一种适用于多种制式信号系统验证的实现系统与方法
技术领域
本发明涉及轨道交通信号系统，尤其是涉及一种适用于多种制式信号系统验证的实现系统与方法。
背景技术
目前有很多信号厂家，仿真厂家和研究机构都开发了用于轨道交通的列控系统仿真测试平台，集成仿真的车辆及轨旁道岔、信号机应答器等设备，并接入列控系统，其目的是对列控系统的功能和性能进行测试，包括测试列车ATO正线运营，超速防护，进站停车开门，跳停扣车等列控系统功能。在当前的CBTC项目建设和对应产品开发升级迭代中发挥了重要作用。
但该类型的仿真测试平台存在一定局限性，即其接口、运行模式、支持的列控系统运行方式等是固定的。列车仿真，轨旁设备仿真，平台与列车接口方式为一套固定的列控系统服务，包含以下部分：
1)列车仿真：列车运动模型及其相关接口的仿真，包括但不限于继电接口、MVB接口、列车速度，加速度及牵引制动模型等。
2)轨旁仿真：轨旁基础设备的仿真，包括但不限于计轴、轨道电路、道岔、信号机、应答器信号、站台门等信号进行仿真。
3)仿真集成平台：对仿真设备以及被测设备进行集成管理，如依据ATO控制的车速和道岔状态控制列车的位置，发送对应列车位置的应答器信号。
由于系统架构和设计比较固定，以上描述的这类仿真测试平台往往不支持新一代列控、多模列控及新功能的技术验证，如列车自主运行系统TACS、多制式融合列控系统、在线联挂解编等新型的列控系统技术原理验证；因此如何来构建一个能支持动态配置列车位置检测、测速、占用表示、道岔控制、进路控制(部分信号系统)，及信号显示、列车运运授权计算与显示、紧急关闭等特定区域状态指示的验证系统，成为需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于多种制式信号系统验证的实现系统与方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种适用于多种制式信号系统验证的实现系统，包括：
总控制器，用于仿真不同制式的信号系统的原理，根据输入输出状态进行不同联锁制式、控制方式及闭塞制式的逻辑控制，为各类仿真轨旁设备和仿真列车设备提供控制命令；
列车控制器，与总控制器通信连接，用于仿真不同驾驶模式和自动化等级的信号系统的车载控制器；
轨道，与总控制器通信连接，用于根据信号制式验证的需要设置站台、车场股道，以及设置存车线、站前折返及站后折返轨、及对应的交叉渡线；
道岔，与总控制器通信连接，用于实现终端折返和分岔汇合运行；
信号机，与总控制器通信连接，用于验证各种闭塞方式和联锁模式；
演示列车，与列车控制器通信连接，用于根据控制信号的指令按指定速度运行，实现精确停车、追踪和折返运行；
LED光带，与总控制器通信连接，用于采用不同的颜色表示不同的信号元素；
信标，用于识别演示列车的位置。
作为优选的技术方案，所述的总控制器根据折返、分岔和汇合运行任务的需要进行道岔状态的改变。
作为优选的技术方案，所述的总控制器根据列车进路办理结果改变信号机状态。
作为优选的技术方案，所述的总控制器控制轨道为演示列车供电。
作为优选的技术方案，所述的总控制器控制LED光带颜色变化，用于直观展示信号系统的原理，包括用于验证CBTC系统实现原理、用于验证车车通信系统实现原理或未来其他新型信号系统制式的安全原理验证，其中验证CBTC系统实现原理包括列车位置追踪显示、防护区域显示和进路占用出清状态显示，验证车车通信系统实现原理包括列车追踪显示和道岔资源占用释放显示。
作为优选的技术方案，所述的列车控制器根据运行任务的需求控制不同列车的运行和启停。
作为优选的技术方案，所述的总控制器通过无线或有线或轨道调制方式向列车控制器发送控车信号。
作为优选的技术方案，所述的轨道根据共线运行的需要设置共线运行区和非共线运行区。
作为优选的技术方案，所述的演示列车运行在沙盘轨道上，其数量可配置。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于所述适用于多种制式信号系统验证的实现系统的方法，包括以下步骤：
步骤1：演示列车根据列车控制器的控制指令按照预设的脚本在沙盘上运行；
步骤2：演示列车通过读取轨道上的信标获取列车的实时位置；
步骤3：演示列车将列车的实时位置通过无线通信模块发给列车控制器；
步骤4：列车控制器通过网络协议将列车位置转发给总控制器；
步骤5：总控制器收到列车控制器之后，更新LED光带的位置，并变更LED光带的显示颜色，随着列车位置的移动，LED光带随之移动用来演示列车位置的实时监测；根据车车通信的移动终点授权原理，更新移动授权终点的位置，并以另一种颜色显示LED光带，随列车移动实时移动；
步骤6：当演示列车接近道岔资源时，总控制器将道岔资源变为该列车所有；
步骤7：总控制器变更可动区域LED光带显示颜色，标识该接近列车已经申请并得到了道岔资源的授权；
步骤8：演示列车离开道岔区域后，总控制器释放该列车的道岔资源，并变更道岔光带显示，以标识资源已经被释放。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明支持各种制式的信号系统的可视化验证：通过可配置的脚本，支持不同制式的信号系统原理验证，如可以演示车车通信的原理，也可以演示和验证CBTC、后备、市域等系统的列控系统原理，同时也支持对未来新出现的信号系统制式进行原理验证。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明方法的工作流程图；
