列车行驶异常检测及区域防护控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及列车运行控制领域，尤其涉及一种列车行驶异常检测及区域防护控制方法、装置及系统。

背景技术：

目前应用于城市轨道交通系统的列车控制系统主要包括三种，即基于移频轨道电路的固定闭塞系统、基于数字轨道电路的准移动闭塞系统、基于通信的列车控制系统(cbtc)。其中，cbtc系统是主流的列车控制系统，它实现了移动闭塞，进一步缩短列车间隔时分、增大线路通过能力，进而提高城市轨道交通运输管理水平和综合服务质量。

在待开通线路中，存在着轨道交通全面智能化、自动化的需求，即：提升列车控制系统的可靠性、安全性、可用性、可维护性；提升运营/系统应急处置水平，降低作业人员的劳动强度；提高线路资源利用率、分散客流、减少旅客换乘时间；降低建设与运营成本，提高旅客出行的服务品质。

目前的cbtc系统自动化程度低，在检测到障碍物或脱轨后，难以实现自动的区域防护。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种列车行驶异常检测及区域防护控制方法、装置及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种列车行驶异常检测及区域防护控制方法，包括：接收vobc(vehicleon-boardcontroller，车载控制系统)子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包络确定防护区；根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应车辆的vobc子系统；其中，所述行驶异常信息包括障碍物检测信息和脱轨检测信息。

进一步地，根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，包括：若其它列车的安全包络与所述防护区不重合，则生成不进入防护区的移动授权；若其它列车的安全包络与所述防护区重合，则生成紧急制动的移动授权。

进一步地，若防护区跨移交边界，则所述根据列车当前安全包络确定防护区，包括：向相邻区域控制中心(zc)子系统发送激活防护区信息和对应距离信息，以使相邻zc子系统根据激活防护区信息和距离信息，建立对应防护距离的防护区。

进一步地，所述根据列车当前位置确定防护区之后，还包括：将防护区激活信息发送至行车综合自动化(tias)子系统，相应地，所述根据列车当前安全包络确定防护区之后，还包括：若接收到tias子系统发出的防护区解除命令，且收到车载vobc子系统发出的行驶异常解除信号或与vobc子系统通信中断，则解除防护区。

第二方面，本发明实施例提供一种列车行驶异常检测及区域防护控制装置，包括：防护区确定模块，用于接收vobc子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包络确定防护区；移动授权处理模块，用于根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应车辆的vobc子系统；其中，所述行驶异常信息包括障碍物检测信息和脱轨检测信息。

第三方面，本发明实施例提供一种列车行驶异常检测及区域防护控制系统，包括：vobc子系统、zc子系统和tias子系统；所述vobc子系统与所述zc子系统之间统一通信协议，所述vobc子系统与所述tias子系统之间统一通信协议；所述zc子系统，包括本发明第二方面所述的列车行驶异常检测及区域防护控制装置，用于与所述vobc子系统和所述tias子系统进行信息交互以实现行驶异常区域防护控制。

进一步地，所述vobc子系统包括：行驶异常检测模块，用于接收车辆系统发送的行驶异常信息后，施加紧急制动，并将所述行驶异常信息发送所述zc子系统；移动授权处理模块，用于接收zc子系统发送的移动授权，控制列车移动或施加紧急制动。

进一步地，所述tias子系统包括：防护区处理模块，用于接收zc子系统发送的防护区激活信息，并在人机界面显示；所述防护区处理模块，还用于接收人工操作命令，并向zc子系统发送防护区解除命令。

进一步地，各子系统之间网络拓扑结构均采用冗余备份链路；各子系统之间统一采用rssp-i铁路信号安全通信协议；各子系统之间采用大端字节序进行数据传输。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面列车行驶异常检测及区域防护控制方法的步骤。

本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制方法、装置及系统，通过vobc子系统、zc子系统和tias子系统之间的交互控制，实现了列车行驶异常检测及区域防护控制的高效自动化，并且有效保证了检测到行驶异常信息后，对线路上的其它列车进行控制，提高了行车系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制装置结构图；

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制系统结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种列车行驶异常检测及区域防护控制方法，包括：

101、接收vobc子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包络确定防护区。

本发明实施例以zc子系统作为方法的执行主体进行说明。列车在行驶过程中，若检测到行驶异常，如检测到障碍物或者列车脱轨时，会触发紧急制动，同时将异常信息通过车辆硬线接口发送至车载vobc子系统。vobc子系统收到异常信息后，将障碍物/脱轨有效信息发送给zc子系统和tias子系统，同时输出紧急制动，列车停稳后切除牵引，等待人工救援。

zc子系统收到行驶异常信息后，建立对应于列车当前安全包络的防护区域。所述防护区域可以是以列车当前安全包络为中心，在列车所在线路上前后设置预设距离划出一定范围的区域。

