一种列车控制方法及其装置和系统与流程

本发明涉及列车控制技术领域，具体涉及一种列车控制方法及其装置和系统。

背景技术：

在欧洲列车控制系统ETCS(European Train Control System)中，定义了基于移动授权(Movement Authority，MA)的列车控制模式。在列车行进过程中，地面设备向车载设备传送移动授权MA(部分文献中也称行车许可)、与MA有关的限制信息及线路描述信息等。其中，移动授权MA包括：是否允许行驶、允许的行驶距离；与MA有关的限制信息包括：引导/调车区段的设置信息(这些信息总是与相应的MA一起发送)；线路描述信息包括：速度限制、静态速度曲线、坡度曲线、轴重、速度曲线、线路条件、进路适合性数据、允许退行区域及修改后的粘着因子等；

移动授权MA由若干个区段组成，MA末区段的终点则为MA的终点；构成MA的每个区段包括区段长度、区段有效时间和区段起点至区段有效时间停止计时位置的距离，另外，MA的末区段包括末区段保持时间和末区段保持时间计时开始位置至末区段终点的距离、危险点信息、保护区段信息；

车载设备根据所接收的移动授权MA具体控制列车的牵引和制动系统以控制列车行进。

图1为现有技术ETCS中列车控制系统信息交互示意图，具体步骤如下：

步骤S101：地面控车单元发送移动授权信息给地面通信适配单元；

步骤S102：所述地面通信适配单元将接收的移动授权信息通过通信网络发给车载通信适配单元；

步骤S103：所述车载通信适配单元将接收的移动授权信息发给车载处理单元；

步骤S104：所述车载处理单元根据接接收的移动授权计算获得工况级位；

步骤S105：所述车载处理单元根据工况级位获得对应的数字量值或模拟量值；

步骤S106：所述车载处理单元将获得的数字量值或模拟量值传递给输入/输出单元；

步骤S107：所述输入/输出单元根据接收的数字量值或模拟量值输出数字量电子信号或模拟量电子信号给牵引/制动单元。

在列车控制系统中，列车工况包括牵引工况和制动工况，而牵引工况和制动工况又分别包括多个级位；工况级位为牵引工况的具体级位或制动工况的具体级位以代表施加在列车上的牵引力或制动力等级，这些力的大小往往与列车速度有确定的函数关系。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：ETCS系统中的基于MA的控制方法非常复杂，MA中包含的信息也复杂冗长，使得MA在车-地通信链路中所传报文数据量较大，传输时间较长，易受外界干扰引发消息报文传递错误、控车实时性不高的问题。因此，有必要提供一种新的列车控制方案。

技术实现要素：

针对现有技术基于移动授权的列车控制方法中，MA在车-地通信链路中所传报文数据量较大，传输时间较长，易受外界干扰引发消息报文传递错误、控车实时性不高的问题，本发明实施例提供了一种列车控制方法及其装置和系统。

本发明实施例提供了一种列车控制方法，包括步骤：

车载处理单元接收地面控车单元发出的控车命令，所述控车命令中包含工况级位信息；车载处理单元根据所述工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值；车载处理单元根据所述获得的数字量值或模拟量值控制所述列车的牵引/制动单元。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：车载通信适配单元通过通信网络接收所述地面控车单元通过地面通信适配单元发出的所述控车命令；所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给所述车载处理单元。

在上述方法基础上，所述车载处理单元接收的所述控车命令进一步包括：所述车载处理单元接收处理所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：所述车载处理单元获取所述控车命令中的所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息中的一种或多种组合；所述车载处理单元获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；所述车载处理单元根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：当所述控车命令的验证结果为有效时，所述车载处理单元重置看门狗单元；或者，当所述控车命令的验证结果为无效时，所述车载处理单元丢弃所述控车命令；当看门狗单元超时未重置，所述看门狗单元触发切换单元，将所述牵引/制动单元的输入线路切换到固定量输出单元。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：所述地面控车单元根据获取的所述列车的车辆数据、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息中的一种或多种组合获得针对所述列车的控车命令，所述控车命令中包含所述工况级位信息；所述地面控车单元将所述控车命令传递给地面通信适配单元；所述地面通信适配单元将所述控车命令发给所述列车的车载通信适配单元；所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给车载处理单元。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：所述车载处理单元根据所述工况级位信息，查询工况级位信息与数字量值或模拟量值映射表，获得所述数字量值或模拟量值。

