一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法技术方案

本发明专利技术公开了属于轨道交通控制技术领域的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法。该方法具体为：1）改进通用安全计算机平台设计方法；2）简化轨道交通列车运行控制系统的车载应用或地面应用。设计的通用安全计算机平台基于硬件/软件差异性设计原则、分级诊断原则实现，软件方面基于双重确定性原则支持同时实现多个应用控制逻辑的功能。该方法设计的通用安全计算机平台逻辑处理层能够同时支持多个传统轨道交通运控逻辑处理功能，减少了传统轨道交通列车运行控制系统设备数量，提高了运控系统可靠性；该方法设计的通用安全计算机平台可移植到不同要求的轨道交通列车运控系统，减少了开发和安全评估工作量，降低了开发和安全评估成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轨道交通控制
，特别设计。
技术介绍
轨道交通系统主要包括铁路和城市轨道交通(以下简称城轨)。近年来，新的轨道交通列车运行控制系统，如应用于铁路的中国列车运行控制系统(Chinese Train ControlSystem, CTCS)以及应用于城轨的基于通信的列车运行控制系统(Communication BasedTrain Control System, CBTC)应运而生,为铁路高速化和城轨高密度化、低间隔化提供了坚实的技术基础和安全基础。通过分析目前的CTCS和CBTC系统结构，不难发现这些系统都是沿用传统信号设备设计的思路，对于不同运行控制功能采用不同的子系统，基于叠加式原则实现整个系统。例如:CTCS_2级地面系统包括计算机联锁CB1、列车运行控制中心TCC以及受控于其的轨道电路、轨旁电子单元LEU (含有源应答器)等，如图1所示；CTCS-2级车载系统包括车载安全计算机VC (含测速测距功能)、应答器信息接收模块BTM、轨道电路信息接收单元TCR、人机操作界面DMI等，如图2所示。CTCS-3级地面系统包括无线闭塞中心RBC以及与之连接的GSM-R地面设备、临时限速服务器TSRS、计算机联锁CB1、列车运行控制中心TCC以及受控于其的轨道电路、轨旁电子单元LEU (含有源应答器)等，如图3所示；CTCS-3级车载系统包括C3车载ATP主机、C2车载ATP主机、测速智能元SDU、应答器信息接收模块BTM、轨道电路信息接收单元TCR、人机操作界面DM1、GSM-R车载设备等，如图4所示，图4中3车载ATP主机、C2车载ATP主机、测速智能元SDU、应答器信息接收模块BTM有2套，以双套冷备方式运用。典型的CBTC地面系统包括区域控制器ZC、数据存储单元DSU、计算机联锁CBI以及受控于其的计轴设备、轨旁电子单元LEU (含有源应答器)等，如图5所示；典型的CBTC车载系统包括车载ATP控制器VOBC (含测速测距功能)、车载ATO控制器、应答器信息接收模块BTM、人机操作界面DM1、无线车载设备MR等，如图6所示。按照上述方式实现轨道交通列车运行控制系统最大的好处是各子系统之间界限分明，能够尽最大可能不修改或最小修改原有子系统，减少因此所带来的研发、测试、确认、验证和安全评估等的工作量，降低出现错误的可能。但是按照上述方式实现轨道交通列车运行控制系统的缺点也是显而易见的。首先，这样做会造成列车运行控制系统含有很多子系统，结构复杂，设备数量多，而根据可靠性的基本原理，系统结构越复杂，设备数量越多，其系统MTBF越低。即使整个系统符合相关安全标准，达到相应的安全完整性等级(SIL)要求，由于系统MTBF低，会比较频繁地出现故障而导致系统恢复时间变长，不仅降低系统运行效率，而且还容易诱发其它重大事故，近年来轨道交通重大事故很多都是设备故障期间出现的就充分证明了这一点。其次，由于存在许多子系统，子系统之间的相互协调(通过通信)会占用各子系统大量的软件资源，同时又因存在电磁干扰，子系统之间的可靠、安全数据通信还需要占用额外的软件、硬件资源。最后，设备越多，所带来的空间占用、能耗大、散热等问题越难于处理，尤其是车载设备这些问题更为突出。因此，非常有必要研究简化轨道交通列车运行控制系统结构减少设备数量的方法。近年来计算机软硬件技术飞速发展。CPU越来越朝着多核化、低功耗化、支持虚拟化等方向发展，其综合处理能力越来越强，以前需要多个CPU处理的功能现在由单个CPU完成已经成为现实。