4级别，在L1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于通过车载设备实现列车测速定位、速度防护和间隔防护；通过司机监视列车运行前方的轨道状态，启动列车自动运行功能；所述的列车调度指挥单元，具体用于通过调度员和系统共同监视列车的运营过程，通过调度员完成决策任务，通过调度员根据需求加载运行图；当运行状况与计划发生偏差时，系统进行报警，通过调度员下达调度命令以减少偏差，调度命令的执行任务由系统完成。优选地，在L1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于实现如下的功能：p)列车测速列车根据安装的速度传感器、多普勒雷达设备进行列车速度的实时测量；q)列车定位在地面固定位置安装应答器设备，列车在经过应答器时，根据应答器的信息获得列车的位置和方向；r)速度防护列车结合自身的位置信息、速度信息以及其他列车和轨旁设备的状态信息，计算防护速度曲线，当列车速度超过防护曲线速度时实施制动使列车减速或停车；s)有司机参与下的自动运行在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地信息计算列车的自动驾驶曲线，在有司机参与下实现牵引启动、惰行、巡航和制动控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶，在得到司机的授权下进行列车在站台出站发车；t)计算移动授权根据线路上各列车的位置信息、前方进路信息状态，为每列车生成移动授权信息，指示列车在移动授权规定的范围内安全运行，后续运行列车的移动授权终点不超过前行列车的车尾位置；u)司机参与下的故障处理在列车运行过程中出现任何故障时，在得到司机的授权下对故障原因和处理方式进行判断并作出故障响应；所述的列车调度指挥单元，具体用于实现如下的功能：v)正线列车运行状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线列车的运行状态信息，通过显示器对各列车的运行状态进行展示，对列车运行的状态进行逻辑处理，检查各列车是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；w)列控设备状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线所有列控设备的状态信息，通过显示器对各设备的运行状态进行展示，对设备运行的状态进行逻辑处理，检查各设备是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；x)离线运行图生成根据所有列车的运输任务，离线生成列车运行图，确定各列车的运行路径、在各车站的进出站和停站时间等，并以图、表的方式展示；y)列车实际运行与计划运行偏差计算根据正线列车运行状态监控的结果和列车运行图信息，对列车实际运行状态与计划运行状态的偏差情况进行实时计算，并对计算的结果进行显示，当列车实际运行与计划运行出现偏差时进行报警提示；z)冲突管理实时根据列车运行实际状态对列车未来可能的运行状态进行预测，对于潜在的列车运行冲突情况进行预警；aa)进路命令：根据决策阶段生成的进路命令，完成对进路命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；bb)跳停命令：根据决策阶段生成的列车跳停命令，完成对跳停命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；cc)扣车命令：根据决策阶段生成的车站扣车命令，完成对扣车命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；dd)调整命令：根据决策阶段生成的列车运行调整命令，完成对调整命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。4、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在L2级别的城市轨道交通列车运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，其特征在于，包括：/n列车运行控制单元，用于按照列车全过程，实现列车测速定位、起动、速度防护、间隔防护、进站停车、车门和安全门的自动打开/关闭、移动授权计算、障碍物检测和故障处理；/n列车调度指挥单元，用于采集列车各子系统设备、传感器和列车运行的实时状态数据，对所获取的实时状态数据进行处理，进行运行图生成、各类控制命令下达、列车实时状态显示和监测、环境设备状态监测及故障报警处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，其特征在于，包括：
列车运行控制单元，用于按照列车全过程，实现列车测速定位、起动、速度防护、间隔防护、进站停车、车门和安全门的自动打开/关闭、移动授权计算、障碍物检测和故障处理；
列车调度指挥单元，用于采集列车各子系统设备、传感器和列车运行的实时状态数据，对所获取的实时状态数据进行处理，进行运行图生成、各类控制命令下达、列车实时状态显示和监测、环境设备状态监测及故障报警处理。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，从面向智能化角度将城市轨道交通列车运行控制系统分为4级，从低到高依次命名为L1、L2、L3和L4级别，在L1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：
所述的列车运行控制单元，具体用于通过车载设备实现列车测速定位、速度防护和间隔防护；通过司机监视列车运行前方的轨道状态，启动列车自动运行功能；
所述的列车调度指挥单元，具体用于通过调度员和系统共同监视列车的运营过程，通过调度员完成决策任务，通过调度员根据需求加载运行图；当运行状况与计划发生偏差时，系统进行报警，通过调度员下达调度命令以减少偏差，调度命令的执行任务由系统完成。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在L1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：
所述的列车运行控制单元，具体用于实现如下的功能：
a)列车测速
列车根据安装的速度传感器、多普勒雷达设备进行列车速度的实时测量；
b)列车定位
在地面固定位置安装应答器设备，列车在经过应答器时，根据应答器的信息获得列车的位置和方向；
c)速度防护
列车结合自身的位置信息、速度信息以及其他列车和轨旁设备的状态信息，计算防护速度曲线，当列车速度超过防护曲线速度时实施制动使列车减速或停车；
d)有司机参与下的自动运行
在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地信息计算列车的自动驾驶曲线，在有司机参与下实现牵引启动、惰行、巡航和制动控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶，在得到司机的授权下进行列车在站台出站发车；
e)计算移动授权
