具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动的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。

本发明针对现有技术中由于受列车制动性能影响线路通过能力低的问题，通过改进现有车载ATP子系统，能够实时采集列车的位置信息和速度信息，依托LTE车地无线通信网络，能有效缩短列车间隔，从而提高线路通过能力。以下将具体通过多个实施例对本发明进行展开说明和介绍。

图1为本发明提供的车载ATP子系统的结构示意图，该子系统可以用于实现列车的自动保护，如图1所示，该系统包括处理器101以及分别与处理器101通信连接的测速设备102、列车接口单元103、定位设备104和长期演进LTE设备105；

其中，测速设备102包括加速度计组和安装在不同车轴的速度传感器，所述速度传感器用于测量所述车轴的转速，所述加速度计组用于测量列车加速度；

列车接口单元103用于将所述车载ATP子系统连接至列车操作台和牵引/制动系统；

定位设备104用于获取列车的定位信息；

长期演进LTE设备105用于实现所述车载ATP子系统与轨旁控制器间连续的实时通信；

处理器101用于基于所述速度传感器测量的转速和所述加速度计组测量的列车加速度，确定列车的实时速度，以及，基于所述定位信息，确定列车实时位置。

可以理解为，如图1所示，本发明的车载ATP子系统至少应包括处理器101以及分别与处理器101通信连接的测速设备102、列车接口单元103、定位设备104和长期演进LTE设备105，分别用于实现测量列车车轴的转速和列车加速度、建立车载ATP子系统与列车操作台和牵引/制动系统间的连接关系、获取列车的定位信息，实现车载ATP子系统与轨旁控制器间连续的实时通信，以及控制列车安全运行的处理流程。其中轨旁控制器可以是轨旁控制器，轨旁控制器管理全线列车，根据列车位置和联锁信息计算行车许可。

其中，处理器101具体可以是模块化安全计算机，用于根据测速设备的测量结果确定列车实时的位置信息，同时可以根据定位设备的测量结果确定列车实时的速度信息，并可将确定的位置信息和速度信息传输到轨旁控制器。

可选地，所述车载ATP子系统采用二乘二取二的安全冗余技术。也就是说，本发明的车载ATP子系统通过采用“二乘二取二”的安全冗余技术，确保车载子系统的安全性、可靠性及可用性。体现在处理器101上，则作为处理器的模块化计算机平台可采用二乘二取二主机结构，满足铁路应用的可靠性、可用性、可维护性和安全性要求。

其中，二乘二取二系统是轨道交通中故障导向安全的一种技术措施，连锁机有四个计算机处理信息，按处理器不同与操作系统不同分为两类系统。双套系统同时工作，而每套系统采用两台相同的计算机进行数据处理，同时产生两组采集同一工作的数据，而系统又从中提取两个相同的命令信息作为最终执行。主要通过系统冗余提高安全性，2X2台计算机进行计算采用各自一台的结果进行对比，输出一致就发出这个结果，不一致便报警。

测速设备102包含了速度传感器和加速度计两部分结构，其中速度传感器是在不同车轴安装的两套独立的速度传感器，加速度计是安装的三个加速度计，三个加速度计组成加速度计组。通过加速度计加速度和速度传感器速度融合获得精准的列车速度。加速度计还可以用于列车的空转打滑判断。

如图1所示，列车接口单元103用于连接本发明的车载ATP子系统以及列车上的其它操作控制系统，包括列车机车操作台以及牵引/制动系统，以实现列车的联合控制。

定位设备104可以为北斗设备，可以通过北斗定位获取经纬度信息，以用于列车位置矫正。其中，可以设置冗余的北斗设备。

长期演进LTE设备105是实现车地通信的关键，通过长期演进LTE设备105建立通信环境，车载ATP子系统与作为轨旁控制器的轨旁控制器可以进行实时的信息交互。轨旁控制器管理全线列车，根据列车位置和联锁信息计算行车许可，车载ATP子系统设备主动定位，依据行车许可实施制动曲线防护，最终实现基于列车实时位置的安全追踪运行。

