网络融合的列车控制和管理系统、通信方法和通信装置与流程

本申请涉及轨道交通列车技术领域，特别涉及一种网络融合的列车控制和管理系统、通信方法和通信装置。

背景技术：

传统的轨道列车网络系统通常由服务于不同目的的多套网络系统共同构成，轨道列车内部各系统一般都有自己的独立组网，如服务于列控功能的信号网络，服务于列车控制和管理的列车控制和管理系统(traincontrolandmanagementsystem，简称tcms)，服务于车载制动系统的控制器局域网(controllerareanetwork，简称can)，服务于乘客信息系统(passengerinformationsystem，简称pis)的以太网，服务于车门控制系统的can等。随着以太网技术的不断发展和成熟，以太网凭借着开放性及高带宽等优点在轨道列车领域中迅速推广发展。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：轨道列车控制网和信息服务网络之间的融合，仅仅是物理介质的共用，例如是设备或者线缆的共用，轨道列车控制网与信息服务网络的内部信息仍然是相互独立的，需要提供使轨道列车网络更加融合的方案。

技术实现要素：

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。前述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种网络融合的列车控制和管理系统、通信方法和通信装置，以在一定程度上解决上述的技术问题。

在一些实施例中，网络融合的列车控制和管理系统，包括以太网组成网，列车自动控制系统各设备通过以太网接口接入以太网组成网，列车自动控制系统各设备直接与以太网组成网进行通信；各制动控制单元通过以太网接口接入以太网组成网，直接与以太网组成网进行通信，各制动控制单元之间直接通过以太网进行通信。

可选的，列车自动控制系统各设备包括：用于通信的设备、用于进行输入输出的设备、用于进行列车自动监控的设备、用于进行列车自动保护的设备和用于进行列车自动运行的设备，用于通信的设备、用于进行输入输出的设备、用于进行列车自动监控的设备、用于进行列车自动保护的设备和用于进行列车自动运行的设备之间通过以太网进行通信。

可选的，网络融合的列车控制和管理系统，还包括：列车自动控制系统与制动控制单元通过以太网接口建立通信连接，与制动控制单元直接进行通信；列车自动控制系统与牵引控制单元通过以太网接口建立通信连接，与牵引控制单元直接进行通信；制动控制单元和牵引控制单元，将列车制动或者牵引数据、列车载重数据和指令反馈数据直接传输至列车自动控制系统。

可选的，制动控制单元与牵引控制单元之间通过以太网接口建立通信连接，直接进行通信；制动控制单元将制动控制的施加和缓解数据及/或制动控制单元的故障和可用状态数据传输至牵引控制单元；牵引控制单元将电制动力实际值和电制动可用状态数据传输至制动控制单元。

可选的，网络融合的列车控制和管理系统，还包括：共用显示设备，被配置为通过不同的功能区界面对融合后的数据进行显示。

在一些实施例中，用于前述的列车控制和管理系统的通信方法，包括：列车自动控制系统各设备、牵引控制单元和制动控制单元通过以太网将报文信息直接传输至中央处理单元，中央处理单元通过报文信息对牵引控制单元和制动控制单元进行控制；其中，安全信息通过继电器接口硬线信号进行传输；除安全信息外的其他硬线信号，由列车控制和管理系统统一采集并通过以太网接口进行传输；报文信息为其他信息，安全信息为包括列车自动保护相关的sil4信息。

可选的，用于前述的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：列车自动控制系统接收列车制动或者牵引数据、列车载重数据和指令反馈数据。

可选的，用于前述的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：牵引控制单元接收制动控制的施加和缓解数据及/或制动控制单元的故障和可用状态数据；制动控制单元接收电制动力实际值和电制动可用状态数据。

可选的，用于前述的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：接收列车自动控制系统和中央处理单元发送的运行数据；根据列车运行模式，对于运行数据中标识同一信息的数据进行选择，对于运行数据中标识不同信息的数据进行合并；获得进行选择和合并后的融合数据。

在一些实施例中，用于网络融合的列车控制和管理系统的通信装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述的用于网络融合的列车控制和管理系统的通信方法。

本公开实施例提供的网络融合的列车控制和管理系统、通信方法和通信装置，可以实现以下技术效果：

优化了车载网络布局及各系统间接口，降低了系统复杂度，有利于从列车全系统的角度实现一体化的列车控制逻辑整合和优化设计，有利于提高列车性能和可靠性，也有利于基于统一平台对列车进行管理、控制和维护；