102、根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应列车的vobc子系统。

zc向列车所在线路上的其它列车所属vobc子系统发送移动授权(ma)，ma根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系确定，用于控制列车安全包络与防护区域不重合的列车不得进入防护区域，或者控制列车安全包络与所述防护区域重合的列车紧急制动停车。安全包络为以列车为中心的一个预设区域，在此区域内为安全区域。例如，根据列车的尺寸和行驶速度计算。

本发明实施例的方法，通过vobc子系统和zc子系统的交互控制，实现了列车行驶异常检测及区域防护控制的高效自动化，并且有效保证了检测到行驶异常信息后，对线路上的其它列车进行控制，提高了行车系统的安全性。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，包括：若其它列车的安全包络与所述防护区不重合，则生成不进入防护区的移动授权；若其它列车的安全包络与所述防护区重合，则生成施加紧急制动的移动授权。

zc子系统为列车所在线路上的其它列车计算ma并向它们发送，若其它在该线路上运行的列车所属vobc子系统计算的安全包络与所述防护区域没有重叠，则该列车所属vobc子系统在接收到它的ma时，它的ma能控制它在到达防护区域之前停车。若其它在该线路上运行的列车所属vobc子系统计算的安全包络与所述防护区域有重叠，则zc子系统给该列车所属vobc子系统发送的ma携带紧急制动施加命令，使得该列车所属vobc子系统接收到ma后，紧急制动停车。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若防护区跨移交边界，则所述根据列车当前安全包络确定防护区，包括：向相邻区域控制中心zc子系统发送激活防护区信息和对应距离信息，以使相邻zc根据激活防护区信息和距离信息，建立对应防护距离的防护区。

考虑到zc生成的防护区跨移交边界的情况，即生成的防护区在其它zc的覆盖范围内，则需告知相应的zc同时生成对应的防护区域。本发明实施例中，检测到行驶异常的zc向相邻区域控制中心zc子系统发送激活防护区信息和对应距离信息，以使相邻zc根据激活防护区信息和距离信息，建立对应防护距离的防护区。本实施例，若防护区跨移交边界，则向相邻区域控制中心zc子系统发送激活防护区信息和对应距离信息，有效保证防护区的可靠性。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述根据列车当前位置确定防护区之后，还包括：将防护区激活信息发送至tias子系统。

tias在中心行调工作站和车站现地工作站上提供操作，将防护区激活信息发送至tias系统后，有利于调度人员进行相应处理。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述根据列车当前安全包络确定防护区之后，还包括：若接收到tias子系统发出的防护区解除命令，且收到vobc子系统发出的行驶异常解除信号或与vobc子系统通信中断，则解除防护区。

当障碍物故障排除后，需要释放防护区域恢复运行。此时，zc子系统解除防护区域的条件为：同时收到所述tias子系统发送的解除防护区域命令和所述vobc子系统发送的行驶异常解除信号。行驶异常解除信号的具体形式不限，如障碍物检测未激活消息。或者收到所述tias子系统发送的解除防护区域命令并检测出与所述vobc子系统通信中断，则解除防护区。其中，tias子系统发送的解除防护区域命令是需要调度员经二次确认后人工下发的命令。

本发明实施例，若接收到tias子系统发出的防护区解除命令，且收到vobc子系统发出的行驶异常解除信号或与vobc子系统通信中断，则解除防护区，有利于防护区安全可靠的解除。

进一步地，解除防护区同时，还包括：向相邻zc子系统发送取消激活防护区信息，以使相邻zc子系统解除对应防护距离的防护区。

进一步地，解除防护区之后，还包括：

根据线路上其它列车安全包络与原防护区的位置关系，计算移动授权；

若其它列车安全包络与所述防护区不重合，则生成可进入防护区的移动授权；若其它列车的安全包络与所述防护区重合，则生成缓解紧急制动的移动授权。

图2为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制装置结构图，如图2所示，该列车行驶异常检测及区域防护控制装置包括：防护区确定模块201和移动授权处理模块202。其中，防护区确定模块，用于接收vobc子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包括确定防护区；移动授权处理模块202用于根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应车辆的vobc子系统；其中，所述行驶异常信息包括障碍物检测信息和脱轨检测信息。

本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制装置，通过vobc子系统、zc子系统和tias子系统之间的交互控制，实现了列车行驶异常检测及区域防护控制的高效自动化，并且有效保证了检测到行驶异常信息后，对线路上的其它列车进行控制，提高了行车系统的安全性。

