专利名称：一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法(以下简称“主体化方法”)，具体地说是涉及一种采用无线信道进行数据传输、指示列车安全运输的无线机车信号主体化系统，属于铁路信号技术领域。
背景技术：
目前我国铁路列车采用机车信号与列车安全运行监控记录装置(以下简称“运器”)相结合的列车控制模式。这种模式虽然对保证行车安全和提高行车效率起到了重要作用，但在实际运行中存在很多问题1、信号尚未主体化，“运器”控车的安全性难以保证。
“运器”控车效果取决于可靠的机车信号和必要的超速防护基本数据(如道岔型号、进路长度等)。目前机车信号由于轨道电路受到不同干扰、电码化存在缺陷等因素的影响，常出现闪白灯、侧线岔区无信号等问题，因此，在机车信号尚未主体化之前，“运器”控车不可能是安全的。
2、“运器”获得信息不全，影响控车效率。
由于“运器”事前无法获得地面进路信息，如列车进几道、股道长度、道岔型号等，只能按照最不利的情况对列车进行超速防护。即为了保证行车安全，无论实际情况如何，“运器”均按最小的道岔型号、最短的股道长度来确定限速值，这就影响了行车效率。
可见，我国列车控制方式存在一个不良传递链达不到主体化要求的车站轨道电路导致机车信号不可靠，不可靠的(非主体化的)机车信号导致“运器”的非安全控车和打了折扣的控车效率。
随着我国铁路五次大提速以及即将进行的第六次提速，列车的速度在不断提高，靠地面信号行车已不能保证行车安全。因此，解决机车信号主体化和提高“运器”控车效率，已是当务之急。而无线机车信号在实现机车信号主体化和提高“运器”控车效率方面具有不可比拟的优势。
机车信号主体化是一个系统工程。在我国，由于既有机车信号是通过轨道电路传输信息，因此机车信号能否作为主体信号取决于地面轨道电路信号条件和车载机车信号设备是否满足主体化条件。去年通过铁道部技术审查的JT-1-CZ2000型车载机车信号设备基本上达到了主体化标准，但地面轨道电路还没有配合解决主体化问题的方案和标准。其原因主要在于我国铁路沿用多种不同制式的轨道电路，且车站、区间不统一，站内轨道电路存在邻线干扰、半边侵入，信息不能进行闭环检测，站内轨道电路长短相差很大等问题。尽管业界提出了一些解决这些问题的建议，但还不能够从根本上解决问题。
根据既有机车信号实际运行统计数据分析，目前我国区间轨道电路基本能够达到主体化要求，问题主要集中在车站轨道电路及其电码化方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处和适应铁路运输向客运高速化、货运重载化方向发展以及在条件恶劣的高寒地段铁路建设发展的要求，亟待提出一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法。
既有机车信号在通过感应轨道电路获得信号信息，由于车站轨道电路电码化的复杂性，使得车站轨道电路信号条件难以达到主体化要求。无线机车信号则是直接通过车站联锁接口获得信号和进路信息，结合列车位置，建立列车与进路的对应关系，形成信号信息，通过无线信道发送到机车上。显然无线机车信号在车站跨越了轨道电路，彻底摆脱了车站轨道电路电码化的制约。为此申请人提出一个利用无线机车信号实现机车信号主体化的方案。
本发明无线机车信号主体化是一个系统工程，它包括车载设备和地面设备两部分，它们分别安装在机车上和车站内，彼此之间采用数传电台或GSM-R网络进行通信，从而用无线信道取代了现有的轨道电路，可以实现列车与地面之间的双向数据传输。
为实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案一种无线机车信号主体化方法包括车站地面设备和至少一个车载设备；所述的车载设备安装在机车上，它包括车载控制主机、双机切换控制器、无线数传电台(或GSM-R模块)、查询器、记录器、车载信号机以及与“运器”、GPS、通用机车信号的接口。所述的车载控制主机与机车上无线数传电台(或GSM-R模块)、车载查询器、车载信号机等各设备分别连接，他还通过GPS设备接入全球定位系统。