根据线路上各列车的位置信息、前方进路信息状态，为每列车生成移动授权信息，指示列车在移动授权规定的范围内安全运行，后续运行列车的移动授权终点不超过前行列车的车尾位置；
f)司机参与下的故障处理
在列车运行过程中出现任何故障时，在得到司机的授权下对故障原因和处理方式进行判断并作出故障响应；
所述的列车调度指挥单元，具体用于实现如下的功能：
g)正线列车运行状态监控
中央的列车调度指挥系统接收全线列车的运行状态信息，通过显示器对各列车的运行状态进行展示，对列车运行的状态进行逻辑处理，检查各列车是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；
h)列控设备状态监控
中央的列车调度指挥系统接收全线所有列控设备的状态信息，通过显示器对各设备的运行状态进行展示，对设备运行的状态进行逻辑处理，检查各设备是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；
i)离线运行图生成
根据所有列车的运输任务，离线生成列车运行图，确定各列车的运行路径、在各车站的进出站和停站时间等，并以图、表的方式展示；
j)列车实际运行与计划运行偏差计算
根据正线列车运行状态监控的结果和列车运行图信息，对列车实际运行状态与计划运行状态的偏差情况进行实时计算，并对计算的结果进行显示，当列车实际运行与计划运行出现偏差时进行报警提示；
k)冲突管理
实时根据列车运行实际状态对列车未来可能的运行状态进行预测，对于潜在的列车运行冲突情况进行预警；
l)进路命令：
根据决策阶段生成的进路命令，完成对进路命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；
m)跳停命令：
根据决策阶段生成的列车跳停命令，完成对跳停命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；
n)扣车命令：
根据决策阶段生成的车站扣车命令，完成对扣车命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；
o)调整命令：
根据决策阶段生成的列车运行调整命令，完成对调整命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在L2级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：
所述的列车运行控制单元，具体用于实现如下的功能：
a)列车休眠
系统中增加了列车休眠/唤醒模块，在接受到列车休眠命令后，休眠/唤醒模块控制列车控制设备以及车上的各相关设备下电，列车控制设备进入休眠状态；
b)列车唤醒
处于休眠状态的列车控制设备，在接收到列车唤醒命令后，恢复列车运行控制系统的全部功能，并接通车上各用电设备的电源，使列车具备投入正常工作的条件；
c)车门安全门间隙探测
当列车停靠在站台时，传感器对车门与站台安全门之间的间隙进行实时检测，若检测到车门安全门间隙之间存在异物时，将此异常状态发送给列车运行控制系统，并发出声光报警；
d)障碍物被动检测
在列车第一轮对前方安装η型板弹簧部件，基于列车与障碍物接触产生的弹簧板载荷-形变原理，结合有限元方法进行对比验证，选取典型碰撞工况分析装置的静力学特征，当列车行进过程中与障碍物接触时，弹簧板受力发生形变，从而将碰撞信息实时发送给列车运行控制系统，由列车运行控制系统记录并处理；
e)无人自动运行
在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地信息计算自动驾驶曲线，并自动控制列车实现牵引启动、惰行、巡航和制动控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶；
f)无人参与下的故障处理
系统中预置了常见故障的原因和处理措施，在故障发生后，系统根据故障的状态进行故障原因的判断，并根据故障处理措施的指示自动进行故障处理；
所述的列车调度指挥单元，具体用于实现如下的功能：
g)环境设备状态监测
决策任务是由系统辅助调度员完成的；
h)运行模式的转换
根据环境设备状态监测的反馈，获知列车运行所处的实际状态，在遇到雨雪天气情况时，自动进入预置的雨雪模式运行，在正常情况下恢复正常模式运行；当列车在车站停车不准或遇到故障需要处理时，自动进入蠕动模式低速运行，便于中心的调度员对列车进行远程控制和进行故障处理；
调度员确认紧急情况后，执行任务由系统根据预设处置方案完成；
i)休眠唤醒命令
中心调度系统根据需要发出列车休眠/唤醒命令，控制列车进入或退出休眠状态，休眠/唤醒命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统；
j)蠕动、雨雪模式
中央调度控制系统远程控制列车进入或退出蠕动、雨雪模式，列车进入或退出蠕动、雨雪模式的命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在L3级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：
所述的列车运行控制单元，具体用于在完成L2级别的列车运行控制功能单元的基础上，还实现如下的功能：
a)障碍物主动检测
列车车身安装雷达探测器，通过雷达探测器探测车辆周围存在的物体，通过高频照相机拍摄车辆周围的物体，根据雷达的输出，在车辆行驶过程中进行障碍物的检测，当检测到判断障碍物的可能性高于预设阈值时，向列车运行控制系统发出报警信息；
b)客流检测
中央调度指挥系统接收乘客售检票系统或相关客流检查传感器的状态，对实时客流状况进行检查和统计；
c)考虑客流衔接的运行图生成
中央调度指挥系统在生成列车运行图时将检测的客流状态转换为运输需求，根据实时运输需求确定各列车的运行计划，并生成运行图。


6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述的列车运行控制功能单元，具体用于进行障碍物主动检测时，利用2台长短焦相机基于双目视觉技术实现对线路环境和目标信息的采集，对长短焦相机进行联合标定，应用基于张正有相机标定算法进行相机内参标定，同时应用相机几何成像原理进行相机外参标定；分别进行长短焦相机环境感知，利用卡尔曼滤波实现对目标的识别及路径预测；在完成各自环境感知的基础上进行长短焦感知信息融合，提取长短焦图像的特征点，进行相机的特征匹配，估算识别目标的车速及车间距；根据当前列车位置和状态以及识别目标的位置和状态，建立列车前方危险场模型，实现对列车的预警或控制。


7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述的列车运行控制单元，具体用于利用2台激光雷达通过扫描前方环境生成点云信息实现对线路环境和目标的采集；
2台长短焦相机和2台激光雷达采集的信息共同传输至系统主机，由系统主机根据激光雷达和相机采集的信息采用基于深度学习的列车前...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄友能，唐涛，郜春海，刘宏杰，王伟，刘超，杨旭文，肖骁，
申请(专利权)人：北京交通大学，交控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11