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(communicationsinterface)302、存储器(memory)303和总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过总线304完成相互间的通信。通信接口302可以用于电子设备的信息传输。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：接收vobc子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包络确定防护区；根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应列车的vobc子系统；其中，所述行驶异常信息包括障碍物检测信息和脱轨检测信息。

此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：接收vobc子系统发送的行驶异常信息后，根据列车当前安全包络确定防护区；根据线路上其它列车的安全包络与防护区的位置关系，计算移动授权，并将所述移动授权发送至对应列车的vobc子系统；其中，所述行驶异常信息包括障碍物检测信息和脱轨检测信息。

目前的列车行驶异常检测及区域防护控制系统普遍存在因为各个不同信号厂商在系统架构、系统功能分配、子系统间通信协议和工程设计原则方面存在的差异造成的不能实现自动的障碍物检测区域防护，自动化程度低的问题。对此，本发明实施例提供了一种列车行驶异常检测及区域防护控制系统。图4为本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制系统结构图，如图4所示，该列车行驶异常检测及区域防护控制系统包括：tias子系统、zc子系统和vobc子系统；所述vobc子系统与所述zc子系统之间统一通信协议，所述vobc子系统与所述tias子系统之间统一通信协议；

所述zc子系统，包括上述实施例所述的列车行驶异常检测及区域防护控装置，用于与所述tias子系统和所述vobc子系统进行信息交互以实现行驶异常控制。行驶异常控制包括障碍物检测区域防护和脱轨物检测区域防护。

双向箭头表示双向箭头连接的两方之间存在交互，该系统中的车载子系统包括vobc子系统，所述vobc子系统中最重要的包括atp子系统和ato子系统。

ato(automatictrainoperation，列车自动驾驶系统)是实现列车自动行驶、精确停车、站台自动化作业、无人折返、列车自动运行调整等功能的列车自动控制系统

atp子系统是确保列车运行速度不超过目标速度的安全控制系统，是确保列车安全运行，实现超速防护的关键设备。该子系统通过设于轨旁的atp地面设备，连续地向列车传送“目标速度”或“目标距离”等信息，以保持后续列车与先行列车之间的安全间隔距离，并监督列车车门和站台屏蔽门的开启和关闭的程序控制，确保它们的安全操作。atp子系统地面发送设备平时通过轨道电路或交叉感应环线发送列车检测信息，以检查轨道区段的空闲和占用，当检测到列车占用该轨道区段时，将“目标速度”或“目标距离”等数据信息传送给列车。车载atp设备接收并解译“速度命令”等数据信息，结合列车实际速度、制动率、车轮磨损补偿等相关条件，实现超速防护控制，并与列车自动运行(ato)子系统配合，实现列车速度的自动调整。

当列车到达定位停车点，由atp子系统通过轨旁设备向列车传送列车车门开启和关闭信息，进行列车车门开、闭控制。atp子系统主要有:音频无绝缘轨道电路的“速度码”制式；数字编码轨道电路的“目标速度”制式；数字报文式轨道电路的“目标距离”制式；不设钢轨的独轨交通系统，通过专用的交叉感应环线来传送atp信息。利用轨间感应环线，实现车-地双向数据通信，完成移动闭塞功能的基于通信的列车控制系统。

该cbtc系统中的轨旁子系统包括tias子系统、zc子系统。

其中，所述tias子系统是替代了现有技术的cbtc系统中的ats子系统，它相对于原有的ats子系统的改进在于其是一个分布式的计算机监控系统。

所述vobc子系统与所述zc子系统之间统一通信协议，所述vobc子系统与所述tias子系统之间统一通信协议。

具体地，要实现互联互通，需要统一的最重要的一个方面就是各个需要交互的子系统之间的通信协议，交互分为车地交互和地面子系统之间的交互，因此，需要统一通信协议的车地交互子系统包括：vobc子系统与zc子系统之间统一通信协议、vobc子系统与tias子系统之间统一通信协议。

所述vobc子系统，用于用于与所述zc子系统和所述tias子系统进行信息交互以实现障碍物检测区域防护和脱轨检测区域防护。

具体地，要提高列车运行控制系统的自动化程度，需要该系统中的各个子系统之间能够协作完成一些自动化操作。列车行驶异常检测及区域防护在现有技术中的cbtc系统中是无法自动完成的，而本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制系统可以通过特定子系统之间的交互协作自动完成上述功能，因此，提高了该系统的自动化程度。