所述的车站地面设备安装在车站内，它包括地面控制主机，无线数传电台(或GSM-R网络接口)、双机切换控制器、数据记录器、地面MMI以及与联锁机接口，接近应答器和出站应答器；所述的地面控制主机与车站的无线数传电台(或GSM-R网络接口)、双机切换控制器、联锁主机相连接。
所述的接近应答器安装在现有铁路系统中进站预告信号机所在的位置，出站应答器安装在出站信号机所在的位置。
所述的车载设备与车站地面设备各自通过其内部的数传电台(或GSM-R网络)建立无线通信联系，通信联系采用时分复用或频分复用方式。
所述的车载设备采用车载数传电台(或GSM-R模块)主呼方式进行列车注册；车站地面设备采用数传电台(或GSM-R网络)主呼方式对列车进行控制。
所述的车载数传电台(或GSM-R模块)和车站数传电台(或GSM-R网络)之间的通信采用长、中、短周期的标准信息格式。
所述的车载设备和车站地面设备之间的无线信道传输可采用数传电台或GSM-R网络。
所述的车载控制主机和车站地面控制主机均采用双机热备结构。
所述的无线机车信号分为接近连续式和连续式两种。
本发明所述的无线机车信号主体化相对于现有技术的特点1.充分利用了无线机车信号的优点，传输信息量大，传输可靠性高，信息环闭确认，信息连续显示。
2.提高了“运器”控车的安全性和效率。
3.彻底摆脱车站轨道电路电码化的困扰。
4.提高了信息的管理水平。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1为无线机车信号主体化结构示意图。
图2为方案一半自动闭塞区间(接近连续式)无线机车信号系统结构示意图。
图3为方案二自动闭塞区间无线机车信号系统结构示意图。
具体实施例方式现有的无线机车信号系统可分为两种类型第一类是列车从一个车站到另一个车站的整个运行过程中都有机车信号显示，这个称为连续式机车信号。这种类型在车站和区间都有无线信号场强覆盖，用GSM-R制式或TETRA制式等连续无线传输方式来实现。第二类是列车从一个车站到另一个车站运行时，它只有在靠近车站才有机车信号显示，这称为接近连续式无线机车信号。这种类型仅在车站周围有无线信号场强覆盖，因此适合用普通数传电台来实现。本发明所述的主体化方案适合用于半自动闭塞和自动闭塞区间。
如图1所示，本发明所述的无线机车信号主体化系统可分为两个部分。其一是车站地面控制设备即车站控制中心，其二是车载设备。车载设备安装在机车上，包括车载控制主机、车载查询器、车载信号机、数传电台(或GSM-R模块)和双机切换控制器。
其中车载控制主机为一台自行研制的以微机处理为核心的控制设备，它具有无线数据传输接口，该接口为RS-232接口，接机车上的数传电台(或GSM-R模块)；车载主机与车载查询器通过RS-485接口进行通信；GPS接口，该接口也是RS-232接口，通过该接口车载主机与GPS全球卫星定位系统相连接。
“运器”接口，该接口接列车安全系统，即列车运行安全监控记录装置，安全系统提供列车超速防护，记录与诊断，安全报警等功能；双机切换控制接口，该接口接双机热备控制器，实现故障时自动切换，确保机车运行安全。
车载主机与车载信号机相连接，车载信号机用于向列车司机提供信号显示。
地面控制设备安装在列车运行沿线的各个车站内，包括地面控制主机、数传电台(或GSM-R网络接口)、双机切换控制器，接近应答器和出站应答器。其中车站地面控制主机是一台工业控制用计算机，它具有微机联锁接口和信号微机监测接口，以用来与现有的微机联锁、调度集中、微机监测等铁路控制装置结合，实现对列车运行的闭环综合控制。车站地面控制主机通过RS-232接口与数传电台(或GSM-R网络)和车站微机联锁主机连接。
所述的接近应答器安装在相当于现在铁路系统中进站预告信号机所在的位置，而出站应答器则安装在相当于现在铁路系统中出站信号机所在的位置，它们安装在铁路轨道上，机车通过感应地面应答器来判断是否接近车站或者离开车站。
在本发明中，车载设备的功能包括通过数传电台(或GSM-R模块)接收车站控制中心的列控信号，在车载信号机上显示出来，车载主机同时回送确认信息。车载主机也要接收地面应答器的信息和来自GPS的信息，并将获得列车速度、位置、机车号及设备状态信息传给车站控制中心。车载主机同时还要通过列车运行安全监控记录装置接口向列车运行监控记录装置提供信息。而车站控制中心则通过数传电台(或GSM-R网络)与车载设备建立无线信道，实现车一地双向数据的传递。它对接近车站的列车在压过接近应答器后进行注册，对驶出站外压过出站应答器的列车进行注销管理，并根据车站微机联锁进路信息和列车位置，生成列车控制信号并及时发送到车载设备，接收车载设备的回执信息，并自动判定信息传输的准确性。