基于一体化的车辆设计，不涉及安全的输入输出可由tcms统一管理，在保证基本功能与性能的前提下，减少列车硬线电路和输入输出采集设备，提高系统可靠性；

车辆各系统的信息交换策略得以升级，借助于以太网通道，实现数据共享，取消了系统设备间的主从关系，同时收发信息，节省了主从间通信的时间，提高了传输效率；

以更加合理的显示、操作方式和布局，为司乘人员提供简单、直观的操作方式和丰富的信息以辅助其驾驶列车。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的网络融合的列车控制和管理系统结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一网络融合的列车控制和管理系统结构示意图；

图3是本公开实施例提供的列车控制和管理系统中ato系统连接关系示意图；

图4是本公开实施例提供的另一网络融合的列车控制和管理系统结构示意图；

图5是本公开实施例提供的网络融合的列车控制和管理系统的通信关系示意图；

图6是本公开实施例提供的运行数据融合后的显示设备示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

对本公开实施例中涉及的概念进行介绍，以太网组成网(ethernetconsistnetwork，简称ecn)；制动控制单元(brakecontrolunit，简称bcu)；牵引控制单元(tractioncontrolunit，简称tcu)；通信管理单元(communicationmanagemnetunit，简称cmu)；列车自动控制(automatictraincontrol，简称atc)；安全完整性等级4(safetyintegritylevel4，简称sil4)；列车自动监控(automatictrainsupervision，简称ats)；列车自动保护(automatictrainprotect，简称atp)；列车自动运行(automatictrainoperation简称ato)；输入输出单元(inputoutputmemory，简称iom)；中央处理单元(centralcontrolunit，简称ccu)；远程输入输出单元(remoteinputoutputmemory，简称riom)。

图1是本公开实施例提供的网络融合的列车控制和管理系统结构示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种网络融合的列车控制和管理系统，包括以太网组成网，列车自动控制系统各设备11通过以太网接口接入以太网组成网，列车自动控制系统各设备11直接与以太网组成网进行通信；各制动控制单元通过以太网接口接入以太网组成网，直接与以太网组成网进行通信，各制动控制单元之间直接通过以太网进行通信。其中，将列车自动控制系统各设备11通过以太网接口接入ecn，列车自动控制系统各设备11之间直接通过以太网进行通信；取消了列车自动控制系统的内部网络，支持列车自动控制系统内部的安全和非安全传输协议，减少了列车控制设备内的组网设备。通过以太网接口将所有制动控制单元接入ecn，bcu与ecn之间直接通过以太网进行通信，bcu之间通过以太网进行通信；取消了bcu的内部网络和主、辅阀，bcu均为独立的阀，可以直接与tcms通信。这样，采用了一体化的设计理念，将列车控制设备作为节点纳入到轨道列车网络，并行管理，减少了主设备与从设备之间的通信过程，信息收发更及时。优化了车载网络布局及各系统间接口，降低了系统复杂度，有利于从列车全系统的角度实现一体化的列车控制逻辑整合和优化设计，有利于提高列车性能和可靠性，也有利于基于统一平台对列车进行管理、控制和维护。同时，atc接入ecn后，atc部分功能的调试可以在工厂调试阶段进行，从而缩短正线的测试时间，并有利于系统投运后增购车辆的新车调试以及列车大修后的调试工作。

融合后的网络满足如下要求：第一、满足iec61375标准有关列车通信网络的要求；第二、支持udp、tcp以及ftp透明传输，符合ieee802.x相关标准，不符合iec61375标准的设备也能够正常接入。以满足不同供应商不同系统设备的接入需求，同时支持不同系统实现所需功能的安全协议；第三、提供两个独立的工业级网络，互为冗余备份。一条通道出现故障时，另一条通道能完全提供原通道所能实现的所有功能。

在一些实施例中，列车自动控制系统各设备包括：用于通信的设备、用于进行输入输出的设备、用于进行列车自动监控的设备、用于进行列车自动保护的设备和用于进行列车自动运行的设备，用于通信的设备、用于进行输入输出的设备、用于进行列车自动监控的设备、用于进行列车自动保护的设备和用于进行列车自动运行的设备之间通过以太网进行通信。用于通信的设备可以是包括cmu在内的各设备；用于进行输入输出的设备可以是包括iom在内的各设备；用于进行列车自动监控的设备可以是包括ats在内的各设备；用于进行列车自动保护的设备可以是包括atp在内的各设备；用于进行列车自动运行的设备可以是包括ato在内的各设备。图2是本公开实施例提供的另一网络融合的列车控制和管理系统结构示意图。如图2所示，列车自动控制系统各设备11可以包括：cmu、ats、ato、atp和iom，cmu、ats、ato、atp和iom通过以太网连接的方式接入ecn。

