一种基于地面应答器的列车闯红灯防护系统及方法与流程

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种基于地面应答器的列车闯红灯防护系统及方法。

背景技术：

目前国内外应用的信号系统多为基于通信的列车自动控制系统（communicationbasedtraincontrolsystem，cbtc），该系统由车载atp（automatictrainprotection，列车自动防护系统）和地面联锁等设备组成，其车地设备之间一般采用轨旁的车地通信环线（traintowaysidecommunication，twc）或无线局域网（wirelesslocalareanetwork，wlan）等进行信息的交互，车载设备由轨旁设备传送的进路授权信息来控制列车，达到防止列车超速及闯红灯的目的。

很多海外既有线路信号系统老旧，迫切需要升级改造，但业主出于建设成本和施工对运营的影响方面考虑，希望对既有信号系统进行尽量小范围的改动，既要保证安全，又不影响日常运营。而上述cbtc系统的实现的前提是必须沿铁路线铺设大量的通信环线或电缆，建设和维护的成本都很高，如果要把固定闭塞等的老旧制式铁路进行升级改造成cbtc，只能全系统替换，施工难度大。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于地面应答器的列车闯红灯防护系统及方法，利用铺设较少量的应答器及电缆即可实现闯红灯防护功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于地面应答器的列车闯红灯防护系统，所述防护系统包括：

信号机，用于显示当前轨道线路是否允许通行的状态；

应答器组，与所述信号机对应连接，所述应答器组包括：

有源应答器，用于向列车反馈所述信号机的状态；以及

多个无源应答器，设于所述有源应答器两侧的轨道上；

电子地图，设于列车上，所述电子地图内存储有每个所述无源应答器所对应的防护信息，所述防护信息包括是否对所述信号机状态作出防护应答；

车载atp，设于列车上且与所述电子地图连接，列车在沿轨道线路行驶时，根据所述车载atp首个获取到的所述无源应答器查询所述电子地图，获取所述无源应答器对应的防护信息，判定列车当前行驶方向是否需要对所述信号机的状态作出防护应答，并在需要作出防护应答且所述有源应答器反馈至所述车载atp的所述信号机状态为禁止通行时输出紧急制动。

可选地，所述应答器组包括两个所述无源应答器，分别为第一无源应答器和第二无源应答器，所述第一无源应答器、有源应答器、第二无源应答器沿所述信号机防护方向依次在轨道上布设；

所述第一无源应答器对应的所述防护信息为对所述信号机的状态作出防护应答；

所述第二无源应答器对应的所述防护信息为不对所述信号机的状态作出防护应答。

可选地，所述有源应答器和所述无源应答器分别对应有识别号，所述识别号以及所述识别号对应的防护信息存储于所述电子地图内；

所述车载atp获取到首个所述无源应答器时，根据所述无源应答器的识别号查询所述电子地图，获得所述无源应答器相应的防护信息。

可选地，所述电子地图内还储存有所述有源应答器和所述无源应答器的位置信息；

在查询所述电子地图时还包括获取所述有源应答器或所述无源应答器的位置信息，对列车的位置进行定位或位置校正。

可选地，所述防护系统作用于车站站台处。

可选地，所述信号机和所述应答器组的数量为至少两组，且至少两组所述应答器组以一定间距沿轨道线路设于车站站台的出站处。

可选地，所述防护系统还包括设于列车上的应答器传输模块，所述应答器传输模块用于接收所述应答器组的报文信号并反馈至所述车载atp进行解析；

当所述应答器传输模块的天线越过所述有源应答器或所述无源应答器时，所述车载atp接收到所述有源应答器或所述无源应答器的报文信号。

可选地，所述防护系统还包括列车自动监督系统和联锁系统，所述列车自动监督系统用于集中监视和跟踪列车的运行情况实现行车指挥调度，所述联锁系统用于操纵轨道线路上的所述信号机，同时将所述信号机的状态发送给所述有源应答器。