本发明实施例还提供一种列车控制系统，包括：车载通信适配单元，用于接收地面控车单元通过地面通信适配单元发出的控车命令，所述控车命令中包含工况级位信息，将所述控车命令传递给车载处理单元；车载处理单元，用于接收所述地面控车单元发出的所述控车命令，根据所述工况级位信息获得对应的数字量值或模拟量值，所述数字量值或模拟量值用于控制所述列车的牵引/制动单元；牵引/制动单元，用于根据所述数字量值或模拟量值牵引或制动所述列车；所述车载通信适配单元、所述车载处理单元及所述牵引/制动单元安装在所述列车上。

在上述系统基础上，所述控车命令进一步包括：所述车载处理单元接收处理所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合；

所述车载处理单元，进一步用于获取所述控车命令中的预期时刻信息、预期位置信息和预期速度信息中的一种或多种组合。

在上述系统基础上，所述车载处理单元进一步包括：控车命令信息获取单元，用于获取所述控车命令中的所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息中的一种或多种组合；本地信息获取单元，用于获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；比较验证单元，用于根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。

在上述系统基础上，进一步包括：看门狗单元，用于在所述控车命令的验证结果为有效时重置；所述看门狗单元在超时未重置时，触发切换单元；切换单元，用于将所述牵引/制动单元的输入线路切换到固定量输出单元；固定量输出单元，用于输出固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号，所述固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号用于控制所述列车的牵引/制动单元。

本发明实施例又一种列车控制方法，包括步骤：地面控车单元将控车命令传递给地面通信适配单元，所述控车命令中包含工况级位信息；所述地面通信适配单元通过通信网络将所述控车命令发给列车的车载通信适配单元；所述车载通信适配单元接收所述地面控车单元发出的所述控车命令；所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给车载处理单元；所述车载处理单元接收所述地面控车单元发出的所述控车命令；所述车载处理单元根据接收到的所述工况级位信息控制所述列车的牵引/制动单元。

在上述方法基础上，所述步骤车载处理单元根据接收到的所述工况级位信息控制所述牵引/制动单元进一步包括步骤：车载处理单元根据所述工况级位信息获得用于控制所述牵引/制动单元的数字量值或模拟量值；车载处理单元根据所述获得的数字量值或模拟量值控制所述列车的牵引/制动单元。

在上述方法基础上，所述车载处理单元接收的所述控车命令进一步包括：所述车载处理单元接收所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：所述车载处理单元获取所述控车命令中的所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息中的一种或多种组合；所述车载处理单元获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；所述车载处理单元根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：当所述控车命令的验证结果为有效时，所述车载处理单元重置看门狗单元；或者，当所述控车命令的验证结果为无效时，所述车载处理单元丢弃所述控车命令；当看门狗单元超时未重置，所述看门狗单元触发切换单元，将所述牵引/制动单元的输入线路切换到固定量输出单元。

在上述方法基础上，进一步包括步骤：所述地面控车单元根据获取的所述列车的车辆数据、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点信息中的一种或多种组合获得针对所述列车的控车命令，所述控车命令中包含所述工况级位信息；所述地面控车单元将所述控车命令传递给所述地面通信适配单元；所述地面通信适配单元将所述控车命令发给所述列车的车载通信适配单元；所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给车载处理单元。

在上述方法基础上，所述步骤车载处理单元根据工况级位信息获得牵引/制动单元的数字量值或模拟量值具体为：所述车载处理单元根据所述工况级位信息，查询工况级位信息与数字量值或模拟量值映射表，获得所述数字量值或模拟量值。

本发明实施例又提供了一种列车车载处理装置，包括：信息获取单元，用于根据车载通信适配单元接收到的控车命令获取工况级位信息；信息处理单元，用于根据所述工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值；控制输出单元，用于根据所述获得的数字量值或模拟量值控制所述列车的牵引/制动单元。

