CN1281449C - 无线方式的列车控制方法和无线列车控制系统 - Google Patents
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Abstract
对利用无线通信的列车控制，提供一种着眼于扩频通信的同步技术，可利用同步状态把握无线通信传输路径的状况，或方便地实现设备故障判定的通信系统。还提供一种在地面基站和车载移动台之间准备多个密钥、紧急通信时的紧急代码，利用协议信号使收发方达成一致，通常的控制信号用混有多个加密方式的信号进行通信，可在紧急通信时用统一的信号通信的系统。还提供一种利用列车登录协议时所赋予的动态的ID码，在驾驶操作结束时能以高安全性进行从控制对象当中将列车取消的处理的系统控制方式。
Description
本申请是1997年3月19日提交的申请号为97182053.8的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种将铁道中用于列车安全运行的控制信息，通过无线方式传输给列车，控制列车的方法。
背景技术
以往，铁道部门为了确保列车安全运行，利用导轨作为轨道电路，进行在线检测。但这种轨道电路，其缺点在于，导轨在电气上断开，各轨道电路的边界要设置设备，因而设备、维修费用高。
出于这种背景，研究无线方式的列车控制，作为不依赖轨道电路检测列车位置，向列车传输安全保障用控制信息的系统。
揭示利用无线电向列车传输驾驶操作规定条件等信息这一技术的文献，有日本特开昭64-69129号公报和《铁道电气技术》1995.2 Vol.6 No.2 p.3～p.9中“下一代驾驶操作控制系统(CARAT)的间隔控制结构和传输方式”。
但上述现有技术中，对于无线方式列车控制所特有问题的对策，无法确保充分的可靠性。这些问题包括：
(1)信号因传播路径状态不佳造成瞬间中断；
(2)干扰波造成通信中断；
(3)无用信号电文造成错误控制；以及
(4)忽略必须控制的列车。
具体来说，利用无线电的列车控制方法，需要可靠性高，并且确凿地对通信状况和设备异常进行判定，但现有技术无法对通信状态和设备异常的判定进行充分考虑。
此外，利用无线电的列车控制方法，需要有效排除干扰造成的列车伪信号的发送、列车取消信号的发送以及紧急停车信号的发送、盗听等，但上述现有技术根本没有考虑这些方面。
而日本特开平8-183453号公报揭示了将扩频通信方式用于采用轨道电路的列车检测，以改善抗噪声性能。但该现有技术，没有考虑将扩频通信方式用于列车控制的无线通信，也完全未触及如何解决上述无线方式列车控制其特有的问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种可有效利用无线通信所特有的抗噪声、抗衰落性能强的无线通信方式，进行符合信号通路状况的最佳驾驶操作控制，并能可靠性高地判定设备故障的列车控制方法。
而本发明另一目的在于，提供一种所用的无线通信方式对故意的通信干扰具有很强抗干扰性能，在地面和列车间进行保密性高的信息通信的列车控制方法。
为了达到上述目的，本发明的列车控制方法，在无线基站和列车所搭载的无线移动台间进行信息信号交互通信，利用此信息信号控制列车运行，其中，所述无线基站和所述无线移动台间进行扩频通信，所述无线基站和所述无线移动台中至少一方，以无线电频段的接收信号功率、经与扩频模式同步的解扩频处理之后的信号功率、以及接收信号成帧时检测出的帧差错模式为输入，判定是无线通信障碍、还是无线设备故障。
具体来说，本发明着眼于扩频通信的同步技术，区分是由短期噪声等干扰产生信号差错，还是严重的设备故障。因此，可提供一种能方便地实现符合通信路径状况的最佳驾驶操作指令和设备故障判定的通信系统。
而且，为了达到上述之外的目的，本发明的无线基站和无线移动台分别具有与所述交互通信有关的多个加密手段，列车所搭载的所述无线移动台接通时和进行越区切换处理以变更无线移动台所通信的无线基站时，在无线移动台和无线基站之间执行设法使加密方式一致的协议通信。
