1.本发明涉及一种列车安全防护方法和系统，属于轨道交通领域，具体是涉及一种基于协同编队的列车安全防护方法和系统。


背景技术：

2.随着轨道交通信号与控制专业的长足发展与深入应用，轨道行业需求市场对列车技术各方面都提出了更高的要求，其中包括列车的编组运行问题。现行的基于移动闭塞追踪模式下的基于通信的列车控制 communicationbased train control (cbtc)运行模式相对固定闭塞已经很大程度上缩短了列车间追踪距离，并且采用车地双向实时通信的方式对列车运行状态与线路位置进行防护。列车重连技术的应用，也有效地增加了线路运营能力。不过，线路运营的灵活性不足,在季节性客流变化或日客流峰谷变化大的运营场景下，按照传统的分时固定发车模式很难适应现实需求。受到线路单车追踪模式限制，列车间追踪距离较远，浪费太多的线路资源，轨道交通本来就是高成本投入项目并且目标群体为广大民众，对经济效益、运行效率等都应当尽可能考虑。另外，列车重联技术中受到车钩对车体的物理磨损、线路长度和车体自身物理特性等因素限制，也只能以有限列车重联编组运行。
3.现有基于车地通信的cbtc运行模式，无法做到车车通信，也就无法做到列车间协同编队运行，这无疑使得列车间追踪距离难以进一步缩小，极大地浪费了线路资源，同时限制了线路运行效率。
4.现有列车重联技术，列车与列车的链接是以实际的车钩实现的，这造成了车体之间实际接触，由于列车本身质量巨大，其惯性也巨大，在运行中时刻产生车体磨损，致使维修困难和维修成本过高；而且受到线路尺度、列车自身物理特性的限制，参与重联的列车数量不可能太多，对线路运能只是小量的提升而不是质的飞跃。
5.因此，对现有技术中的列车通信进行改进，以满足列车安全防护并适应不同应用场景的需求，是当前迫切需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.本发明主要的目的是解决现有技术中以cbtc模式的列车追踪为单车运行模式，其实现的通信过程为车地通信，难以实现车车协同，导致列车间追踪距离过大，线路使用充分性不够，资源浪费严重的技术问题，提供了一种基于协同编队的列车安全防护方法、系统和装置。本发明的方案列车之间存在通信，可以实现车车协同编队，以期望获得更小的列车追踪距离。
8.本发明还有一目的是解决现有技术中列车重联技术对列车本身的物理磨损严重，导致维修困难、维修频率变高以及维修成本过大，并且列车重联受到线路实际尺度以及列车自身庞大的物理特性的限制，每次能够参与重联的列车数量有限的技术问题，提供了一种基于协同编队的列车安全防护方法、系统和装置。本发明的方案采用车车通信的方式，控制列车协同编组运行，从而取消链接列车的实际车钩，取而代之的是虚拟的链接，避免了车体之间的物理接触，也就避免了车体磨损，同时编组数量很大程度上可不受物理尺度约束，编组数量理论上无上限。
9.为解决上述问题，本发明的方案是：一种基于协同通信的列车安全防护方法，包括：协同运行步骤，所述协同运行步骤将多个列车编为一组，具体为：基于邻车通信模块在前后邻车之间分享各列车的自身速度位置以及当前运行状态；将编组内首车和尾车设置为cbtc式运行并且将自身信息和追踪前方信息与邻车分享；将组内位于首车和尾车之间的列车设置为追踪模式，所述追踪模式基于追踪到的前车的安全车尾位置跟随前车运行。
10.优选的，上述的一种基于协同通信的列车安全防护方法，当不同线中上的列车待加入已有编组时，采用列车头加车模式，所述列车头加车模式下，待加入车事先与原编组建立通信，侧线列车进入正线并在原编组之前组成新的编组，新加入列车按cbtc模式运行，原编组首车设置为追踪模式。
11.优选的，上述的一种基于协同通信的列车安全防护方法，当不同线中上的列车待加入已有编组时，采用队中加车模式，所述队中加车模式下，待加入车事先与编组建立通信，新加车位置之前列车过侧线点减速停车并留出待加入车驶入正线后停车安全余量；新加车位置之后列车在过侧线点之前停车，待加入车驶入正线，追踪前车安全车尾并停车，整体以新编组重新建立车车通信，协同向前运行。