在上述装置基础上，所述控车命令进一步包括：接收处理所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合；

所述信息获取单元，进一步用于获取所述控车命令中的预期时刻信息、预期位置信息和预期速度信息中的一种或多种组合。

在上述装置基础上，所述信息获取单元进一步包括：控车命令信息获取单元，用于获取所述控车命令中的所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息中的一种或多种组合；本地信息获取单元，用于获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；比较验证单元，用于根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。

在上述装置基础上，进一步包括：看门狗单元，用于在所述控车命令的验证结果为有效时重置；所述看门狗单元在超时未重置时，触发切换单元；切换单元，用于将所述列车的牵引/制动单元的输入线路切换到固定量输出单元；固定量输出单元，用于输出固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号，所述固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号用于控制牵引/制动单元。

通过上述技术方案可以看出，由于本发明通过地面控车单元直接动态输出包含工况级位信息的控车命令，由车载处理单元根据所述控车命令中的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值，根据所述获得的数字量值或模拟量值控制所述列车的牵引/制动单元。在车-地通信链路中由于包含工况级位信息的控车命令报文比移动授权信息报文的信息数据量少，在通信链路中传输时间也短，相应降低受外界干扰引发消息报文传递错误的概率，也提高了控车命令传递的实时性。

通过进一步增加控车命令有效性验证的步骤、看门狗单元、切换单元及固定量输出单元等，确保即使车载处理单元在预定的时间内没有收到工况级位信息，所述牵引/制动单元还可以根据所述固定量输出单元输出的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号进行控制(通常是制动停车)，以确保列车安全可控，从而满足列车控制一般所要求的故障导向安全的原则，满足系统安全需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它类似方案的附图。

图1是现有技术中一种列车控制系统信息交互示意图；

图2是本发明实施例一的列车控制系统示意图；

图3是本发明实施例一的列车控制系统信息交互示意图；

图4是本发明实施例二的列车控制系统示意图；

图5是本发明实施例二中的车载处理单元示意图；

图6是本发明实施例二的列车控制系统信息交互示意图；

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例一的列车控制系统示意图，所述系统包括：地面控车单元21、地面通信适配单元22、通信网络23、列车20和轨道25，所述列车20进一步包括：车载通信适配单元201、车载处理单元202、输入/输出单元203及牵引/制动单元209；所述地面控车单元21通过地面通信适配单元22与通信网络23连接，所述地面控车单元21通过通信网络23将包含工况级位信息的控车命令发给车载通信适配单元201；所述工况级位信息为地面控车单元21根据所述列车的车辆数据(比如车辆质量、长度、牵引/制动特性数据等信息)、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点(比如前方列车尾部、行进前方未成功征用的道岔、限速路段起点、线路轨道尽头等)信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息中的一种或多种组合计算获得。所述地面通信适配单元22与车载通信适配单元201通信连接，两者的通信连接方式可以参考现有技术实现方式，本发明实施例不做具体限定。所述通信网络23的形式不限，可以为有线网络或无线网络或二者混合组网，地面通信适配单元22与车载通信适配单元201的通信内容不受通信网络23的形式限制，以能自动传递电子信息为准。所述车载通信适配单元201、车载处理单元202、输入/输出单元203及牵引/制动单元209位于所述列车20上，所述车载通信适配单元201与所述车载处理单元202连接，所述车载通信适配单元201用于接收地面控车单元21发出的包含工况级位信息的控车命令，所述工况级位信息包括牵引工况的具体级位或制动工况的具体级位以代表施加在列车上的牵引力或制动力等级，这些力的大小往往与列车速度有确定的函数关系；有些列车采用无级位牵引或制动系统，其施加在列车上的牵引力或制动力的大小(也与列车速度间有确定函数关系)采用比例数值(比如百分比值)来表示，达到与前述“工况级位”同样的控制效果，本文中“工况级位”也包括这种等效表示方式。所述车载通信适配单元201将所述控车命令传递给车载处理单元202；所述车载处理单元202用于根据所述车载通信适配单元201接收的所述控车命令中的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的控制量值，所述控制量值具体为数字量值或模拟量值；所述车载处理单元202与输入/输出单元203连接，所述车载处理单元202通过所述输入/输出单元203输出数字量值或模拟量值对应的数字量电子信号或模拟量电子信号；所述输入/输出单元203与牵引/制动单元209连接，用于输出数字量电子信号或模拟量电子信号控制所述列车的牵引/制动单元209，使得列车20在轨道25上安全运行。

