列车定位恢复的方法及列车定位初次建立的方法与流程

本发明涉及轨道列车领域，尤其涉及列车定位技术领域。

背景技术：

目前cbtc(基于通信的列车自动控制系统)系统中安全苛求单元可分为车载atp(列车自动保护系统)单元和轨旁区域控制器(zc)单元。一条地铁线路会被划分成多个区域，每个区域都有独立的区域控制器。

车载设备采取独立双套冗余架构：

1)车载atp单元通过地面信标校订定位并使用传感器记录校验后形成距离的方式得出列车当前位置，并通过通信网络，汇报给列车所在的轨旁区域控制器；

2)轨旁区域控制器除了与列车通信外，同时采集轨旁设备信息，如屏蔽门，道岔，信号机和计轴状态。计轴系统是轨旁区域控制器对于非通信列车进行的追踪设备；

3)轨旁区域控制器在收到本区所有列车位置及轨道设备信息后，计算其区域内每列列车需要保持的安全间隔，之后授权列车能够行驶的距离，即移动授权。

如果列车由于打滑，丢失(未读到)过多定位信标，驶入受扰道岔导致行驶方向未知等故障时，列车系统无法计算当前位置，即列车位置丢失。在列车位置丢失后：

1)列车建立定位的标准是既要有当前位置，确保列车能正确探测行驶距离，还需要确定行驶方向。初次建立定位或列车定位丢失后，列车需形式通过两个地面定位信标才能重新建立定位。

2)列车需要依据当前位置所在的区域确定与哪一个区域控制器通信。所以车地通信是由列车向区域控制器发起。当列车丢失位置，同时也就不确定应该与那个区域控制器通信，从而丢失了车载atp单元与轨旁区域控制器的通信。

3)在通信丢失后，轨旁区域控制器只能按照轨道区段的占用状态估算列车位置。对于距离很近的后续列车有很大的运营影响；

4)对于传统有人值守的cbtc系统，正常情况下基于车地通信，车载系统能够提供自动防护驾驶模式(atpmode)，由系统提供列车安全防护。如果列车故障丢失列车定位，传统处理为列车会降级到受限人工模式(restrictedmanualmode)，取消车地通信，由司机低速驾驶列车通过两个定位信标，重新建立列车定位后恢复atp模式。尤其是对于无人值守的全自动运营系统(fao系统)，由于没有司机，降级处理会十分复杂，恢复用时长，严重影响实际地铁运营效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供列车定位恢复和定位初次建立的方法，只通过单个地面信标就能建立/恢复列车精确定位，从整体提高了系统可用性及定位故障恢复能力。

实现上述目的的技术方案是：

一种列车定位恢复的方法，包括：

步骤s1，列车丢失定位后，车载atp控制器向轨旁区域控制器汇报列车行进方向锁定无变化；

步骤s2，轨旁区域控制器按照轨道占用区段以及进路授权距离，估算列车可能位置与进路授权距离的差值，作为可行进距离发给车载atp控制器；

步骤s3，保持车载atp控制器与轨旁区域控制器通信，并且车载atp控制器保持受控列车模式，按接收到的可行进距离控制列车前进；以及

步骤s4，行进过程中，通过整合列车两端车载atp控制器的传感器信息以及列车线信息，利用单个地面信标实现列车定位。

优选的，如果可行进距离小于预设距离，通过轨旁区域控制器延伸进路授权距离。

优选的，步骤s4中，先在两套独立的车载atp控制器中分别增加传感器通信单元，并通过列车车载通信网络相接；

车载atp控制器针对传感器通信单元实现控制：在任一套车载atp控制器故障时，其从属的传感器作为另一套车载atp控制器的冗余传感器使用。

优选的，步骤s4中，

车载atp控制器通过采集各传感器信息并进行互比来确认传感器是否工作正常；

车载atp控制器检测第一个通过地面信标的传感器，确定当前列车的传感器位置；

列车线信息包括：

列车行驶方向，通过车载atp控制器监控列车线获得；以及

列车朝向，通过车载atp控制器维持，或者通过轨旁区域控制器记忆后通信发送给车载atp控制器。

优选的，通过采集单套车载atp控制器的各传感器信息进行互比，或通过列车车载通信网络采集对端的各传感器信息进行互比。

本发明的列车定位初次建立的方法，包括：

先在两套独立的车载atp控制器中分别增加传感器通信单元，并通过列车车载通信网络相接；车载atp控制器针对传感器通信单元实现控制：在任一套车载atp控制器故障时，其从属的传感器作为另一套车载atp控制器的冗余传感器使用；

