一种CTCS-4列车运行系统原理展示方法

技术领域

本发明涉及铁路信号系统技术领域，特别涉及一种CTCS-4列车运行系统原理展示方法。

背景技术

中国高铁近年来取得了长足进展，不只是铁路运营里程的增加，列车运行技术体系也稳步提高，CTCS-4(简称C4)列车是目前研发的最高技术等级的高铁列车。当前，为研究、演示C4列车新技术，存在展示C4列车运行系统原理的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种CTCS-4列车运行系统原理展示方法，实现在室内环境中对C4列车运行信号全系统的原理展示，且演示效果的真实感、沉浸感强。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种CTCS-4列车运行系统原理展示方法，包括如下步骤；

S1，在试验室内搭建C4列车运行系统中的中心设备、车站设备和车载设备，所述中心设备包括CTC、TSRS、RBC、GSM-R、FAS、模拟集成服务器、轨旁适配器、轨旁仿真，所述车站设备包括TIS/OC、联锁、自律机、车务终端、占线板，所述车载设备包括车载主机、驾驶台DMI、CIR；

S2，控制列车按照一演示线路运行；

S3、在运行过程中，获取列车在所述演示线路的实时位置信息，并通过增强现实技术在显示屏中实时展示驾驶台司机视景以及鸟瞰列车视景。

可选的，所述步骤S1中，搭建的C4列车运行系统中，所述TSRS、RBC、GSM-R、轨旁适配器、轨旁仿真、模拟集成服务器采用软件模拟，所述CTC、FAS、TIS/OC、联锁、自律机、车务终端、占线板、车载主机、驾驶台DMI采用真实设备。

可选的，所述轨旁适配器、轨旁仿真用于在室内条件下，模拟真实线路中的轨旁采集设备。

可选的，所述中心设备中的CTC与所述车站设备中的自律机、车务终端、占线板共同组成一套完整的CTC系统。

可选的，所述模拟集成服务器与所述车站设备中的TIS/OC、联锁共同组成一整条列车运行线环境。

可选的，所述GSM-R与FAS进行有线连接，所述FAS与CIR进行有线连接，所述GSM-R将无线进路预告/无线调度命令通过FAS经有线网络传送至CIR。

可选的，所述步骤S2中，所述演示线路为一真实线路。

可选的，所述步骤S3中，在运行过程中，通过所述轨旁仿真获取列车在所述演示线路中的实时位置信息。

可选的，所述步骤S3中，通过增强现实技术在显示屏中展示驾驶台司机视景以及鸟瞰列车视景，包括：

通过街景地图获取所述演示线路的地图景色及公里标，并进行驾驶台司机视景以及鸟瞰列车视景建模，输入所述实时位置信息，同步驱动视景根据所述实时位置信息对应的公里标进行切换。

可选的，所述驾驶台司机视景展示在列车驾驶台处的显示屏，用于向司机展示线路前方景象，所述鸟瞰列车视景展示在试验室大厅的显示屏，用于向观众展示当前列车运行位置及沿线景物。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、搭建C4列车运行信号全系统(包含地面和车载)进行原理展示。

2、与用户人机交互部分，采用真实设备；后台逻辑及室外采集部分，采用软件模拟。在用户直观感受不变的情况下，方便室内展示，并节约了投资。

3、使用增强现实技术展现司机视野和鸟瞰列车运行视野，增强了演示效果的真实感、沉浸感。

4、采用真实线路数据，对软件模拟部分是对真实设备/环境建模仿真，再配合其他真实设备还原现场真实场景，是数字孪生技术在列车运行系统演示环境的首次应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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为本发明一实施例提供的CTCS-4列车运行系统原理展示方法的流程图；

图2为C4列车运行系统框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如图1所示，本发明提供一种CTCS-4列车运行系统原理展示方法，包括如下步骤；

S1，在试验室内搭建C4列车运行系统中的中心设备、车站设备和车载设备。

如图2所示，所述中心设备包括CTC、TSRS、RBC、GSM-R、FAS、模拟集成服务器、轨旁适配器、轨旁仿真，所述车站设备包括TIS/OC、联锁、自律机、车务终端、占线板，所述车载设备包括车载主机、驾驶台DMI、CIR。

C4列车运行系统分为地面(包括中心和车站)设备和车载设备两部分。本发明所搭建的C4列车运行系统中，所述TSRS、RBC、GSM-R、轨旁适配器、轨旁仿真、模拟集成服务器采用软件模拟，所述CTC、FAS、TIS/OC、联锁、自律机、车务终端、占线板、车载主机、驾驶台DMI采用真实设备。本发明将C4列车运行系统中与用户人机交互部分的设备，采用真实设备；后台逻辑及室外采集部分，采用软件模拟，在用户直观感受不变的情况下，方便室内展示，并节约了投资。

