基本信息
- 項目名稱：
- ATP/ATO安全硬件處理平臺及半實物仿真
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本課題主要研究ATP/ATO的系統(tǒng)安全硬件處理平臺，創(chuàng)新的實現(xiàn)一種基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的單芯片多軟核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系統(tǒng)的設計，這對我國列車運行控制系統(tǒng)的自主研發(fā)核心硬件具有戰(zhàn)略意義。以物理-數(shù)學仿真為基本研究手段和方法，利用計算機和各種物理效應設備為工具，完成對ATP/ATO的系統(tǒng)仿真和相關測試，系統(tǒng)具有很強的實用性和良好的直觀性。
- 詳細介紹：
- 整個研究以區(qū)間信號、列車運行控制為理論基礎，以物理-數(shù)學仿真為研究手段，通過對列車超速防護系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析完成物理-數(shù)學建模，完成模型中各功能模塊，并進行相關測試和試驗。 系統(tǒng)采取目標距離控制模式（又稱連續(xù)式一次速度控制），該模式根據(jù)目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，采用一次制動方式。列車超速防護系統(tǒng)的基本工作過程：控制中心向列車傳輸目標距離、目標速度及臨時限速信息，列車通過速度傳感器獲得列車速度信息，應答器向列車傳輸軌道線路信息和定位，通過軌道電路完成列車完整性檢查和定位，中央處理單元綜合計算獲得的信息確定列車當前運行速度，并在顯示設備上繪制列車制動模式曲線，列車還向控制中心反饋列車的相關信息。作品完全按照CTCS-3列控系統(tǒng)人機交互界面規(guī)范設計，初次使用時根據(jù)具體線路設置數(shù)據(jù)，模式，載頻，等級等信息，完成后即可進入ATP/ATO環(huán)境下運行。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計發(fā)明目的： 能夠為設計的ATP/ATO系統(tǒng)提供一個測試平臺，能夠完全仿真實際的列車行進方式。能夠適應我國的多線路，行車情況復雜的現(xiàn)狀。代替原先的以實際的修建測試路段的方式來檢驗開發(fā)的ATP/ATO系統(tǒng)穩(wěn)定性、實用性。 設計基本思路： a、建立設備運行環(huán)境模型和列車動力學模型。 b、設計、實現(xiàn)模擬列車駕駛臺、模型控制顯示、模擬區(qū)控中心、模擬車載設備、軌道電路仿真模型、軌道電路測試等軟件。 c、完成兩個模型的接口以及整體軟件的開發(fā)。 項目特色與創(chuàng)新點： ①創(chuàng)新的實現(xiàn)基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的單芯片多軟核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系統(tǒng)的設計。 ②完成目前最先進的移動自動閉塞的半實物仿真實現(xiàn)，對現(xiàn)實列車運行控制系統(tǒng)的改進和升級具有重要的指導意義。 ③實驗系統(tǒng)具有很好的直觀性，創(chuàng)新的半實物硬件平臺的研究、設計、調(diào)試和軟件系統(tǒng)的設計實現(xiàn)； 技術關鍵和主要技術指標： 1)列車定位技術：ATP中幾乎每個子系統(tǒng)都需要實時了解列車的精確位置，因此列車定位是ATP系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。 2)列車測速技術列車：ATP系統(tǒng)要求列車隨時知道當時的速度和位置，才能保證列車的安全運行和準點達 3)列車—地面雙向通信：列車定位技術中軌道電路、計軸器和查詢—應答器等的定位信息向車載設備的傳輸需要實時、可靠的傳輸，并且要滿足故障—安全的原則，保證信息傳輸?shù)陌踩浴? 4)列車完整性檢測：列車完整性檢測信息的傳輸同時也要滿足實時性、可靠性和安全性的原則。
科學性、先進性
- 國內(nèi)的列控車載安全硬件處理平臺基本上是引進國外的二取二或三取二的冗余的，系統(tǒng)仿真并不完善。本課題以物理-數(shù)學仿真為基本研究手段和方法，利用計算機和各種物理效應設備為工具，完成對ATP/ATO的系統(tǒng)仿真和相關測試，系統(tǒng)具有很強的實用性和良好的直觀性。 本課題主要研究ATP/ATO的系統(tǒng)安全硬件處理平臺，創(chuàng)新的實現(xiàn)一種基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的單芯片多軟核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系統(tǒng)的設計，這對我國列車運行控制系統(tǒng)的自主研發(fā)核心硬件具有戰(zhàn)略意義。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年嵌入式系統(tǒng)競賽國家二等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 非專利轉讓方式
作品可展示的形式
- 實物、模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 作品完全按照CTCS-3列控系統(tǒng)人機交互界面規(guī)范設計，初次使用時根據(jù)具體線路設置數(shù)據(jù)，模式，載頻，等級等信息，完成后即可進入ATP/ATO環(huán)境下運行。 本作品能夠為設計的ATP/ATO系統(tǒng)提供一個測試平臺，能夠完全仿真實際的列車行進方式。能夠適應我國的多線路，行車情況復雜的現(xiàn)狀。代替原先的以實際的修建測試路段的方式來檢驗開發(fā)的ATP/ATO系統(tǒng)穩(wěn)定性、實用性。 半實物系統(tǒng)仿真對于研究和推廣ATP/ATO將會有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 隨著鐵路運輸速度的不斷提高，促使鐵路通信信號技術發(fā)生了重大變化，以此作為基礎，為了列車的安全運行，列車超速防護系統(tǒng)（ATP）也迅速發(fā)展起來。車站、站間與ATP逐漸一體化，先進的通信信號技術，行車調(diào)度指揮自動化技術也融合進來，使過去功能單一、控制分散的傳統(tǒng)列控技術徹底取代，ATP向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化和綜合化的方向飛速發(fā)展。1964年日本開通了世界上第一條高速鐵路，并將列控系統(tǒng)應用于這條名為東海道新干線的鐵路中。新干線鐵路現(xiàn)有的ATP系統(tǒng)普遍采用超前階梯式速度監(jiān)控，制動方式是設別優(yōu)先模式。從1991年開始日本鐵路已經(jīng)開始實驗數(shù)字式的列控系統(tǒng)，采用一次制動曲線控制方式，提高了運輸效率。在歐洲，各國都有自己的鐵路系統(tǒng)，比如德國的ICE、法國的TGV等等。為了解決歐盟特魯跨國運行時候ATP的兼容問題，上世紀90年代中期歐洲各信號公司聯(lián)合制定了ETCS技術規(guī)范，并將ETCS系統(tǒng)應用于歐洲高速鐵路鐵路。我國在上世紀80年代帶90年代初在全國體路上安裝了類車防護設備，主要是自動停車裝置。但是，隨著鐵路運輸需求的日益增長，鐵路的逐步提速，簡單的列車防護設備已經(jīng)不能滿足安全準則。這樣在參照ETCS的基礎上，我國制定了CTCS技術標準。CTCS采用了標準化、一體化、模塊化、網(wǎng)絡化和數(shù)字化的設計原則，向下兼容、向上擴展，是集成了計算機、通信、網(wǎng)絡等高新技術為一體的列控系統(tǒng)，其中ATP就是CTCS的核心。同樣為了滿足不同線路和列車的需求，和ETCS一樣CTCS也實行了分級制度。在CTCS的標準下，我國也自主研制了LCF型超速防護系統(tǒng)，并很好的應用于實際當中。
