專利名稱：列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及列車控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，以高速鐵路為代表的軌道交通運(yùn)輸正不斷地向高速度、高密度方向發(fā)展。在不斷提高軌道交通運(yùn)輸效率的同時，保證行車的安全已成為越來越突出的矛盾。軌道交通行車的安全直接關(guān)系到廣大人民群眾的生命安全，是軌道交通中至關(guān)重要且刻不容緩需要解決的問題。軌道交通中計算機(jī)控制系統(tǒng)的使用是提高行車安全和運(yùn)輸效率的有效手段，但此類大型控制系統(tǒng)(尤其是其軟件系統(tǒng))在功能不斷提高的同時也日趨復(fù)雜。這類系統(tǒng)的異?；蚴o國家和廣大人民群眾造成不可估量的損失，因而成為我們當(dāng)前迫切需要解決的問題。如近年發(fā)生的一些重大事故“7. 23”甬溫線特別重大鐵路交通事故，造成40人死亡、172人受傷，中斷行車32小時35分，直接經(jīng)濟(jì)損失19371. 65萬元；上海地鐵10號線“9. 27”追尾事故造成260余人受傷。通過對這些重大交通事故和我國城市軌道交通現(xiàn)狀的調(diào)查，除了人為管理上的漏洞，相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件是導(dǎo)致系統(tǒng)失敗的主要原因，這類控制系統(tǒng)在技術(shù)上存在以下缺陷I、現(xiàn)有的中國列車控制系統(tǒng)CTCS (China Train Control System)僅通過列控車載系統(tǒng)(如自動防護(hù)系統(tǒng)ATP)和閉塞區(qū)機(jī)制來避免列車碰撞事故的發(fā)生。當(dāng)與ATP相關(guān)的子系統(tǒng)出現(xiàn)故障和異常，如雷擊致使軌道電路發(fā)生損壞等，則系統(tǒng)的安全保障機(jī)制將會出現(xiàn)大的漏洞，從而引起事故的發(fā)生。2、從系統(tǒng)設(shè)計的角度出發(fā)，沒能把系統(tǒng)安全設(shè)計作為系統(tǒng)整體設(shè)計重要的部分考慮進(jìn)去。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)通過相應(yīng)的冗余機(jī)制來消除一定的設(shè)備故障和錯誤，以及設(shè)備故障后導(dǎo)向安全。3、人機(jī)交互設(shè)計上的缺陷。CTCS的設(shè)計沒有充分考慮軟件系統(tǒng)與使用人員的高度集成。當(dāng)CTCS數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問題時，僅有非常有限的區(qū)間信號機(jī)顯示給列車調(diào)度人員、車輛值班員和設(shè)備維修人員，在短時間內(nèi)很難讓列控中心的工作人員知道地面工作系統(tǒng)的實(shí)際情況。由于不了解具體原因以及不可靠的有限CTCS信息，在故障發(fā)生后，列車調(diào)度人員、電務(wù)、工務(wù)和機(jī)列車司機(jī)完全處于混亂狀態(tài)，CTCS人機(jī)交互的設(shè)計缺陷致使使用人員發(fā)生更大的錯誤，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。4、在整個系統(tǒng)開發(fā)流程中核心軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)質(zhì)量控制上的漏洞。系統(tǒng)開發(fā)沒有采取嚴(yán)格的高安全軟件/硬件系統(tǒng)開發(fā)的方法和流程，缺乏質(zhì)量上的保證和安全上的
審查等。
發(fā)明內(nèi)容
(一)所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崟r地進(jìn)行列車安全監(jiān)控的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有列車控制系統(tǒng)中存在的缺乏主動的安全策略、系統(tǒng)與使用人員的集成化程度低的問題。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，所述列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)備份模塊，其中所述數(shù)據(jù)獲取模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于獲取來自車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將所述實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述人機(jī)交互模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)，根據(jù)所述實(shí)時數(shù)據(jù)計算出列車的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的碰撞預(yù)警信息，同時將所述列車的運(yùn)行軌跡發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊，并將所述列車的碰撞預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的碰撞預(yù)警信息，同時接收列車控制指令，并將所述列車控制指令發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)備份模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述人機(jī)交互模塊相連接，用于接收并存儲所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)、所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的運(yùn)行軌跡以及所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的列車控制指令?？蛇x的，所述實(shí)時數(shù)據(jù)包括列車的絕對方位、列車的速度、線路縱斷面數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、道橋隧的位置以及限速信息中的至少一種?？蛇x的，所述數(shù)據(jù)分析模塊還用于根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息，并將所述列車的超速預(yù)警信息和/或所述路線偏離預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息?？蛇x的，所述人機(jī)交互模塊進(jìn)一步包括指令測試子模塊，所述指令測試子模塊用于接收預(yù)指令，并計算所述預(yù)指令的執(zhí)行結(jié)果?？蛇x的，所述列車控制指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令?？蛇x的，所述預(yù)指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。(三)有益效果本發(fā)明提出的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，將彌補(bǔ)我國現(xiàn)有的列車控制系統(tǒng)在安全上的缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)I、主動的安全策略。