CN115973240A - 新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统，利用LEU、双向通信应答器、车载应答器报文收发装置构成点式车地双向通信，LEU、双向通信应答器、车载应答器收发装置、列控中心均需要实现双向通信功能，通过在轨道沿线合理布置双向通信应答器和LEU，将区间划分多个闭塞分区，实现列车定位、占用检查和完整性判断，单独构成基于应答器实现车地双向通信的点式列车运行控制系统，或作为基于无线通信的列车运行控制系统的后备模式，降低维护工作，简化地面设备，易于实现各级列控系统间互联互通，易于实现普铁、高铁、城轨间信号系统的互联互通，提高运输效率，实现自动驾驶。

Description

新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统

技术领域

本发明属于轨道交通领域，利用LEU、双向通信应答器、车载应答器报文收发装置构成点式车地双向通信，LEU、双向通信应答器、车载应答器收发装置、列控中心均需要实现双向通信功能，通过在轨道沿线合理布置双向通信应答器和LEU，将区间划分多个闭塞分区，实现列车定位、占用检查和完整性判断，单独构成基于应答器实现车地双向通信的点式列车运行控制系统，或作为基于无线通信的列车运行控制系统的后备模式，降低维护工作，简化地面设备，易于实现各级列控系统间互联互通，易于实现普铁、高铁、城轨间信号系统的互联互通，提高运输效率，实现自动驾驶。

背景技术

现有列控系统设备种类繁多，维护难度大，成本高，各系统间互联互通很难，通过简化列控设备，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。

现有的列车运行控制系统存在下述问题：

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。

2)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。

3)轨道容易生锈地方、轻车情况下，不适合轨道电路的应用。

4)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)多种计轴组合检查，成本较多，同时没有实现车地双向通信功能。

6)光纤光栅传感技术在轨道交通轨道占用检查，环境影响大，不能车地双向通信。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1.申请号为“202111035613.5”、申请日为“2021-09-06”、公开号为“CN113602323A”、公开日为“2021-11-05”、名称为“用应答器实现列车占用及完整性检查和列控的方法和系统”、申请人为“陈建明”的中国发明专利，本发明本发明利用应答器实现列车占用及完整性检查和列控方法和系统，利用LEU、有源应答器、列首和列尾应答器车载天线与BTM构成车地双向通信，通过在轨道沿线成组布置双向通信有源应答器和LEU，将线路划分多个区间，通过车地双向通信，实现列车占用检查和完整性判断,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，单独构成基于应答器实现车地双向通信的列车运行控制系统，或作为基于无线通信的列车运行控制系统的后备模式，简化轨旁设备，提高运输效率。

2.申请号为“202010441750.8”、申请日为“2020.05.22”、公开号为“CN111572599A”、公开日为“2020.08.25”、名称为“一种基于点对点双向通信的列车定位唤醒装置及方法”、申请人为“广州铁科智控有限公司; 广州地铁集团有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种基于点对点双向通信的列车定位唤醒装置及方法,通过设置连接至地面ATS的地面定位天线和设置在列车上的车载定位传感器,并通过车载传感器处理单元根据车载定位传感器所接收到的来自地面定位天线的定位信号的强度来实现列车的定位,本发明中的技术方案可以代替现有的利用应答器接收天线或车载测速单元来实现休眠时车辆位置的实时监测与持续获取位置的方案,并借助双向通信机制代替WLAN或LTE等方式来使得车载传感器处理单元接收来自于地面ATS的唤醒命令,可以在实现唤醒功能的同时达到了简化系统设计、提高定位精度、降低全车休眠时的功耗的效果。

3.申请号为“200910046544.0”、申请日为“2009-02-24”、公开号为“CN101811508A”、公开日为“2010-08-25”、名称为“故障安全型红外线双向应答器系统”、申请人为“上海申通轨道交通研究咨询有限公司”的中国发明专利，本发明涉及一种故障安全型红外线双向应答器系统，包括：一个安装在移动车辆上的车载阅读器和一个安装轨旁的地面应答器；车载阅读器和地面应答器由各自的发射单元(1)、接收单元(2)以及相对应的红外线收发阵列(3)构成；本发明的有益效果是：能够可靠实现车辆和地面的双向红外线数据通信，阅读器和应答器都能输出信号给各自的控制系统，满足了车辆准确定位的需求；实现了设备故障导向安全，提高轨道交通运行的安全性；不干扰附近位置的射频应答器系统，提高了设备的适应性。

