本實(shí)用新型涉及的是列車防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及適用于單軌的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要依靠外部設(shè)備，如傳感器、應(yīng)答器等外部設(shè)備接收地面位置、限速等信息，并將地面信息與車上當(dāng)前信息進(jìn)行比較，根據(jù)地面狀況控制列車制動(dòng)系統(tǒng)，保障列車運(yùn)行安全?，F(xiàn)有列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要針對大鐵、地鐵等雙軌線路，列車采用鋼輪，地面定位通過鋼輪與雙軌接觸將其短路，形成閉合回路的軌道電路方式。而單軌線路無法滿足軌道電路應(yīng)用基本條件，列車采用橡膠輪胎不與軌道接觸，且單軌無法形成閉合回路；列車定位方面，現(xiàn)有列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)采用二維坐標(biāo)系，存儲(chǔ)地面相對坐標(biāo)及某些特殊點(diǎn)位的坡度信息，不能滿足單軌線路(跨座式或懸掛式)復(fù)雜的空間變化需求；信號控制方面，隨著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，列車需要獲取的信息、需要控制的設(shè)備越來越多，現(xiàn)有的信號輸入、輸出機(jī)制可擴(kuò)展性不強(qiáng)，在數(shù)量及安全性上都已無法滿足日益增長的需求。

為了解決上述問題，設(shè)計(jì)一種新型的適用于單軌的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)還是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實(shí)用新型目的是在于提供一種適用于單軌的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，根據(jù)單軌列車的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地面對列車通過非接觸方式定位，列車自身實(shí)現(xiàn)三維空間定位，更加安全、豐富的信號輸入輸出接口，在大幅提升列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的安全性及可擴(kuò)展性的同時(shí)，適應(yīng)了單軌列車系統(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣使用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：適用于單軌的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，包括車載控制器、無線通信終端、GPS、人機(jī)交互界面、應(yīng)答器傳輸模塊、速度傳感器、列車接口單元，車載控制器分別與無線通信終端、GPS、人機(jī)交互界面、應(yīng)答器傳輸模塊、速度傳感器、列車接口單元連接，所述車載控制器由Ⅰ系安全計(jì)算機(jī)、Ⅱ系安全計(jì)算機(jī)兩套安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱及一套列車接口機(jī)箱組成，兩套安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱構(gòu)成了能提升系統(tǒng)可用性的“二乘”結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述的安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱包括有主控單元、交換單元、記錄單元、測速測距單元、安全輸入單元、安全輸出單元、CAN接口單元、電源單元、輸入調(diào)理板、輸出調(diào)理板；所述的列車接口機(jī)箱包括有電源單元、GPS單元、繼電器板、轉(zhuǎn)接板，各單元采用1000M網(wǎng)絡(luò)與交換模塊相連，通過交換單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。

作為優(yōu)選，所述的主控單元內(nèi)部采用CPUM、CPUC兩塊CPU控制器組成二取二表決系統(tǒng)，同時(shí)采用2套安全計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱備冗余，組成了二乘二取二的系統(tǒng)架構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可用性、可靠性和安全性。

作為優(yōu)選，所述的測速測距單元、安全輸入單元、安全輸出單元均內(nèi)置有兩塊FPGA作為主控器，兩塊FPGA的數(shù)據(jù)通過表決通道實(shí)現(xiàn)二取二表決；所述安全輸入單元具備24路安全數(shù)字量輸入采集能力，使用24路雙通道表決安全輸入模塊，同時(shí)采用雙通道對輸入信號進(jìn)行表決處理，提升系統(tǒng)安全性；所述安全輸出單元備8路安全數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)能力，使用8路雙通道表決安全輸出模塊，對輸出信號通過進(jìn)行雙驅(qū)表決，同時(shí)對表決后的輸出信號進(jìn)行回檢，確保輸出信號的正確，提升系統(tǒng)安全性。

作為優(yōu)選，使用GPS提供速度信息作為參考，通過物理方法檢測列車空轉(zhuǎn)、打滑等異常狀況，提升了異常狀況檢測準(zhǔn)確性；使用GPS提供的空間三維坐標(biāo)，通過無線通信終端將列車空間坐標(biāo)發(fā)送至控制中心，實(shí)現(xiàn)GIS地圖功能，可提升控制中心根據(jù)外部突發(fā)狀況，對列車運(yùn)行安全進(jìn)行預(yù)判的準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，使用速度傳感器+GPS的組合測速算法，通過三取二方式對測速信息的有效性進(jìn)行判斷，能夠?qū)Σ豢捎玫脑O(shè)備信息進(jìn)行過濾，提高列車測速精度，且當(dāng)偵測到該設(shè)備信息可用時(shí)，能夠自動(dòng)將其恢復(fù)，提高系統(tǒng)可用性；使用速度傳感器+GPS的組合定位算法，提高列車定位精度，有效避免單一定位裝置失效后，列車定位丟失的問題。

