列控系统、占用识别、轨旁设备通信的方法、设备和系统与流程

本发明属于轨道交通领域，基于立体多维度通信方式构建双向实时可靠的车地通信，进而构建基于通信的列车运行控制系统；可采用多维度通信方式构建应车车通信，实现列车虚拟联挂运行；可沿线铺设双向通信的信标如应答器，实现基于信标双向车地通信的列车运行控制系统，或作为基于无线通信方式的列控系统的后备列控系统；本系统可简化地面设备，适用于普铁、客专、城轨、磁浮以及市域铁路的列车运行控制，同样适用于低密度的列车运行控制系统和跨国铁路的列车运行控制系统，系统成本低、维护工作少、互联互通性好、适用范围广；同时提出轨旁设备可通过低轨道卫星通信与地面控制中心交互数据，减少长距离布线。

背景技术：

1、现有列控系统设备种类繁多，维护难度大，成本高，各信号系统间互联互通很难，通过简化列控设备，尤其是轨旁设备，采用通用设备搭建列控系统，实现列控系统通用化，因此需要一种可靠、低维护量并能车地双向通信的用于列车占用和完整性检查的方法，以及应用此技术构建的列车运行控制系统以及后备列车运行控制系统。

2、现有的列车运行控制系统存在下述问题：

3、1)目前列车占用和完整性检查采用轨道电路以及站内电码化来实现，轨道电路受气候、环境影响较大，对道床要求很高，同时容易受牵引回流等干扰，造成分路不良、红光带等问题较多，目前轨道电路的应用需要在钢轨一定距离设置绝缘节或电气绝缘节，影响牵引电流回流路径，同时增加成本和维护量。

4、2)计轴设备投资大，不利于线路设备简化方向，对电源可靠性要求高，容易造成轴信息丢失问题，也容易因干扰造成错误计轴。

5、3)高铁采用的是gsm-r的车地双向通信，建设成本高，且通信速率低。

6、4)ctcs2级列控采用的是应答器的单相地到车的通信，需要其他设备如轨道电路进行占用检查等。

7、5)青藏铁路采用的itcs系统采用的是卫星定位及占用检查，采用中高轨导航卫星，同时可配置地面差分基站，导航信号受地形天气影响大，导航精度差，地面差分基站建设成本高。

8、经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

9、1.申请号为“201810653419.5”、申请日为“2018.06.22”、公开号为“cn108725520a”、公开日为“2018.11.02”、名称为“适用于低密度铁路的列车运行控制系统”、申请人为“中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所；中国铁道科学研究院集团有限公司；中国铁路总公司”的中国发明专利，本发明公开了一种适用于低密度铁路的列车运行控制系统，基于无线通信及多源信息融合的定位技术的列车运行控制系统，通过多承载通道的无线通信实现车－地间、车-车间的列车位置、列车速度、线路数据、限速命令等信息的传输，由车载设备完成定位和完整性检查，车载设备和地面设备协同完成列车占用检查，由列车自主计算移动授权并自动驾驶，从而实现一套适用于低密度铁路低成本、安全、可靠、高效的列车运行控制系统。

10、2.申请号为“201610797940.7”、申请日为“2016.08.31”、公开号为“cn106218673a”、公开日为“2016.12.14”、名称为“一种基于空天车地一体化网络的列车运行控制系统”、申请人为“交控科技股份有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种基于空天车地一体化网络的列车运行控制系统，包括：航空器、卫星、无线通信基站、车载设备、轨旁设备和调度中心；航空器用于实现列车测速和定位、线路或道岔状态监测及通信功能；卫星用于实现列车测速和定位及通信功能；无线通信基站用于实现通信功能；车载设备用于实现列车测速和定位、列车的操控以及通信功能；轨旁设备用于实现列车测速和定位、线路或道岔状态监测及道岔控制；调度中心用于实现线路或道岔资源分配及轨旁设备控制。本发明通过空天车地一体化网络实现低运能铁路上运能的动态调整，满足特殊时期高运能的需求，且能在平常时期按照普通列车运行控制系统运行，降低成本，并通过冗余设计保证行车安全。

11、3.申请号为“201911024484.2”、申请日为“2019-10-25”、公开号为“cn110696879a”、公开日为“2020-01-17”、名称为“基于空天车地一体化网络的列车速度控制系统”、申请人为“新誉集团有限公司”的中国发明专利，本技术公开了一种基于空天车地一体化网络的列车速度控制系统，包括列车车辆、控制中心和轨旁设备，三者之间通过lte通信或卫通通信进行实时的数据交互，以实现对列车车辆运行速度的控制。由于该控制过程为实时的交互控制过程，因此不需要设置区段，只需要较少的设备即可实现完整的控制过程，降低了列车防护成本。此外，该方案在速度控制过程中参考了列车车辆、控制中心、轨旁设备三方的计算结果对列车速度进行控制，有效避免了由数据传递错误或计算错误导致的安全事故，提升了速度控制过程的可靠性。此外，本技术还提供了一种列车车辆，其技术效果与上述系统的技术效果相对应。

