本发明涉及本专利属于铁路、磁浮等轨道交通领域，具体地，涉及一种能自动检查轨道区段有无列车或车列占用的轨道占用检查系统。
背景技术：
目前，用于检查铁路线上某一轨道区段是否有列车或车列(为叙述简便，以下将“列车”、“车列”统称为“列车”)占用的方法有两种：一种是采用轨道电路或计轴轨道占用检查装置的方式，即在铁路轨道上设置轨旁设备器材，通过沿线敷设的电缆、光缆与室内设备器材连接成一体，构成一个轨道占用检查系统；这种方式结构简单、安全性容易满足信号专业故障导向安全的原则，是一种最传统的、使用最普遍的轨道占用检查方式；这种方式的缺点是：需在铁路沿线安装众多的轨旁设备器材、敷设大量光电线缆，使得工程量和室外维护工作量大，而且还不利于工务部门的轨道维护作业；另外，有绝缘轨道电路需要有钢轨接头，阻碍了长钢轨无缝线路技术的实现。第二种方式是利用卫星定位技术，该技术虽然轨旁设备器材少、地面工程量小、实施比较容易，但卫星的分辨率较低，对列车定位的准确性较差，如在双线或多线并行区段，难以精准识别列车位于哪一条线路上；另外，卫星不能识别隧道内、雨棚下等有遮挡的轨道区段是否有列车占用，因此，这种方式使用场所非常有限，工程中极少使用。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于通信的轨道占用检查系统，该系统包括轨道占用检查中心设备、安装在列车上的车载设备、安装在轨道区段的每个端部附近的应答器(也可以是具有应答器功能的其他器材，如电子标签等)以及用于车载设备与轨道占用检查中心设备之间通信的通信系统，所述车载设备包括车载主机、应答器天线和无线电台，所述应答器天线包括分别安装在车头底部靠近车头端部的第一应答器天线和位于车尾底部靠近车尾端部的第二应答器天线；
所述应答器天线与轨道上的所述应答器进行近场无线通信，当应答器天线到应答器的距离在预设距离内时，应答器天线自动读取应答器信息，并将应答器信息叠加上其自身的应答器天线信息传送给车载主机；
所述车载主机将接收到的应答器信息和应答器天线信息叠加车载主机自身存储的列车信息，并通过所述无线电台和通信系统传送给所述轨道占用检查中心设备；
所述轨道占用检查中心设备根据接收到的应答器信息、应答器天线信息、列车信息和预先建立的轨道信息数据库判断并实时输出各轨道区段的状态信息。
进一步地，所述应答器信息包括应答器编号，所述应答器天线信息包括应答器天线编号，所述列车信息包括车载主机编号、机车编号和列车车次号的至少一种，所述轨道信息数据库包括所有线路的线路数据、轨道区段划分信息和应答器分布信息。
进一步地，所述各轨道区段的状态信息包括有车占用状态、轨道空闲状态和轨道限制状态；
所述有车占用状态表示该轨道区段有列车占用；
所述轨道空闲状态表示该轨道区段没有列车占用；
所述轨道限制状态表示系统因停电或故障而无法准确判断该轨道区段是否有列车占用，属于一种待定状态。
进一步地，所述应答器优选无源应答器。
进一步地，所述应答器与其所在轨道区段最近的端部的距离不小于应答器天线与其同侧列车端部之间的距离。
进一步地，所述无线电台安装在无线通信条件较好、且与车载主机连接有利的处所，优选列车车头的顶部。
进一步地，所述应答器天线、无线电台分别与车载主机电连接，从车载主机获取工作电源，并实现双向通信。对于机车牵引的普通列车，所述的位于车尾的应答器天线与位于车头的车载主机之间采用有线通信或无线通信方式；当采用无线通信方式时，所述的车尾的应答器天线还需另配无线通信模块，甚至还需另配电源装置。
进一步地，所述通信系统与所述的无线电台之间采用无线通信方式，与轨道占用检查中心设备之间采用有线通信方式或有线加无线的通信方式。
进一步地，优选两个所述的无线电台，这两个无线电台冗余工作。
进一步地，所述的轨道占用检查中心设备和车载主机，优选采用硬件安全冗余结构。
进一步地，轨道占用检查中心设备与车载主机之间的通信优选双路独立通信通道，采用双路冗余工作方式。
本发明的有益效果是：