可选地，长期演进LTE设备105可以采用大容量的双向冗余结构，也即利用长期演进LTE设备105可以构建大容量双向冗余的LTE车地无线通信网络，以实现车载ATP子系统与轨旁控制器的实时地连续的双向通信。

本发明提供的车载ATP子系统，通过改进现有车载ATP子系统，能够实时采集列车的位置信息和速度信息，依托LTE车地无线通信网络，能有效缩短列车间隔，从而提高线路通过能力。

进一步的，如图1所示，在根据上述各实施例提供的车载ATP子系统的基础上，本发明的车载ATP子系统还包括分别与处理器101通信连接的直接媒体接口DMI单元106、应答器传输BTM单元107和切换设备108。

其中，直接媒体接口DMI单元106用于通过显示屏展示列车驾驶信息，以及接收用户的操作控制指令；应答器传输BTM单元107用于接收应答器信息；所述切换设备用于在满足设定条件时将所述车载ATP子系统与列车运行监控装置LKJ进行不停车自动切换。

可以理解为，如图1所示，在具有用于检测列车速度的测速设备102、与列车操控单元连接的列车接口单元103、用于检测列车实时位置的定位设备104、与轨旁控制器实时通信的LTE设备105以及控制核心处理器101的基础上，本发明的车载ATP子系统还可以包括额外的附属设备，包括用于列车驾驶人员进行人机交互的直接媒体接口单元106、用于接收应答器信息的应答器传输BTM单元107以及用于实现与列车运行监控装置LKJ进行不停车自动切换的切换设备108。

本发明车载ATP子系统中安装了一套BTM设备(即应答器传输BTM单元107)，并配备一套DMI单元设备(即直接媒体接口DMI单元106)，DMI设备通过显示屏向司机提供直观的驾驶信息，并通过触摸屏操作辅助司机完成操作控制。可选地，DMI显示屏亮度可通过人工调节与驾驶室环境相适应。另外，本发明的车载ATP子系统还可以包括可控列尾设备，用于提供北斗定位和风压信息。

本发明通过设置直接媒体接口DMI单元和应答器传输BTM单元，能够实现与列车操作人员间友好的人机交互，且方便操作人员操作，便利性和安全性更高。同时，通过设置切换设备，能够实现车载ATP子系统与列车运行监控装置LKJ的不停车切换，从而能够保障列车的运行效率。

进一步的，在根据上述各实施例提供的车载ATP子系统的基础上，本发明的车载ATP子系统还包括基于互联互通标准规范的标准化接口；所述标准化接口包括测速设备接口、定位设备接口、无线通信接口、开关量接口、移动授权接口以及地面控制系统接口。

可以理解为，现有老旧线路由于信号设备和车辆供应商众多，且没有统一的接口规范，导致车载信号设备和车辆接口形式众多，纷繁复杂。针对此问题，本发明采用互联互通标准规范，对车辆接口进行规范化改造，以标准化接口为基础，实现系统兼容。其中，标准化接口包括：

测速设备接口：用于连接速度传感器、加速度计；

定位设备接口：用于连接BTM、北斗；

无线通信接口：用于LTE连接；

开关量接口；

移动授权接口：用于连接轨旁控制器；

地面控制系统接口：用于连接联锁、调度集中控制系统(Centralized TrafficControl System，CTC)以及临时限速服务器系统(Temporary Speed Restriction Server，TSRS)等。

车载ATP子系统是保证列车运行安全、提高运输效率的关键设备，本发明车载ATP子系统通过将硬件和软件均按标准化功能模块进行设计，能够提高车载ATP子系统的接口能力和简洁程度，从而更便于扩展功能和系统维护。

