專利名稱：無線機車信號系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路機車信號系統(tǒng)，特別涉及一種采用無線信道進行數(shù)據(jù)傳送，指示列車安全運行的機車信號系統(tǒng)，屬于鐵路信號技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展促使鐵路運輸向客運高速化和貨運重載化方向發(fā)展，其中又以客運高速化為發(fā)展的重中之重。目前，制約我國鐵路運輸向高速化方向發(fā)展的主要原因之一是機車信號系統(tǒng)不能滿足要求。我國現(xiàn)有的機車信號系統(tǒng)主要是建立在地面軌道電路基礎(chǔ)上的連續(xù)式或接近連續(xù)式信號系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過感應(yīng)軌道電路中的信息將地面信息傳輸?shù)綑C車上，由于只有地面到機車的單向信息傳輸，地面得不到關(guān)于列車位置、速度及運行狀態(tài)的信息。同時，地面上的列車控制指令也得不到車載設(shè)備的確認，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘貌坏奖ＷC，會對列車的安全運行造成不利的影響。另外，有線信號系統(tǒng)所采用的軌道電路會受到鋼軌長度、道渣電阻、氣候及周圍環(huán)境的影響，信息傳遞的速度和精度都有比較大的局限。而且，該系統(tǒng)需要大量的室外設(shè)備和電纜，人工維護的作業(yè)量相當大。由于這些缺點的存在，在高速鐵路系統(tǒng)以及生活條件惡劣的西南山區(qū)、青藏高原，利用傳統(tǒng)的軌道電路來傳輸機車信號已經(jīng)不能滿足實際的需要。
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的日益普及，無線通信技術(shù)已經(jīng)在鐵路信號系統(tǒng)中得到使用。這方面典型的技術(shù)進展如中國專利89101269號所揭示的“全兼容鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)”，96102961號所揭示的“鐵路無線系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制站”以及發(fā)明專利申請01128589號所揭示的“一種鐵路行車指揮系統(tǒng)”。三件專利申請主要解決了無線通信技術(shù)應(yīng)用于鐵路調(diào)度、行車指揮的技術(shù)問題。它們僅僅利用了無線通信技術(shù)中的話音傳輸，幾乎沒有涉及數(shù)據(jù)傳輸，更沒有涉及采用無線方式傳輸鐵路機車信號數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足以及鐵路部門對無線機車信號系統(tǒng)的實際要求，提供一種新的鐵路無線機車信號系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括車載設(shè)備和地面設(shè)備兩部分，它們分別安裝在機車上和車站內(nèi)，彼此之間采用數(shù)傳電臺進行無線通信，從而用無線信道取代了現(xiàn)有的軌道電路，可以實現(xiàn)列車與地面之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案一種無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述無線機車信號系統(tǒng)包括車站控制中心和至少一個車載設(shè)備；所述車載設(shè)備安裝在機車上，包括車載主機、查詢/應(yīng)答器、車載信號機和數(shù)傳電臺，所述車載主機與機車上的數(shù)傳電臺、查詢/應(yīng)答器、車載信號機分別連接，它還通過GPS設(shè)備接入全球定位系統(tǒng)；所述車站控制中心安裝在車站內(nèi)，包括車站控制主機、數(shù)傳電臺、接近應(yīng)答器和出站應(yīng)答器，所述車站控制主機與車站內(nèi)的數(shù)傳電臺和微機聯(lián)鎖主機相連接；所述車載設(shè)備與所述車站控制中心各自通過其內(nèi)部的數(shù)傳電臺建立無線通信聯(lián)系。