12.优选的，上述的一种基于协同通信的列车安全防护方法，当不同线中上的列车待加入已有编组时，采用车尾加车模式，所述车尾加车模式下，待加入车事先与原编组车建立通信，原编组车尾驶过侧线点后，侧线列车进入正线并组成新的编组。
13.优选的，上述的一种基于协同通信的列车安全防护方法，包括协同编组步骤，具体为：由列车自动监控系统ats向线路控制器lc发送编组命令；所述线路控制器lc响应于所述列车自动监控系统ats发送的编组命令，通知列车自动防护atp将首车设置为第一模式，并将自身信息发送至共享中心；由列车自动监控系统ats向线路控制器lc发送车车通信命令和编组命令；所述线路控制器lc响应于所述列车自动监控系统ats发送的车车通信命令和编组命令，通知列车自动防护atp将待编组列车设置为第二模式，并将自身信息发送至共享中心；所述线路控制器lc基于接收到的由列车自动防护atp发送的信息向列车自动监控系统ats反馈编组信息。
14.优选的，上述的一种基于协同通信的列车安全防护方法，包括协同解编步骤，具体为：列车之间先恢复传统cbtc模式下的列车防护，随后中断车车通信。
15.一种基于协同通信的列车安全防护系统，包括：邻车通信模块，用于与前后邻车分享自身速度位置及当前运行状态；列车控制器，可设置为cbtc模式和追踪模式；其中：所述cbtc模式下列车基于cbtc的控制在线路运行，并且将自身信息和追踪前方信息与组内的后车分享；所述追踪模式基于追踪到的前车的安全车尾位置跟随前车运行。
16.因此，本发明的优点是：（1）本发明是一种基于协同编队技术的列车安全防护方法，采用车车通信的手段实现列车间信息交互，使每一辆列车都知道与自己相邻的前后列车全部运行信息，从而按速度
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距离曲线直接追踪自己前车安全车尾位置，获得比cbtc追踪模式更小的追踪距离，每辆列车占用更少的线路资源，从而实现线路利用效率最大化；（2）本发明采用基于协同编组的列车安全防护，不同于以往列车按分时表单车发车，现在可以实现多列车同时发车，以实现在应对高峰客流场景时的运营灵活性，提高运行服务能力与经济效益；（3）本发明取消传统编组中使用的实际物理链接—车钩，避免了列车车体之间的物理磨损，大大降低了维修难度与维护成本，从而实现更高的经济效益。
附图说明
17.并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
18.图1例示了本发明实施例中的车车通信示意图；图2例示了本发明实施例中的邻车通信矩阵示意图；图3例示了本发明实施例中的编组内单车追踪原则示意图；图4例示了本发明实施例中的静态编组示意图；图5例示了本发明实施例中的动态编组示意图；图6例示了本发明实施例中的列车头加车时的示意图；图7例示了本发明实施例中的队中加车时的示意图；图8例示了本发明实施例中的尾加车时的示意图；图9例示了本发明实施例中的编组解码示意图。
19.下面将参照附图描述本发明的实施例。
20.图中，基于通信的列车控制 communication based train control ( cbtc)，列车自动监控 automatic train supervision（ats），列车自动防护 automatic train protection（atp），线路控制器 line controller(lc)，运输管理系统 transportation management system(tms)，列车重联train reconnection（tr）。
具体实施方式
21.实施例本实施例提供了一种基于协同编队的列车安全防护方法、系统和装置。
22.如图1所示，在车车通信的前提下，列车自身测速定位后通过通信手段与前后邻车分享自身速度位置及当前运行状态等信息，如图1所示；后车直接根据综合信息追踪前车的安全车尾位置；本实施例设计列车通信模式为邻车通信，即列车能与其前车和后车保持通信（如果存在前车或后车的话），那么通信矩阵为如图2所示。
