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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(jī)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(shè)計，這對我國列車運(yùn)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(xué)仿真為基本研究手段和方法，利用計算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，完成對ATP/ATO的系統(tǒng)仿真和相關(guān)測試，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實用性和良好的直觀性。
- 詳細(xì)介紹：
- 整個研究以區(qū)間信號、列車運(yùn)行控制為理論基礎(chǔ)，以物理-數(shù)學(xué)仿真為研究手段，通過對列車超速防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析完成物理-數(shù)學(xué)建模，完成模型中各功能模塊，并進(jìn)行相關(guān)測試和試驗。 系統(tǒng)采取目標(biāo)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(biāo)距離、目標(biāo)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(hù)系統(tǒng)的基本工作過程：控制中心向列車傳輸目標(biāo)距離、目標(biāo)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(yīng)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(dāng)前運(yùn)行速度，并在顯示設(shè)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(guān)信息。作品完全按照CTCS-3列控系統(tǒng)人機(jī)交互界面規(guī)范設(shè)計，初次使用時根據(jù)具體線路設(shè)置數(shù)據(jù)，模式，載頻，等級等信息，完成后即可進(jìn)入ATP/ATO環(huán)境下運(yùn)行。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計發(fā)明目的： 能夠為設(shè)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(jìn)方式。能夠適應(yīng)我國的多線路，行車情況復(fù)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(shè)計基本思路： a、建立設(shè)備運(yùn)行環(huán)境模型和列車動力學(xué)模型。 b、設(shè)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(shè)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(diǎn)： 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(shè)計。 ②完成目前最先進(jìn)的移動自動閉塞的半實物仿真實現(xiàn)，對現(xiàn)實列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的改進(jìn)和升級具有重要的指導(dǎo)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(shè)計、調(diào)試和軟件系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)； 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 1)列車定位技術(shù)：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(shù)列車：ATP系統(tǒng)要求列車隨時知道當(dāng)時的速度和位置，才能保證列車的安全運(yùn)行和準(zhǔn)點(diǎn)達(dá) 3)列車—地面雙向通信：列車定位技術(shù)中軌道電路、計軸器和查詢—應(yīng)答器等的定位信息向車載設(shè)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(xué)性、先進(jìn)性
- 國內(nèi)的列控車載安全硬件處理平臺基本上是引進(jìn)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(xué)仿真為基本研究手段和方法，利用計算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，完成對ATP/ATO的系統(tǒng)仿真和相關(guān)測試，系統(tǒng)具有很強(qiáng)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(shè)計，這對我國列車運(yùn)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(jié)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(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 非專利轉(zhuǎn)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(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 作品完全按照CTCS-3列控系統(tǒng)人機(jī)交互界面規(guī)范設(shè)計，初次使用時根據(jù)具體線路設(shè)置數(shù)據(jù)，模式，載頻，等級等信息，完成后即可進(jìn)入ATP/ATO環(huán)境下運(yùn)行。 本作品能夠為設(shè)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(jìn)方式。能夠適應(yīng)我國的多線路，行車情況復(fù)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(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 隨著鐵路運(yùn)輸速度的不斷提高，促使鐵路通信信號技術(shù)發(fā)生了重大變化，以此作為基礎(chǔ)，為了列車的安全運(yùn)行，列車超速防護(hù)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(jìn)的通信信號技術(shù)，行車調(diào)度指揮自動化技術(shù)也融合進(jìn)來，使過去功能單一、控制分散的傳統(tǒng)列控技術(shù)徹底取代，ATP向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shè)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(yùn)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(yùn)行時候ATP的兼容問題，上世紀(jì)90年代中期歐洲各信號公司聯(lián)合制定了ETCS技術(shù)規(guī)范，并將ETCS系統(tǒng)應(yīng)用于歐洲高速鐵路鐵路。我國在上世紀(jì)80年代帶90年代初在全國體路上安裝了類車防護(hù)設(shè)備，主要是自動停車裝置。但是，隨著鐵路運(yùn)輸需求的日益增長，鐵路的逐步提速，簡單的列車防護(hù)設(shè)備已經(jīng)不能滿足安全準(zhǔn)則。這樣在參照ETCS的基礎(chǔ)上，我國制定了CTCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。CTCS采用了標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的設(shè)計原則，向下兼容、向上擴(kuò)展，是集成了計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)下，我國也自主研制了LCF型超速防護(hù)系統(tǒng)，并很好的應(yīng)用于實際當(dāng)中。