4.申请号为“202010655579.0”、申请日为“2020-07-09”、公开号为“CN111731346A”、公开日为“2020-10-02”、名称为“基于近距离通信的列车定位和降级资源管理系统及方法”、申请人为“中车青岛四方车辆研究所有限公司”的中国发明专利，本发明提供的基于近距离通信的列车定位和降级资源管理系统，包括车载通信模块、轨旁无源通信模块以及轨旁有源通信模块；所述车载通信模块设置于列车上，与车载控制器双向通信连接；所述轨旁无源通信模块以及所述轨旁有源通信模块均设置于轨旁，其中，所述轨旁无源通信模块与所述轨旁有源通信模块均与所述车载通信模块双向近距离通信连接，所述轨旁有源通信模块与所述目标控制器双向通信连接。该发明在正常模式和降级模式下列车的运行控制均由车载控制器处理，取代了计轴器和应答器，节约了工程建设的成本，减少了地面设备的种类，降低了复杂程度，简化了地面设备的功能。

5.申请号为“201922066022.9”、申请日为“2019-11-26”、公开号为“CN210862725U”、公开日为“2020-06-26”、名称为“一种用于轨道占用检查的传感装置”、申请人为“北京全路通信信号研究设计院集团有限公司”的中国实用新型专利，本实用新型属于轨道交通技术领域，具体涉及一种用于轨道占用检查的传感装置，所述传感装置包括光缆；所述光缆刻录有光纤光栅传感器；所述光缆包括m根光纤，所述光缆中含m×n个光纤光栅传感器；m、n均为大于0的整数。本专利的光纤光栅传感器可以测量车辆轮对占压钢轨产生的压力应变，通过沿钢轨敷设足够密集的光纤光栅传感器实现连续式轨道占用检查，还可以实现列车定位、测长、测速和列车完整性检查等功能。为了克服波分复用技术对于单通道传感器个数的限制，本专利提出采用不同光纤上分组刻录传感器的方式，实现了长距离高密度测量。

6.申请号为“201610528943.0”、申请日为“2016-07-07”、公开号为“CN106143539A”、公开日为“2016-11-23”、名称为“基于环形线圈的有轨电车道岔区段占用检查系统及方法”、申请人为“苏州长和天成铁路信号有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种基于环形线圈的有轨电车道岔区段占用检查系统，其包括：设置在有轨电车线路中央的环形线圈、设置在轨道旁边的车辆检测模块、逻辑运算主机，环形线圈与所述车辆检测模块通过馈线连接，组成车辆检测器，车辆检测器检测有轨电车是否通过和通过方向，车辆检测模块与逻辑运算主机通过现场通信总线连接，逻辑运算主机根据车辆检测模块采集的列车通过信息进行逻辑运算，综合判断道岔区段的占用和出清状态。本发明系统使用灵活、安全可靠、成本较低；通过逻辑判断确保道岔区段电车安全行驶，提升有轨电车运营效率；任一逻辑条件判断错误，均可保证逻辑运算单元导向安全状态。

上述专利采用应答器方案的要么只能作为定位和地到车数据传输，或只能进行双向激活，采用其他技术可实现列车占用、定位、车地双向通信，甚至实现类似轨道电路的分区功能，但仅提出分区概念，增加新设备且与现有系统不兼容，同时增加维护工作量以及新设备带来的风险，也不利于与现有系统的互联互通。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提出基于双向通信应答器实现车地间点式双向通信，将双向通信应答器布置于轨道线路沿线，将线路区间划分为多个等效的闭塞分区，实现类似轨道电路闭塞分区功能，站内股道划分不同区段和用于股道识别，实现列车占用、定位识别和股道识别，线路分支两侧均布置双向通信应答器用以识别列车位置和占用，从而实现全线路车地双向通信的点式列控系统，实现自动闭塞控制，实现目标距离连续速度模式曲线控制列车运行，线路可根据需要布置无源应答器用以提高定位精度，实现列车站内精准停车和发车定标，实现列车自动驾驶。

车地通信上行数据由固定数据和可变数据组成，固定数据包含线路固定参数如线路参数、线路允许速度、应答器链接信息、列控等级切换等，可变数据包含进路信息、临时限速信息、移动授权信息等；车载设备可通过应答器上传的上行数据应包含应答器编号用于列车定位、股道识别等。

下行数据可包含车次号、机车号、列首列尾标志、列车完整性状态、时间、列车运行模式、列车速度、设备状态等信息。

车站附近可通过无线通信如微波通信（400MHz电台）实现车地双向通信，通信范围至少覆盖车站一接近和一离去区段，实现原有进站、或出站、或站内应答器信息的车地传输，提供车载控车设备（ATP或LKJ）接车进路信息、发车进路信息、临时限速信息、线路数据、移动授权信息等，以加密的方式发送给车载设备；提供地面设备（列控中心、或车站数据源服务器、或地面集中控制设备）车次号、机车号、列首列尾标志、列车定位和列车完整性状态信息等，以加密的方式发送给地面设备，地面设备识别列车定位、股道占用识别、列车完整性检查；与进站、出站和站内设置的应答器信息传输通道互为冗余，可不设置。