以及，一种基于地面应答器的列车闯红灯防护方法，所述防护方法包括以下步骤：

列车行驶过程中获取闯红灯防护应答器组的报文信号；

根据获取到的首个所述无源应答器查询电子地图，判定当前列车通过所述应答器组的方向是否需要对信号机的状态作出防护应答；

若判断列车需要对信号机的状态作出防护应答，则车载atp获取闯红灯防护应答器组中有源应答器中关于信号机状态的报文。

可选地，所述应答器组包括沿所述信号机防护方向依次在轨道上布设的第一无源应答器、有源应答器和第二无源应答器；

当列车首个获取到的应答器为所述第一无源应答器时，判断当前列车通过所述应答器组的方向需要对所述信号机的状态作出防护应答；

当列车首个获取到的应答器为所述第二无源应答器时，判断当前列车通过所述应答器组的方向不需要对所述信号机的状态作出防护应答。

可选地，若判断列车不需要对信号机的状态作出防护应答，则车载atp忽略所述有源应答器报文中的信号机状态；

若判断列车需要对信号机的状态作出防护应答，且所述有源应答器反馈至所述车载atp的报文为允许通行，则列车继续行驶；

若判断列车需要对信号机的状态作出防护应答，且所述有源应答器反馈至所述车载atp的报文为禁止通行，则列车输出紧急制动。

可选地，在查询电子地图的步骤中，具体包括以下步骤：

车载atp获取到首个无源应答器的识别号；

根据所述识别号查询所述电子地图；

获取所述无源应答器相应的防护信息，所述防护信息包括是否需要对信号机的状态作出防护应答。

可选地，在获取所述无源应答器相应的防护信息时，还包括步骤：

获取所述无源应答器的位置信息；

根据所述位置信息对列车进行定位或位置校正。

可选地，所述信号机的状态发送至所述有源应答器，当列车行驶至所述列车上的应答器传输模块的天线越过所述有源应答器或所述无源应答器时，列车收到所述有源应答器或所述无源应答器的报文。

可选地，当列车有定位时，若列车定位显示运行方向与根据所述应答器组判定的列车运行方向不一致，则判定列车定位错误或电子地图错误，列车紧急制动。

本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：

实现对列车闯红灯的自动防护功能，且具有建设成本低、周期短、易于实现和后期维护的优势；

利用应答器组判定列车行驶方向是否与信号机的防护方向对应，从而判定是否需要对信号机的状态作出防护应答，避免出现非预期紧急制动；

将所需信息储存于电子地图内，根据获取的应答器在电子地图内进行查询，而判定列车行驶方向是否与信号机的防护方向对应，从而判断是否作出防护应答，不需要车载atp事先拥有定位即可实现正确的闯红灯防护功能。

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他的附图。

图1示出了根据本发明实施例中应答器组的结构图；

图2示出了根据本发明实施例中应答器组安装于车站站台处的结构图。

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、完整地说明，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的基于地面应答器的列车闯红灯防护系统，该防护系统包括车载atp、电子地图、信号机以及应答器组，其中，应答器组包括有源应答器和多个无源应答器，且多个无源应答器设于该有源应答器两侧的轨道线路上。

信号机用于显示当前轨道线路是否允许通行的状态，车载atp用于获取无源应答器以及有源应答器的报文信息，在列车经过所述有源应答器时车载atp在获取有源应答器，有源应答器将信号机的状态反馈给车载atp。

列车沿轨道线路行驶时，根据车载atp获取的首个无源应答器在电子地图中进行查询，查询该无源应答器对应的防护信息，判定列车当前行驶方向是否需要对信号机的状态作出防护应答，并在需要作出防护应答且所述有源应答器反馈至所述车载atp的所述信号机状态为禁止通行时输出紧急制动。

在本方案中，通过对信号机进行简单改造和铺设少量地面应答器，实现对列车闯红灯的自动防护功能，且具有建设成本低、周期短、易于实现和后期维护的优势；并利用应答器组判定列车行驶方向是否与信号机的防护方向对应，从而判定是否需要对信号机的状态作出防护应答，避免出现非预期紧急制动。

在本实施例中，应答器组包括与信号机连接的有源应答器以及与有源应答器连接的第一无源应答器和第二无源应答器。如图1所示，第一无源应答器、有源应答器以及第二无源应答器沿轨道线路间隔依次布设。

电子地图中记载的应答器组的属性至少包括以下内容：

第一无源应答器识别号b1，前方有源应答器识别号vb，两个应答器间距（单位：厘米），对有源应答器提供的信号机状态进行防护；

第二无源应答器识别号b2，前方有源应答器识别号vb，两个应答器间距（单位：厘米），对有源应答器提供的信号机状态不进行防护；

除此之外电子地图中记载上述应答器的属性可能还包括：应答器所属轨道和在轨道中的位置、有源应答器所代表的信号机防护方向、列车行驶方向是否与信号机防护方向相同等信息。

以上属性均可通过收到的应答器识别号作为索引在电子地图中进行查询。

在本实施例和一些其他的实施例中，基于地面应答器的列车闯红灯防护系统可安装于任意需要进行防护的轨道区域，且每一信号机可对应一组应答器组或多组使用。

结合图1所示，当列车首先获取到第一无源应答器后，此时车载atp获取到第一无应答器的识别号b1，从而根据该识别号b1查询电子地图得知：列车行驶前方一定距离内将收到有源应答器，对有源应答器提供的信号机状态作出防护应答，列车行驶方向与信号机的防护方向相同。即，当信号机状态为禁止通行（红灯）时，车载atp输出紧急制动；当信号机状态为允许通行（绿灯）时，车载atp不输出紧急制动，列车继续行驶。当列车首先获取到第二无源应答器后，通过查询电子地图得知：不对有源应答器提供的信号机状态作出防护应答，列车行驶方向与信号机的防护方向相反，列车照常行驶。