1.传统的轨道占用检查系统，如轨道电路和计轴轨道占用检查装置均需在铁路沿线安装众多的轨旁设备器材、敷设大量光电线缆，本发明利用应答器技术和无线通信技术构建一个车地协同的新型轨道占用检查系统，在铁路沿线只需安装应答器，通过应答器天线与应答器之间的近场无线通信，当应答器天线到应答器的距离处于预设距离内时，应答器天线自动获取应答器信息，并将应答器信息和应答器天线信息传送给车载主机，车载主机将应答器信息和应答器天线信息以及列车信息通过通信系统传送给轨道占用检查中心设备，轨道占用检查中心设备根据接收到的应答器信息、应答器天线信息、列车信息和预先建立的轨道信息数据库判断并实时输出各轨道区段的状态信息，因此本发明能将轨旁器材数量降低到最少，而且这些轨旁器材都是无维修的、无源的器材，无需敷设线缆，地面工程量小、实施容易，信号专业维护工作量小，对工务部门的轨道维护作业影响也很小，同时本发明还不受轨道结构和道床条件的影响，可以用于有砟轨道、无砟轨道、锈蚀严重的钢轨以及漏泄严重的道床等所有轨道区段。
2.与基于卫星定位的轨道占用检查系统相比，本发明的基于通信的轨道占用检查系统不依赖卫星定位，不受隧道、雨棚等遮挡的影响，可用于单线、多线、区间、站内等所有轨道区段。
3.本发明的基于通信的轨道占用检查系统适用范围广，不仅可以用于铁路领域，还可用于地铁、轻轨、有轨电车、磁浮等各种轨道交通领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的车载设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的无分岔轨道区段的应答器布置示意图；
图4位本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统有岔轨道区段的应答器布置示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的结构示意图，如图1所示，该系统由四个部分组成，分别为：安装在轨道区段的每个端部附近的应答器1，安装在列车上的车载设备2，轨道占用检查中心设备3，以及用于车载设备2与轨道占用检查中心设备3之间通信的通信系统4。
其中所述应答器1可以是具有应答器功能的其他器材，如电子标签等。每台应答器1中都包含有唯一应答器编号的应答器信息，工程实施时，所述应答器编号可以按照线路里程及线路运行方向等特征命名，所述应答器信息可预置到对应的应答器内。
轨道区段的每个端部附近分别安装1台所述应答器1，所述应答器1与其所在轨道区段的最近的端部的距离不小于应答器天线与其同侧列车端部之间的距离。
所述应答器1可以是无源应答器，也可以是有源应答器，为了将轨道旁器材数量降低到最少且无需敷设线缆，优选地，所述应答器1为无源应答器。
所述轨道占用检查中心设备3预先建立有轨道信息数据库，所述轨道信息数据库包括所有线路的线路数据、轨道区段划分信息、应答器分布信息以及每台应答器对应的特征信息等。
为了改善所述轨道占用检查中心设备3的工作环境条件，优选地，所述轨道占用检查中心设备3设置在地面某一建筑物内。
图2为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的车载设备2的结构示意图，如图2所示，所述车载设备2包括：分别安装在车头和车尾的底部靠近车子端部的应答器天线21a和21b，无线电台，车载主机23。
所述应答器天线、无线电台分别与车载主机23电连接，从车载主机23获取工作电源，并实现双向通信。需要说明的是，对于机车牵引的普通列车，所述的位于车尾的应答器天线21b与位于车头的车载主机23之间采用有线通信或无线通信方式；当采用无线通信方式时，所述的车尾的应答器天线21b还需另配无线通信模块，甚至还需另配电源装置。
所述无线电台安装在无线通信条件较好、与车载主机连接有利的处所，优选车头的顶部。单纯从技术上讲，本发明所述的轨道占用检查系统只需一个无线电台即可，但为了保证系统工作的高可靠性，本实施例中设置两个无线电台，分别为无线电台22a、无线电台22b，这两个无线电台冗余工作。
所述车载主机23安装在电磁环境、工作条件均良好的机柜内。