12、4.申请号为“202111320808.4”、申请日为“2021-11-09”、公开号为“cn113928373a”、公开日为“2022-01-14”、名称为“列车定位方法及系统”、申请人为“交控科技股份有限公司”的中国发明专利，本发明提供一种列车定位方法及系统，方法包括：获取列车接收到的应答器的位置信息、累计走行距离、轨道电路载频信号以及卫星定位信息；根据所述应答器的位置信息、所述累计走行距离、所述轨道电路载频信号以及所述卫星定位信息，确定列车的实际位置。所述系统执行所述方法。本发明通过在已有的基于应答器和列车累计走行距离对列车进行定位的基础上加入卫星定位、轨道电路区段定位的逻辑判断，提高了对列车定位的准确度和可靠性。

13、5.申请号为“202111591094.0”、申请日为“2021-12-23”、公开号为“cn114056391a”、公开日为“2022-02-18”、名称为“一种基于卫星定位的列车闭塞分区计算占用方法和系统”、申请人为“卡斯柯信号有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种基于卫星定位的列车闭塞分区计算占用方法和系统，包括如下步骤：s1，计算列车的实时速度和位置，并根据列车的实时速度和位置，结合列车天线位置及列车长度，得出列车最不利前端wca、列车最不利后端wcb和列车最不利机车尾部wclp的位置；s2，根据列车的完整性状态以及wca、wcb和wclp的位置，并结合电子地图信息得出对应的闭塞分区占用信息；s3，wcb进入新的闭塞分区后，查询列尾状态，若查询到列尾管压为高压，车载计算机向无线闭塞中心发送相应闭塞分区出清的消息，若查询到尾管压为低压，车载计算机向无线闭塞中心rbc报告列车完整性丢失，无线闭塞中心对相应的闭塞分区进行loi封锁。

14、上述专利采用的车地无线通信或车车通信并不能满足列车运行控制系统的实时性要去，或建设成本太高而无法推广，同时没有提供简化轨旁设备的后备列控系统；上述专利提供了中高轨卫星定位融合其他定位系统，但中高轨卫星定位信号容易受干扰且精度较差；占用检查采用定位方式检查或轨道电路等，要么不可靠，要么成本高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提出基于立体多维度的通信方式构建双向车地无线通信，基于立体多维度的通信方式构建车车通信，基于立体多维度的通信方式构建列首列尾通信，基于融合低轨道卫星星座导航授时功能的融合时空定位技术，基于连续精准定位构建的移动闭塞或准移动闭塞或自动闭塞等技术，在条件满足时可实现列车的虚拟联挂，在车地无线通信断开等条件下可通过双向通信的应答器构建的后备列车运行控制方式，两种列控系统均可支持精准停车和实现列车自动驾驶，两种列控系统建设成本低效率高可在现有列控基础上改造实现，均可作为独立的列控运行系统。

2、立体多维度的通信包括低延时卫星移动通信系统（即采用低轨道或超低轨道卫星星座移动通信系统）、地面移动通信技术（如gsm-r、gprs无线分组交换技术、lte、5g等后续推出的新一代移动通信技术）、无线通信如wlan和wimax等、微波通信（如400mhz广播通信等）、数传电台、波导管、泄露电缆、感应环线（接触网感应通信）等一种或多种组合实现，通信技术根据现场条件选取；在隧道等弱场区区段使用补强手段或中继方式提高通信质量，通过安置直放站或微基站或宏基站方式，采用分布式天线或泄露电缆方式实现隧道无线通信覆盖；站内及车站周边地区，可采用与区间同制式的车地无线通信方式，也可根据现场条件采用与区间不同的通信方式；可配置列尾通信设备参与车地双向通信，列尾设备通过列首列尾相互通信实现作为车载列控设备的车地无线通信的冗余后备，提供稳定可靠的低延时车地双向无线数据通信。

3、可利用低延时卫星星座的终端可直接相连并交互数据的传输通道，可利用移动通信技术和轨旁移动通信基站实现终端可直接相连并交互数据的传输通道、微波通信、接触网感应通信等无线通信技术一种或组合实现列首列尾通信和相邻列车的车车通信；单独及采用列车贯通线实现总线或点对点有线通信技术，或组合无线通信技术 ，列车首尾均装备对应的通信设备构建列车首尾设备间通信。