其中，根据上述各实施例所述的车载ATP子系统可选地，所述处理器用于实现以下功能中至少之一：

基于多传感器信息融合进行列车测速测距；

基于卫星设备采集的位置信息，进行列车卫星定位；

提供货运列车安全制动模型，并通过列车安全制动模型进行紧急制动；

对列车进行完整性检查；

ATP与列车运行监控装置LKJ不停车自动切换；

车载设备智能维护诊断。

可以理解为，本发明通过对车载ATP设备的改造，能够实现实时采集列车的位置、速度、牵引、制动、风压等状态信息，依托大容量双向冗余的LTE车地无线通信网络，车载ATP与轨旁控制器进行实时的信息交互，轨旁控制器管理全线列车，根据列车位置和联锁信息计算行车许可，车载ATP子系统设备主动定位，依据行车许可实施制动曲线防护，最终实现基于列车实时位置的安全追踪运行。

具体的，本发明的车载ATP子系统中，可以通过在列车上设置多个速度传感器和加速度传感器，并应用基于多传感器信息融合的列车测速测距技术，实现基于多传感器信息融合进行列车测速测距的功能；

或者还可以通过接入BTM、北斗卫星等卫星数据系统，并应用列车卫星定位技术，实现基于卫星设备采集的位置信息进行列车卫星定位的功能；

或者还可以通过分析货运列车的运行特性和制动特性，构建货运列车的安全制动模型，并通过列车安全制动模型对列车进行紧急制动；

或者还可以通过应用列车完整性检查技术，对列车进行完整性检查；

或者还可以通过应用切换模块，提供ATP与列车运行监控装置LKJ间不停车自动切换的技术，从而实现在列车正常运行状态下即能够实现ATP与列车运行监控装置LKJ间的相互切换；

或者还可以设置对车载设备进行故障诊断和性能维护的控制机制，当列车出现故障或性能异常时，能够自动运行故障诊断流程并推荐维护策略，从而实现车载设备的智能诊断与维护能力。

本发明依托车地无线通信网络、车载高精度自主定位、高可靠完整性识别等关键技术，能够实现基于列车实时位置的安全追踪运行。

进一步地，本发明所述的车载ATP子系统，所述处理器还用于实现如下功能中至少之一：

实现在出入段、调车或引导进站场景下的车载设备工作模式管理；

基于风压和北斗定位信息，对列车进行完整性检查；

基于线路信息和列车行车许可，进行安全速度曲线计算；

基于地面应答器和北斗定位信息，进行列车定位和列车位置校正；

基于列车安全驾驶速度曲线，进行列车超速防护；

根据地面轮径校正应答器信息进行轮径校正；

基于列车精确定位，进行自动过分相功能；

溜逸防护和退行防护功能；

支持数据记录和转储，维护运行数据和故障信息的显示和存储。

可以理解为，本发明车载ATP子系统功能为确保货运列车的安全运行，所有功能都依照“故障导向安全”原则设计，除上述实施例列举的关键功能外，本发明的车载ATP子系统还功能包括上述列举的附加功能中的一个或者任意多个的组合。

具体而言，本发明车载ATP子系统中的处理器可以根据列车在运行过程的不同场景或阶段，通过设置各场景或阶段分别对应的运行模式。当列车运行在出入段、调车或引导进站等场景或阶段下时，可以实现在这些场景或模式下的车载设备工作模式自动控制与关联。

或者还可以根据车载ATP子系统中设置的风压检测设备和北斗定位设备，分别获取列车运行环境的风压信息和列车的北斗定位信息，对列车进行完整性检查。

或者还可以根据现有的列车线路信息以及地面控制设备提供的列车行车许可，计算列车的安全速度，并针对不同运行区间的安全速度进行安全速度曲线规划。

在进行安全速度曲线规划的基础上，本发明中的处理器或者还可以根据规划的列车安全驾驶速度曲线，监控列车是否超过安全驾驶速度，若超过则进行列车超速防护。

或者还可以获取轨旁设备中地面应答器发送的信号，同时利用定位设备获取北斗定位信息，之后根据接收的轨旁设备的信号确定轨旁设备的编号以及位置信息等，同时结合北斗定位信息，对列车进行初步定位并进行位置的校正。