本发明所述的无线机车信号主体化方案一的工作过程，如图2所示。半自动闭塞区段，在车站采用接近连续式无线机车信号。当列车向安装有车站地面控制设备的车站行进，经过轨道上的接近应答器时，车载查询器感应到地面接近应答器的信息后，启动车载无线机车信号控制装置，由车载数传电台(或GSM-R模块)按主呼方式向车站控制中心循环不断的发出注册信息，该信息包括目的地址、源地址、密钥等内容，直到被车站控制中心识别并成功注册，车站控制中心发出确认信息为止。在注册过程中，车载主机不断利用GPS信息测量列车的位置与进站标志牌之间的距离。当此距离等于或略大于规定的制动距离，而还没有注册成功或已注册成功但机车信号是红灯时，如果列车司机没有采取减速措施，车载安全系统将进行自动停车。此外，如果列车超速进站，车载安全装置也将实施制动。
车站控制中心收到注册信息后，经过有效性和身份确认完成注册，并给车载设备发出应答信息。注册后的车载设备便成为车站控制中心网络中的一个节点，车站控制中心采用主呼方式周期性地对每个车载设备发出控制信息，如色灯信号、股道信息等，同时也可以接收到来自车载设备的信息，如列车速度、位置、信号回示、应答器位置和设备状态等。
车站控制中心实时地根据联锁条件和调度命令生成控制信息，以满足车站控制中心同时能够控制多个列车和满足机车信号应变时间的需要。车站控制中心实时控制命令包括(1)、根据列车运行位置，实时更新本站控制中心控制范围内列车车载数传电台(或GSM-R模块)的通信地址，并根据调度命令与列车进路建立对应关系。(2)、根据车站微机联锁设备的状态，实时改变进路状态。(3)、根据列车的运行位置，实时改变发给列车的控制信息，保证列车越过进站标志到车载电台接收到改变的控制信息时间不超过2秒；列车越过进站标志后，更改发送给列车的控制信息要在更改进路状态之前。
列车出站越过出站应答器后，车载设备自动修改通信地址，为下一站注册做准备，车站控制中心中断与车载设备的通信，注销该列车。
本发明所述的无线机车信号主体化方案二的工作过程，如图3所示。自动闭塞区段，在车站采用接近连续式机车信号，在区间仍然采用通用式机车信号。方案二在车站的工作过程与方案一相同，在区间延用通用式机车信号。
车站控制中心与调度控制中心连接。一个调度控制中心可以控制若干个车站控制中心。调度控制中心内机车调度员根据调度作业计划，将各次列车车载电台的通信地址通知各个车站控制中心，并根据列车运行的位置，实时将进入各车站控制范围内的列车通知各车站控制中心。
综上所述，现有的通用机车信号系统是一种分布式、一对一的控制方式，机车只接收所在轨道电路中的信息。本发明无线机车信号主体化系统采用集中控制的方式，即在车站控制中心采用时分复用方式或频分复用方式同时控制多台机车。
在本发明中，每一台机车都安装有一套车载设备，车载设备中的无线数传电台(或GSM-R模块)具有唯一确定的通信地址，车载数传电台(或GSM-R模块)通过应答器获得需要进行注册的车站数传电台(或GSM-R网络)的信息，包括车站数传电台(或GSM-R网络)的通信地址、电台频率等，然后采用车载数传电台(或GSM-R模块)主呼方式进行列车注册。车站控制中心负责控制站内及上/下行驶向本站的所有列车，它的无线数传电台(或GSM-R网络)与车载数传电台(或GSM-R模块)一并构成无线数据传输网络，该网络为车站控制中心和车载设备提供独立的无线信道，保证它们之间进行双向、连续的数据通信。
本发明无线机车信号主体化系统中，也可以在车载设备和车站控制中心中增设GSM网络设备，并采用GSM网络作为数传电台通信方式的补充。如果采用这种方式，在车载设备和车站控制中心之间的通信内容中还应增加为ATP系统服务的控制参数等。
在铁路运输系统中，安全始终是第一位的。为保证本系统运行绝对可靠，车载主机和车站控制主机都采用双机热备控制，即同时使用两台一样的主机，一旦其中一台出现问题，另一台立即顶替其工作，这样便可极大降低信号系统出事故的概率。另外，车载设备还具有安全系统，该系统可以实现故障诊断、声光报警等功能。
权利要求