4、通信技术可以根据现场应用等条件选择，可采用调制、信道编码与交织、功率控制、多址、扩频、跳频和智能定向天线等技术提高通信可靠性。

5、采用立体多维度的通信方式中一种或多种组合构建车地双向通信，见专利cn202210234972.1、cn202111132070.9。

6、可采用立体多维度的通信方式中一种或多种组合构建列车首尾双向通信，见专利cn202210234972.1、cn202111132070.9。

7、可采用立体多维度的通信方式中一种或多种组合、列首列尾间通信，在列车距离较近时建立相邻列车间的车车双向通信，可实现列车间虚拟联挂的列车运行控制系统，提高运输效率，见专利cn202210234972.1、cn202111132070.9。

8、融合卫星定位技术，通过低轨道（含超低轨道）卫星星座提供星基导航系统或导航增强系统，通过低轨道卫星星座传输导航增强信息和/或增强导航信号，提高可用卫星数量，与中高轨道的gnss系统、地面增强站联合或独立定位，或可辅以移动通信基站联合定位，减少地面基站数量，减少地面弱场区和盲区，提高卫星定位的精度、可用性和连续性，满足室外环境下列车定位需求；可结合如惯性导航、轮轴测速、雷达测速等连续测速测距技术中一种或组合计算出定位，并与卫星定位进行比对提高定位准度；可通过有源或无源信标（包含应答器、图形如二维码等）、交叉环线、铁路沿线特征识别定位等单一或组合技术，校正列车位置，识别占用的股道、上下行和运行方向，保证列车定位连续可靠；定位技术根据现场条件选取，可再结合车载电子地图，实现列车的精确定位和测速，上下行和运行方向判断，股道占用识别，可实现列车自动控制精准停车进而实现自动驾驶。

9、在隧道或导航信号弱场区，以及轨道密集区，列车可安装有惯性导航、或轮轴测速系统、或雷达测速等单独或组合方法，提供连续测速定位；可通过设置信标如应答器、交叉环线、铁路沿线特征识别定位等单一或组合技术，校正列车位置，保证列车定位连续可靠。

10、通过低轨道（含超低轨道）卫星星座获取时间并实现同步或时间校准，或通过分布式时钟同步方式实现设备同步，时钟同步参考专利cn202210234972.1。

11、非机辆模式列车的列车完整性检查由列车自行判断，机辆模式列车的列车完整性检查参照专利cn202110999697.8、cn202111035613.5和cn202210234972.1。

12、地面设备可通过无线通信方式获取列车定位和列车完整性状态，可实现移动闭塞或虚拟闭塞方式控车运行。在条件满足时，可支持多列车虚拟联联挂运行。

13、地面设备可通过轨道电路、或计轴设备识别轨道占用和列车完整性检查；或通过双向通信功能的信标、或双向通信的交叉环线等构建闭塞分区，从而识别轨道占用和列车完整性检查。

14、通过上述车地无线通信、列车定位测速技术，构建基于通信的列控系统ctcs-g，由车载设备完成定位，非机辆模式列车如动车组等列车完整性检查由列车自行完成，机辆模式列车的完整性参照专利cn202110999697.8和cn202210234972.1，地面设备通过通信获取列车定位完成列车等效占用检查，简化减少轨旁设备，地面设备发送移动授权给列车车载设备，车载设备根据线路数据、临时限速、进路信息、移动授权信息等，保留安全距离计算出目标距离连续速度控车模式曲线，可实现以实现虚拟闭塞或移动闭塞控制或相对速度控制。

15、当相邻列车距离较近时，为提高运输效率，在区间时，当相邻较近列车车地无线通信、车车通信以及列车定位信息均正常时，可将相邻列车编组运行，前车车载设备根据地面移动授权控制前车运行，后方列车由车地通信获取线路数据、临时限速、进路信息等，再由车车通信获取前车速度、位置构建虚拟联挂方式控制列车运行，并将虚拟联挂控车状态反馈地面设备，后方列车进站自动切换到基于车地通信方式控车即退出群组控车，出站时可根据现场条件建立以车车通信方式追踪前车进行虚拟联挂方式控车，条件不具备采用基于车地通信方式的控车方式。

16、在ctcs-g状态下，当连续定位精度失准时，可降级到基于无线通信的由应答器构成等效闭塞分区的固定闭塞的列控方式ctcs-t，或可降级到基于应答器双向通信和等效闭塞分区的固定闭塞的列控方式ctcs-l；或在既有线轨道电路或计轴器构成的闭塞分区线路，可降级到基于无线通信的固定闭塞的列控方式。