本发明实施例一的列车控制系统信息交互示意图如图3所述，其包括步骤：

步骤S301：地面控车单元发送控车命令给地面通信适配单元；所述控车命令中包含工况级位信息；

步骤S302：所述地面通信适配单元将所述控车命令通过通信网络发给车载通信适配单元；

步骤S303：所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给车载处理单元；

步骤S304：所述车载处理单元根据所述控车命令中的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值；如“0001”或“1”等数字量值，或者电流30毫安或70毫安、电压1.0伏或8.0伏等模拟量值，实际模拟量取值范围可以根据电路要求确定；所述数字量值或模拟量值可以通过单元间的报文消息传递；

步骤S305：所述车载处理单元将获得的数字量值或模拟量值发给输入/输出单元；

步骤S306：所述输入/输出单元将接收的数字量值或模拟量值转换为具体的数字量电子信号(比如开关量)或模拟量电子信号输入所述列车的牵引/制动单元的控制输入电路以控制所述列车的牵引力或制动力。

在实施例一的系统和方法中，地面控车单元21根据所述列车20的车辆数据(比如车辆质量、长度、牵引/制动特性数据等信息)、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点(比如前方列车尾部、行进前方未成功征用的道岔、限速路段起点、线路轨道尽头等)信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息中的一种或多种组合计算获得控制所述列车的工况级位信息；所述列车的车辆数据、所在轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息及前方危险点信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息等信息可以为地面控车单元21本地存储的信息、主动收集到的信息或者其他单元上报的信息，本实施例对其来源不做具体限定。

所述控车命令至少包括工况级位信息，所述工况级位信息对应具体的数字量值或模拟量值，即控制量值。具体地实现参考方案为：车载处理单元202根据工况级位信息，查询工况级位信息与数字量值或模拟量值映射表或者根据预定的公式计算，获得控制牵引/制动单元209的数字量值或模拟量值，该数字量值或模拟量值由车载处理单元202发送给输入/输出单元203，输入/输出单元203把接收到的所述数字量值或模拟量值转换为具体的数字量电子信号或模拟量电子信号输入牵引/制动单元209的控制输入电路，牵引/制动单元209的牵引/制动状态随着其控制输入电路所接收的数字量电子信号或模拟量电子信号的变化而变化，所述数字量电子信号可以是开关量电子信号，或者所述模拟量电子信号可以是可调电流源或可调电压源；通过开关量电子信号或可调电流源或可调电压源电子信号的变化完成对所述列车的牵引力/制动力的控制，例如，电流或电压增加，牵引力/制动力也增加，反之亦然。所述映射表或预定的公式可以存储在车载处理单元202的本地存储介质上或通过接收的信息获得。

所述控车命令及工况级位信息通常动态发送，所述地面控车单元可以按一定的时间间隔多次发出适当的控车命令，所述时间间隔可以根据所采用的技术手段特征(如信息传输带宽、时间延迟、信息传递可靠性等)和所能容忍的安全运营要求等因素确定，比如从0.1秒到几秒范围，或者比这些取值范围更长或更短。

在列车控制系统中，列车工况包括牵引工况和制动工况，而牵引工况和制动工况又分别包括多个级位；工况级位信息包括牵引工况的具体级位或制动工况的具体级位以代表施加在列车上的牵引力或制动力等级，这些力的大小也与列车速度有确定的函数关系；有些列车采用无级位牵引或制动系统，其施加在列车上的牵引力或制动力的大小(也与列车速度间有确定函数关系)采用比例数值(比如百分比值)来表示，达到与前述“工况级位”同样的控制效果，本文中“工况级位”也包括这种等效表示方式。