本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制系统，通过以tias子系统替代了现有技术的cbtc系统中的ats子系统，并对tias子系统、zc子系统和vobc子系统进行各交互子系统之间的通信协议的统一，实现了系统中的需要通信各个交互子系统可以使用统一协议通信，对系统架构、系统功能分配、工程设计原则进行统一，同时，通过设置vobc子系统与tias子系统和zc子系统之间进行信息交互以实现障碍物检测区域防护和脱轨检测区域防护。如此，该系统可以解决现有技术中的cbtc系统各个不同信号厂商在系统架构、系统功能分配、子系统间通信协议、工程设计原则方面存在的差异造成的同一城市轨道交通线网中不同线路之间无法资源共享的问题，以及通过实现障碍物检测区域防护和脱轨检测区域防护。本发明实施例提供的列车行驶异常检测及区域防护控制系统，实现了互联互通，使得列车可以进行共线和跨线作业，同时还提高了自动化程度。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，vobc子系统包括：行驶异常检测模块，用于接收车辆系统发送的行驶异常信息后，施加紧急制动，并将所述行驶异常信息发送所述zc子系统；移动授权处理模块，用于接收zc子系统发送的移动授权，控制列车移动或施加紧急制动。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，tias子系统包括：防护区处理模块，用于接收zc子系统发送的防护区激活信息，并在人机界面显示；所述防护区处理模块，还用于接收人工操作命令，并向zc子系统发送防护区解除命令。具体可参见上述方法实施例，此处不再赘述。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，各系统之间网络拓扑结构均采用冗余备份链路；各系统之间统一采用rssp-i铁路信号安全通信协议；各系统之间采用大端字节序进行数据传输。

可采用a网-a网和b网-b网两个链路形式的冗余备份链路，具体地，vobc子系统与zc子系统之间的通信为atp子系统与zc子系统之间的通信，统一atp子系统与zc子系统之间的通信协议的过程如下：

a、物理接口的统一

atp子系统与zc子系统之间采用冗余网络进行通信，atp子系统与zc子系统之间的网络拓扑结构采用a网-a网，b网-b网两个链路。

b、协议类型的统一

atp子系统与zc子系统之间通信采用rssp-i铁路信号安全通信协议。

c、通信机制的统一

1)仅能由atp子系统发起安全连接的建立过程；

2)atp子系统与zc子系统采用周期发送和消息触发的方式进行通信；

3)通信双方均采用大端字节序进行数据传输；

4)atp子系统与zc子系统均应对接收的应用信息进行判断和逻辑运算。

d、通信信息的统一

1)zc子系统向atp子系统发送的信息包括以下信息包：列车控制信息包、应用层注册/注销响应信息包、zc主动注销请求信息包、特殊控制报文信息包、zc城市自定义信息包、zc厂商自定义信息包、zc全自动运行交互信息包。

2)atp子系统向zc子系统发送的信息包括以下信息包：列车位置信息包、应用层注册/注销请求信息包、vobc城市自定义信息包、vobc厂商自定义信息包、vobc全自动运行交互信息包。

vobc子系统与tias子系统之间的通信包括atp子系统与tias子系统之间的通信，统一atp子系统与tias子系统之间通信协议过程如下：

a、物理接口的统一

atp子系统与tias子系统之间采用冗余网络进行通信，atp子系统与tias子系统之间的网络拓扑结构采用a网-a网，b网-b网两个链路。

b、协议类型的统一

atp子系统与tias子系统之间通信采用rssp-i铁路信号安全通信协议。

c、通信机制的统一

1)仅能由atp子系统发起安全连接的建立过程；

2)atp子系统与tias子系统之间采用周期发送和消息触发的方式进行通信；

3)通信双方均采用大端字节序进行数据传输；

4)atp子系统与tias子系统均应对接收的应用信息进行判断和逻辑运算。

d、通信信息的统一

1)tias子系统向atp子系统发送的信息包括以下信息包：tias心跳信息包、ato命令信息包、fao周期控制命令信息包、fao远程人工命令信息包、fao远程紧急制动缓解首次设置命令信息包、fao远程紧急制动缓解再次设置命令信息包、fao远程关门首次设置命令信息包、fao远程关门再次设置命令信息包、fao发给tcms远程命令信息包、fao发给tcms周期命令信息包、tias城市自定义信息包、tias厂商自定义信息包、站台门故障隔离车门信息包；tias子系统向aom子系统发送的信息包括以下信息包：tias休眠唤醒命令信息包；

2)atp子系统向tias子系统发送的信息包括以下信息包：列车信息包、fao周期运行信息包、fao远程人工命令确认信息包、fao远程紧急制动缓解首次确认命令信息包、fao远程紧急制动缓解再次确认命令信息包、fao远程关门首次确认命令信息包、fao远程关门再次确认命令信息包、fao发给tcms远程命令确认信息包、fao发给tcms周期命令确认信息包、车载设备报警信息包、车载设备日检状态信息包、vobc城市自定义信息包、vobc厂商自定义信息包、fao车载设备报警信息包、车门故障隔离站台门信息包。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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