本發(fā)明所述的無線機車信號系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于它采用無線信道取代現(xiàn)有的軌道電路，該無線信道由數(shù)傳電臺實現(xiàn)。利用無線信道，列車和地面之間的信息交換是相互的，而且數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸信息量大，遠遠超過目前的軌道電路。該無線機車信號系統(tǒng)具有聯(lián)鎖接口和信號微機監(jiān)測接口，可以很容易地與現(xiàn)有的微機聯(lián)鎖、調(diào)度集中及微機監(jiān)測裝置結(jié)合，形成對列車運行的閉環(huán)控制，進而實現(xiàn)移動閉塞控制，大大提高我國列車運行控制的自動化水平。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明所述的無線機車信號系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本無線機車信號系統(tǒng)采用的信號傳遞幀結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有的機車用無線信號系統(tǒng)可分為兩種類型第一類是列車從一個車站到另一個車站的整個運行過程中都有機車信號顯示，稱為連續(xù)式無線機車信號。這種類型在車站和區(qū)間都有無線信號場強覆蓋，用GSM-R制式或TETKA制式等連續(xù)無線傳輸方式來實現(xiàn)。第二類是列車從一個車站到另一個車站運行時，它只有在臨近車站才有機車信號，稱為接近連續(xù)式無線機車信號。這種類型僅在車站周圍有無線信號場強覆蓋，因此適合用普通數(shù)傳電臺來實現(xiàn)。本發(fā)明所述的無線機車信號系統(tǒng)就是這種類型。它適合用于自動站間閉塞或半自動閉塞。
如圖1所示，本發(fā)明所述的無線機車信號系統(tǒng)可以分為兩個部分。其一是車載設(shè)備，我們將之稱為OBE，其二是地面控制設(shè)備，我們將其稱為車站控制中心(SCC)。車載設(shè)備安裝在各機車上，包括車載主機、查詢/應(yīng)答器、車載信號機和數(shù)傳電臺，其中車載主機為一臺自行研制的以微處理器為核心的控制設(shè)備，它具有無線數(shù)據(jù)傳輸接口，該接口為RS-232接口，接機車上的數(shù)傳電臺；列車運行安全監(jiān)控記錄裝置接口，該接口接安全系統(tǒng)，即列車運行安全監(jiān)控記錄裝置。安全系統(tǒng)提供列車超速防護、記錄診斷，安全報警等功能；GPS接口，該接口也是RS-232接口，通過該接口車載主機與GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)相連接。車載主機與車載查詢/應(yīng)答器通過RS-485接口進行通信。它還與車載信號機相連接，車載信號機用于向列車司機提示信號情況。地面控制設(shè)備安裝在列車運行沿線的各個車站內(nèi)，包括車站控制主機、數(shù)傳電臺、接近應(yīng)答器和出站應(yīng)答器，其中車站控制主機是一臺工業(yè)控制用計算機，它具有微機聯(lián)鎖接口和信號微機監(jiān)測接口，以便與現(xiàn)有的微機聯(lián)鎖、調(diào)度集中、微機監(jiān)測等鐵路控制裝置結(jié)合，實現(xiàn)對列車運行的閉環(huán)綜合控制。車站控制主機通過RS-232接口與數(shù)傳電臺和車站微機聯(lián)鎖主機連接。上述接近應(yīng)答器安裝在相當于現(xiàn)在鐵路系統(tǒng)中進站預(yù)告信號機所在的位置，而出站應(yīng)答器則安裝在相當于現(xiàn)在鐵路系統(tǒng)中出站信號機所在的位置，它們安裝在軌道上，機車通過感應(yīng)地面應(yīng)答器來判斷是否接近車站或離開車站。