本发明所述的中心设备所包含的CTC特指CTC系统中的中心设备，其与车站设备中的自律机、车务终端、占线板共同组成一套完整的CTC系统。

所述中心设备中的TSRS(Temporary Speed Restriction System，临时限速)、RBC(Radio Block Center，无线闭塞中心)是模拟的，与现实设备作用一致。GSM-R(GlobalSystem for Mobile Communications–Railway，铁路GSM-R系统)是模拟的，与现实中不完全一致，其可与FAS(Fixed users Access Switching，调度系统)进行接口，CIR(机车综合无线通信设备)和FAS进行有线连接方式，GSM-R将无线进路预告/无线调度命令通过FAS->CIR路径，经有线网络传送。所述轨旁适配器、轨旁仿真是在室内条件下，模拟真实线路中的轨旁采集设备，轨旁仿真是软件模拟真实铁轨旁埋设的信号传感器，采集/模拟信号设备状态，轨旁适配器是个适配器，可以转换轨旁仿真给联锁或OC(Object Controller，对象控制器)，轨旁适配器也可以接各种真实轨旁设备。所述模拟集成服务器是模拟一些TIS(节省设备)，和车站设备中的真实TIS、联锁共同组成一整条列车运行线环境。

本发明中，CTC、TSRS、RBC、GSM-R、FAS是真实存在，前四者直接参与列车运行控制，FAS只是用于人员沟通；模拟集成服务器、轨旁适配器、轨旁仿真是模拟真实设备的软件。

S2，控制列车按照一演示线路运行；

结合图2，对所述C4列车运行系统的列车运行方式进行简单介绍。调度员通过中心CTC给车站CTC(即车站设备中的占线板、自律机、车务终端)下达列车运行计划/命令，车站的CTC自律机将每条列车计划转换成列车所经线路的所需信号，然后信号请求发送给车站的联锁/TIS，后者执行设备动作以列车运行信号条件，并把执行结果反馈给CTC；RBC自身可以采集区间信号，并且可以和列车进行无线通信获得列车运行信息，RBC将这些信息通过在中心层面反馈给CTC系统。CTC、联锁/TIS、RBC形成了列车计划，到执行，到反馈结果闭环。

列车在过程中若遭遇特殊情况，调度员在中心通过CTC下达临时限速命令给TSRS系统，后者统一分发给各RBC和车载设备，保证限速顺利实施；另外TSRS还维护最新的电子地图，并将之发送给RBC和车载；列车运行时需要和RBC的电子地图进行校核，以确保行驶在预期线路上。

列车在CIR上注册本列车号，然后通过GSM-R传送给CTC系统，保证运行的列车和列车实际车次号一致。

本发明中，按照上述方式控制列车运行，从而实现展示CTCS-4列车运行系统。优选地，控制列车按照一真实线路作为演示线路运行。本发明采用真实线路数据，对软件模拟部分是对真实设备/环境建模仿真，再配合其他真实设备还原现场真实场景，以数字孪生技术构建一整套适合室内展示的完整C4列车仿真试验系统，是数字孪生技术在列车运行系统演示环境的首次应用。

S3、在运行过程中，获取列车在所述演示线路的实时位置信息，并通过增强现实技术在显示屏中实时展示驾驶台司机视景以及鸟瞰列车视景。

具体的，在运行过程中，通过所述轨旁仿真获取列车在所述演示线路中的实时位置信息(公里标)。然后采用增强现实技术实现司机视景/鸟瞰列车视景，具体的，通过Google街景地图获取所述演示线路的地图景色及公里标，并进行驾驶台司机视景以及鸟瞰列车视景建模，输入所述实时位置信息，同步驱动视景根据所述实时位置信息对应的公里标进行切换。本发明使用增强现实技术展现司机视野和鸟瞰列车运行视野，增强了演示效果的真实感、沉浸感。

为便于室内部署和展示，本发明将驾驶台司机视野、鸟瞰列车视野通过增强现实技术在显示屏上展现，使司机、观众有身临其境的感觉。可选的，司机视景部署在列车驾驶台上方的显示器，司机看显示器类似真实场景中透过驾驶台前方玻璃看窗外，司机通过司机视景可以查看线路前方情况；鸟瞰列车视景显示于中心展示大厅的大屏幕，观众角度，宏观整体展示当前列车运行位置及沿线景物，观众可以宏观了解该列车运行计划中的实时运行进展。两个视景是互为补充的关系。这两个视景是现实场景不存在或不需要的，但是出于演示目的，却是不可或缺的。因为列车实际处于室内静止不动，通过增强现实技术的视景，司机方能身历其境感受到列车在前进。同理，鸟瞰列车视景便于观众从鸟瞰角度实时了解列车运行轨迹。

综上所述，本发明具有如下优点：1、搭建C4列车运行信号全系统(包含地面和车载)进行原理展示。2、与用户人机交互部分，采用真实设备；后台逻辑及室外采集部分，采用软件模拟。在用户直观感受不变的情况下，方便室内展示，并节约了投资。3、使用增强现实技术展现司机视野和鸟瞰列车运行视野，增强了演示效果的真实感、沉浸感。4、采用真实线路数据，对软件模拟部分是对真实设备/环境建模仿真，再配合其他真实设备还原现场真实场景，是数字孪生技术在列车运行系统演示环境的首次应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。