1.一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，用于铁路机车信号系统中，能够满足铁路自动闭塞和半自动闭塞的运输要求；该系统包括车站地面设备和至少一个车载设备，其特征在于所述的车载设备安装在机车上，包括车载控制主机、双机切换控制器、无线数传电台(或GSM-R模块)、查询器、记录器、车载信号机以及与“运器”、GPS、通用机车信号的接口；所述的车载控制主机与机车上无线数传电台(或GSM-R模块)、车载查询器、车载信号机等各设备分别连接，它还通过GPS设备接入全球定位系统；所述的车站地面设备安装在车站内，包括地面控制主机、无线数传电台(或GSM-R网络接口)、双机切换控制器、数据记录器、地面MMI以及与联锁机接口，接近应答器和出站应答器；所述的地面控制主机与车站内的无线数传电台(或GSM-R网络接口)、双机切换控制器、联锁主机相连接；所述的车载设备与车站地面设备各自通过其内部的数传电台(或GSM-R网络接口)建立无线信道通信联系。
2.根据权利要求1所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于在自动闭塞区段可选择两种方式，其一在车站采用接近连续式无线机车信号和在区间采用通用机车信号，其二采用连续式无线机车信号；在半自动闭塞区段采用接近连续式无线机车信号。
3.根据权利要求1所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所述的接近应答器安装在现有铁路系统中进站预告信号机所在的位置，出站应答器安装在出站信号机所在的位置。
4.根据权利要求1所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所述的车站地面控制的数传电台(或GSM-R网络接口)和机车上的车载数传电台(或GSM-R模块)进行无线通信时采用时分复用方式和频分复用方式。
5.根据权利要求1、4所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所述的机车上的车载设备采用车载数传电台(或GSM-R模块)主呼方式进行列车注册，车站地面设备采用车站数传电台(或GSM-R网络接口)主呼方式对列车进行控制。
6.根据权利要求1、4、5所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所属的车载数传电台(或GSM-R模块)和车站数传电台(或GSM-R网络接口)之间的通信采用长、中、短周期的标准信息格式。
7.根据权利要求1、4、5、6所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所属的车载设备和车站地面设备之间的无线信号传输可采用数传电台或GSM-R网络。
8.根据权利要求1所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所属的车载控制主机和车站地面控制主机采用双机热备结构。
9.根据权利要求1所述的一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，其特征在于所属的无线机车信号分为接近连续式和连续式两种。
全文摘要
本发明公开了一种采用无线机车信号实现机车信号主体化的方法，该方法是针对铁路自动闭塞和半自动闭塞两种运输方式，实现机车信号主体化。无线机车信号采用车载数传电台(或GSM－R模块)和车站地面数传电台(或GSM－R网络接口)构成无线信道，直接从车站连锁接口获得信号和进路信息，结合列车位置，建立列车与进路的对应关系，形成信号信息，通过无线信道发送到机车上，并与列车的回示信号对比已确定信号的有效性。无线机车信号在车站跨越了轨道电路，彻底摆脱了车站轨道电路电码化的制约，摆脱了邻线干扰、半边侵入等因素对机车信号的影响。利用无线机车信号实现机车信号主体化，司机不再凭地面信号操纵列车，而是凭机车信号操纵列车。
文档编号G08C17/02GK1794690SQ200610000769
公开日2006年6月28日 申请日期2006年1月12日 优先权日2006年1月12日
发明者王俊峰, 王化深, 张勇 申请人:北京交通大学