图3为本发明采用220V直流供电的轨道示意图；
图4为本发明列车的示意图；
图5为本发明LED光带的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明适用于多种制式信号系统验证的实现系统，包括：
总控制器(a)，用于仿真不同制式的信号系统的原理，根据输入输出状态进行不同联锁制式、控制方式及闭塞制式的逻辑控制，为各类仿真轨旁设备和仿真列车设备提供控制命令；
列车控制器(b)，与总控制器(a)通信连接，用于仿真不同驾驶模式和自动化等级的信号系统的车载控制器；
轨道(c)，与总控制器(a)通信连接，用于根据信号制式验证的需要设置站台、车场股道，以及设置存车线、站前折返及站后折返轨、及对应的交叉渡线；
道岔(d)，与总控制器(a)通信连接，用于实现终端折返和分岔汇合运行；
信号机(e)，与总控制器(a)通信连接，用于验证各种闭塞方式和联锁模式；
演示列车(f)，与列车控制器(b)通信连接，用于根据控制信号的指令按指定速度运行，实现精确停车、追踪和折返运行；
LED光带(g)，与总控制器(a)通信连接，用于采用不同的颜色表示不同的信号元素；
信标(h)，用于识别演示列车的位置。
其中总控制器根据不同信号系统制式需要编写运行脚本，控制列车，信号机，道岔及LED光带状态等，例如根据折返、分岔和汇合运行等运动任务的需要改变道岔状态；根据列车进路办理结果改变信号机状态；控制轨道为演示列车供电；控制LED光带颜色变化；
列车控制器的功能包括但不限于根据运行任务的需求控制不同列车的运行、启停等，总控制器通过无线或有线或轨道调制方式向列车控制器发送控车信号；
轨道根据共线运行的需要设置共线运行区和非共线运行区；根据进路、站台、折返轨的划分设置信号机若干，用于验证各种闭塞方式和联锁模式的功能。
列车运行在沙盘轨道上，列车数量可配置，根据无线或有线控制信号的指令按指定速度运行，实现精确停车，追踪，折返运行等。列车：由轨道采用22V直流供电(图3)，包含调速电机，列车命令解码器等，列车控制命令从轨道发送给解码器。(图4)
道岔：采用12V电机控制的隐蔽式转辙机控制扳动。
LED光带：用不同的LED光带颜色显示表示列车位置、防护区段、列车区段检测、轨道空闲、资源占用情况和移动授权终端。通过精确控制LED光带颜色变化，配合列车的移动可以展示车车通信的信号系统、CBTC信号系统、后备信号系统以及市域信号系统等不同制式系统的原理，并对列车追踪、折返、测速及定位方式、移动授权管理方式等进行原型验证。列车定位、移动授权终点、道岔资源的占用和释放、进路的锁闭和解锁、轨道的空闲分别不同颜色表示、见图5。光带通过RS485接口控制，与轨道控制器之间通过USB接口连接。
路由器：提供列车控制器和总控制器之间信息交互。
电源、配线、站台设施以及其他。
下面以车车通信系统演示原理举例，由于车车通信不需要对信号机的逻辑进行验证，此处未体现，在CBTC原理验证中，需要提供信号机控制：(见图2)
步骤1：演示列车根据列车控制器的控制指令按照预设的脚本在沙盘上运行。
步骤2：演示列车通过读取轨道上的信标获取列车的实时位置。
步骤3：演示列车将列车的实时位置通过无线通信模块发给列车控制器。
步骤4：列车控制器通过网络协议将列车位置转发给轨道控制器。
步骤5：轨道控制器收到列车控制器之后，更新列车光带的位置，并变更LED光带的显示颜色，随着列车位置的移动，列车光带随之移动用来演示列车位置的实时监测。根据车车通信的移动终点授权原理，更新移动授权终点的位置，并以另一种颜色显示LED光带，随列车移动实时移动。光带为无级显示。
步骤6：当列车接近道岔资源时，轨道控制器将道岔资源变为该列车所有。
步骤7：轨道控制器变更可动区域LED光带显示颜色，标识该接近列车已经申请并得到了道岔资源的授权。
步骤8：列车离开道岔区域后，轨道控制器释放该列车的道岔资源，并变更道岔光带显示，以标识资源已经被释放。
对于CBTC演示模式的联锁检测和固定闭塞模式的联锁检测，可根据联锁区段检测将光带增加一种颜色，显示固定闭塞的检测原理。同时将控制信号机点灯以匹配进路的锁闭和解锁。
因此本发明能支持动态配置列车位置检测、测速、占用表示、道岔控制、进路控制(部分信号系统)，及信号显示、列车运运授权计算与显示、紧急关闭等特定区域状态指示的系统，系统应能实现各功能的可视化指示，包括但不限于：
1)列车的运行的速度要精确可控，以适应不同类型列控系统的需求。
2)列车区段占用方式可配置并直观显示。
3)列车移动授权方式可配置并直观显示。
4)进路或列车资源使用及释放方式以配置并直观显示。
5)特定区域状态的显示。
6)基于授权的控制模式、当前的移动授权、运动任务实现列车的精确运动。
7)车站相关功能的控制与展示。
8)车场相关功能的控制与展示。
9)其它与信号系统相关的功能可视化展示。
实现以上功能后，可以通过配置支持不同信号系统运行方式的演示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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