每个所述的应答器天线中都预置有应答器天线信息，所述应答器天线信息包括应答器天线编号；所述车载主机23中预置有列车信息，所述列车信息可包括车载主机编号，还可包括机车编号、列车车次号等信息。
所述车载主机23可以读取所述应答器天线信息；所述应答器天线类似于读写器，可以和地面的应答器实现近场无线通信，当应答器天线到应答器的距离在预设距离内时，能自动识别并获取应答器的信息。
另外，所述通信系统4是一个集无线通信、有线通信功能于一体的集成系统，它与所述的无线电台22a、22b之间采用无线通信方式，与所述的轨道占用检查中心设备3之间采用有线通信方式或有线加无线的通信方式。
为了进一步提高系统的可靠性，优选地，所述的轨道占用检查中心设备3和车载主机23均可采用硬件安全冗余结构，轨道占用检查中心设备3与车载主机23之间的通信可采用双路独立通信通道、冗余工作方式。
图3为本发明实施例提供的基于通信的轨道占用检查系统的无分岔轨道区段的应答器布置示意图，如图3所示，在每个轨道区段的两端分别设置一台应答器，如轨道区段0g的左端设置有应答器0a，右端设有应答器0b；在轨道区段1g的左端设置有应答器1a，右端设置有应答器1b；在轨道区段2g的左端设置有应答器2a，右端设置有有应答器2b，应答器0b与1a中间、1b与2a中间位置即为轨道区段的端部或相邻轨道区段的理论分界点。另外，所述应答器与其所在轨道区段最近的端部的距离不小于应答器天线与其同侧车子端部之间的距离。例如应答器0b到轨道区段0g的右端的端部之间的距离不小于应答器天线21a到列车右端部之间的距离，也不小于应答器天线21b到列车左端部之间的距离，从而当应答器天线21a(或21b)感应到应答器时，列车右端(或左端)不会跨入到相邻的轨道区段。
本发明的基于通信的轨道占用检查系统的工作原理如下：
假设某一时刻，轨道区段0g上有列车占用，轨道区段1g、2g没有列车占用，轨道占用检查中心设备3输出0g有车占用、1g轨道空闲和2g轨道空闲等正确信息。现假设列车从og向2g方向运行(即向右行驶)。
(1)当列车头部的第一应答器天线21a达到应答器0b处时，第一应答器天线21a会将接收到的应答器0b的信息叠加上其自身的应答器天线信息传送给车载主机23，车载主机23再将接收到的应答器0b的信息、第一应答器天线21a的应答器天线信息以及车载主机23中存储的列车信息通过无线电台和通信系统4传送给轨道占用检查中心设备3，轨道占用检查中心设备3获得这些信息后，根据预先建立的所有线路的线路数据、轨道区段划分信息、应答器分布信息等，判断0g为有车占用状态并立即置相邻轨道区段1g为有车占用状态。
(2)当列车头部的第一应答器天线21a达到应答器1a处时，第一应答器天线21a会将接收到的应答器1a的信息叠加上其自身的应答器天线信息传送给车载主机23，车载主机23再将接收到的应答器1a的信息、第一应答器天线21a的应答器天线信息以及车载主机23中存储的列车信息通过无线电台和通信系统4传送给轨道占用检查中心设备3，轨道占用检查中心设备3获得这些信息后，根据预先建立的所有线路的线路数据、轨道区段划分信息、应答器分布信息等，判定列车是向右运行，列车头部已进入轨道区段1g内，并继续置0g、1g为有车占用状态。
(3)当列车尾部的第二应答器天线21b达到应答器0b处时，第二应答器天线21b会将接收到的应答器0b的信息叠加上其自身的应答器天线信息传送给车载主机23，车载主机23再将接收到的应答器0b的信息、第二应答器天线21b的应答器天线信息以及车载主机23中存储的列车信息通过无线电台和通信系统4传送给轨道占用检查中心设备3，轨道占用检查中心设备3获得这些信息后，根据预先建立的所有线路的线路数据、轨道区段划分信息、应答器分布信息等，判定列车仍然是向右运行，列车即将驶出0g，并继续置0g、1g为有车占用状态。