在本發(fā)明中，車載設(shè)備OBE的功能包括通過數(shù)傳電臺接收車站控制中心SCC的列控信號，在車載信號機上顯示出來，車載主機同時回送確認信息。車載主機也要接收地面應(yīng)答器的信息和來自GPS的信息，并將獲得的列車速度、位置、機車號及設(shè)備狀態(tài)信息傳給車站控制中心。車載主機同時還要通過列車運行安全監(jiān)控記錄裝置接口向列車運行監(jiān)控記錄裝置提供信息。而車站控制中心SCC則通過數(shù)傳電臺建立無線信道，實現(xiàn)車一地間列控信號的傳遞。它對接近車站的列車在壓過接近應(yīng)答器后進行注冊，對駛出站外壓過出站應(yīng)答器的列車進行注銷管理，并根據(jù)車站微機聯(lián)鎖進路信息和列車位置，生成列車控制信號并及時發(fā)送到車載設(shè)備，接收車載設(shè)備的回執(zhí)信息，并自動判定信息傳輸?shù)臏蚀_性。
本發(fā)明所述無線機車信號系統(tǒng)的工作過程是這樣的當列車向安裝有車站控制中心設(shè)備的車站行進，經(jīng)過軌道上的接近應(yīng)答器時，車載查詢/應(yīng)答器感應(yīng)到地面接近應(yīng)答器的信息后，啟動車載無線機車信號控制裝置，由車載電臺按規(guī)定方式向車站控制中心循環(huán)不斷地發(fā)出注冊信息，該信息包括目的地址、源地址、密匙等內(nèi)容，直到被車站控制中心識別并成功注冊，車站控制中心發(fā)出確認信息為止。在注冊過程中，車載主機不斷利用GPS信息測定列車的位置與進站標志牌之間的距離LX，當LX已等于或略大于規(guī)定的制動距離而還沒有注冊成功或已注冊成功但機車信號是紅燈時，如果司機沒有采取減速措施，車載安全系統(tǒng)將進行自動停車。另外如果列車超速進站，車載安全裝置也將實施制動。車站控制中心收到注冊信息后，經(jīng)過有效性和身份確認完成注冊，并給車載設(shè)備發(fā)出應(yīng)答信息。注冊后的車載設(shè)備便成為車站控制中心網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，車站控制中心采用主呼方式周期性地對每個車載設(shè)備發(fā)出控制信息，如色燈信號、股道信息等，同時車站控制中心也可以接收到來自車載設(shè)備的信息，如列車速度、位置、信號回示、應(yīng)答器位置和設(shè)備狀態(tài)等。
車站控制中心實時地根據(jù)聯(lián)鎖條件和調(diào)度命令生成控制信息，以滿足車站控制中心同時能夠控制多個列車和滿足機車信號應(yīng)變時間的需要。車站控制中心實時控制命令包括①根據(jù)列車運行位置，實時更新本站控制中心控制范圍內(nèi)列車車載電臺的通信地址，并根據(jù)調(diào)度命令與列車進路建立對應(yīng)關(guān)系。②根據(jù)車站微機聯(lián)鎖設(shè)備的狀態(tài)，實時改變進路狀態(tài)。③根據(jù)列車的運行位置，實時改變發(fā)給列車的控制信息，保證列車越過進站標志到車載電臺接收到改變的控制信息時間不超過2秒；列車越過進站標志后，更改發(fā)送給列車的控制信息要在更改進路狀態(tài)之前。列車出站越過出站應(yīng)答器后，車載設(shè)備自動修改通信地址，為下一站注冊做好準備，車站控制中心中斷與車載設(shè)備的通信，注銷該車載設(shè)備。當調(diào)車作業(yè)時，由車載設(shè)備控制切換，車站控制中心對車載設(shè)備的控制進入調(diào)車作業(yè)，調(diào)車結(jié)束后，恢復(fù)建立車站控制中心與車載設(shè)備的列車進路。
車站控制中心與從事列車調(diào)度工作的調(diào)度控制中心進行連接。一個調(diào)度控制中心可以控制若干個車站控制中心。調(diào)度控制中心內(nèi)機車調(diào)度員根據(jù)調(diào)車作業(yè)計劃，將各次列車車載電臺的通信地址通知各個車站控制中心，并根據(jù)列車走行的位置，實時將進入各車站控制范圍內(nèi)的列車通知各車站控制中心。
綜上所述，與現(xiàn)有基于軌道電路的通用機車信號系統(tǒng)相比，本無線機車信號系統(tǒng)除了傳輸媒介不同，信號屬性不同，前者是數(shù)字信號后者是模擬信號之外，在控制機理上也有明顯的不同?，F(xiàn)有的通用機車信號系統(tǒng)是一種分布式、一對一的控制方式，機車只接收所在軌道電路中的信息，控制中心與機車之間是—一對應(yīng)的關(guān)系。這樣控制的效率顯然比較低。而本無線機車信號系統(tǒng)采用集中控制的方式，即車站控制中心采用時分復(fù)用方式或頻分復(fù)用方式同時控制多臺機車。