车载atp控制器通过采集各传感器信息并进行互比来确认传感器是否工作正常；

车载atp控制器检测第一个通过地面信标的传感器，确定当前列车的传感器位置；

车载atp控制器根据列车两端先后通过一个地面信标的车载信息，结合轨旁区域控制器通信发送的轨旁计轴区段占用信息，判断列车行驶方向和列车朝向，实现列车定位。

优选的，通过采集单套车载atp控制器的各传感器信息进行互比，或通过列车车载通信网络采集对端的各传感器信息进行互比。

本发明的有益效果是：本发明优化车载传感器架构,使得列车整体冗余程度得到提升，提高了系统可用性。在恢复或建立定位的过程中，综合列车及轨旁控制器信息，实现单个信标恢复/建立定位，提高了故障恢复效率。在定位故障时，列车使用轨旁定位信息，实现定位故障不降级为人工模式即可进入恢复定位操作，减少人工参与度，整体提高自动化程度及系统效率。

同时，本发明充分考虑了列车丢失位置的原因，很有可能是传感器故障。强调了在丢失位置后，列车方向以及列车行驶距离信息需要多方确定(多个速度传感器比对，列车线与速度传感器判断的方向一致等)，来确保之前导致位置丢失的故障，不会在位置恢复过程中带来危害，且能高效恢复位置。

并且，本发明只使用轨道区段占用信息简化处理故障后停车位置(没有采用时间，初始速度等信息来更精确定位，更为保守)，故障恢复前简单处理，重点在故障恢复后的位置正确，且精确。

本发明充分挖掘利用车载自身的传感器(非外部传感器)，避免环境因素干扰。本发明也不使用外部卫星，卫星在地铁领域，隧道中无信号。

本发明的恢复是精确恢复位置，恢复后的追踪精度是速度传感器检测的轮转精度，恢复过程中采用计轴区段信息只是辅助判定列车朝向。

附图说明

图1是本发明的列车定位恢复的方法的流程图；

图2是本发明的列车定位恢复的过程示意图；

图3是现有技术中双冗余系统的架构图；

图4是本发明中传感器共享atp架构的架构图；

图5是现有技术中实现定位的示意图；

图6是本发明中利用单个地面信标实现重新建立定位的示意图；

图7是本发明中初次建立定位时列车朝向一个方向行驶的示意图；

图8是本发明中初次建立定位时列车朝向另一个方向行驶的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明通过定位信息架构变化以及升级系统逻辑变化两方面进行创新设计：

定位信息架构变化：

a1)由两套独立车载atp控制器改为传感器共享atp架构。

a2)车载定位由单端车载atp控制器传感器依赖方式，改为双端传感器+方向列车线状态+计轴磁头状态协同定位方式。

a3)同时列车控制模式由车载atp精确系统定位系统为必要条件，改为车载精确系统定位及轨旁基于通信辅助定位相结合方式。

基于信息架构变化升级系统逻辑变化：

l1)当列车无法通过车载传感器确定位置时，如果轨旁区域控制器能够定位列车位置，在区域控制器确认有足够安全距离的情况下，保持车地通信以及atp模式降速运行。

l2)充分利用车载传感器的冗余性保持车载整体的定位系统可用性。并对不同源的方向及距离检测信息进行校验，确保信息正确性。

l3)充分利用车载传感器的冗余性支持定位重新建立的快捷性。

既有系统在列车丢失定位后，列车自动控制模式不可用，同时切断与轨旁单元的通信，同时设置系统可行进距离为零。只能转人工模式后才能再次行驶建立位置。

请参阅图1和图2，对应上述的a3，本发明的列车定位恢复的方法，包括下列步骤：

步骤s1，列车丢失定位后，车载atp控制器向轨旁区域控制器汇报列车行进方向锁定无变化。通过列车线方向与多个轮转检测方向的投票一致来确定列车行驶方向(见步骤s4)。列车故障丢失位置，有可能是传感器故障造成。该故障，可能造成之后的列车行驶方向改变出于故障而不能被检测到。列车方向检测，列车行驶距离检测必须通过步骤s4定义的检查。只有列车行驶方向及行驶距离确定了，才能确保后续步骤s2中轨旁控制器提供的列车行驶防护是有效的；否则，轨旁控制器设置保护的区域会与列车实际行驶的方向不一致，或列车行驶距离超过防护距离，从而导致危害。

步骤s2，轨旁区域控制器按照轨道占用区段以及进路授权距离，估算列车可能位置与进路授权距离的差值，作为可行进距离发给车载atp控制器。由于列车丢失列车精确定位，故只能通过轨旁计轴状态估算列车可能所在位置。基于步骤s1中车载控制器确定的列车方向，从而在该方向上提供进路防护列车移动距离。

如果可行进距离过短(小于预设距离)，通过轨旁区域控制器延伸进路授权距离。仅使用轨道区段占用信息简化处理故障后停车位置，没有采用时间，初始速度等信息来更精确定位，更为保守。