对于使电文本身保密性提高的方式而言，不是一条电文的发送用一种加密方式，而是希望适当划分、综合来发送用多个密钥加密的电文。
此外，多个密钥的管理，在封闭为仅对本列车进行控制的车载装置一侧管理，与在必须对多列列车进行控制的地面装置一侧管理相比，从系统整体而言负担减轻，所以较为理想。
而且，象列车紧急停止指令这种紧急信息必须迅速通信给各列车，但固定设定的话，则存在抵御故意干扰方面较差这种缺点。因此，本发明中，列车所搭载的所述无线移动台接通时和进行越区切换处理以变更无线移动台所通信的无线基站时，将所述紧急代码的解读码由无线基站通信至无线移动台。
此外，从控制对象当中将经过登录的列车取消时，出于安全运行的考虑，需要绝对的可靠性，而本发明则是，在登录时或越区切换时，从基站一侧动态地赋予登录ID，并检查直到是该所赋予的ID为止，验证是否是应取消的列车。
按照以上本发明特征，可确凿地判断通信路径的状况，并且可构筑在抵御局外人故意干扰方面较强、具有更高可靠性的通信系统。
附图说明
图1是示意利用本发明的无线移动台一实施例其构成的框图，图2是应用本发明的系统的总体概要示意图，图3是涉及通信状态判定的框图，图4示出的是加密部构成，图5示出的是驾驶操作开始时的基本协议，图6示出的是列车驾驶操作结束时的基本协议，图7示出的是越区切换时的基本协议，图8是生成所发送加密信息的说明图，图9示出的是密码解读部的构成，图10是对所接收加密信息解码的说明图，图11示出的是紧急代码通信时系统的状态，图12是示意利用本发明的无线基站一实施例其构成的框图，图13是示意驾驶操作控制判定处理的处理流程图。
具体实施方式
以下用附图说明本发明实施例。
图2示出一例应用本发明的系统其总体概要。
无线信号方式如图2所示，通过无线方式将车上检测出的本列车位置传送至地面一侧控制装置，地面一侧求出该列车可安全行进的目标地点，并传送至列车。接收到目标地点的列车对本列车进行控制，可安全地停止到达该目标地点。由于目标地点随列车的行进也向前方移动，所以只要不接近前方列车就可以无障碍地前进。
这里，在列车上设置无线通信设备的终端装置称为“移动台”，为了与列车进行通信而在地面一侧设置无线设备的终端装置则称为“基站”。
本实施例中，沿线配置相互间隔数公里的多个基站，无死角地分段覆盖全线。设计成所有移动台必定处于某一基站无线覆盖范围以内。移动台一旦接近基站边界，便进行“越区切换控制(越区切换处理)”，将移动台移交给相邻基站。这样，行进过程中便逐个经过基站。
移动台逐个经过基站的同时，总是进行通信。通信中断超过某一一定时间时，便使紧急制动器起作用。
以下详细说明图2。图2所示系统中，由移动台42、43将轨道45上的列车检测出的在线位置、列车速度、列车编号等列车运行信息发送至基站40、41。列车在线位置由列车本身检测，作为在线位置检测法，有GPS、根据速度发电机和行进时间计算等方法。基站40、41根据所发送的列车运行信息，在相邻基站间通过网络44交换信息，向控制对象即列车移动台42或移动台43发送适当的速度指令、前方通车里程等驾驶操作控制信息。也就是说，是通过无线电进行列车运行信息和驾驶操作控制信息通信的。
基站40、41在沿线例如架线支持柱等处设置天线，沿线相隔数公里设置，并设置成无线覆盖范围在轨道45上与相邻基站重迭。
每一编组车辆设置至少一台移动台，编组车辆车顶上设置至少一副天线。
图1示出移动台组件构成例。移动台与图12所示基站构成在列车通信控制方面几乎相同，故稍后说明基站功能与移动台的差异，这里对移动台构成进行说明。
图1是示意本发明移动台通信装置和列车控制装置一实施例的框图。本发明系统，其无线通信方式实际上均利用抵御电磁噪声、抵御衰落的扩频通信方式。