进一步的，可根据获取到的无源应答器或有源应答器的识别号查询电子地图获取其对应的位置信息，从而对列车位置进行定位或位置校正。

防护系统还包括应答器传输模块，应答器传输模块用于接收应答器组的报文信号并反馈至车载atp进行解析。

更进一步的，防护系统还包括联锁系统和列车自动监督系统，联锁系统用于操纵轨道线路上的信号机和转辙机，实现联锁功能和监督列车运行，地面联锁系统判断线路条件，控制地面信号机的状态，同时信号机的状态被发送给有源应答器。所述应答器传输模块包括设于所述列车上的天线，当应答器传输模块的天线越过该应答器时，车载atp将收到信号机状态；列车自动监督系统用于集中监视和跟踪列车的运行情况，实现行车指挥调度。

优选的，车载atp还具有超速防护的效果，当车载atp重启（重启或重新上钥匙后，下同）后，驾驶模式为rm模式（restrictedmanual，限制人工驾驶模式，下同），其中rm模式最大运行速度为一可配置的固定值。在该模式下，车载atp限制列车在某一固定的低速（应不大于进站速度限制,且不大于道岔侧向限速）之下运行，司机根据调度命令和地面信号显示驾驶列车，列车运行超过该固定的速度时，车载设备对列车实施紧急制动，强迫列车停车。列车运行的安全由联锁设备、车载atp、调度人员、司机共同保证。

当驾驶模式由rm模式升为pm模式（positionmode，定位模式，下同）后，车载设备根据自身的定位，获取存储在电子地图中的前方线路的限速信息，生成一条顶棚速度防护曲线，限制列车在该防护曲线下运行，司机按地面信号显示行车。列车运行超过该防护曲线时，车载设备对列车实施紧急制动，强迫列车停车。

较佳的，在本实施例中，防护系统作用于车站站台处时，如图2所示，应答器组的数量为两组，且两组应答器组以一定间距沿轨道线路设于车站站台的出站处，防护过程如下：

a)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车i向出站方向运行，且连续收到第一无源应答器b1及有源应答器vb1时，如果有源应答器vb1发送的是红灯报文，则列车i立即实施紧急制动，驾驶模式保持在rm模式，此时列车i越过信号机o1进入区段a，在信号机o2前停止，系统保证列车i不会越过信号机o2，从而避免了列车i追尾列车ii的风险。若列车ii在区段b，由地面联锁保证列车ii后方有一空闲的保护区段（区段a）可进行防护，信号机o1、o2均显示红灯，列车i在正常情况下由司机控制在信号机o1前停车，如果因为异常导致列车i未在信号机o1前停车，则由信号机o2和对应的另一组应答器组强迫列车i在区段a之内停车，双重防护。

b)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车向出站方向运行，且连续收到第一无源应答器b1及有源应答器vb1时，如果有源应答器vb1发送的是绿灯报文，则列车升级为pm模式，列车可正常出站，atp防护列车正常运行。

c)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车向出站方向运行，只收到第一无源应答器b1，并未收到有源应答器vb1时，则车载atp通过计算列车与有源应答器vb1之间的距离，判断丢失应答器后立即实施紧急制动，驾驶模式保持在rm模式。

d)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车向出站方向运行，只收到有源应答器vb1，并未收到第一无源应答器b1时，如果有源应答器vb1发送的是绿灯报文，则列车以rm模式正常越过出站信号机，驾驶模式保持在rm模式。

e)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车向出站方向运行，只收到有源应答器vb1，并未收到第一无源应答器b1时，如果有源应答器vb1发送的是红灯报文，则列车立即实施紧急制动，驾驶模式保持在rm模式。

f)停于站台的列车i，当车载atp重启之后，列车向出站方向运行，均未收到有源应答器vb1和第一无源应答器b1时，则列车以rm模式正常越过出站信号机，驾驶模式保持在rm模式。

g)停于站台的列车i，当前驾驶模式为pm，列车向出站方向运行，且连续收到第一无源应答器b1及有源应答器vb1时，如果有源应答器vb1发送的是红灯报文，则列车立即实施紧急制动，驾驶模式降为rm模式，若有源应答器vb1发送的是绿灯报文，则列车保持pm模式越过出站信号机。

h)停于站台的列车i，当前驾驶模式为pm，列车向出站方向运行，在应收到有源应答器vb1的距离范围内未收到有源应答器vb1，则判断丢失应答器，输出紧急制动并降为rm模式。