本實(shí)用新型的有益效果：根據(jù)單軌列車的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地面對列車通過非接觸方式定位，解決了單軌列車無法與軌道接觸、無雙軌形成閉合回路等列車定位的問題，提升了異常狀況檢測準(zhǔn)確性，列車自身實(shí)現(xiàn)三維空間定位，更加安全、豐富的信號輸入輸出接口，在大幅提升列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的安全性及可擴(kuò)展性、可靠性、可用性、可維護(hù)性的同時(shí)，適應(yīng)了單軌列車系統(tǒng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來詳細(xì)說明本實(shí)用新型；

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型列車接口機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型應(yīng)用于單軌信號系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

參照圖1-4，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：適用于單軌的列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，包括車載控制器CC、無線通信終端MR、GPS、人機(jī)交互界面TOD、應(yīng)答器傳輸模塊BTM、速度傳感器ODO、列車接口單元TIU，車載控制器CC分別與無線通信終端MR、GPS、人機(jī)交互界面TOD、應(yīng)答器傳輸模塊BTM、速度傳感器ODO、列車接口單元TIU連接。

本具體實(shí)施方式車載控制器作為列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的核心設(shè)備，由Ⅰ系安全計(jì)算機(jī)、Ⅱ系安全計(jì)算機(jī)兩套結(jié)構(gòu)一致的安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱及一套列車接口機(jī)箱組成，其中兩套安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱構(gòu)成了能提升系統(tǒng)可用性的“二乘”結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)的可用性，所述的安全計(jì)算機(jī)機(jī)箱包括有主控單元CPU、交換單元SWM、記錄單元DRU、測速測距單元SMU、安全輸入單元VIU、安全輸出單元VOU、CAN接口單元CAN、電源單元PSU、輸入調(diào)理板ITB、輸出調(diào)理板OTB；所述的列車接口機(jī)箱包括有電源單元PSU、GPS單元GPU、繼電器板RLY、轉(zhuǎn)接板TB，各單元采用1000M網(wǎng)絡(luò)與交換模塊相連，通過交換單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸；在不同的應(yīng)用環(huán)境中實(shí)施時(shí)，可將圖2中安全輸入單元VIU、安全輸出單元VOU板卡根據(jù)輸入、輸出接口的數(shù)量按需配置，也可將圖3中繼電器板RLY板卡根據(jù)接口方式的不同替換為對應(yīng)接口的板卡，以提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

(1)主控單元CPU：作為車載控制器的主處理單元，完成車載控制大部分功能，每個(gè)主控單元內(nèi)部采用CPUM、CPUC兩塊CPU控制器組成二取二表決系統(tǒng)，同時(shí)采用2套安全計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱備冗余，組成了二乘二取二的系統(tǒng)架構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可用性、可靠性和安全性。

(2)交換單元SWM：采用1000M以太網(wǎng)通信方式，負(fù)責(zé)安全計(jì)算機(jī)與外部輸入、輸出等板卡間的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互。

(3)記錄單元DRU：負(fù)責(zé)記錄車載控制器自診斷、故障報(bào)警及列車運(yùn)行重要數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以日志文件的形式保存在外置存儲(chǔ)設(shè)備中，調(diào)試人員或維護(hù)人員可通過日志查看工具分析日志文件。

(4)測速測距單元SMU：通過采集速度傳感器和GPS傳感器的信息實(shí)現(xiàn)速度測量與走行距離計(jì)算，測速測距單元內(nèi)置兩塊FPGA作為主控器，兩塊FPGA的數(shù)據(jù)通過表決通道實(shí)現(xiàn)二取二表決。

(5)安全輸入單元VIU：具備24路安全數(shù)字量輸入采集能力，安全輸入單元內(nèi)置兩塊FPGA作為主控器，兩塊FPGA的數(shù)據(jù)通過表決通道實(shí)現(xiàn)二取二表決。

(6)安全輸出單元VOU：具備8路安全數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)能力，安全輸出單元內(nèi)置兩塊FPGA作為主控器，兩塊FPGA的數(shù)據(jù)通過表決通道實(shí)現(xiàn)二取二表決。

(7)CAN接口單元CAN：通過CAN總線通信方式與應(yīng)答器傳輸模塊BTM進(jìn)行數(shù)據(jù)交互獲取地面應(yīng)答器信息，同時(shí)也預(yù)留與感應(yīng)環(huán)線等設(shè)備的通信通道。