如发送部1所示，除了在通常的信息调制部7进行调制外、还经过同扩频码发生部10组合的扩频调制部6扩频的信号，由频率变换部5变换到射频(RadioFrequency：RF)频段，由RF发送部4进行适当的功率调整，通过天线28发送。利用该扩频通信方式的发送部的结构为通常所实现的直接扩频通信方式结构。利用该扩频通信方式，进行列车驾驶操作控制所需信息的通信。扩频通信方式除了直接扩频方式以外，还有跳频方式，故也能够用跳频方式。
用图1所示组件结构组成一通信装置时，用以实现后面述及功能的编码部8、加密部9、密钥选择部12、发送协议管理部13和多密钥管理部11，是所处理变量多的部分，靠利用微处理器的软件处理来实现，在成本和制造难度方面，要比用门阵列这种硬部件构成有利。但应理解，用硬件也能实现，并非专门限于软件处理。信息调制部7、扩频调制部6、扩频码发生部10和频率变换部5，其处理是固定的串行序列、且频率相对较高，其用软处理，不如用门阵列等硬处理，所以适合采用硬件的处理。RF发送部4是发出电波的部分，用模拟部件实现。总之，标号4～7和标号10部分可利用通常按SS通信机功能实现的部件。
接收一侧的结构相同，RF接收部14、频率变换部15、扩频解调部16、信息解调部17、扩频码同步部21和扩频码发生部22一般用硬件构成，可以利用通常所实现的SS通信机功能。解码部18、解密部19、同步监测部20、差错检测部23、差错监测部24、解码密钥同步部25、多密码解码密钥管理部26和接收协议管理部27均应用微处理器的软件处理构成。但应理解，如上所述用硬件也能实现，并非专门限于软件处理。
所要发送的信息由列车控制处理部3发生，并输入到具有本发明特征的加密部9。列车必须向图2所示基站一侧报告在线位置、速度等。尽管图1中未图示，但在线位置、速度检测器输出的信息是经列车控制处理部3输入加密部9加密的。加密方式在后面利用图4详细说明，这里仅简单说明一下概要。
加密必须在发送一侧和接收一侧使加密方式保持一致。为了使发送一侧和接收一侧功能一致，配置了发送协议管理部13。发送协议一例在后面利用图5～图7详细说明。
该发送协议管理部13的主要功能，是生成通信建立用信号，以请求由所要通信的基站先分配通信信道，或者执行协议信号生成或约定加密方式等控制功能，以便加密方式达成一致。具体来说，一旦在基站一侧登录列车，或由列车控制处理部3告知发送协议管理部13到达的地点必须换所要通信的基站时，便产生一后面在图5～图7中说明的协议信号，送回给列车控制处理部3。接着，一旦通过协议信号确定加密方式，列车便向密码密钥选择部12通知在线的区域加密方式。利用通过该协议约定的加密方式，加密部9将所要发送的信息信号变换为密码，但本发明其特征在于，不只是单一的加密方式，而是支持多种加密方式，所以密码密钥选择部12还向多密码密钥选择部11通知通过协议信号所约定的方式，形成为多密码密钥管理部11选择并使用的方式。
通常控制数据通信中，如此采用多种加密方式以提高保密性，列车控制处理部3如下文、前文所述，可采用具有本发明特征的协议信号，动态地改变加密方式，并且可按每一列车不同的组合通信，因而与固定用密码的方式相比，保密性显著提高。
尽管后面用图5在功能方面就发送协议管理部13的特征进行详细说明，但在列车对基站一侧登录协议通信过程中，具有存储无线基站控制一侧所分配的ID代码的功能。该列车运行结束而断开电源，或移至另一列车控制系统时，除了固定的列车编号以外，发送至基站一侧的协议还支持其登录时的特定ID代码。具体内容在图5说明中叙述。
编码部8将信号变换为无线通信中约定的编码，由信息调制部7调制后，实施扩频调制处理。已知扩频通信本身也具有信息保密功能，但从扩频调制部6至RF发送部4，如前文所述是用数字集成电路、功率放大器等模拟硬部件构成的。为了利用应用程序实现保密功能，需要在扩频前进行加密，本方式中，最终用户可利用协议通信，方便地实现独自的保密功能。
移动的列车上设置的移动台属于发送一侧的话，接收一侧便为图2所示的基站40、41。但基站、移动台其通信设备均具有收发功能，因此，这里用图1移动台框图说明接收功能。