基于上述本发明实施例的基于地面应答器的列车闯红灯防护系统，进一步介绍本发明实施例的基于地面应答器的列车闯红灯防护方法，该防护方法包括以下步骤：

s1：列车行驶过程中获取轨道线路旁信号机对应的闯红灯防护应答器组的报文信号；

基于上述基于地面应答器的列车闯红灯防护系统，应答器组包括依次设置的第一无源应答器、有源应答器和第二无源应答器；有源应答器与信号机连接并将信号机的状态发送至列车上的车载设备，其中车载设备为车载atp。当列车行驶至列车上的应答器传输模块天线越过有源应答器时，列车收到应答器的状态。

一：列车无定位

s2：根据获取到的首个所述无源应答器查询电子地图，判定当前列车通过所述应答器组的方向是否需要对信号机的状态作出防护应答。

由上述基于地面应答器的列车闯红灯防护系统可知，电子地图中记载的应答器组的属性至少包括以下内容：

第一无源应答器识别号，前方有源应答器识别号，两个应答器间距（单位：厘米），对有源应答器提供的信号机状态进行防护；

第二无源应答器识别号，前方有源应答器识别号，两个应答器间距（单位：厘米），对有源应答器提供的信号机状态不进行防护。

在步骤s2中，具体分为：

1）列车由图1所示方向的从左向右行驶

s211：车载atp获取第一无源应答器b1。

s212：根据识别号b1查询电子地图，得知列车行驶前方一定距离内将收到有源应答器，并判定需要对有源应答器提供的信号机状态作出防护应答。

s213：列车继续向右行驶，车载atp收到有源应答器vb，若有源应答器vb提供的信号机状态为禁止通行（信号机的防护方向为从左向右），车载atp已提前收到无源应答器b1，得知需要作出防护应答，故车载atp实施紧急制动，防止列车越过信号机；若有源应答器vb提供的信号机状态为允许通行，则不影响列车继续运行。

基于上述，需要说明的是，若收到无源应答器b1之后，列车走过距离s，车载atp仍未收到有源应答器vb或收到其它应答器，按照故障导向安全原则，车载atp输出紧急制动，避免出现差错。

s214：当车载atp收到无源应答器b2后，车载atp判断列车已经过整个闯红灯应答器组，该功能结束。

2）列车由图1从右向左行驶

s221：车载atp获取第二无源应答器b2；

s222：根据识别号b2查询电子地图，得知列车行驶前方一定距离内将收到有源应答器，并判定不需要对有源应答器提供的信号机状态不作出防护应答。

s223：列车继续向左行驶，车载atp收到有源应答器vb后，虽然有源应答器vb提供的信号机状态为禁止通过（相对于防护方向从左往右），但车载atp已提前得知不对信号机状态进行防护，故车载atp不实施紧急制动，避免导致非预期的紧急制动。

此外，可根据获取到的无源应答器或有源应答器查询电子地图，从而对列车位置进行定位或位置校正。

基于上述，需要说明的是，若收到b2之后，列车走过距离s，车载atp仍未收到有源应答器vb或收到其它应答器，按照故障导向安全原则，车载atp输出紧急制动。

s224：当车载atp收到无源应答器b1后，车载atp判断列车已经过整个闯红灯应答器组，该功能结束。

进一步的，列车在行驶时还包括列车有定位的情况，如下：

二：列车有定位

列车在正线运行时，此时列车多数已有定位，那么在有定位的情况下既可按照上述s2（s211~s214或s221~s224）的步骤进行。也可在车载atp收到应答器组中的有源应答器时，通过车载电子地图查询到该有源应答器所代表的信号机防护方向属性，若列车运行方向与该防护方向一致，再根据信号机状态信息进行防护，若不一致则不进行防护。闯红灯防护功能不影响原有的车载atp利用应答器位置进行列车定位及校位的功能。

在列车有定位的条件下，采用以上收到应答器的先后顺序和判断方向是否一致这两种方法可以相互补充和校验。比如下面两个例子：

1)列车有定位时，车载atp先收到第一无源应答器（对信号机进行防护），但随后收到有源应答器经查询后确发现列车运行方向与有源应答器的防护方向不一致（不对信号机状态进行防护），则说明列车定位（运行方向）判断错误或电子地图错误，出于安全考虑车载atp应立即输出紧急制动。

2）列车有定位时，车载atp收到有源应答器后判断信号机防护方向和列车运行方向一致，但随后却收到了应答器第一无源应答器，则说明列车定位（运行方向）判断错误或电子地图错误，出于安全考虑车载atp应立即输出紧急制动。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。