地到车的上行固定数据可通过站内无线通信方式如微波通信广播方式、或通过站内应答器方式传输，上行固定数据可覆盖相邻区间和车站的固定数据，区间布置的双向通信应答器只实现上行可变数据的上传和下行数据的传输，可少量布置无源应答器用于定位、提示（如过分相、RBC切换边界、级间切换等）、提供反向运行数据等；站内、区间也可通过无源应答器和双向通信应答器成组设置，站内无源应答器提供前方一定距离的上行固定数据（接车进路线路数据，或站内通过的固定的上行报文内容应至少覆盖相邻两个闭塞分区和一个列车常用制动距离的线路数据限速信息），站内双向通信应答器提供上行可变数据、下行数据的传输通道，区间布置无源应答器和双向通信应答器编组，无源应答器提供线路数据，双向通信应答器提供可变数据上行通道和下行数据通道。

通过车地通信，车载控车设备可实现列车侧线、支线线路数据自动调入，无需人工输入。

区间根据现场应用配置无源应答器（区间需要传递线路数据等上行固定数据配置无源应答器，区间不需要传递线路数据等上行固定数据不配置无源应答器），可与双向通信应答器组合成应答器组，区间布置双向通信应答器或应答器组将区间划分多个等效闭塞分区，地面设备根据下行数据自动追踪列车、等效列车占用检查、等效列车完整性检查、股道占用识别、列车运行方向识别，计算出列车移动授权；车载设备根据上行数据获取列车定位、移动授权信息，控制列车运行。

进站口布置双向通信应答器，可与无源应答器编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传进路信息，当列车通过车站时，能提供前方一定距离（离去区段）内的线路参数、临时限速信息和移动授权信息；设置上行可变数据通道缺省报文，缺省值应按照进站口所有接车进路的最低限速（最低道岔限速和最短进路长度）设置；地面设备通过应答器下行数据定位列车位置、自动追踪列车和列车完整性检查等。

出站口布置双向通信应答器，可与无源应答器编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传临时限速信息和移动授权信息等；地面设备通过应答器下行数据定位列车位置、自动追踪列车和列车完整性检查等。

车站股道布置双向通信应答器用于地面设备和车载控车装置识别列车占用的股道，同时站内股道可布置无源应答器用于列车精准定位停车和发车定标，实现列车自动驾驶。

车载设备通过上行报文获取定位、上下行和运行方向、移动授权等信息；地面设备获取下行报文信息用以识别列车定位、列车占用检查、股道占用识别、列车完整性检查等。

下行数据由车载BTM主机接收车载设备（列首为ATP或LKJ，列尾为列尾设备）信息，由BTM主机采用编码生成下行数据报文并连续循环发送，BTM采用安全架构保证下行数据报文的安全完整性，下行数据经车载天线连续下发报文经应答转发至LEU,LEU能够识别出完整一包数据，更新报文并转发至地面设备（通过固定包头识别一包数据，数据安全完整性由校验码或编码方式实现）；下行链路应答器数据报文更新可在离前方应答器一定距离完成，接近前方应答器时不进行下行链路应答器数据报文更新。

双向通信应答器设置上行的默认报文，当LEU与地面设备通信断开，LEU将发送存储于LEU的默认报文至应答器，由应答器通过上行通道传送给车载设备；当LEU、或LEU与应答器传输通道故障时，应答器发送存储于应答器的默认报文通过上行通道传送给车载设备。

双向通信应答器上行数据主要为可变数据，由LEU周期接收地面设备发送的上行数据，由LEU连续循环发送给应答器，再由应答器传送给车载设备，在列车经过应答器时，当车载天线经过应答器时，车载设备获取上行数据，同时LEU能够获取列车车载天线经过应答器的信息，在车载天线经过应答器时不允许LEU更新上行报文数据。

双向通信应答器下行数据通道故障，可继续使用上行数据通道发送可变数据信息。

LEU周期性将传输通道和应答器状态反馈给地面设备。

车载控车装置为ATP或LKJ，车载控车装置在列车经过应答器时可以进行定位和定位校准。

区间和站内布置的应答器最好为一组（两个及以上）实现单个应答器组内冗余，移动授权信息、临时限速和进路信息仅在应答器组内冗余；故障容错能力高，当区间一组应答器故障，可合并前后应答器等效一个大的闭塞区间，维持列车正常运行；列车尾部或挂靠列尾的设备承载平台安装应答器收发装置用于向地面传递列尾位置信息，也可作为列首应答器收发装置的冗余，列尾应答器收发装置通过列首列尾通信交互应答器的收发信息，提高关键设备和关键信息的冗余。

双向通信应答器可在有源应答器基础上修改，保留原有源应答器上行数据通道和从LEU接收报文通道，增加应答器下行数据接收通道、并将数据传送给LEU，电源由轨旁设备LEU供电。

车载应答器收发装置可在原车载应答器查询装置基础上保留原应答器上行数据通道，增加下行数据通道，同时能够发送27MHz能量波激活无源应答器，可兼容现有的有源应答器和无源应答器。