接收动作从通过天线28接收所发送的无线信号起开始。所接收的RF信号可受到RF接收部14的适当滤波和电平调整等。频率变换部15将信号频段变换为扩频码容易建立同步的频段，扩频解调部16则恢复扩频发送之前的信息调制波。扩频解调部16恢复调制信息波，需要使扩频解调用码型与调制发送一侧的扩频信号正确地同步。为此具有扩频码同步部21和扩频码发生部22。同步监测部监测扩频码的同步状态，失去同步时，指令重新进行初始化进入，再将监测结果输出给列车控制处理部3，与后面述及的差错监测部24的输出一起用作发送一侧装置异常、本装置故障检测。后面利用图3详细说明该功能。
经过解扩频的信号输入信息解调部17。经过信息解调的信号，由解码部18根据以高级数据链接控制规程(HDLC)等格式形成帧的信号，正确还原信息信号。解码是将经差分编码的信号还原成原来的信息，或检测差错，按照与发送一侧约定的信号处理方式正确地进行。本实施例中，需要在接收一侧观察通信差错码型，因而必须检测出HDLC等格式的差错。本方式也是局域网(LAN)通信和传真通信中通常实施的方式。本系统也做成为能够以此方式为基础检测差错。此差错检测由差错检测部23执行，由差错监测部24监测差错状况。该输出输出至列车控制处理部3，与扩频解调的同步监测部的输出一起，用作发送一侧装置异常和本装置故障检测。
无差错的解码信号送至密码解读部19，变换为明文信号。如发送一侧功能说明中所叙述的那样，本发明方式是以利用多种加密方式为前提的，因而从多密码解码密钥管理部26当中约定解码密钥，由解码密钥同步部25使解码密钥正确同步，由密码解读部19变换为明文信息，输出至列车控制处理部3。为了进行使得加密方式一致所用的协议信号管理、所要通信的基站和通信信道的管理等，设有一接收协议管理部27。密码解读部19便按照通过该协议约定的加密方式，来执行解读处理。
尽管后面会就接收协议管理部27的功能详细说明，地面一侧系统也管理紧急对控制对象各列车同时通信时所用的代码。通常控制数据的通信，其加密方式每一列车是不同的，因而从基站一侧要使数据同时流通时，就需要设定可共同识别的信号。该紧急用途的共同信号由基站设定，但该紧急信号一旦固定，对故意的肇事者来说，便完全变得容易，干扰的危险性高。要减小这种危险性，在接通协议信号中还对基站一侧动态地解读紧急信息所用的解读码的通信进行设定。当然进行越区切换、进入相邻无线基站通信区时，便通过越区切换协议，接收所切换目标区的紧急信息代码解读密钥。这样，通过对通信区登录列车的初始协议信号当中设置紧急信号通信用的代码解读密钥信息，使信息泄露的危险性极力减小。
列车的登录可通过通常的办法，即交换相互的口令，来取得相互的认证，确认登录正确，但在列车特有的条件下，必须最为关注控制的切断。不论列车是否存在，基站一侧均当作不存在来控制，会变成对危险一侧的控制，所以对于切断来说，要求一种干扰无法断开列车的可靠办法。本发明中，用列车一侧动态指定的密码加扰实现信息的保密，所以可以说，即便如此也几乎没有什么干扰，但控制的取消是要求最高保密性的情形，登录时基站一侧对列车赋予固有ID，取消时除了列车序号以外，该ID不一致的话，便不允许取消。该无线基站指定的ID的取得，也是接收协议管理部27的功能。所取得的ID经过列车控制处理部3送至发送协议管理部13，在这里保存管理，直到列车移交结束，列车一侧发出取消请求，由基站一侧从控制对象当中取消掉为止。后面用图5、图6和图7详细说明列车登录、越区切换、从控制对象当中取消的协议。
接下来详细说明图3。
图3示出的是同步监测部20、差错监测部24和列车控制处理部3的内部细节其正确判定通信路径变差、通信设备故障所用的功能部分。图3(1)中示出组件构成。为了判定所检测的信号，是RF接收部14输出即RF接收信号、扩频解调部16输出即扩频解调信号、差错检测部23输出即帧差错判定标志。用框图分别说明上述3种检测信号的信号处理。