在本發(fā)明中，每一臺機車都安裝有一套車載設(shè)備，車載設(shè)備中的無線數(shù)傳電臺具有唯一確定的通信地址，車載電臺通過應(yīng)答器獲得需要進行注冊的車站電臺的信息，包括車站電臺的通信地址、電臺頻率等，然后采用車載電臺主呼方式進行列車注冊。車站控制中心負責控制站內(nèi)及上/下行駛向本站的所有列車，它的無線數(shù)傳電臺與車載電臺一并構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)為車站控制中心和車載設(shè)備提供獨立的無線信道，保證它們之間進行雙向、連續(xù)的數(shù)據(jù)通信。
為使車站控制中心正確區(qū)分站內(nèi)所有的列車，并實時地對每一列車進行控制，本無線機車信號系統(tǒng)中采用獨有的信號傳遞幀結(jié)構(gòu)。如圖2所示，車站控制中心傳向車載設(shè)備的信息內(nèi)容包括標識碼、車站編碼、機車號、傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)、注冊號、機車信號內(nèi)容、備用、校驗和等。車載設(shè)備傳向車站控制中心的信息內(nèi)容包括標識碼、機車號、車站編碼、傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)、注冊號、列車位置、列車速度、應(yīng)答器編號、信號回執(zhí)、設(shè)備狀態(tài)、上/下行、進出站、調(diào)車與列車、一室在前或二室在前表示、校驗和等。為了保證無線機車信號的實時性和可靠性，這些信息可分為三種類型。第一類信息(I)列控信號基本信息；第二類信息(II)含接/發(fā)車股道數(shù)、車次號、列車實際速度和最大允許速度、列車位置等。此外，在傳輸延遲允許的前提下還可傳輸?shù)谌惙前踩再|(zhì)的信息(III)包含工務(wù)、電務(wù)、機務(wù)等方面的不同內(nèi)容信息?？梢愿鶕?jù)不同需要選擇采用包括長、中、短周期的標準信息格式。
本無線機車信號系統(tǒng)也可以在車載設(shè)備和車站控制中心中增設(shè)GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并采用GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)傳電臺通信方式的補充。如果采用這種方式，在車載設(shè)備和車站控制中心之間的通信內(nèi)容中還應(yīng)增加為ATP系統(tǒng)服務(wù)的控制參數(shù)等。
在鐵路運輸系統(tǒng)中，安全是始終是第一位的。為保證本系統(tǒng)運行絕對可靠，車載主機和車站控制主機都可以采用雙機熱備份，即同時使用兩臺一樣的主機，一旦其中一臺出現(xiàn)問題，立即由另外一臺頂替其工作，這樣可以極大降低信號系統(tǒng)出事故的概率。另外，車載設(shè)備還具有安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障診斷、聲光報警等功能。為預(yù)防萬一出現(xiàn)的情況，它還可以隨時切換到人工設(shè)置調(diào)車停用和上/下行切換的狀態(tài)。
為了舉例說明本發(fā)明的實現(xiàn)，描述了上述具體實施例。應(yīng)該明白，本發(fā)明的其它變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，本發(fā)明并不限于所描述的具體實施方式
。因此，在本發(fā)明所公開內(nèi)容的真正實質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何/所有修改、變化或等效變換，都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述無線機車信號系統(tǒng)包括車站控制中心和至少一個車載設(shè)備；所述車載設(shè)備安裝在機車上，包括車載主機、查詢/應(yīng)答器、車載信號機和數(shù)傳電臺，所述車載主機與機車上的數(shù)傳電臺、查詢/應(yīng)答器、車載信號機分別連接，它還通過GPS設(shè)備接入全球定位系統(tǒng)；所述車站控制中心安裝在車站內(nèi)，包括車站控制主機、數(shù)傳電臺、接近應(yīng)答器和出站應(yīng)答器，所述車站控制主機與車站內(nèi)的數(shù)傳電臺和微機聯(lián)鎖主機相連接；所述車載設(shè)備與所述車站控制中心各自通過其內(nèi)部的數(shù)傳電臺進行無線通信。