同时内存、磁盘、网络等技术的飞速发展，也使得计算机的处理速度和处理能力也愈来愈强，这些使得本专利技术得以实施。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺点，本专利技术提出，其特征在于，该方法是基于通用安全计算机平台设计简化轨道交通列车运行控制系统，具体步骤为:1)改进通用安全计算机平台设计方法；2)简化轨道交通列车运行控制系统的车载应用或地面应用。所述步骤I)中该通用安全计算机平台基于硬件/软件差异性设计原则、分级诊断原则实现，软件基于双重确定性原则，支持同时实现多个应用控制逻辑功能。所述通用安全计算机平台使用2乘2取2结构，主要包括逻辑处理层、外部设备管理层、容错和安全管理层三个部分。所述逻辑处理层由2组共4个逻辑处理单元LPU构成，每2个LPU构成I组2取2结构的一系，一系的2个LPU符合硬件/软件差异性设计原则，两系构成2乘2取2结构；该逻辑处理层提供符合2乘2取2机制的高安全、高可靠和高性能运算处理能力，以支持多个传统轨道交通列车运行控制逻辑功能的实现。所述外部设备管理层由2组共4个外部设备管理单元PMU构成，每2个PMU构成I组2取2结构的一系，一系的2个PMU的选择符合硬件/软件差异性设计原则，两系构成热备2取2冗余结构或并行2取2冗余结构，优选并行2取2冗余结构；该外部设备管理层提供:(1)通用数字量、模拟量、脉冲量的输入或通用数字量、模拟量的输出能力；(2)针对轨道电路、LEU、BTM、TCR应用的、基于DSP或FPGA实现的智能输入或智能输出能力；(3)轨道交通列车运行控制系统使用的各种外部通信，包括:使用RS-232、RS-485、RS-422接口的异步串行通信；现场总线通信:CAN、Profibus ;列车通信网络TCN标准MVB通信；以太网通信；车地移动通信:GSM-R、无线局域网WLAN。所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种通用数字量、模拟量、脉冲量输入信号以及DSP或FPGA智能输入信号的每一路都是2路同时输入，经过异构的2个PMU基于2取2逻辑处理后送给逻辑处理层的4个LPU。所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种通用数字量输出信号的每一路都是2路同时输出，2取2表决后再与另一系构成并行冗余输出，其反馈信号同时送给外部设备管理层并行冗余两系中的4个PMU以保证输出安全；[0021 ] 针对通用模拟量输出信号以及DSP或FPGA智能输出信号的普遍需求，所述外部设备管理层热备2取2冗余结构的两系中的主系，采用I个PMU输出模拟量以及DSP或FPGA的智能输出信号，异构的另I个PMU对该输出信号监督以保证输出安全；外部设备管理层热备2取2冗余结构的两系中的备系，异构的2个PMU均不输出模拟量以及DSP或FPGA的智能输出信号，只监督主系的输出信号，一旦主系输出信号异常则接替其输出而变为主系。针对外部通信冗余方式的普遍需求，所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种外部通信冗余的一路输入米用I个PMU输入、另I个异构的PMU直接输入或监听输入的方式，异构的2个PMU基于2取2逻辑处理后送给逻辑处理层的4个LPU，另外一系输入该外部通信冗余的另一路输入；每种外部通信冗余的一路输出采用I个PMU输出，异构的另I个PMU对该外部通信输出直接输入或监听输入监督以保证输出安全，另外一系输出该外部通信冗余的另一路输出并对该外部通信输出予以监督以保证输出安全。人机操作界面DMI通过冗余外部以太网或冗余外部异步串行通信总线接入外部设备管理层。所述容错和安全管理层由2个或多个容错和安全管理单元FTSMU构成，优选2个FTSMU的方案，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，该方法是基于通用安全计算机平台设计简化轨道交通列车运行控制系统，具体步骤为：1）改进通用安全计算机平台设计方法；2）简化轨道交通列车运行控制系统的车载应用或地面应用。

【技术特征摘要】