LEU增加应答器下行数据接收通道，LEU与列控中心或车站数据源服务器或地面集中控制设备间为双向通信，并将下行数据传送给LEU，再有LEU传送给列控中心或车站数据源服务器或地面集中控制设备；区间LEU布置于轨旁，可以控制多组应答器内双向有源应答器，站内LEU可布置于轨旁或机房内，可控制进站、站内和出站双向通信应答器。

非机辆模式列车，列车完整性由列车自行判断，地面设备收到应答器下行数据含车次号、机车号、列车完整性状态、列首列尾标志和时间信息等，地面设备获取列车定位和列车完整性状态，查询列车长度，等效列车占用检查和股道占用检查，计算出列车移动授权信息；机辆模式列车列车完整性可由列车自行判断（通过列首车载设备与列尾设备通信，列首车载设备获取列尾制动尾管压力、运动状态、列尾定位等信息判断列车完整性状态），列车定位、占用检查同非机辆模式列车；机辆模式列车的列车完整性可通过列尾安装应答器收发装置，地面设备在列车首尾经过地面应答器时获取列车首尾应答器收发装置的下行数据，从而获取列首列尾定位，从而判断列车完整性状态、列车占用检查和股道占用检查等信息，从而计算出列车移动授权信息。

地面集中控制设备是对列控中心、联锁、RBC等合称，可实现列控中心、联锁、RBC等合并，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。

区间可根据列车运行密度设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或应答器组间设置置距离；应答器可作为上行和下行报文转发，不考虑安全架构，上下行报文数据完整性由协议和编码保证；区间LEU放置于轨旁，LEU可采用冗余安全架构，具备故障切换功能，具备状态检测功能，LEU与列控中心或车站数据源服务器或地面集中控制设备通过光纤进行双向交互数据，也可采用低轨道卫星通信与地面控制设备交互数据，减少长距离布线。

线路布置无源应答器用于向车载设备传送反向线路数据，或站内接收到线路数据数据包含线路反向数据，通过双向通信应答器可组织列车高效反向运行。

LEU可通过线缆或周边发电设备+储能稳定供给电源。

适用于轨道车运行控制系统，用于轨道车定位、列车占用检查，实现轨道车自动驾驶。

适用于调车监控运行控制系统，地面调车调度获取调车定位、轨道和股道占用检查信息，调车车载设备获取列车定位、进路信息和移动授权，控制调车运行。

双向通信应答器可用双向通信信标、双向通信的交叉环线等替代，实现车地双向通信，实现列车定位、列车占用和列车完整性状态检查等功能。

双向通信应答器在现有列控系统包括CTCS系统和CBTC系统可作为有源应答器、或列车定位使用；用于城轨系统的列车占用检查，替换计轴器；双向通信应答器可用于站台屏蔽门和车门联锁控制的通信通道；可适用于无人值守的车站进行列车自动精准停车、自动发车对标和自动站内通过。

基于双向通信应答器构建的列控系统适用于替换目前CTCS0、CTCS1、CTCS2级列控系统，适用于市域铁路，通过少量改造，可实现大铁铁路与城轨信号系统的互联互通，适用于磁浮、有轨电车、无轨电车等列控系统，适用于调车列车运行控制系统、轨道车列车运行控制系统，适用于厂矿内铁路、段内铁路的列车运行控制系统，实现区间自动闭塞、站内股道识别及精确定位的列车自动驾驶。

本发明的有益效果为：提出基于双向通信应答器实现车地间点式双向通信，将双向通信应答器布置于轨道线路沿线，将线路区间划分为多个等效的闭塞分区，实现类似轨道电路闭塞分区功能，站内股道划分不同区段和用于股道识别，实现列车占用、定位识别和股道识别，从而实现全线路车地双向通信的点式列控系统，实现自动闭塞控制，实现目标距离连续速度模式曲线控制列车运行，线路可根据需要布置无源应答器用以提高定位精度，实现列车站内精准停车和发车定标，实现列车自动驾驶，使用于所有轨道交通列车运行控制，实现各级列控系统的互联互通。

附图说明

图1为基于双向通信应答器构建的列车运行控制系统的示意图，

图2为双向通信应答器上行链路和下行链路系统示意图，

图3为双向通信应答器系统车载收发设备示意图，

图4为双向通信应答器系统地面系统示意图，

图5为双向通信应答器系统地面系统LEU原理示意图，

图6为双向通信应答器系统地面系统双向通信应答器原理示意图。

图中：1—有人值守车站信号设备、11—车站区间一体化设备、12—CTC站机、13—信号集中监测、14—定位基站、2—无人值守车站设备、3-车地通信设备、31-LEU、32-双向通信应答器、33-无源应答器、34-站内车地无线通信基站、5-列首设备、41-车载列控系统、411-列控车载系统/列尾设备、412-BTM主机、42-天线单元、5-列尾、51-列尾设备、6-应答器默认报文写入接口。