在列車運(yùn)行時，對列車運(yùn)行、地面系統(tǒng)等實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行安全分析，積極主動地搜尋列車潛在風(fēng)險。特別是提前預(yù)警將要發(fā)生的列車碰撞，為列控人員提供足夠的時間和有效的方法實(shí)施安全導(dǎo)向，避免事故的發(fā)生。2、系統(tǒng)使用人員的行為與系統(tǒng)的完整性、安全性的高度集成。在車站列控中心，為中央控制人員提供更加易于理解和使用的人機(jī)交互界面，更易于控制人員進(jìn)行調(diào)度和安全管理。這將最大程度地減少人為錯誤的發(fā)生和降低列車運(yùn)行事故，并且發(fā)展一套可容錯并導(dǎo)向安全的系統(tǒng)。在錯誤發(fā)生或危險產(chǎn)生時，整體的安全管理策略和優(yōu)化的人機(jī)集成系統(tǒng)將系統(tǒng)導(dǎo)向安全。3、范圍更廣、更完整、及時、有效地實(shí)施列車安全運(yùn)行保護(hù)。傳統(tǒng)的CTCS僅以ATP為基礎(chǔ)的閉塞區(qū)機(jī)制來實(shí)施安全保護(hù)，而本發(fā)明則對所有在運(yùn)行的機(jī)車以及它們之間的動態(tài)狀況進(jìn)行安全分析。·
圖I是本發(fā)明提出的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)的體系架構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提出的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例中人機(jī)交互模塊顯示的碰撞預(yù)警示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明提出的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)基于中國列車控制系統(tǒng)，但獨(dú)立于ATP系統(tǒng)，為行車安全提供進(jìn)一步的保護(hù)。該系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖I所示，圖中的虛線部分為將要擴(kuò)展的功能的主要部分。所述列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)將依據(jù)地面系統(tǒng)和車載系統(tǒng)所提供的實(shí)時數(shù)據(jù)，其中包括列車實(shí)時的絕對方位、速度、線路縱斷面數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、道橋隧的位置、長期或臨時限速等重要信息，實(shí)時地計算出列車的運(yùn)行軌跡。通過所得到的列車的運(yùn)行軌跡，計算出列車之間可能發(fā)生的碰撞以及機(jī)車超速、偏離計劃的行車路線等重要的預(yù)警信息。從而為車站列控中心提供及時的預(yù)警并為列車的調(diào)度決策提供依據(jù)，避免列車碰撞事故的發(fā)生和保證列車按計劃運(yùn)行。在車站列控中心，該系統(tǒng)為中央控制人員提供更加易于理解和使用的人機(jī)交互界面。同時也能夠使中央控制人員在發(fā)出實(shí)際控制指令前，測試他們將要發(fā)出的行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。在確保滿足行車安全和不會發(fā)生列車碰撞的情況下，中央控制人員給予列車司機(jī)和地面系統(tǒng)實(shí)際的控制指令。同時系統(tǒng)將自動備份中央控制人員發(fā)出的列車控制指令以及核心的、安全相關(guān)的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)診斷和安全分析提供依據(jù)。本發(fā)明提出的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)具體包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)備份模塊，如圖2所示，其中所述數(shù)據(jù)獲取模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于獲取來自車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將所述實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述人機(jī)交互模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)，根據(jù)所述實(shí)時數(shù)據(jù)計算出列車的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的碰撞預(yù)警信息，同時將所述列車的運(yùn)行軌跡發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊，并將所述列車的碰撞預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的碰撞預(yù)警信息，同時接收列車控制指令，并將所述列車控制指令發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)備份模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述人機(jī)交互模塊相連接，用于接收并存儲所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)、所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的運(yùn)行軌跡以及所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的列車控制指令。優(yōu)選的，所述實(shí)時數(shù)據(jù)包括列車的絕對方位、列車的速度、線路縱斷面數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、道橋隧的位置以及限速信息中的至少一種。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析模塊還用于根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息，并將所述列車的超速預(yù)警信息和/或所述路線偏離預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息。優(yōu)選的，所述人機(jī)交互模塊進(jìn)一步包括指令測試子模塊，所述指令測試子模塊用于接收預(yù)指令，并計算所述預(yù)指令的執(zhí)行結(jié)果。所述列車控制指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。所述預(yù)指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。數(shù)據(jù)獲取模塊主要收集、處理和緩存來自車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括實(shí)時的列車運(yùn)行情況、相關(guān)的軌道信息等。數(shù)據(jù)分析模塊依據(jù)數(shù)據(jù)獲取模塊的信息，計算出列車的運(yùn)行軌跡，探測出列車之間可能發(fā)生的碰撞以及機(jī)車超速等預(yù)警信息。人機(jī)交互模塊接受中央控制人員發(fā)出的列車控制指令，顯示可能發(fā)生的碰撞以及機(jī)車超速等重要的預(yù)警信息；同時也提供測試將要發(fā)出的預(yù)指令的功能。