在对列车进行精确定位的基础上，本发明中的处理器还可以对列车进行自动过分相的控制。其中可以理解的是，在列车长距离行驶过程中，接触网供电会来自不同的变电所，在两变电所接触网供电交接处会有一段无电区。自动过分相即是控制列车安全惰行地通过该无电区，而无需进行升降弓的列车运行控制方式。

或者还可以获取轨旁设备中地面轮径校正应答器发送的列车轮径信息，并在根据该信息确定测量轮径与预设不一致时，进行轮径校正。

或者还可以根据列车安全运行规定，对列车进行溜逸防护控制和退行防护控制。其中溜逸是指停留在线路上的列车由于没采取止轮措施或止轮措施不当而发生的自然移动。溜逸防护则是为保障列车在溜逸过程运行安全而采取的控制操作。退行是指列车在运行区间内向后倒退行进或者由运行区间退回车站。同理退行防护是为保障列车在退行过程运行安全而采取的控制操作。

或者还可以对列车运行和控制过程的数据信息以及列车故障等数据信息进行记录、存储、转存储，并可对记录的数据信息进行维护和显示等。

本发明通过设置处理器应对列车各种运行场景的控制策略和功能，使得在实际列车运行过程中出现相应的状况时，能够快速响应运行相应的控制流程，在保证列车运行安全的同时响应速度更快。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供一种列车发车联合控制系统，如图2所示，为本发明提供的列车发车联合控制系统的结构示意图，包括如上述各实施例所述的车载ATP子系统201以及轨旁控制器202，车载ATP子系统201与轨旁控制器202间保持连续的双向通信。

其中，车载ATP子系统201通过所述双向通信不间断的向轨旁控制器202传输列车的位置信息和速度信息；轨旁控制器202根据所述位置信息和所述速度信息，确定列车的安全行车间隔，并通过所述双向通信将所述安全行车间隔发送给车载ATP子系统201，以供车载ATP子系统201根据所述安全行车间隔控制列车运行。

可以理解为，本发明在实现列车的发车控制时，需要联合列车上配置的车载ATP子系统201和地面设置的轨旁控制器202，通过车载ATP子系统201与轨旁控制器202间双向冗余的LTE车地无线通信网络，车载ATP子系统201将列车的实时速度和实时位置传递给轨旁控制器202，同时轨旁控制器202根据接收到的实时速度和实时位置信息，确定列车的安全行车间隔，并将其返回给车载ATP子系统201。

也就是说，本发明的列车发车联合控制系统中列车上车载ATP子系统201和轨旁控制器202必须保持连续的双向通信。列车通过车载ATP子系统201不间断向轨旁控制器202传输其标识、位置、方向和速度等信息，轨旁控制器202根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔，并将相关信息(如先行列车位置、移动授权等)通过车载ATP子系统201传递给列车，控制列车运行。

本发明依托大容量双向冗余的LTE车地无线通信网络，使车载ATP与轨旁控制器能够进行实时的信息交互，从而实现基于列车实时位置的安全追踪运行，保障了线路的通过能力和运营效率。

其中可选地，所述轨旁控制器具体用于：根据所述位置信息和所述速度信息，计算列车的最大制动距离，并基于所述最大制动距离、列车的长度和预设防护距离，计算所述安全行车间隔。

可以理解为，本发明的轨旁控制器在接收到列车上的车载ATP子系统发送的列车的实时位置信息和实时速度信息后，可以基于该实时位置信息和实时速度信息动态计算列车的最大制动距离。然后，获取列车的长度，同时根据实际场景设定一预设防护距离。再然后，将计算得到的最大制动距离加上列车的长度，再加上预设防护距离便得到一个与列车同步移动的虚拟分区。基于该虚拟分区控制列车的发车时间和间距，由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进，这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

本发明结合列车的位置信息和速度信息，通过计算列车的最大制动距离，并在最大制动距离的基础上叠加列车的长度和预设的防护距离，充分考虑了列车制动过程的各种影响因素，最大保障列车在突遇紧急情况时的制动安全。

