基本信息
- 项目名称：
- ATP/ATO安全硬件处理平台及半实物仿真
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本课题主要研究ATP/ATO的系统安全硬件处理平台，创新的实现一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的单芯片多软核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系统的设计，这对我国列车运行控制系统的自主研发核心硬件具有战略意义。以物理-数学仿真为基本研究手段和方法，利用计算机和各种物理效应设备为工具，完成对ATP/ATO的系统仿真和相关测试，系统具有很强的实用性和良好的直观性。
- 详细介绍：
- 整个研究以区间信号、列车运行控制为理论基础，以物理-数学仿真为研究手段，通过对列车超速防护系统进行系统分析完成物理-数学建模，完成模型中各功能模块，并进行相关测试和试验。 系统采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制），该模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。列车超速防护系统的基本工作过程：控制中心向列车传输目标距离、目标速度及临时限速信息，列车通过速度传感器获得列车速度信息，应答器向列车传输轨道线路信息和定位，通过轨道电路完成列车完整性检查和定位，中央处理单元综合计算获得的信息确定列车当前运行速度，并在显示设备上绘制列车制动模式曲线，列车还向控制中心反馈列车的相关信息。作品完全按照CTCS-3列控系统人机交互界面规范设计，初次使用时根据具体线路设置数据，模式，载频，等级等信息，完成后即可进入ATP/ATO环境下运行。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计发明目的： 能够为设计的ATP/ATO系统提供一个测试平台，能够完全仿真实际的列车行进方式。能够适应我国的多线路，行车情况复杂的现状。代替原先的以实际的修建测试路段的方式来检验开发的ATP/ATO系统稳定性、实用性。 设计基本思路： a、建立设备运行环境模型和列车动力学模型。 b、设计、实现模拟列车驾驶台、模型控制显示、模拟区控中心、模拟车载设备、轨道电路仿真模型、轨道电路测试等软件。 c、完成两个模型的接口以及整体软件的开发。 项目特色与创新点： ①创新的实现基于FPGA（现场可编程门阵列）的单芯片多软核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系统的设计。 ②完成目前最先进的移动自动闭塞的半实物仿真实现，对现实列车运行控制系统的改进和升级具有重要的指导意义。 ③实验系统具有很好的直观性，创新的半实物硬件平台的研究、设计、调试和软件系统的设计实现； 技术关键和主要技术指标： 1)列车定位技术：ATP中几乎每个子系统都需要实时了解列车的精确位置，因此列车定位是ATP系统中一个非常重要的环节。 2)列车测速技术列车：ATP系统要求列车随时知道当时的速度和位置，才能保证列车的安全运行和准点达 3)列车—地面双向通信：列车定位技术中轨道电路、计轴器和查询—应答器等的定位信息向车载设备的传输需要实时、可靠的传输，并且要满足故障—安全的原则，保证信息传输的安全性。 4)列车完整性检测：列车完整性检测信息的传输同时也要满足实时性、可靠性和安全性的原则。
科学性、先进性
- 国内的列控车载安全硬件处理平台基本上是引进国外的二取二或三取二的冗余的，系统仿真并不完善。本课题以物理-数学仿真为基本研究手段和方法，利用计算机和各种物理效应设备为工具，完成对ATP/ATO的系统仿真和相关测试，系统具有很强的实用性和良好的直观性。 本课题主要研究ATP/ATO的系统安全硬件处理平台，创新的实现一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的单芯片多软核高可靠性、高安全性二乘二取二安全系统的设计，这对我国列车运行控制系统的自主研发核心硬件具有战略意义。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年嵌入式系统竞赛国家二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 非专利转让方式
作品可展示的形式
- 实物、模型、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品完全按照CTCS-3列控系统人机交互界面规范设计，初次使用时根据具体线路设置数据，模式，载频，等级等信息，完成后即可进入ATP/ATO环境下运行。 本作品能够为设计的ATP/ATO系统提供一个测试平台，能够完全仿真实际的列车行进方式。能够适应我国的多线路，行车情况复杂的现状。代替原先的以实际的修建测试路段的方式来检验开发的ATP/ATO系统稳定性、实用性。 半实物系统仿真对于研究和推广ATP/ATO将会有良好的社会效益和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 随着铁路运输速度的不断提高，促使铁路通信信号技术发生了重大变化，以此作为基础，为了列车的安全运行，列车超速防护系统（ATP）也迅速发展起来。车站、站间与ATP逐渐一体化，先进的通信信号技术，行车调度指挥自动化技术也融合进来，使过去功能单一、控制分散的传统列控技术彻底取代，ATP向着数字化、智能化、网络化和综合化的方向飞速发展。1964年日本开通了世界上第一条高速铁路，并将列控系统应用于这条名为东海道新干线的铁路中。新干线铁路现有的ATP系统普遍采用超前阶梯式速度监控，制动方式是设别优先模式。从1991年开始日本铁路已经开始实验数字式的列控系统，采用一次制动曲线控制方式，提高了运输效率。在欧洲，各国都有自己的铁路系统，比如德国的ICE、法国的TGV等等。为了解决欧盟特鲁跨国运行时候ATP的兼容问题，上世纪90年代中期欧洲各信号公司联合制定了ETCS技术规范，并将ETCS系统应用于欧洲高速铁路铁路。我国在上世纪80年代带90年代初在全国体路上安装了类车防护设备，主要是自动停车装置。但是，随着铁路运输需求的日益增长，铁路的逐步提速，简单的列车防护设备已经不能满足安全准则。这样在参照ETCS的基础上，我国制定了CTCS技术标准。CTCS采用了标准化、一体化、模块化、网络化和数字化的设计原则，向下兼容、向上扩展，是集成了计算机、通信、网络等高新技术为一体的列控系统，其中ATP就是CTCS的核心。同样为了满足不同线路和列车的需求，和ETCS一样CTCS也实行了分级制度。在CTCS的标准下，我国也自主研制了LCF型超速防护系统，并很好的应用于实际当中。