在本发明实施例一的系统和方法中，地面控车单元21通过控车命令直接动态输出工况级位信息，并通过地面通信适配单元22发给车载适配单元201，车载处理单元202收到地面控车单元21发送的控车命令后，根据所述控车命令中的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值，所述量值通过输入/输出单元203转换为对应的电子信号输入给牵引/制动单元209的控制输入电路以控制牵引/制动单元209的具体工况。

本发明实施例一是通过地面控车单元21直接下发工况级位信息，在车-地通信链路中由于包含工况级位信息的控车命令报文比移动授权信息报文的信息数据量少，在通信链路中传输时间也短，相应降低受外界干扰引发消息报文传递错误的概率，也提高了控车命令传递的实时性。采用本发明实施例的方案，地面控车单元21可以直接控制列车的牵引和制动，从而可以更好的管理协调多个列车的运行，提升系统运行的安全性。

图4为本发明实施例二的列车控制系统示意图，所述系统包括：地面控车单元41、地面通信适配单元42、通信网络43、列车40和轨道45，所述列车40进一步包括：车载通信适配单元401、车载处理单元402、输入/输出单元403、看门狗单元405、切换单元406、固定量输出单元407及牵引/制动单元409；所述地面控车单元41通过地面通信适配单元42与通信网络43连接，所述地面控车单元41通过通信网络43将包含工况级位信息的控车命令发给车载通信适配单元401；所述工况级位信息为地面控车单元41根据所述列车的车辆数据(比如车辆质量、长度、牵引/制动特性数据等信息)、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点(比如前方列车尾部、行进前方未成功征用的道岔、限速路段起点、线路轨道尽头等)信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息中的一种或多种组合计算获得。所述地面通信适配单元42与车载通信适配单元401通信连接，两者的通信连接方式可以参考现有技术的方式实现，本发明实施例不做具体限定。所述通信网络43的形式不限，可以为有线网络或无线网络或二者混合组网，地面通信适配单元42与车载通信适配单元401的通信内容不受通信网络43的形式限制，以能自动传递电子信息为准。所述车载通信适配单元401、车载处理单元402、输入/输出单元403、看门狗单元405、切换单元406、固定量输出单元407及牵引/制动单元409安装在所述列车上；所述车载通信适配单元401与车载处理单元402连接，所述车载通信适配单元401用于接收地面控车单元41发出的包含工况级位信息的控车命令，所述工况级位信息包括牵引工况的具体级位或制动工况的具体级位以代表施加在列车上的牵引力或制动力等级，这些力的大小往往与列车速度有确定的函数关系；有些列车采用无级位牵引或制动系统，其施加在列车上的牵引力或制动力的大小(也与列车速度间有确定函数关系)采用比例数值(比如百分比值)来表示，达到与前述“工况级位”同样的控制效果，本文中“工况级位”也包括这种等效表示方式。所述车载通信适配单元401将所述控车命令传递给车载处理单元402；所述车载处理单元402用于根据所述车载通信适配单元401接收的所述控车命令中的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的控制量值，所述控制量值具体为数字量值或模拟量值；所述车载处理单元402与输入/输出单元403连接，所述车载处理单元402通过所述输入/输出单元403将所述数字量值或模拟量值转换为对应的数字量电子信号或模拟量电子信号，并输出所述数字量电子信号或模拟量电子信号；所述输入/输出单元403与切换单元406的第一输入端连接；所述固定量输出单元407与切换单元406的第二输入端连接，所述切换单元406的控制端与所述看门狗单元405连接，受看门狗单元405控制，所述切换单元406的输出端与所述牵引/制动单元409连接，用于输出数字量电子信号或模拟量电子信号控制所述列车的牵引/制动单元409，使得列车40在轨道45上安全运行。