图中：A1-应答器向天线单元传输应答器上行链路报文接口、A2-天线单元向应答器传输应答器下行链路报文接口、A4-天线单元向地面应答器传递射频能量的接口、A5-应答器默认报文更新接口（可选）、C1-LEU向应答器传输上行链路应答器报文的接口、C2-应答器向LEU传输下行链路应答器报文的接口、C4-阻止LEU进行应答器报文切换（可选）、C6-LEU向应答器提供电源的接口、D1-天线单元向BTM传输上行链路应答器报文的接口、D2-BTM向天线单元传输下行链路应答器报文的接口、D3-BTM向天线单元传输下行能量波的接口、D4-BTM向天线传输自检信号的接口、D5-天线单元向BTM传输自检信号的接口、S-列控中心或联锁与LEU双向交互数据和状态的通信接口、B-列控车载系统或列尾设备与BTM主机双向交互数据的通信接口。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明的信号系统如图1至6所示：包括车载列控系统41、BTM主机412、车载天线单元42、列尾设备51、轨旁电子单元LEU设备31、双向通信应答器32、无源应答器33、站内车地无线通信34、车站区间一体化设备11等构成。

区间线路沿线布置应答器或应答器组（可由双向通信应答器单租组成，或与无源应答器组合构成）、LEU，将线路划分多个等效闭塞分区，在每个闭塞分区始、末端实现车地双向通信，也可根据现场应用条件设置信号机，用于车载应答器收发装置上行链路通道故障后可转入地面信号灯引导列车运行。

地面设备包括车站区间一体化设备11、或列控中心、或联锁设备通过双向通信应答器的下行链路数据获取列车的车次号、机车号、列车完整性状态（机辆模式列车可由地面检查）、列首列尾标志、时间、列车速度和列车运行模式等信息，从而实现列车占用检查、列车完整性检查、自动追踪列车、股道占用识别、列车运行方向识别，计算出列车移动授权；当列车无法自身检查列车完整性状态，可通过列尾设备51配置应答器收发装置下发数据，地面设备获取列首和列尾定位，从而实现列车完整性状态检查和列车占用检查，自动追踪列车，计算出移动授权。

车载列控设备41通过应答器上行链路的数据获取临时限速信息和移动授权，上行链路的固定数据可通过站内无线通信或站内应答器获取，也可通过区间无源应答器获取，因此车载列控设备41可识别列车位置以及控制列车运行，控车模式可采用区间自动闭塞方式、站内股道自动识别和定位，实现目标距离连续曲线模式控车，可实现自动驾驶。

当列尾应答器收发装置作为列首应答器收发装置的冗余时可读取应答器上行链路数据，以及下发下行链路数据包，通过列首列尾通信交互数据和状态，识别列车完整性状态，继续维持基于应答器双向通信的列车运行控制方式；当列尾应答器收发装置仅用于列尾定位，列尾应答器收发装置可固化下行链路应答器数据，如车次号、列尾标志等，地面设备通过双向通信应答器获取列首列尾定位，完成列车占用检查、列车完整性检查，自动进行列车追踪。

车站附近可通过无线通信34如微波通信（400MHz电台）实现车地双向通信，提供车载控车设备41进路信息、临时限速信息、线路数据、移动授权信息等，以加密的方式发送给车载设备；提供地面设备11的列车车次号、机车号、列首列尾标志、列车定位、列车完整性状态、列车速速和时间等信息，以加密的方式发送给地面设备，地面设备识别列车定位、股道占用识别、列车完整性检查；与进站、出站和站内设置的应答器信息传输通道互为冗余，可不设置。

进站口布置双向通信应答器32，可与无源应答器33编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传进路信息、线路参数、临时限速信息和移动授权信息；出站口布置双向通信应答器32，可与无源应答器33编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传临时限速信息和移动授权信息等；车站股道布置双向通信应答器32用于地面设备和车载控车装置识别列车占用的股道，同时站内股道可布置无源应答器33用于列车精准定位停车和发车定标，实现列车自动驾驶。

LEU和双向通信应答器均设置缺省报文或默认报文。

车载应答器收发装置包括BTM主机412和天线单元42，增加下行链路数据通道，通过从列控车载系统/列尾设备411周期性获取下行链路应答器数据并编码（编码可参照上行链路应答器数据编码要求，或自定义编码规则），输出速率为564.48kbps的编码数据，通过数字频率合成器如DDS直接进行FSK调制，可采用连续相位FSK调制，已调信号中心频率仍然为27.095MHz，可采用同上行链路应答器数据的频率偏移282.24kHz或采用更大频率偏移量易于实现解调降低干扰，若无源应答器只需要下行链路能量波提供电源，时钟信号自带，可兼容此种无源应答器工作方式，若有源应答器只需要下行链路能量波提供A接口电源，时钟信号自带，可兼容此种有源应答器工作方式；对于需要下行链路能量波提供电源或A接口电源，同时提供时钟信号，可采用窄带的连续相位FSK调制方式，已调信号中心频率仍然为27.095MHz，频率偏移小于5kHz（满足下行能量波频率27.095MHz±5kHz，采用CPFSK调制方式，进而可兼容现有无源应答器和有源应答器下行能量波要求和时钟要求）,传输速率为564.48kbps，通过滤波放大经天线单元形成A2下行通道。