2.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車載主機和所述車站控制主機均采用雙機熱備份的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車載主機與車載安全監(jiān)控記錄裝置相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述接近應(yīng)答器安裝在現(xiàn)有鐵路系統(tǒng)中進站預(yù)告信號機所在的位置，所述出站應(yīng)答器安裝在現(xiàn)有鐵路系統(tǒng)中出站信號機所在的位置。
5.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車站控制主機與信號微機監(jiān)測系統(tǒng)相連接。
6.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車站控制中心的數(shù)傳電臺和機車上的數(shù)傳電臺進行無線通信時采用時分復(fù)用方式或頻分復(fù)用方式。
7.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述列車上的車載設(shè)備采用車載數(shù)傳電臺主呼的方式進行列車注冊；所述車站控制中心采用車站數(shù)傳電臺主呼的方式對列車進行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車載數(shù)傳電臺和所述車站數(shù)傳電臺之間的通信采用長、中、短周期的標準信息格式中的一種，其中長周期的標準信息格式包括發(fā)送標志、收信單位、發(fā)行單位、時間標志、第I類信息、第II類信息、第III類信息、CRC校驗等內(nèi)容；中周期的標準信息格式包括發(fā)送標志、收信單位、發(fā)行單位、時間標志、第I類信息、第II類信息、CRC校驗等內(nèi)容；短周期的標準信息格式包括發(fā)送標志、收信單位、發(fā)行單位、時間標志、第I類信息、CRC校驗等內(nèi)容；所述第I類信息為列控信號基本信息，所述第II類信息包括接/發(fā)車股道數(shù)、車次號、列車實際速度和最大允許速度、列車位置等內(nèi)容，所述第III類信息包含工務(wù)、電務(wù)、機務(wù)等方面內(nèi)容的信息。
9.如權(quán)利要求1所述的無線機車信號系統(tǒng)，其特征在于所述車載設(shè)備和所述車站控制中心中還具有GSM網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線機車信號系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括車站控制中心和至少一個車載設(shè)備；車載設(shè)備安裝在機車上，包括車載主機、查詢/應(yīng)答器、車載信號機和數(shù)傳電臺，車載主機與機車上的數(shù)傳電臺、查詢/應(yīng)答器、車載信號機分別連接，它還通過GPS設(shè)備接入全球定位系統(tǒng)；車站控制中心安裝在車站內(nèi)，包括車站控制主機、數(shù)傳電臺、接近應(yīng)答器和出站應(yīng)答器，車站控制主機與車站內(nèi)的微機聯(lián)鎖主機及數(shù)傳電臺相連接。本系統(tǒng)采用無線信道取代現(xiàn)有的軌道電路，可以實現(xiàn)列車和地面之間的交互式信息交換，數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸信息量大，遠遠超過目前的軌道電路。
文檔編號B61L23/00GK1528632SQ20031010035
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月13日
發(fā)明者王化深, 王俊峰, 張勇 申請人:北京交通大學