RF接收信号由功率计算部50求得RF频段内的电功率。无线电信号由于电磁噪声、衰落等的影响，瞬间变化较大，故而接着通过平滑滤波器51，与RF频段功率检测基准值存储部52的基准值比较，以便能进行稳定的功率检测。大小判定部53比较的结果，作为有RF接收功率或无RF接收功率，输入至列车控制装置3内的通信状态判定部62。通信状态判定处理部62的处理，按照图3(2)中所示判定表执行。其他检测信号说明后，叙述该表的说明。
扩频解调信号是经过解扩频并变换为窄带信号的信号，起初由带通滤波器(BPF)54对无关频段信号进行抑制，以便能够提取该信号频段的功率，由功率计算部55计算。如果未接收到所需调制波，或解扩频未与发送一侧相位同步时，BPF通频带内功率就不够集中，仍然扩散于较宽频带，因而通过BPF后的功率仍然较小。也就是说，可通过监测该功率，判定是否有所需接收波到达。但由于是无线通信，因而与RF频段功率监测相同，瞬间变化无法避免，故而在通过平滑滤波器56后，与信息调制频段功率检测基准值存储部57的基准值相比较。大小判定部58所比较的结果，与前级大小判定部53输出相同，输入至列车控制装置3内的通信状态判定部62。
帧差错判定标志输入至差错监测部24内的连续差错帧计数部59。这里计算有多少帧连续出错。差错检测可以由差错检测部23利用HDLC成帧差错校验序列来检测。定期检查该检测结果标志，一旦有差错，便使连续差错计数器增加1，若所接收的帧没有差错，便使计数器复位为0。由大小判定部61将该计数值与预先设定的连续差错检测基准值存储部60的基准值相比较。比较结果与前述大小判定部58的输出相同，输入至列车控制装置3内的通信状态判定部62。
用图3(2)和图13说明通信判定处理部62的内部处理。
利用通常频率调制方式、角度调制方式等的通信，将通信频段内的功率作为解调的依据，但通过利用扩频通信方式，可如图3(1)说明中所述，增加检查信号，如图3(2)表中判定栏所列举的那样，就连无线通信路径状态和通信设备状态也能较正确地判定。No.1是电波状态良好，也未发生连续差错，列车运行无障碍状态。但有发生单次差错的可能。该单次差错也要作为信息时，可以直接将帧差错判定标志输入通信状态判定部62，以通知驾驶员等。No.2是取得扩频同步，RF频段功率也可检测，但数据连续出错。由此判断发生了混进容许值以上噪声等这种通信障碍。No.3则可观察RF功率，尚未检测出连续帧差错，但可以认为发生了同步偏移，判断为通信障碍和干扰的前兆。No.4则具有RF频段功率，但未取得扩频码同步，差错连续发生，因而可判定为接收设备故障或接收到干扰波。No.5则是RF频段功率消失，但其他良好，可判定为发生衰落或发送设备异常所造成障碍的前兆。No.6可判断为扩频解调锁定在接收机内发生的异常信号，因而判断为接收故障。No.7可视为接收波逐渐消失的过渡状态，因而判定为通信障碍发生的前兆。No.8是要接收接收波时功能不全，因而判断为发送机或接收机故障。当然不用说，接收波未到来的情形处于这种状态，可从设备异常当中除外。
通过以上如图3(2)表所示判断，可方便地判断是通信障碍还是设备异常。
就信号处理办法而言，也可将图3(2)中的表作为数据存储于存储器，进行表检索处理，还可以方便地由编入处理装置63的微程序进行判定。
如图3(2)中的表所示，通信状态判定后，由处理装置63按照该判定执行正常驾驶操作、保守驾驶操作、注意驾驶操作、紧急停止控制。判定为发送机或接收机设备异常时，出于确保其他列车运行安全、本列车安全运行的观点，进行紧急停止控制。
图13以流程图示出前述判定处理。图中判定处理结果各项目右侧增加的序号，分别与图3(2)判定表中的序号相对应。本处理可通过让微处理器进行软件处理，方便地判定。
处理装置63除了判定通信状态以外，还就其他控制，执行驾驶操作控制部64所进行的处理等种种处理。例如，根据速度发电机同时间的乘积检测列车位置，或按照所接收的驾驶操作控制信息47对制动器进行控制，或在驾驶台上显示种种信息。至于实现本功能的处理部，不再专门具体图示。