23.如图3所示，为本实施例的设计编组内单车追踪原则。编组内首车（i=1）按cbtc模式在线路运行，并且将自身信息和追踪前方信息与组内后车分享；追踪列车（i=2,3,4,
…
）以速度—距离曲线模式追踪各自前车的安全车尾位置；尾车（i=n）车尾也按照cbtc原则处理。此时，编组整体在系统中被当成一列单车处理，于是车尾应当按照cbtc原则进行尾筛。
24.本实施例的主要在于列车协同编队方法设计，设计编组方案如下：编组中每列车按照如图3所示意的追踪模式运行，按照如图2所示的邻车通信模式协同运行；编组过程分为如图4所示的静态编组和如图5所示的动态编组。其中，对于静态连挂，适用情形为停车列检库或车辆段特定区域、正线存车线、终端站后折返线、特定站台等。而对于动态连挂，适用于：正线运动中低速连挂（载客车或空车）。因为列车的实际物理尺度大，其所有的行为都蕴含巨大的动能，所以在轨道上的一切动态过程（非安全测）都有必要和静止情形（停车的安全测）做出区分。
25.因为列车的实际物理尺度大，其所有的行为都蕴含巨大的动能，所以在轨道上的一切动态过程（非安全测）都有必要和静止情形（停车的安全测）做出区分除前述列车编组情况外，还存在线路中列车重构的情形，下面结合附图6
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8进行说明。
26.如图6所示，为列车头加车时的示意图，待加入车事先与原编组建立通信，侧线列车进入正线并在原编组之前，其车头按cbtc运行，原编组首车变追踪列车，按速度—距离模式追踪所加列车安全车尾，其余不变；如图7所示，为队中加车时的示意图，待加入车事先与编组建立通信，新加车位置之前列车过侧线点减速停车，并留出待加入车驶入正线后停车安全余量，新加车位置之后列车在过侧线点之前停车，待加入车驶入正线，追踪前车安全车尾并停车，整体以新编组重新建立车车通信，协同向前运行。
27.如图8所示，为车尾加车时的示意图；待加入车事先与原编组车建立通信，原编组车尾驶过侧线点，侧线列车进入正线并追踪原车组车尾；作为编组内的尾车，其车头按速度—距离模式追踪前车车尾，车尾相当于整个编组的车尾，按照cbtc原则进行尾筛处理。
28.如上所述运行过程结束之后，编组列车需要在场段解编，过程如下：编组列车开至停车列检库或车辆段特定区域；或编组列车开至正线存车线；或编组列车开至终端站后折返线；或编组列车开至特定站台；或在正线运行中直接解编；列车之间先恢复传统cbtc模式下的列车防护，随后中断车车通信；在正线区域，首车和队中列车选择解编模式后开启主控钥匙后，车载信号系统进行自检，首车以cbtc模式方式开动，其后列车顺序恢复cbtc模式，车车通信中断，列车解编完成；在车辆段库线区域，
首车和队中列车选择解编模式后开启主控钥匙后，车载信号系统进行自检，首车以rm模式方式开动，其后列车依次以限制人工驾驶（restricted train operating mode）rm模式开动，中断车车通信，完成解编；基于以上描述可知，本发明实施例采用车车通信的手段实现列车间信息交互，使每一辆列车都知道与自己相邻的前后列车全部运行信息，从而按速度
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距离曲线直接追踪自己前车安全车尾位置，获得比cbtc追踪模式更小的追踪距离，每辆列车占用更少的线路资源，从而实现线路利用效率最大化；本实施例采用基于协同编组的列车安全防护，其最大优点在于，不同于以往列车按分时表单车发车，现在可以实现多列车同时发车，以实现在应对高峰客流场景时的运营灵活性，提高运行服务能力与经济效益；本实施例取消传统编组中使用的实际物理链接—车钩，避免了列车车体之间的物理磨损，大大降低了维修难度与维护成本，从而实现更高的经济效益。
29.注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
30.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。