(8)電源單元PSU：負(fù)責(zé)為其它板卡提供+12VDC供電。

(9)GPS單元GPU：為測速測距單元提供列車速度及位置信息。

(10)繼電器板RLY：布置安全繼電器，對外提供繼電器干接點(diǎn)信號。

(11)輸入調(diào)理板ITB：負(fù)責(zé)速度傳感器脈沖信號轉(zhuǎn)接、安全型數(shù)字量輸入對外保護(hù)(防雷防浪涌功能和防靜電設(shè)計(jì))以及同步脈沖信號觸發(fā)。

(12)輸出調(diào)理板OTB：負(fù)責(zé)安全型數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)對外保護(hù)(防雷防浪涌功能和防靜電設(shè)計(jì))，同時(shí)為繼電器板提供電源。

(13)轉(zhuǎn)接板TB：輸出調(diào)理板至繼電器板信號轉(zhuǎn)接板。

本具體實(shí)施方式的主要功能是連續(xù)檢測列車位置，并根據(jù)點(diǎn)式通信設(shè)備發(fā)送的地面移動(dòng)授權(quán)執(zhí)行超速防護(hù)、緊急停車、車門監(jiān)控等功能。主要功能包括：

(1)列車速度檢測：根據(jù)測速裝置、GPS模塊的輸入信息實(shí)現(xiàn)列車速度和運(yùn)行方向的檢測。

(2)列車定位：根據(jù)列車測速裝置、點(diǎn)式應(yīng)答器和GPS模塊提供的定位信息進(jìn)行位置校正，ATP系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算列車的位置。

(3)速度-距離安全制動(dòng)模型：根據(jù)線路數(shù)據(jù)和列車屬性，計(jì)算列車的安全制動(dòng)模型，采用連續(xù)式速度－距離式控制模式。

(4)超速防護(hù)：ATP自動(dòng)檢測列車運(yùn)行速度是否符合當(dāng)前允許速度，否則觸發(fā)緊急制動(dòng)。包括兩方面的安全限制：最嚴(yán)格限速曲線(MRSP)、行車許可終點(diǎn)。

(5)退行防護(hù)：ATP實(shí)時(shí)監(jiān)測列車運(yùn)行方向，在有地面授權(quán)的情況下，允許反向運(yùn)行一定的容忍范圍，超出將導(dǎo)致ATP系統(tǒng)實(shí)施緊急制動(dòng)，一般適用于列車站臺(tái)停車時(shí)。

(6)溜車防護(hù)：對停穩(wěn)的列車進(jìn)行監(jiān)控，防止列車向與本務(wù)操作臺(tái)方向控制器的當(dāng)前狀態(tài)沖突的方向運(yùn)行，ATP檢測到列車溜車超過容忍范圍后觸發(fā)緊急制動(dòng)。

(7)零速檢測和停穩(wěn)監(jiān)督：根據(jù)測速裝置的信息，判斷列車是否達(dá)到零速，監(jiān)控列車停穩(wěn)是在站內(nèi)打開車門和站臺(tái)屏蔽門的安全前提。

(8)列車完整性監(jiān)督：ATP實(shí)時(shí)監(jiān)測來自列車安全輸入的列車完整性信號，當(dāng)列車完整性信號缺失時(shí)觸發(fā)緊急制動(dòng)。

(9)車門及屏蔽門/安全門的監(jiān)控：ATP系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控車門及屏蔽門/安全門的狀態(tài)，當(dāng)?shù)秸玖熊囋谡九_(tái)區(qū)停穩(wěn)后并滿足停車精度要求時(shí)，ATP才允許打開車門及屏蔽門/安全門；車門及屏蔽門/安全門安全關(guān)閉后才允許列車自車站發(fā)車；列車在站間運(yùn)行時(shí)，若檢測到車門打開，ATP應(yīng)報(bào)警，該報(bào)警信息將在下一站停站時(shí)才能清除。

(10)發(fā)車監(jiān)督：列車在站臺(tái)停穩(wěn)且車門打開后，系統(tǒng)輸出切除牽引，此時(shí)發(fā)車監(jiān)督功能啟動(dòng)。該功能啟動(dòng)后ATP將禁止列車移動(dòng)，直至檢測到車門、屏蔽門/安全門、出站信號機(jī)等發(fā)車條件滿足時(shí)，車載ATP恢復(fù)牽引并允許司機(jī)發(fā)車。

(11)駕駛模式切換：根據(jù)運(yùn)營場景和列車狀態(tài)，ATP系統(tǒng)可在不同駕駛模式中切換。

(12)線路數(shù)據(jù)管理：ATP系統(tǒng)負(fù)責(zé)維護(hù)自身的線路數(shù)據(jù)庫，并確保數(shù)據(jù)庫版本號與中心服務(wù)器中保持一致，不一致時(shí)從中心服務(wù)器獲取最新線路數(shù)據(jù)。