以下利用图4以及此后附图，说明本发明提高通信保密性的发明点和列车驾驶操作可靠性的保障技术。
图4至图8示出了本发明提出的保密性高的加密通信方式和利用通信协议跟踪列车的安全性提高方式的发明点。
图4示出加密部9的细节。列车控制处理部3的输出，即所发送的明文信息74，输入至加密部9，但加密部9按照密钥选择部12的输出，分别用与接收一侧约定的密钥0、密钥1、密钥2使加密机a70、加密机b71、加密机c72工作进行加密。
加密方式在发送一侧和接收一侧之间的约定，在后面用图5说明。
加密机进行的加密处理，用的是一般众所周知的加密方式，即DES(DataEncryption Standard)方式等变更密码种籽，或用户独立利用多项式运算以变更二进位制位排列等。它们独立地将明文信息74如图8所示的加密信息那样，分别作为加密机a70输出的位序列加密信息a75、加密机b71输出的位序列加密信息b76、加密机c72输出的位序列加密信息c77输出。各输出同样按照收发间约定的合成密钥，由合成机如图8所示进行部分裁切和合成。该合成机73的输出作为发送加密信息78输出至编码部8。所合成的发送密码信息78便按3种独立的加密方式加密，并按协议信号中约定的任意长度进行部分合成，作为抵御解读性大大提高的加密信号发送。
这里，示出的是加密机为3种的情形，但加密机不必为3种，在数量上没有限制。可以根据控制中所用的处理器其信号处理性能方面的限制和成本要求，设定适当的个数。也不必总是用全部输出，也可以按某几个输出不用的方式来保障保密性。具体来说，由于内置加密机组合法，选择分支相应增加，从而对干扰者而言，结果是增加了难度。图8中各信号的0、1码型是为了说明，在形式上示出的码型，并非具有特别意义的码型。星号(*)仅表示未利用的加密信息。
以下说明列车跟踪的安全性提高方式。对于安全来说，最为重要的是，基站一侧毫无遗漏地正确掌握所有列车的位置。本发明系统控制的各列车必须按照与基站通信中所约定的协议，履行规定手续。
图5示出了驾驶操作开始时基本协议信号的交接。时间随各个基站、移动台下的纵向直线进行时，交接如箭头所示的信息。列车驾驶操作开始时，一旦有对基站一侧装置用以开始驾驶操作的登录请求，便如前文所述，将本发明特征的正常通信加密方式的通知，根据图1所示的发送协议管理部13的指令，通过天线28从列车即移动台一侧输出。接下来，为了排除恶意的登录请求，基站一侧输出认证请求信号。接下来，移动台一侧发送协议管理部13管理下发送的证明信号与期待值一致的话，便由基站一侧发送承认登录、本发明特征的紧急通信解读码以及每一登录不同的登录ID，从而登录协议结束。
基站一侧发送的这些协议信号，是按照后面用图12所说明的基站一侧发送协议管理部101的指令，经生成信号后输出的。
对于初始登录时的通信也要设法提高保密性的话，可以在系统中用默认的加密方式，此外，为了进一步提高保密性，默认的加密方式还约定为也随时日等变更的话，便可以进一步提高保密性。
接收登录ID的移动台一侧，在作为图4所示发送协议管理部13功能组件的协议信号管理部90所管理的列车登录ID保管部91中保管登录ID。
图6示出列车驾驶操作结束时基本协议信号的交接。按照协议信号管理部90输出的指令，该保管的ID与固定分配的列车序号一起，作为列车本身证明的当然保证，添加在从控制对象当中将列车除外的取消请求协议信号中。接收该取消请求协议信号的基站一侧装置由图12所示接收协议管理部103判断协议信号，按发送协议信号管理部101的指令发送图6所示的取消允许信号。上述登录ID，在列车开始驾驶操作时，由基站一侧动态地分配，即便干扰者可伪装从登录当中将列车取消，但要知道该列车序号所分配的ID几乎不可能，干扰的可能性等于没有，因而能够以较高的安全性进行驾驶操作结束处理。另外，如后面所述，登录ID还可以在越区切换时利用基站新赋予移动台的登录ID。这时，取消请求时所用的登录ID也可以利用列车驾驶操作当中赋予移动台的任一登录ID。