步骤s3，保持车载atp控制器与轨旁区域控制器通信，并且车载atp控制器保持受控列车模式(对应于上述l1)，按接收的可行进距离控制列车前进。

步骤s4，行进过程中，通过整合列车两端车载atp控制器的传感器信息以及列车线信息，利用单个地面信标实现列车重新建立定位。是精确恢复位置，恢复后的追踪精度是速度传感器检测的轮转精度。充分利用车载自身已有的探测器冗余度(不借助非车载探测器而排出外部干扰带来的不确定性)，并且利用冗余探测器进行投票表决列出行驶方向以及行驶距离(规避故障探测器带来的错误信息，该错误传感器很可能就是之前列车丢失位置的原因)，同时使用列车线信息共同确认方向(采用不同来源的信息进行信息正交比对)。其核心思想是采用既有列车车载不同传感器，进行正交信息比对，确保信息正确。

具体地，先在两套独立的车载atp控制器中分别增加传感器通信单元，并通过列车车载通信网络相接(对应上述的a1)。

如图3所示，现有的列车通用架构为双冗余系统(a,b冗余)，每套系统相互独立，包括计算板(mpu)，外围设备控制器(ppu)以及其传感器设备。当任何一套车载atp控制器的mpu或ppu出问题时，列车整体冗余性丧失。故障端即便传感器能正常工作，也无法被另一端的车载atp控制器使用。如果另一端的任何传感器故障，将导致车载系统整体不可用。

而本申请整合传感器通信单元，直接接入车载网络，实现由两套独立车载atp控制器架构，升级为传感器冗余共享atp架构，详情见图4。当任何一套车载atp控制器的mpu或ppu出问题时，如果其传感器能正常工作，可被另一端的车载atp控制器作为冗余传感器使用，提高车载系统整体可用性。因此，在逻辑层面，车载atp控制器针对传感器通信单元实现控制：在任一套车载atp控制器故障时，其从属的传感器作为另一套车载atp控制器的冗余传感器使用(对应上述l2)。

现有技术中，系统初次建立定位，或故障后恢复定位，都需要通过两个地面信标来确认列车位置的必要条件：c1)当前传感器位置，c2)行驶方向，c3)列车朝向(图5中a在左边还是b在左边)，c4)传感器工作正常。见图5，地面信标布置在站台区比较密集，在其它地方出于成本比较稀疏，可达几百米距离。当列车在站台之间重建位置时，要花费很长时间。

对应上述的a2，而本申请通过通信，整合两端车载atp控制器的传感器信息、列车线信息、轨旁计轴区段占用信息，来实现通过单个地面信标实现定位。提升初次建立定位或重建定位的效率。

不重启车载控制器，重建定位。

车载atp控制器通过采集单套车载atp控制器的各传感器信息进行互比，或通过列车车载通信网络采集对端的各传感器信息进行互比(对应上述的l3)，来确认传感器是否工作正常(c4满足)。车载atp控制器检测第一个通过地面信标的传感器，确定当前列车的传感器位置(c1满足)。

列车线信息包括列车行驶方向和列车朝向。在位置丢失前，列车朝向信息已经具备且不会变化。列车朝向运营时物理上不可能变，可以通过车载atp控制器维持，或者通过轨旁区域控制器记忆后通信发送给车载atp控制器(c3满足)。列车行驶方向通过车载atp控制器监控列车线获得(c2满足)。结合c1-c4条件，实现通过单个地面信标实现列车定位。如图6所示。

上电或重启后，初次建立定位，列车朝向出于安全考虑，默认为未知。与上述的恢复定位的不同之处在于要区分列车朝向(c3)。

具体地，本发明的列车定位初次建立的方法，包括下列步骤：

1)先在两套独立的车载atp控制器中分别增加传感器通信单元，并通过列车车载通信网络相接；车载atp控制器针对传感器通信单元实现控制：在任一套车载atp控制器故障时，其从属的传感器作为另一套车载atp控制器的冗余传感器使用。

2)车载atp控制器通过采集各传感器信息并进行互比来确认传感器是否工作正常(c4满足)。通过采集单套车载atp控制器的各传感器信息进行互比，或通过列车车载通信网络采集对端的各传感器信息进行互比，从而保障列车在故障丢失位置后采集的新信息的正确性。

3)车载atp控制器检测第一个通过地面信标的传感器，确定当前列车的传感器位置(c1满足)。

4)车载atp控制器根据列车两端先后通过一个地面信标的车载信息，结合轨旁区域控制器通信发送的轨旁计轴区段占用信息，判断列车行驶方向和列车朝向(c2、c3满足)，从而通过单个地面信标初定建立定位。如图7、8所示。同样是列车a端先通过一个地面信标，之后b端通过同一个地面信标，但可以有两个方向。只依靠车载本身的信息，通过一个信标是无法区分的。所以需要整合轨旁轨道区段状态来区分哪个方向。因为区段占用信息只能提供基于区段长度的非精确定位，即列车位置变化的最小单元为区段长度。本发明实现精确定位，列车变化最小单元为速度传感器依据轮转情况实现列车位置变化更新，采用计轴区段信息只是辅助判定列车朝向。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。