17、在ctcs-g状态下，当车地无线通信故障时，可降级到基于应答器双向通信和等效闭塞分区的固定闭塞的列控方式ctcs-l；在既有线可降级到ctcs0或ctcs1或ctcs2级列控方式。

18、新修线路或既有线改造建议采用ctcs-g或ctcs-l列控系统，或采取ctcs-l列控系统作为ctcs-g列控系统的后备的冗余列控系统方式，简化轨道电路及信号机（可只保留进出站信号机），车载设备可虚拟信号灯显示。

19、当只采用ctcs-g列控系统，列控中心可与联锁、rbc合并，减少分散设备间数据交互时间，提高处理效率，同时减少设备数量降低成本；对于应用于低密度铁路如青藏铁路等西部铁路，可仅采用低延时卫星星座通信实现车地通信，采用低轨道卫星定位和车载测速测距单元联合定位，车载设备完成列车定位和列车完整性检测，地面设备通过通信获取列车定位和列车完整性状态，车载设备通过通信获取移动授权，采用移动闭塞或虚拟闭塞控车方式。

20、当只采用ctcs-l列控系统，双向应答器作为点式双向的车地通信方式，通过沿线布置双向应答器等效设置闭塞分区，地面设备通过列车经过双向应答器时下行数据获取车次号，地面设备可通过双向应答器时下行数据获取列车完整性状态，地面设备据此进行列车等效闭塞区间占用检查和列车完整性检查，具体见专利cn202111035613.5，实现列车运行控制；车站附近可通过微波广播通信如400mhz电台实现进站或出站有源应答器，提供接车进路信息、发车进路信息、临时限速信息、线路数据，以加密的方式发送给车载设备，作为进站和出站设置的有源应答器冗余，可不设置；可在站内设置双向应答器，列车用以进行站内定位、站内自动停车，地面设备识别站内股道占用，实现列车自动驾驶功能；区间可根据列车密度布置应答器或应答器组之间距离即闭塞分区长度，后期可根据运量调整应答器间布置距离；可通过设置应答器组应对单个应答器故障的冗余，当区间某处应答器组均故障，可通过该应答器组前后的应答器组等效构成一个闭塞分区并以此类推，提高应答器容错的冗余能力，提高运输效率；简化轨道电路仅用于断轨检查或通过超声波在轨道传输信息检查断轨。

21、对于高速列车或高密度列车运行控制，采取ctcs-l列控系统作为ctcs-g列控系统的后备的冗余列控系统方式，简化轨旁设备，满足列车运行控制要求。

22、线路施工车辆和维护人员配置终端设备，通过上述合适的通信方式和融合卫星定位方式（融合gnss、低轨卫星星座、基准站和通信基站），地面设备通过通信获取线路施工车辆和维护人员的位置，列控系统将该情况纳入运行控制中。

23、轨旁设备可通过低延时卫星通信与地面控制中心建立通信，交互状态、数据、命令等，减少长距离布线，轨旁设备包括道岔转辙机、leu等。

24、上述列控系统采用基于无线通信方式或双向应答器通信方式，易于实现ctcs各级系统、itcs系统、城轨系统的cbtc系统、etcs各级系统间互联互通，易于实现跨国铁路间各国信号系统间的互联互通。

25、本文地面设备是对列控中心、联锁、调度等合称，可实现列控中心、联锁、rbc合并，简化轨旁设备种类，减少区间设备数量，便于轨旁设备集中控制，提高地面设备控制自动化程度，实现无人值守站设备的远程控制，车载设备与地面设备通过双向通信交互数据，地面设备可高效实现道口联动控制，提高运输效率和安全。

26、本发明的有益效果为：提出基于立体多维度的通信方式构建双向车地无线通信，基于立体多维度的通信方式构建车车通信，基于立体多维度的通信方式构建列首列尾通信，基于融合低轨道卫星星座导航授时功能的融合时空定位技术，基于连续精准定位构建的移动闭塞或准移动闭塞或自动闭塞等技术，在条件满足时可实现列车的虚拟联挂，在车地无线通信断开等条件下可通过双向通信的应答器构建的后备列车运行控制方式，两种列控系统均可支持精准停车和实现列车自动驾驶，两种列控系统建设成本低效率高可在现有列控基础上改造实现，均可作为独立的列控运行系统；同时提出轨旁设备可通过低轨道卫星通信与地面控制中心交互数据，减少长距离布线。