图3是本公开实施例提供的列车控制和管理系统中ato系统连接关系示意图。如图3所示，将ato功能集成至车辆系统，取消用于ato功能的方向、牵引和制动等硬线信号，取消电流环，通过以太网接口将ato连接至ecn。ato取消硬线设计，信息通过以太网进行传输。

图4是本公开实施例提供的另一网络融合的列车控制和管理系统结构示意图。如图4所示，在一些实施例中，网络融合的列车控制和管理系统，还包括：列车自动控制atc系统与制动控制单元bcu通过以太网接口建立通信连接，与制动控制单元bcu直接进行通信；列车自动控制atc系统与牵引控制单元tcu通过以太网接口建立通信连接，与牵引控制单元tcu直接进行通信；制动控制单元bcu和牵引控制单元tcu，将列车制动或者牵引数据、列车载重数据和指令反馈数据直接传输至列车自动控制atc系统。如图4所示，图中箭头代表数据的传输方向，atc通过以太网接收tcu和bcu发送的数据，并将控制数据发送至tcu和bcu，对tcu和bcu进行控制。通信数据的融合，使得tcu和bcu可以向atc实时反馈相关信息，可以进一步优化atc的控制过程。取消了ccu与tcu、bcu之间的主从关系，同时收发信息，节省了主从间通信的时间，提高了信息传输效率，部分运行数据，不需要经过ccu做逻辑运算或转发，不同设备间直接通信，数据交互更加便捷、迅速、完备，使得车辆控制成为闭环，控制效果更加精确。

如图4所示，在一些实施例中，制动控制单元bcu与牵引控制单元tcu之间通过以太网接口建立通信连接，直接进行通信；制动控制单元bcu将制动控制的施加和缓解数据及/或制动控制单元的故障和可用状态数据传输至牵引控制单元tcu；牵引控制单元tcu将电制动力实际值和电制动可用状态数据传输至制动控制单元bcu。这样，在牵引工况下，一方面，tcu接收制动控制的施加和缓解数据，可以结合bcu的制动的施加和缓解状态，及时判断是否封锁牵引，避免牵引制动冲突导致带闸动车，造成设备损坏；另一方面，tcu接收bcu的故障和可用状态数据，可以结合bcu的故障状态和可用状态，限制列车的最高运行速度，保障行车安全。在制动工况下，bcu接收电制动力实际值和电制动可用状态数据,可以结合tcu的电制动可用状态和电制动力实际值，合理地分配制动力，无缝衔接的电空配合使得列车制动更加平稳。

在一些实施例中，网络融合的列车控制和管理系统，还包括：共用显示设备，被配置为通过不同的功能区界面对融合后的数据进行显示。

本公开实施例提供了一种前述的网络融合的列车控制和管理系统的通信方法，包括：列车自动控制系统各设备、牵引控制单元和制动控制单元通过以太网将报文信息直接传输至中央处理单元，中央处理单元通过报文信息对牵引控制单元和制动控制单元进行控制；其中，安全信息通过继电器接口硬线信号进行传输；除安全信息外的其他硬线信号，由列车控制和管理系统统一采集，并通过以太网接口进行传输；报文信息为其他信息，安全信息为包括列车自动保护相关的sil4信息。这样，由tcms统一管理，即，都由网络输入输出设备来采集，并通过实时以太网与列车控制设备、牵引、制动等系统控制设备进行交互，在保证基本功能与性能的前提下，减少列车硬线电路和输入输出采集设备，提高系统可靠性。

图5是本公开实施例提供的网络融合的列车控制和管理系统的通信关系示意图。如图5所示，图中粗线表示以太网连接方式，细线表示硬线连接方式，tcms设备51包括：ccu和riom，非安全硬线信息通过riom采集后，由ccu进行处理，并且通过以太网接口进行传输。这样，减少重复设置的硬线电路，将tcms中的硬线电路进行融合。基于一体化的车辆设计，不涉及安全的输入输出不再采用继电器接口，而由tcms通过以太网统一管理，减少冗余布线，提高了信息的统一性和可靠性。此外，非安全硬线信号，其他信息都由tcms来采集，统一了采集设备和采集标准，有利于车载各设备的信息统一。安全信息也通过tcms传输，可以用作信息备份，不参与控制，可以为将来功能扩展预留可能性。