在中央控制人員要求列車司機(jī)在某一軌道以某一速度運(yùn)行前，可在指令測試子模塊中測試預(yù)指令是否將會導(dǎo)致列車之間可能發(fā)生的碰撞和其他的安全隱患。在確認(rèn)一切安全后，中央控制人員給予列車司機(jī)控制指令，并通過人機(jī)交互模塊確認(rèn)并記錄該指令的發(fā)生。列車之間將要發(fā)生的碰撞，即每一對撞車是數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)果，通過人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，人機(jī)交互界面顯示的碰撞預(yù)警圖如圖3所示，其中顯示了三對將要發(fā)生的列車碰撞。橫坐標(biāo)表示兩車之間的最短距離，縱坐標(biāo)表示撞車將會發(fā)生的最短時間。三對碰撞中，I號追尾為最緊急的預(yù)警，表示在2分鐘后將發(fā)生列車D301追尾列車D3115，現(xiàn)在兩車相距4千米；其次緊急的預(yù)警是2號對撞，列車D218對撞D3010將在3分鐘后發(fā)生，現(xiàn)在兩車相距6千米；3號追尾將在7分鐘后發(fā)生，列車D306追尾列車D3116，現(xiàn)在兩車相距7千米。中央控制人員看到這些潛在的撞車后，可以提前采取相應(yīng)的措施，如實(shí)時的調(diào)整車輛的調(diào)度和運(yùn)行，避免事故的發(fā)生。中央控制人員在發(fā)出實(shí)際的控制指令前，可測試他們將要發(fā)出的行車指令和地面系統(tǒng)控制指令，即預(yù)指令。指令測試子模塊將根據(jù)列車和地面系統(tǒng)的實(shí)時情況，分析這些預(yù)指令；對于可能造成的危險或潛在的撞車也將會顯示類似圖3的信息。中央控制人員則可根據(jù)實(shí)際的情況，調(diào)整或取消他們的預(yù)指令，從而有效和安全地調(diào)度車輛的運(yùn)行。數(shù)據(jù)備份模塊將實(shí)時地自動接收并存儲機(jī)車、軌道、信號、中央控制人員所發(fā)出的列車控制指令以及列車的運(yùn)行軌跡等信息。備份的這些重要?dú)v史信息將便于對系統(tǒng)各部分的故障診斷，并為系統(tǒng)安全分析和系統(tǒng)的不斷完善提供有效的依據(jù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)備份模塊，其中所述數(shù)據(jù)獲取模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于獲取來自車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將所述實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述人機(jī)交互模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)，根據(jù)所述實(shí)時數(shù)據(jù)計算出列車的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的碰撞預(yù)警信息，同時將所述列車的運(yùn)行軌跡發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊，并將所述列車的碰撞預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊，與所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述數(shù)據(jù)備份模塊相連接，用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的碰撞預(yù)警信息，同時接收列車控制指令，并將所述列車控制指令發(fā)送給所述數(shù)據(jù)備份模塊；所述數(shù)據(jù)備份模塊，與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述數(shù)據(jù)分析模塊及所述人機(jī)交互模塊相連接，用于接收并存儲所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的實(shí)時數(shù)據(jù)、所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的運(yùn)行軌跡以及所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的列車控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時數(shù)據(jù)包括列車的絕對方位、列車的速度、線路縱斷面數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、道橋隧的位置以及限速信息中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析模塊還用于根據(jù)所述列車的運(yùn)行軌跡獲取列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息，并將所述列車的超速預(yù)警信息和/或所述路線偏離預(yù)警信息發(fā)送給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還用于接收并顯示所述數(shù)據(jù)分析模塊發(fā)送的列車的超速預(yù)警信息和/或路線偏離預(yù)警信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互模塊進(jìn)一步包括指令測試子模塊，所述指令測試子模塊用于接收預(yù)指令，并計算所述預(yù)指令的執(zhí)行結(jié)果O
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述列車控制指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)指令包括行車指令和地面系統(tǒng)控制指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種列車碰撞預(yù)防系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)備份模塊，其中數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取來自車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析模塊，用于根據(jù)所述實(shí)時數(shù)據(jù)計算出列車的運(yùn)行軌跡，并獲取列車的碰撞預(yù)警信息；人機(jī)交互模塊，用于顯示所述列車的碰撞預(yù)警信息，接收列車控制指令；數(shù)據(jù)備份模塊，用于存儲所述實(shí)時數(shù)據(jù)、所述列車的運(yùn)行軌跡以及所述列車控制指令。采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案，能夠?qū)α熊囘\(yùn)行進(jìn)行實(shí)時的安全分析，主動搜尋列車的潛在風(fēng)險；提供給中央控制人員更加易于理解和使用的人機(jī)交互界面；為列車運(yùn)行提供范圍更廣、更加完整和有效的安全保護(hù)。
文檔編號B61L23/00GK102941863SQ20121040247
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者蔡浩, 孫梅, 劉少英, 毛善波, 葉璠 申請人:汕頭大學(xué)