(13)數(shù)據(jù)通信：包括ATP與外部設(shè)備ZC、ATO等的通信。

單軌信號系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由車載和軌旁兩大子系統(tǒng)所組成(圖4)，車載列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)ATP是車載子系統(tǒng)的核心，是列車控制的關(guān)鍵設(shè)備，車載ATP可通過與軌旁計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI及區(qū)域控制器ZC的配合，實(shí)現(xiàn)單軌列車運(yùn)行的自動(dòng)防護(hù)功能。

本具體實(shí)施方式與已有技術(shù)在硬件方面對比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

(1)使用計(jì)軸、歐標(biāo)應(yīng)答器等非接觸設(shè)備，解決了單軌列車(橡膠輪胎、跨座式或懸掛式)無法與軌道接觸、無雙軌形成閉合回路等列車定位的問題；

(2)使用GPS提供的速度信息作為參考，通過物理方法檢測列車空轉(zhuǎn)、打滑等異常狀況，提升了異常狀況檢測準(zhǔn)確性；

(3)使用24路雙通道表決安全輸入模塊，大幅提升了列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)輸入設(shè)備接口擴(kuò)展性能，同時(shí)采用雙通道對輸入信號進(jìn)行表決處理，提升了系統(tǒng)的安全性；

(4)使用8路雙通道表決安全輸出模塊，對輸出信號通過進(jìn)行雙驅(qū)表決，同時(shí)對表決后的輸出信號進(jìn)行回檢，確保輸出信號的正確，提升了系統(tǒng)的安全性；

(5)對RS-485、RS-422、CAN、ETH等通信模塊提供預(yù)留接口，可根據(jù)具體的應(yīng)用需求，配置不同的通信模塊，大幅提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；

(6)本系統(tǒng)與地面控制中心之間通過無線通信終端進(jìn)行通信，可將列車運(yùn)行情況實(shí)時(shí)發(fā)送至地面控制中心，同時(shí)地面也可將當(dāng)前路況、車輛限速等信息實(shí)時(shí)發(fā)送至列車，提升了列車的安全性；

(7)系統(tǒng)中所有設(shè)備均采用雙通道，進(jìn)行二取二表決，在雙通道表決一致的前提下，相應(yīng)的控制命令才執(zhí)行，以提升系統(tǒng)的可靠性；

(8)系統(tǒng)核心設(shè)備均采用兩套冗余，進(jìn)行二乘二熱備，一套系統(tǒng)發(fā)生故障，另一套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，提升了系統(tǒng)的可用性；

(9)系統(tǒng)采用前出線接口方式，且所有板塊采用前插拔式，并配有助拔器，一旦出現(xiàn)故障，可方便的進(jìn)行維修，提升了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

本具體實(shí)施方式與已有技術(shù)在軟件方面對比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

(1)使用GPS提供的空間三維坐標(biāo)，通過無線通信終端將列車空間坐標(biāo)發(fā)送至控制中心，實(shí)現(xiàn)GIS地圖功能，可提升控制中心根據(jù)外部突發(fā)狀況，對列車運(yùn)行安全進(jìn)行預(yù)判的準(zhǔn)確性；

(2)使用“速度傳感器+GPS”的組合定位算法，提高列車定位精度，且有效避免了單一定位裝置失效后，列車定位丟失的問題；

(3)使用“速度傳感器+GPS”的組合測速算法，通過三取二方式對測速信息的有效性進(jìn)行判斷，能夠?qū)Σ豢捎玫脑O(shè)備信息進(jìn)行過濾，提高列車測速精度，且當(dāng)偵測到該設(shè)備信息可用時(shí)，能夠自動(dòng)將其恢復(fù)，提高了系統(tǒng)的可用性；

(4)使用獲取到的歐標(biāo)應(yīng)答器的位置信息，通過計(jì)算得出列車安全定位，同時(shí)對列車運(yùn)行累計(jì)誤差進(jìn)行消除，進(jìn)一步提高列車定位精度；

(5)設(shè)定速度-距離安全制動(dòng)模型，優(yōu)化算法，通過計(jì)算繪制列車制動(dòng)曲線，提升計(jì)算效率；

(6)設(shè)定最嚴(yán)格限速曲線及移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)，優(yōu)化算法，通過計(jì)算繪制緊急制動(dòng)曲線、常用制動(dòng)曲線，提升列車運(yùn)行安全性；

(7)設(shè)定移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)，優(yōu)化算法，對移動(dòng)授權(quán)進(jìn)行計(jì)算，并對移動(dòng)授權(quán)有效性進(jìn)行監(jiān)督、驗(yàn)證，提升列車運(yùn)行安全性。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。