(4)当列车尾部的第二应答器天线21b达到应答器1a处时，第二应答器天线21b会将接收到的应答器1a的信息叠加上其自身的应答器天线信息传送给车载主机23，车载主机23再将接收到的应答器1a的信息、第二应答器天线21b的应答器天线信息以及车载主机23中存储的列车信息通过无线电台和通信系统4传送给轨道占用检查中心设备3，轨道占用检查中心设备3获得这些信息后，根据预先建立的所有线路的线路数据、轨道区段划分信息、应答器分布信息等，判定列车仍然是向右运行，列车已完全驶出0g，完全进入1g，于是将0g置为轨道空闲状态，1g仍然为有车占用状态。
列车继续右行，1g、2g的状态变化过程与上述相同，在此不再赘述。
从上面还可以看出，相邻轨道区段邻近的两台应答器之间，如图3中的0b与1a之间及1b与2a之间的区域为这两个相邻轨道区段的模糊重叠区，列车头部或尾部的应答器天线进入该区域时，为安全起见，一律置相邻轨道区段均为有车占用状态，只有当列车头部的应答器天线和尾部的应答器天线均同方向驶过该区域后，才能将驶过的轨道区段置为轨道空闲状态。
正常情况下，轨道占用检查中心设备3输出的轨道区段状态信息为轨道空闲状态、有车占用状态中的一种；当设备停电或设备故障或通信中断时，轨道占用检查中心设备3输出的轨道区段状态信息为轨道限制状态。
轨道限制状态属于一种待定状态，不能准确反映该轨道区段是否有列车占用；在设备恢复供电、设备故障排除、通信恢复正常、轨道区段无车占用的情况下，若要从轨道限制状态恢复到轨道空闲状态，可以采取如下两种方法中的一种：
第一种方法：人工确认轨道区段无车占用后，再人工操控轨道占用检查中心设备3，使其输出的该轨道区段状态信息强制置为轨道空闲状态。
第二种方法：人工确认轨道区段无车占用后，让一列列车沿线路顺序经过该轨道区段，本发明所述的轨道占用检查系统按上面(1)～(4)所述的工作原理工作，当列车出清该轨道区段后，轨道占用检查中心设备3输出的该轨道区段状态信息自动恢复到轨道空闲状态。
此外，本发明的轨道占用检查系统不仅可以用于如图3所示没有分岔的轨道区段，也可用于如图4所示的有道岔分岔的轨道区段。
如图4所示，轨道区段1g是道岔区段，需在该轨道区段的每个端部设置一台应答器，如岔前的1a，直股岔后的1b，弯股岔后的1c，正常情况下，当道岔开向直股时，应答器1a、1b参与工作，工作原理同上；当道岔开向弯股时，应答器1a、1c参与工作，工作原理仍同上，在此不再赘述。
本发明中的通信系统可以充分利用现有的通信系统资源，例如，我国目前所有新建铁路均已建成覆盖全线的gsm-r无线通信系统，既有线也正在按gsm-r制式进行无线通信系统升级改造，铁路无线通信系统下一步的发展方向将是向lte-r演化，因此，在实际的工程应用中，本发明所述的轨道占用检查系统可以利用这种现成的无线通信系统资源，而无需另建一套通信系统，当然，为了保证本专利所述的轨道占用检查系统的高可靠性，无线覆盖宜采用重叠冗余覆盖方式。
同样，本发明所述的基于通信的轨道占用检查系统还可以进一步充分利用现有的通信信号系统资源，例如，我国时速250km及以上的高速铁路均按照ctcs-3级列控系统建设，该系统由无线闭塞中心设备、应答器、zpw-2000系列轨道电路、车载atp设备以及gsm-r无线通信系统组成，与本发明所述系统的轨道占用检查系统有很多共同之处，如ctcs-3级列控系统范围内的铁路全线设有gsm-r无线通信系统，每个闭塞分区设有至少两台应答器，车载atp设备包含了两台gsm-r无线电台和两个应答器天线，无线闭塞中心设备内部也预存有其管辖区内所有线路的线路数据、闭塞分区及轨道区段划分信息、应答器分布信息以及各台应答器对应的特征信息等，无线闭塞中心设备与车载atp设备之间也是通过gsm-r无线通信系统实现车地双向通信。因此，对ctcs-3级列控系统进行适当的局部修改(如应答器设置进行适当调整或补充、无线闭塞中心设备按本专利所述的轨道占用检查中心设备的功能进行升级改造等)，就可以将本专利所述的轨道占用检查系统功能融入到改进后的ctcs-3级列控系统之中，以弥补轨道电路分路不良或红光带等等不足。对于新建工程项目，甚至还可以取消轨道电路，进一步简化ctcs-3级列控系统结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。