图5为本发明实施例二的车载处理单元示意图，如图5所示，所述车载处理单元402进一步包括：信息获取单元420、信息处理单元426及控制输出单元427；

所述信息获取单元420，用于根据车载通信适配单元接收到的所述控车命令获取工况级位信息；所述信息获取单元进一步用于获取所述控车命令中的预期时刻信息、预期位置信息和预期速度信息中的一种或多种组合，根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性；所述信息获取单元420进一步包括：控车命令信息获取单元423、本地信息获取单元424及比较验证单元425；

所述控车命令信息获取单元423，用于通过车载通信适配单元401获取所述控车命令中包含的所述车载处理单元接收处理所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合；

所述本地信息获取单元424，用于获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；

所述比较验证单元425，用于根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。具体过程为，获得所述预期时刻信息与所述列车当前本地时刻信息的时间偏差绝对值，将所述时间偏差绝对值与事先确定允许的时间误差窗口值相比较，如果大于或大于等于所述时间误差窗口值，则认为所述控车命令无效；获得所述预期位置信息与所述列车当前位置信息的位置偏差绝对值，将所述位置偏差绝对值与事先确定允许的位置误差窗口值相比较，如果大于或大于等于所述位置误差窗口值，则认为所述控车命令无效；获得所述预期速度信息与所述列车当前速度信息的速度偏差绝对值，将所述速度偏差绝对值与事先确定允许的速度误差窗口值相比较，如果大于或大于等于所述速度误差窗口值，则认为所述控车命令无效；相反，则认为所述控车命令有效。或者，当所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较的结果小于或小于等于所述时间误差窗口值、位置误差窗口值及速度误差窗口值时，则认为所述控车命令有效；相反，则认为所述控车命令无效；所述时间误差窗口值、位置误差窗口值及速度误差窗口值可以为本地预设值，也可以通过其他信息获得。还可以使用另外的方式比如误差率或其他方式来验证控车命令的有效性，本实施例不再赘述。

所述信息处理单元426，用于根据所述控车命令中的工况级位信息，查询工况级位信息与数字量值或模拟量值映射表或者根据预定的公式计算，获得用于控制所述列车的牵引/制动单元409的数字量值或模拟量值；

所述控制输出单元427，用于输出控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值给所述输入/输出单元403；所述输入/输出单元403用于把所述数字量值或模拟量值转换为数字量电子信号或模拟量电子信号；

当所述控车命令的验证结果为有效时，所述车载处理单元402重置看门狗单元405，所述控车命令信息获取单元423获取所述控车命令中工况级位信息，并输出给所述信息处理单元426，所述信息处理单元426根据所述工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元409的数字量值或模拟量值；所述信息处理单元426将所述数字量值或模拟量值传递给所述控制输出单元427；当所述控车命令的验证结果为无效时，所述车载处理单元402丢弃所述控车命令；如果所述看门狗单元405在预定时间内没有重置，即超时未重置，所述看门狗单元405则触发切换单元406动作，该动作将所述牵引/制动单元409的输入线路切换到固定量输出单元407，所述固定量输出单元407输出固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号，使得所述牵引/制动单元409按照固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号控制，不再受所述车载处理单元402控制，即任一时刻所述输入/输出单元403及所述固定量输出单元407两者中只能有一个作为所述牵引/制动单元409的输入；因此，可以确保所述车载处理单元402即使在预定的时间内没有收到有效的所述地面控车单元41发出的控车命令(包含工况级位信息)，所述牵引/制动单元409还可以根据所述固定量输出单元407输出的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号进行控制(通常为控制列车制动停车)，确保列车40安全可控。所述车载处理单元402重置看门狗单元405具体为将所述看门狗单元405的计时器清零，所以也可以称为所述车载处理单元402清看门狗单元405。

所述看门狗单元405通常为独立的硬件控制电路，业界称为“硬件狗”，也可以为独立的有类似看门狗功能的软件控制程序。所述切换单元406通常为硬件切换开关(如单刀双掷开关或双刀双掷开关)，也可以为类似这些双掷开关功能的数字切换逻辑。为了保证系统的可靠性，推荐使用硬件控制电路和硬件切换开关。所述固定量输出单元407输出的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号是固定的值，通常为预先配置好的安全控制所述列车40的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号；采用此方案，在预定的时间内所述车载处理单元402没有成功收到所述地面控车单元41发出有效的控车命令时，所述看门狗单元405触发切换单元406将所述牵引/制动单元409的输入线路切换到固定量输出单元407输出的固定电子信号上(通常为控制列车制动停车)，以保证所述列车40的安全控制。