车载应答器收发装置能通过自检线圈、自检电路检测下行报文数据的正确性、完整性、发送功率强度等信息。

地面双向通信应答器32可在现有有源应答器基础增加下行链路应答器数据接收通道，下行链路数据通过功分器一路用于向应答器A接口提供电源，一路用于双向通信应答器处理下行链路应答器数据信息和时钟信号（时钟信号也可由双向应答器内部提供），通过解调获取基带信息，解调可采用鉴频法、过零检测法、差分检测法、包络检测法、非相干检测方法等，可再通过DBPL编码后送LEU单元31；地面双向通信应答器32的系统电源和C接口电源可直接由轨旁供电。

LEU轨旁电子单元31增加下行链路应答器数据的接收通道C2，C2传输通道传输DPBL编码数据，通过DPBL解码获取下行链路应答器数据基带数据，可通过LEU与地面设备双向通信传输下行链路应答器数据、LEU与应答器状态信息，可通过通信协议确保LEU与列控中心周期交互数据和状态完整性，下行链路应答器数据由车载设备编码保证数据完整性，通过数据内容如时间信息等保证时效性。

双向通信应答器32的电源可由轨旁LEU或轨旁设备直接供电，供电接口为C6；也可通过现有8.82kHz的正弦能量波实现LEU向应答器供电。

列车的车载天线单元42经过双向通信应答器32的信号，可由双向通信应答器42通过C2接口传输给LEU，LEU收到该信号禁止更换上行链路应答器数据报文，直至列车的车载天线单元离开双向通信应答器42；或通过原有方案即列车的车载天线单元42经过应答器时，应答器拉低正弦波供电电路阻抗，通过C4接口将应答器激活的闭锁信号传递给LEU，禁止报文切换。

LEU采用冗余架构，当一系故障通过切换至另一系工作，当LEU的两系均与地面设备通信断开，LEU将发送默认报文至应答器。

当双向通信应答器C接口故障，双向通信应答器发送默认报文至A接口。

应答器和LEU状态可通过下行链路应答器数据通道传输，通过LEU与地面设备间为双向通信，反馈应答器和LEU状态至地面设备如列控中心、车站数据源服务器或地面集中控制设备。

列尾配置车载应答器发送装置，地面设备获取列首列尾应答器数据，从而实现列首列尾定位，进而实现列车完整性状态判断、列车占用检查等。

地面设备与列控车载系统/列尾设备411间双向通信形成闭环，提高列车运行控制安全可靠。

实现列车双向运行，当轨道交通系统因线路、车辆等故障造成运行中断时，可组织临时反向载客运行来保持轨道交通系统不间断。

本发明的有益效果为：利用LEU、双向通信应答器、列首和列尾（列尾为可选）应答器车载天线与BTM主机构成车地点式双向通信，通过在轨道沿线成组布置双向通信应答器和LEU，每个LEU管理一个或多个应答器组，将线路划分多个闭塞分区，通过车地双向通信交互数据，实现列车定位、列车占用检查和完整性判断，单独构成基于应答器实现车地双向通信的列车运行控制系统，或作为基于无线通信的列车运行控制系统的后备模式，简化轨旁设备，提高运输效率。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各项权利要求限定。

Claims (10)

1.新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统，其特征在于：

在线路区间沿线可根据运量和行车密度布置双向通信应答器或应答器组，应答器组单独由双向通信应答器构成或双向通信应答器组合无源应答器构成，合理布置LEU，将区间划分为等效闭塞分区，在站内进站口、出站口以及各股道合理布置双向通信应答器，站内和区间可布置无源应答器可用于提高列车定位能力、提供上行链路应答器固定数据、特殊提示如过分相和级间切换提示和反向运行数据，车载ATP或LKJ设备获取上行链路应答器数据包括固定数据、可变数据用于列车精准定位、股道识别、运行方向识别、列车运行控制以及实现列车自动驾驶，地面设备如车站区间一体化设备11、或列控中心、或联锁设备可通过下行链路应答器数据获取列车车次号、列车位置、列首列尾标志、时间信息用于获取列车定位自动追踪列车、股道识别、运行方向识别、列车等效占用检查，特殊情况可组织列车高效反向运行。