基于相同的发明构思，本发明根据上述各实施例还提供一种列车发车联合控制方法，该方法通过应用上述各实施例提供的列车发车联合控制系统，实现相应的列车发车流程。因此，在上述各实施例的车载ATP子系统和列车发车联合控制系统中的描述和定义，可以用于本发明中相关处理步骤的理解，具体可参考上述各实施例，此处不在赘述。

根据本发明的一个实施例，列车发车联合控制方法的处理流程如图3所示，为本发明提供的列车发车联合控制方法的流程示意图，该方法可通过应用上述各实施例的列车发车联合控制系统实现，具体包括以下处理步骤：

首先，所述车载ATP子系统根据用户输入的配置信息，配置编组信息、ATP制动试验、列尾置号以及运转模式，并检查列车完整性状态和LTE通信状态。

也就是说，在装载有本发明车载ATP子系统的机车发车前，可以先进行手动输入编组信息、ATP制动试验、列尾置号、模式转换进入目视行车模式等操作，同时还需检查列车完整性状态以及与LTE通信状态等，以确定当前运行环境是否具备发车条件。

其次，在基于所述配置的结果和所述检查的结果确定具备发车条件时，所述轨旁控制器根据列车当前行车模式，为列车办理发车进路。

也就是说，在具备发车条件后，车站/调度可以为列车办理发车进路，允许发车。具有在为列车办理发车进路时，根据当前不同的行车模式，一般列车发车前会处于目视行车模式或完全监控模式，则针对这两种不同的模式，可分别采用不同的处理流程办理发车。

最后，所述车载ATP子系统根据所述发车进路驱动发出列车，并在列车发出后，实时获取测速设备测得的速度信息和定位设备测得的列车的定位信息，并基于所述速度信息确定列车的实时速度，基于所述定位信息，确定列车的实时位置。

也就是说，在发车后，车载ATP子系统可以实时接收测速设备、北斗设备、安全列尾、地面轨旁控制器等设备发送的信息，并通过安全计算机平台，实现模式管理、测速测距、完整性检查、计算防护曲线、列车定位和位置校正、超速防护、轮径较正、自动过分相、人机交互、溜逸防护和退行防护、与LKJ不停车切换、数据记录和转储等功能，并最终实现列车的安全、高效发车。

本发明提供的列车发车联合控制方法，通过改进现有车载ATP子系统，能够实时采集列车的位置信息和速度信息，依托LTE车地无线通信网络，能有效缩短列车间隔，从而提高线路通过能力。

其中可选地，所述轨旁控制器根据列车当前行车模式，为列车办理发车进路，包括：所述轨旁控制器识别列车的当前行车模式，若所述当前行车模式为目视行车模式，则在先发列车出清发车进路后，所述轨旁控制器为列车办理发车进路，并在根据所述发车进路发车且列车头到达距股道发车信号机设定范围内时，将列车的当前行车模式升级为完全监控模式；若所述当前行车模式为完全监控模式，则在前车出清两条发车进路的冲突道岔后，为列车办理发车进路。

可以理解为，在判断具备发车条件后，车站/调度为列车办理发车进路，允许发车。列车发车前可能处于目视行车模式或完全监控模式。对于目视行车模式的待发列车，需等到先发列车出清发车进路后，才能为其办理发车进路。司机驾驶列车驶向股道发车信号机，车头接近股道发车信号机时升级为完全监控模式。

对于完全监控模式的待发列车，前车出清两条发车进路的冲突道岔后，即可为该车办理发车进路。同时，如果先发列车和后发列车均为完全监控模式列车，系统还可实现“连续发车”。

本发明通过先判断列车的当前行车模式，再根据不同的当前行车模式采取不同的处理方式为列车办理发车进路，能够更合理的结合实际列车运行环境控制列车发车，安全可靠性更强。

可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(如个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各方法实施例或者方法实施例的某些部分所述的方法。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。