当所述切换单元406将所述牵引/制动单元409的输入线路切换到所述固定量输出单元407后，如果所述看门狗单元405在预定的时间内收到所述地面控车单元41发出的预定数量的有效的控车命令时，所述看门狗单元405则触发所述切换单元406将牵引/制动单元409的输入线路切换回所述输入/输出单元403输出的电子信号上，以使所述列车40受所述地面控车单元41的控制。

所述切换单元406的初始位置是将所述牵引/制动单元409的输入线路与固定量输出单元407连接，当所述车载处理单元402接收有效控车命令而重置所述看门狗405触发切换单元406切换后将所述牵引/制动单元409的输入线路切换到所述输入/输出单元403；当所述看门狗405超时未重置则触发切换单元406将所述牵引/制动单元409的输入线路切换回所述固定量输出单元407。

图6是本发明实施例二的列车控制系统信息交互示意图，该列车控制方法包括步骤：

步骤S601：地面控车单元发送控车命令给地面通信适配单元，所述控车命令中包含工况级位信息，以及车载处理单元接收处理所述控车命令的预期时刻信息、所述列车对应所述预期时刻的预期位置信息和所述列车对应所述预期时刻的预期速度信息中的一种或多种组合；

步骤S602：所述地面通信适配单元将所述控车命令通过通信网络发给车载通信适配单元；

步骤S603：所述车载通信适配单元将所述控车命令传递给所述车载处理单元；

步骤S604：所述车载处理单元获取所述控车命令中的所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息中的一种或多种组合；

步骤S605：所述车载处理单元获取接收处理所述控车命令时所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合；

步骤S606：所述车载处理单元验证所述控车命令的有效性；所述车载处理单元根据所述预期时刻信息、所述预期位置信息和所述预期速度信息与所述列车当前本地时刻信息、所述列车当前位置信息和所述列车当前速度信息中的一种或多种组合进行比较，验证所述控车命令的有效性。当控车命令有效时，执行步骤S607和S608并等待处理确定时间间隔后的下一条控车命令，否则丢弃本条控车命令并等待处理确定时间间隔后的下一条控车命令，当丢弃控车命令达到预设的条件时执行步骤S611，该预设的条件见S611描述；

步骤S607：所述车载处理单元重置看门狗单元；

步骤S608：所述车载处理单元根据所述控车命令中的工况级位信息获得的用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值，并传递给输入/输出单元，执行步骤S609；所述数字量值或模拟量值如“0001”或“1”等数字量值，或者电流30毫安或70毫安、电压1.0伏或8.0伏等模拟量值，实际模拟量取值范围可以根据电路要求确定；所述数字量值或模拟量值可以通过单元间的报文消息传递；

步骤S609：所述输入/输出单元将接收的数字量值或模拟量值转换为具体的电子信号输出给切换单元第一输入端，执行步骤S610；

步骤S610：所述切换单元将所述牵引/制动单元的输入线路与输入/输出单元连接；所述数字量电子信号或模拟量电子信号经由所述切换单元输入所述列车的牵引/制动单元；所述牵引/制动单元根据所述数字量电子信号或模拟量电子信号控制所述列车的牵引力或制动力；

步骤S611：所述看门狗单元因所述车载处理单元在预定的时间内没有收到有效的控车命令而导致所述看门狗单元超时未重置而触发执行步骤S612；

步骤S612：所述看门狗单元触发切换单元切换动作，将所述牵引/制动单元的输入线路切换到固定量输出单元而执行步骤S613；所述固定量输出单元连接在所述切换单元的第二输入端；

步骤S613：所述固定量输出单元输出固定数字量电子信号或固定模拟量固定量输出单元给所述切换单元，执行步骤S614；

步骤S614：所述切换单元将所述固定量输出单元输出的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号输入所述列车的牵引/制动单元输入电路；所述牵引/制动单元根据所述固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号控制所述列车的牵引力或制动力。