2.新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统，其特征如下：

站内双向车地通信：

站内采用应答器方式构建车地双向通信，进站口布置双向通信应答器，可与无源应答器编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传进路信息，当列车通过车站时，能提供前方一定距离包括离去区段内的线路参数、临时限速信息和移动授权信息，设置上行可变数据通道缺省报文，缺省值应按照进站口所有接车进路的最低限速设置；出站口布置双向通信应答器，可与无源应答器编组布置，实现包含上行固定数据的上传，同时可用于向车载控车设备上传临时限速信息和移动授权信息；车站股道布置双向通信应答器用于地面设备和车载控车装置识别列车占用的股道，同时站内股道可布置无源应答器用于列车精准定位停车和发车定标；地面设备通过应答器下行数据识别列车定位和股道占用识别用于自动列车追踪、列车占用检查、列车完整性检查、列车运行方向识别；

车站附近可通过无线通信如微波通信实现车地双向通信，通信范围至少覆盖车站一接近和一离去区段，通过广播方式提供车载控车设备进路信息、临时限速信息、线路固定信息如线路数据、移动授权信息，可提供反向运行数据，以加密的方式发送给车载设备，可提供地面设备列车的车次号、机车号、列首列尾标志、列车定位、列车运行模式、列车速度、列车完整性状态、时间、设备状态信息，以加密的方式发送给地面设备，地面设备识别列车定位和股道占用识别用于自动列车追踪、列车占用检查、列车完整性检查；

站内无线车地双向通信可与应答器实现车地双向通信互为冗余，优先选用无线通信方式，无线通信可不配置，通过车地通信，车载控车设备可实现列车侧线、支线线路数据自动调入；

区间双向车地通信：

区间根据现场应用配置无源应答器，区间布置的双向通信应答器或应答器组实现车地双向点式通信，地面设备根据下行数据自动追踪列车位置、等效列车占用检查、等效列车完整性检查、股道占用识别、列车运行方向识别；车载设备根据上行数据获取上行链路应答器固定数据，以及上行链路应答器可变数据进行列车定位或定位校准，识别列车运行方向、控制列车运行。

3.根据权利要求1的双向通信应答器系统由车载应答器收发装置、地面双向通信应答器、轨旁电子单元LEU构成，各部件工作如下：

一：车载应答器收发装置包括BTM主机412和天线单元42，增加下行链路数据通道，通过从列控车载系统/列尾设备411获取下行链路应答器数据并编码，编码可参照上行链路应答器数据编码要求或自定义编码规则，输出数据速率可为564.48kbps与上行链路速率一致，通过数字频率合成器如DDS直接进行FSK调制，可采用连续相位FSK调制，已调信号中心频率仍然为27.095MHz，可采用同上行链路应答器数据的频率偏移282.24kHz或采用更大频率偏移量易于实现解调降低干扰，若无源应答器只需要下行链路能量波提供电源，时钟信号自带，可兼容此种无源应答器工作方式，若有源应答器只需要下行链路能量波提供A接口电源，时钟信号自带，可兼容此种有源应答器工作方式；对于需要下行链路能量波提供电源或A接口电源，同时提供时钟信号，可采用窄带的连续相位FSK调制方式，已调信号中心频率仍然为27.095MHz，频率偏移小于5kHz，满足下行能量波频率27.095MHz±5kHz，采用CPFSK调制方式，进而可兼容现有无源应答器和有源应答器下行能量波要求和时钟要求，通过滤波放大经天线单元形成A2下行通道循环连续发送；

二：地面双向通信应答器32可在现有有源应答器基础增加下行链路应答器数据接收通道，下行链路数据通过功分器一路用于向应答器A接口提供电源，一路用于双向通信应答器处理下行链路应答器数据信息和产生时钟信号，时钟信号也可由双向应答器内部提供，通过解调获取基带信息，解调可采用鉴频法、过零检测法、差分检测法、包络检测法、非相干检测方法，可再通过DBPL编码后送LEU单元31；地面双向通信应答器32的系统电源和C接口电源可由LEU供电或直接由轨旁设备供电，也可通过现有8.82kHz的正弦能量波实现LEU向双向通信应答器供电；

三：LEU轨旁电子单元31增加下行链路应答器数据的接收通道C2，C2传输通道传输DPBL编码数据，通过DPBL解码获取下行链路应答器数据基带数据报文，可通过LEU与地面设备双向通信传输下行链路应答器数据报文、LEU与应答器状态信息，通信可采用光纤介质，或采用低轨道卫星通信与地面控制设备交互数据，可通过通信协议确保LEU与列控中心周期交互数据和状态完整性，下行链路应答器数据由车载设备编码保证数据完整性，通过数据内容如时间信息保证时效性。