在一些实施例中，用于前述的网络融合的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：列车自动控制系统接收列车制动或者牵引数据、列车载重数据和指令反馈数据。这样，一方面，atc系统分别与bcu和tcu建立以太网连接，获取列车载重信息、牵引、制动能力以及指令反馈信息，可以缩短atc闭环控制的周期，从而减少过牵引、过制动、欠牵引或者欠制动的可能性，提高列车自动控制的控制水平，特别是冲动抑制水平和定点停车精度。另一方面，atc系统进行控制时或者控制前可以获取车辆控制系统状态信息的即时反馈，形成闭环控制，减小了现有技术中仅以速度值为参考导致的控制滞后，使atc的控制更精准，atc控制算法输入将更实时有效。atc系统可以利用tcu和bcu传输的信息提前或者实时调整控制策略，可以减少对列车控制产生影响的因素，提高对延时反馈的控制精度，例如是提高对实际速度或者加速度的控制精度。此外，atc系统可以结合tcu和bcu反馈的工作状态，根据车辆控制需求对行车控制曲线进行相应的调整。atc系统通过获取列车停车过程中每一周期电制动、空气制动的施加情况以及施加的趋势，结合轨道列车的实时速度和位置，与tcu和bcu配合，计算出贴合实际的平缓控制曲线。

在一些实施例中，用于前述的网络融合的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：牵引控制单元接收制动控制的施加和缓解数据及/或制动控制单元的故障和可用状态数据；制动控制单元接收电制动力实际值和电制动可用状态数据。

在一些实施例中，用于前述的网络融合的列车控制和管理系统的通信方法，还包括：接收列车自动控制系统和中央处理单元发送的运行数据；根据列车运行模式，对于运行数据中标识同一信息的数据进行选择，对于运行数据中标识不同信息的数据进行合并；获得进行选择和合并后的融合数据。对于运行数据中标识同一信息的数据，例如是时间、速度、列车号或者级位等信息进行选择，相同的信息选择atc或者ccu的信息进行显示。atc和ccu中标识不同信息的数据进行保留。这样，对tcms的显示数据进行融合，减少了冗余数据，通过前述的显示设备不同的功能区界面对融合后的数据进行显示。图6是本公开实施例提供的运行数据融合后的显示设备示意图。如图6所示，使用前述的用于网络融合的列车控制和管理系统的通信方法，将hmi和dmi的显示数据进行融合，获得显示数据融合后的设备。接收atc和ccu发送的运行数据；对于运行数据中标识同一信息的数据进行选择，对于运行数据中标识不同信息的数据进行合并；对进行选择和合并后的运行数据通过融合显示屏进行显示,将hmi和dmi融合为一个显示设备，硬件采用tcms的显示屏，由轨道车辆提供电源，从atc和ccu获取轨道列车运行数据，对atc和ccu中标识不同信息运行数据的显示界面进行重新布局。这样，将一个显示设备分成不同的显示区域，既可以优化司机台的布置，又能够最大程度地发挥显示设备的功能。

在一些实施例中，对于运行数据中标识同一信息的数据进行选择进一步包括：在自动驾驶模式下，选择列车自动控制系统的运行数据；在其他列车运行模式下，选择中央处理单元的运行数据。

本公开实施例提供了一种用于网络融合的列车控制和管理系统的通信装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述的用于网络融合的列车控制和管理系统的通信方法。优化了车载网络布局及各系统间接口，降低了系统复杂度，有利于从列车全系统的角度实现一体化的列车控制逻辑整合和优化设计，有利于提高列车性能和可靠性，也有利于基于统一平台对列车进行管理、控制和维护；基于一体化的车辆设计，不涉及安全的输入输出可由tcms统一管理，在保证基本功能与性能的前提下，减少列车硬线电路和输入输出采集设备，提高系统可靠性；车辆各系统的信息交换策略得以升级，借助于以太网通道，实现数据共享，取消了系统设备间的主从关系，同时收发信息，节省了主从间通信的时间，提高了传输效率；以更加合理的显示、操作方式和布局，为司乘人员提供简单、直观的操作方式和丰富的信息以辅助其驾驶列车。

前述内容，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

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