在实施例二的系统和方法中，地面控车单元41根据所述列车40的车辆数据(比如车辆质量、长度、牵引/制动特性数据等信息)、所在当前轨道位置信息、当前速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息、前方危险点(比如前方列车尾部、行进前方未成功征用的道岔、限速路段起点、线路轨道尽头等)信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息中的一种或多种组合计算获得控制所述列车的工况级位信息；所述列车的车辆数据、所在轨道位置信息、速度、所在轨道段坡度、前方轨道的限速信息及前方轨道的危险点信息、当前车-地通信时延信息、当前黏着因子等信息等信息可以为地面控车单元41本地存储的信息、主动收集到的信息或者其他单元上报的信息，本实施例对其来源不做具体限定。

所述控车命令至少包括工况级位信息，所述工况级位信息对应具体的数字量值或模拟量值，即控制量值。具体实现参考方案为：车载处理单元402根据工况级位信息，查询工况级位信息与数字量值或模拟量值映射表，或者根据预定的公式计算，获得控制牵引/制动单元409的数字量值或模拟量值，牵引/制动单元409的牵引/制动状态随着其控制输入电路所接收的数字量电子信号或模拟量电子信号的变化而变化，所述数字量电子信号可以是开关量电子信号，或者所述模拟量电子信号可以是可调电流源或可调电压源；通过开关量电子信号或可调电流源或可调电压源电子信号的变化完成对所述列车的牵引力/制动力的控制，例如，电流或电压增加，牵引力/制动力也增加，反之亦然。所述映射表或预定的公式可以存储在车载处理单402的本地存储介质上或通过接收的信息获得。

所述控车命令及工况级位信息通常动态发送，所述地面控车单元可以按一定的时间间隔多次发出适当的控车命令，所述时间间隔可以根据所采用的技术手段特征(如信息传输带宽、时间延迟、信息传递可靠性等)和所能容忍的安全运营要求等因素确定，比如从0.1秒到几秒范围，或者比这些取值范围更长或更短。

工况级位信息描述与本发明实施例一中的对应文字段描述相同，这里不再复述。

所述工况级位信息也可以单独发送，进一步减少信息量，减少在通信链路中传输时间。

在本发明实施例二的系统和方法中，地面控车单元41通过控车命令直接动态输出工况级位信息，通过地面通信适配单元42发给车载通信适配单元401，车载处理单元402收到车载适配单元401发送的控车命令后，根据所述控车命令包含的工况级位信息获得用于控制所述列车的牵引/制动单元的数字量值或模拟量值，所述数字量值或模拟量值通过输入/输出单元403转换为确定的数字开关量电子信号或模拟量电子信号，这些电子信号经切换单元406输入给牵引/制动单元409的控制输入电路以控制牵引/制动单元409实现对列车的牵引力或制动力的控制。本发明实施例二是通过地面控车单元41直接下发工况级位信息，在车-地通信链路中由于包含工况级位信息的控车命令报文比移动授权信息报文的信息数据量少，在通信链路中传输时间也短，相应降低受外界干扰引发消息报文传递错误的概率，也提高了控车命令传递的实时性。采用本发明实施例的方案，地面控车单元41可以直接控制列车的牵引和制动，从而可以更好的管理协调多个列车的运行，提升系统运行的安全性。

进一步，由于本发明实施例二增加了控车命令有效性验证的步骤、看门狗单元、切换单元及固定量输出单元等，确保所述车载处理单元402即使在预定的时间内没有收到所述地面控车单元41发出的控车命令或工况级位信息，所述牵引/制动单元409还可以根据所述固定量输出单元407输出的固定数字量电子信号或固定模拟量电子信号进行控制，以确保列车40安全可控，进一步提升系统的安全性能。

需要说明的是，上述方法、装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程及各单元的功能定义皆为本发明实施中的示例。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例方案中的全部或部分步骤是可以通过程序指挥相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种列车控制方法及其装置和系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。