4.根据权利要求1的要求双向通信应答器系统，由于实现车地双向通信，在列车运行控制形成闭环，地面设备通过下行链路获取各设备状态，同时各设备本身具备状态检测，轨旁电子单元LEU采用冗余安全架构，通过自检、比较、输出回采方法检测故障，当检测到与地面设备通信故障或数据不一致，可采用动态脉冲控制确保能切换到备系，当备系也故障时，能够切换到默认报文输出，当整个LEU故障时，通过动态脉冲控制切断LEU向应答器传输报文，由应答器输出默认报文；双向通信应答器透明转发LEU发送的上行链路应答器报文和转发从车载接收的下行链路应答器报文，当接收LEU传输通道故障应切换到上行链路默认报文输出；车载应答器收发装置能通过自检线圈、自检电路检测下行报文数据的正确性、完整性、发送功率强度等信息；双向通信应答器系统上行链路通道或下行数据通道故障，可继续使用下行链路通道或上行数据通道。

5.根据权利要求1的上行链路应答器数据由固定数据和可变数据组成，固定数据包含线路固定参数如线路参数、线路允许速度、应答器链接信息、列控等级切换，可变数据包含进路信息、临时限速信息、移动授权信息；下行链路应答器数据可包含车次号、机车号、列首列尾标志、列车完整性状态、时间、列车运行模式、列车速度、设备状态信息，下行链路应答器数据报文更新可在离前方应答器一定距离完成，接近前方应答器时不进行报文更新；地到车的上行固定数据可通过站内无线通信方式、或通过站内应答器方式传输，上行固定数据可覆盖相邻区间和车站的固定数据，区间布置的双向通信应答器只实现上行可变数据的上传和下行数据的传输，可少量布置无源应答器用于定位、提示如过分相和级间切换、提供反向运行数据或提供线路数据。

6.根据权利要求1的双向通信应答器上行数据主要为可变数据，由LEU周期接收地面设备发送的上行数据并循环发送给应答器，再由应答器传送给车载设备，在列车经过应答器时，当车载天线经过应答器时，车载设备获取上行数据同时进行定位及定位校准，同时LEU能够获取列车车载天线经过应答器的信息，在车载天线经过应答器时不允许LEU更新上行报文数据，利用LEU接收双向通信应答器下行链路数据获取车载天线单元正在经过应答器信息，或采用拉低正弦波供电电路阻抗方法；下行链路应答器数据由车载BTM主机接收车载设备如ATP或LKJ或列尾设备的信息，由BTM主机编码生成下行链路应答器数据报文并连续循环发送，BTM采用安全架构保证下行数据报文的安全完整性，下行数据经车载天线连续下发报文经应答转发至LEU,LEU能够识别出完整一包数据，并转发至地面设备。

7.根据权利要求1的区间和站内布置的应答器最好为一组（两个及以上）实现单个应答器组内冗余，移动授权信息、临时限速和进路信息仅在应答器组内冗余；故障容错能力高，当区间一组应答器故障，可合并前后应答器等效一个大的闭塞区间，维持列车正常运行；列车尾部或挂靠列尾的设备承载平台安装应答器收发装置用于向地面传递列尾位置信息，也可作为列首应答器收发装置的冗余，列尾应答器收发装置通过列首列尾通信交互应答器的收发信息，提高关键设备和关键信息的冗余；区间和站内也可根据现场应用条件设置信号机，用于车载应答器收发装置上行链路通道故障后可转入地面信号灯引导列车运行。

8.新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统，其特征特征如下：非机辆模式列车，列车完整性由列车自行判断，地面设备收到列首应答器下行数据含车次号、列车完整性状态、列车速度、列车运行模式、时间和设备状态信息等，地面设备获取列车定位和列车完整性状态，查询列车长度，等效列车占用检查和股道占用检查，计算出列车移动授权信息；机辆模式列车列车完整性可由列车自行判断，列车定位、列车占用检查同非机辆模式列车；机辆模式列车的列车完整性可通过列尾安装应答器收发装置，地面设备在列车首尾经过地面应答器时获取列车首尾应答器收发装置的下行数据，从而获取列首列尾定位，从而判断列车完整性状态、列车占用检查和股道占用检查等信息，从而计算出列车移动授权信息。

9.新型应答器构成车地双向通信和列控的方法、设备和系统，其特征如下：LEU可通过供电线缆或周边发电设备+储能稳定供给电源；双向通信应答器可用双向通信信标、双向通信的交叉环线等替代。

10.根据权利要求1要求，双向通信应答器构建的列控系统适用普铁、客专、市域铁路，同样适用于城市轨道交通列车运行控制系统如地铁、轻轨、磁浮列车运行控制系统、有轨电车、无轨电车，可实现铁路与城轨信号系统的互联互通，适用于调车列车运行控制系统、轨道车列车运行控制系统，适用于厂矿内铁路、段内铁路的列车运行控制系统，实现区间自动闭塞、站内股道识别及精确定位的列车自动驾驶；双向通信应答器在现有列控系统包括CTCS系统和CBTC系统可作为有源应答器、或列车定位使用；用于城轨系统的列车占用检查，替换计轴器；双向通信应答器可用于站台屏蔽门和车门联锁控制的通信通道。

Images