图7示出必须变更移动台所通信的基站时，即越区切换处理时的基本协议。图2所示例中，示出列车42向右行进，将所通信基站从基站40变更为基站41的时候。系统整个区域可以由1个无线基站覆盖的话，越区切换处理就不再是系统构成方面所需的处理。但在通信区内重复占用分区信道这种方式中，出于可高效率地扩展控制区、有效利用无线电波资源的观点，可在移动电话等系统中应用。保持这种通信的同时进行跨越通信区的动作，就是越区切换。
列车上的移动台42一旦来到越区切换地域，就按照图1所示的发送协议管理部13的指令，起动越区切换协议，向正在通信当中的基站40输出越区切换请求。收到越区切换请求的基站40，如图2所示，以有线或无线方式通过基站相互间相连的通信线路，用列车序号和登录ID通知相邻基站即基站41搭载有移动台42的列车进入基站41的通信区，并输出通信信道的保障请求。受理该请求的基站41保障信道，向基站40通知该信道。这种基站相互间通信的构成尽管未图示，但，是在基站40、41内图12所示基站控制部104的控制下在基站间交接信息的。基站40一旦其基站控制部104识别可由基站41保障通信信道，便通过发送协议管理部101的控制，通知列车上的移动台42。
接着，处于接收一侧的列车，一旦由图1所示的移动台一侧通信装置内的接收协议管理部27检出收到该应答信号，便起动发送协议管理部13，发送加密方式、列车序号和登录ID。基站一侧由图12所示的接收协议管理部103，利用已经通过基站间通信通知基站41的列车序号和登录ID，核对所发送来的信号内的列车序号和登录ID，确认一致就将紧急通信解读码发送至移动台。接下来，基站41靠如上所述的协议确认列车已越区切换至本通信区后，根据图12中基站控制部104的控制，通知列车所在线路的前一基站即基站40越区切换已经完成，并结束越区切换协议信号的交接。
而且，越区切换时也可与登录时相同，基站将登录ID重新赋予移动台。
这样，需要跨越通信区时，也加入对列车序号和登录ID进行通信，排除冒充列车进行登录的干扰者的处理。这样，即便跨基站，也可以由移动台通知跨区的目标基站所用的加密方式，动态地设定加密方式，因而可每次越区切换都变更加密方式，保密性提高。此外，紧急通信解读码也可授予每一基站装置能够任意设定的紧急通信解读码，结果这种解读码也可以动态地变更，减少了恶作剧等干扰带来的危险性。
图9示出对加密信号进行解码的解码机的组件构成。解码部18的输出即接收加密信息85输入至加密解读部19，而加密解读部19根据解码密钥同步部25的输出，分别由与发送一侧约定的解码密钥0、解码密钥1和解码密钥2分别使解码机a80、解码机b81和解码机c82动作，进行解码。具体来说，接收加密信息85如图10所示，输出的是解码机a80的输出即位序列解码信息a86，解码机b81的输出即位序列解码信息b87，解码机c72的输出即位序列解码信息c88。这些输出由于是分别应解码明文的部分信号，因而需要正确地排列。这种排列处理，由排列机83执行。具体来说，各输出同样按照收发间约定的排列密钥，由排列机83如图10中加密信息所示，进行部分裁切和排列。该排列机83的输出作为解码明文信息89输出至列车控制处理部3。这里，示出的是解码机为3种的情形，但不必专门限于3种，在数量上没有限制，可以装备与发送一侧所具有的加密机数量相同的解码机。与发送一侧相同，可考虑性能和成本来配备。图8中各信号的0、1码型是为了说明，在形式上示出的码型，并非具有特别意义的码型。星号(*)仅表示未利用的加密信息。
图8和图10中，示出的仅仅是按顺序建立划分部分密码的场合，但未必需要这样，在明文中离散地应用1种加密方式也行。这些约定，均可在上述协议信号中约定。