1.一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，该方法是基于通用安全计算机平台设计简化轨道交通列车运行控制系统，具体步骤为:1)改进通用安全计算机平台设计方法；2)简化轨道交通列车运行控制系统的车载应用或地面应用。2.根据权利要求1所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述步骤1)中该通用安全计算机平台基于硬件/软件差异性设计原则、分级诊断原则实现，软件基于双重确定性原则，支持同时实现多个应用控制逻辑功能。3.根据权利要求1或2所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述通用安全计算机平台使用2乘2取2结构，主要包括逻辑处理层、外部设备管理层、容错和安全管理层三个部分。4.根据权利要求3所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述逻辑处理层由2组共4个逻辑处理单元LPU构成，每2个LPU构成I组2取2结构的一系，一系的2个LPU符合硬件/软件差异性设计原则，两系构成2乘2取2结构；该逻辑处理层提供符合2乘2取2机制的高安全、高可靠和高性能运算处理能力，以支持多个传统轨道交通列车运行控制逻辑功能的实现。5.根据权利要求3所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述外部设备管理层由2组共4个外部设备管理单元PMU构成，每2个PMU构成I组2取2结构的一系，一系的2个PMU的选择符合硬件/软件差异性设计原则，两系构成热备2取2冗余结构或并行2取2冗余结构，优选并行2取2冗余结构； 该外部设备管理层提供:(1)通用数字量、模拟量、脉冲量的输入或通用数字量、模拟量的输出能力；(2)针对轨道电路、LEU、BTM、TCR应用的、基于DSP或FPGA实现的智能输入或智能输出能力；(3)轨道交通列车运行控制系统使用的各种外部通信，包括:使用RS-232、RS-485、RS-422接口的异步串行通信；现场总线通信:CAN、Profibus ;列车通信网络TCN标准MVB通信；以太网通信；车地移动通信:GSM-R、无线局域网WLAN。6.根据权利要求5所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种通用数字量、模拟量、脉冲量输入信号以及DSP或FPGA智能输入信号的每一路都是2路同时输入，经过异构的2个PMU基于2取2逻辑处理后送给逻辑处理层的4个LPU。7.根据权利要求5所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种通用数字量输出信号的每一路都是2路同时输出，2取2表决后再与另一系构成并行冗余输出，其反馈信号同时送给外部设备管理层并行冗余两系中的4个PMU以保证输出安全； 针对通用模拟量输出信号以及DSP或FPGA智能输出信号的普遍需求，所述外部设备管理层热备2取2冗余结构的两系中的主系，采用I个PMU输出模拟量以及DSP或FPGA的智能输出信号，异构的另I个PMU对该输出信号监督以保证输出安全；外部设备管理层热备2取2冗余结构的两系中的备系，异构的2个PMU均不输出模拟量以及DSP或FPGA的智能输出信号，只监督主系的输出信号，一旦主系输出信号异常则接替其输出而变为主系。8.根据权利要求5所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，针对外部通信冗余方式的普遍需求，所述外部设备管理层并行2取2冗余结构两系中的任一系中，每种外部通信冗余的一路输入米用1个PMU输入、另I个异构的PMU直接输入或监听输入的方式，异构的2个PMU基于2取2逻辑处理后送给逻辑处理层的4个LPU，另外一系输入该外部通信冗余的另一路输入； 每种外部通信冗余的一路输出采用I个PMU输出，异构的另I个PMU对该外部通信输出直接输入或监听输入监督以保证输出安全，另外一系输出该外部通信冗余的另一路输出并对该外部通信输出予以监督以保证输出安全。 人机操作界面DMI通过冗余外部以太网或冗余外部异步串行通信总线接入外部设备管理层。9.根据权利要求3所述的一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法，其特征在于，所述容错和安全管理层由2个或多个容错和安全管理单元FTSMU构成，优选2个FTSMU的方案，2个FTSMU的实现符合硬件/软件差异性设计原则；容错和安全管理层与逻辑处理层相互配合完成2乘2取2机制，与外部设备管理层相互配合完成热备2取2冗余机...

【专利技术属性】
技术研发人员：马连川，曹源，李开成，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：