加密解读部19还实现作为本发明特征的另一重要功能。这就是紧急代码的解读。这里，紧急代码是指需要紧急发送至列车的指令代码，以便例如使列车紧急停止。要进行解读，就需要紧急代码解读密钥。该密钥的取得，是通过在图5所示的协议信号当中，由接收协议管理部27识别基站40所发送的紧急通信解读码，并在紧急代码解读密钥寄存部95中登记该解读码进行的。由紧急代码解读部96利用所登记的密钥来解读接收到的信息。紧急代码解读密钥不是固定提供的，而是如图5和图7所示，在列车开始驾驶操作时或越区切换处理时设定，除此以外时候即便截听通常驾驶操作控制信息的通信，干扰者也无法知道，所以紧急代码泄漏给干扰者的机会几乎没有，从而成为一种干扰信号制作成功率几乎没有的系统。
图11模拟示出紧急代码通信时的系统状态图。具体来说，处于基站40控制下的列车移动台42、43设定为接收紧急代码a，处于基站41管理下的列车移动台48设定为接收紧急代码b。这些紧急代码的设定是在接通时和越区切换时，由基站一侧通过协议信号，如图5和图7所示传达至列车一侧的。
接下来，在图12中示出基站通信装置一实施例的框图。与图1中相同标号的部分，为与图1相同的构成。基站一侧的发送部100和接收部102基本上与图1所示的移动台的发送部1和接收部2相同，但发送协议管理部101、接收协议管理部103的功能内容分别与各自的发送协议管理部13、接收协议管理部27有若干不同。所以，如图5～图7所示，基站一侧收发的协议信号和移动台一侧收发的协议信号有所不同。此协议处理的差异是发送协议管理部101和接收协议管理部103其功能内容，与图1所示的发送协议管理部13和接收协议管理部27之间的差异。而且，基站一侧还可能有该基站所覆盖区域内存在多列列车的情形，因而需要支持多信道，但这里不再专门具体说明复用控制。复用方式可按时分复用、频分复用和码分复用等各种复用方式充分实现。尽管属于系统构成上的问题，但基站装置需要如上所述与多列列车交互通信，因而，由移动台始发初始通信建立请求、越区切换请求、进而始发促成加密方式或密钥确定的协议信号其最初触发信号，这种办法使基站控制负载减小，负载平衡好。
按照如上所述的实施例，由于有效地利用扩频通信技术等，可更为确实、可靠性高地对通信状态和设备异常进行判定，所以具有能方便、真正地按照通信状态实现对列车适当控制的效果。
此外，使加密技术符合铁道通信的高安全性，采取牢靠方式，因而可抵御外来的干扰，实现高可靠性的无线通信列车控制系统。
由于采取可动态设定紧急信息解读、列车登录取消等方式，因而具有即便利用无线通信，也能以抵御干扰的高安全性，实现列车稳定运行这种效果。
此外，还考虑系统总体的负载均衡进行系统构成，因而还有可实现性价比好的系统的效果。
此外，列车运行利用无线也可安全性高地实现，因而具有使以往较差的系统减少路旁设备，以低成本实现的效果。此外，路旁设备少，所以有能够实现维护费用少的效果。
Claims (2)
1.一种无线方式的列车控制方法，在无线基站和列车所搭载的无线移动台间进行信息信号交互通信，利用此信息信号控制列车运行，其中，
列车驾驶操作初始登录时，由所述无线基站发送并赋予所述无线移动台每次驾驶操作初始登录不同的登录ID，
列车驾驶操作结束时，由所述无线移动台将所述登录ID发送至所述无线基站，
对于驾驶操作结束的列车，当驾驶操作结束时的登录ID和驾驶操作初始登录时的登录ID一致时，便从确认列车的控制对象当中取消该列车。
2.一种无线方式的列车控制方法，在覆盖某个通信区的多个无线基站和列车所搭载的无线移动台间进行信息信号交互通信，利用此信息信号控制列车运行，其中，
列车所搭载的所述无线移动台接通时和进行越区切换处理以变更无线移动台所通信的无线基站时，由所述无线基站发送并赋予所述无线移动台每次不同的登录ID，
列车驾驶操作结束时，由所述无线移动台将所赋予的所述登录ID当中至少之一发送给所述无线基站，
对于驾驶操作结束的列车，当驾驶操作结束时的登录ID和所述至少之一登录ID一致时，便从确认列车的控制对象当中取消该列车。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061025 Termination date: 20100319 |