CN1528632A - 无线机车信号系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线机车信号系统。该系统包括车站控制中心和至少一个车载设备；车载设备安装在机车上，包括车载主机、查询/应答器、车载信号机和数传电台，车载主机与机车上的数传电台、查询/应答器、车载信号机分别连接，它还通过GPS设备接入全球定位系统；车站控制中心安装在车站内，包括车站控制主机、数传电台、接近应答器和出站应答器，车站控制主机与车站内的微机联锁主机及数传电台相连接。本系统采用无线信道取代现有的轨道电路，可以实现列车和地面之间的交互式信息交换，数据传输速度快，传输信息量大，远远超过目前的轨道电路。

Description

无线机车信号系统

技术领域

本发明涉及一种铁路机车信号系统，特别涉及一种采用无线信道进行数据传送，指示列车安全运行的机车信号系统，属于铁路信号技术领域。

背景技术

我国国民经济的快速发展促使铁路运输向客运高速化和货运重载化方向发展，其中又以客运高速化为发展的重中之重。目前，制约我国铁路运输向高速化方向发展的主要原因之一是机车信号系统不能满足要求。我国现有的机车信号系统主要是建立在地面轨道电路基础上的连续式或接近连续式信号系统。该系统通过感应轨道电路中的信息将地面信息传输到机车上，由于只有地面到机车的单向信息传输，地面得不到关于列车位置、速度及运行状态的信息。同时，地面上的列车控制指令也得不到车载设备的确认，其数据传输的可靠性得不到保证，会对列车的安全运行造成不利的影响。另外，有线信号系统所采用的轨道电路会受到钢轨长度、道渣电阻、气候及周围环境的影响，信息传递的速度和精度都有比较大的局限。而且，该系统需要大量的室外设备和电缆，人工维护的作业量相当大。由于这些缺点的存在，在高速铁路系统以及生活条件恶劣的西南山区、青藏高原，利用传统的轨道电路来传输机车信号已经不能满足实际的需要。

随着现代通信技术的日益普及，无线通信技术已经在铁路信号系统中得到使用。这方面典型的技术进展如中国专利89101269号所揭示的“全兼容铁路无线列调系统”，96102961号所揭示的“铁路无线系统及该系统的控制站”以及发明专利申请01128589号所揭示的“一种铁路行车指挥系统”。三件专利申请主要解决了无线通信技术应用于铁路调度、行车指挥的技术问题。它们仅仅利用了无线通信技术中的话音传输，几乎没有涉及数据传输，更没有涉及采用无线方式传输铁路机车信号数据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足以及铁路部门对无线机车信号系统的实际要求，提供一种新的铁路无线机车信号系统。该系统包括车载设备和地面设备两部分，它们分别安装在机车上和车站内，彼此之间采用数传电台进行无线通信，从而用无线信道取代了现有的轨道电路，可以实现列车与地面之间的双向数据传输。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种无线机车信号系统，其特征在于：

所述无线机车信号系统包括车站控制中心和至少一个车载设备；

所述车载设备安装在机车上，包括车载主机、查询/应答器、车载信号机和数传电台，所述车载主机与机车上的数传电台、查询/应答器、车载信号机分别连接，它还通过GPS设备接入全球定位系统；

所述车站控制中心安装在车站内，包括车站控制主机、数传电台、接近应答器和出站应答器，所述车站控制主机与车站内的数传电台和微机联锁主机相连接；

所述车载设备与所述车站控制中心各自通过其内部的数传电台建立无线通信联系。

本发明所述的无线机车信号系统相对于现有技术的优点在于它采用无线信道取代现有的轨道电路，该无线信道由数传电台实现。利用无线信道，列车和地面之间的信息交换是相互的，而且数据传输速度快，传输信息量大，远远超过目前的轨道电路。该无线机车信号系统具有联锁接口和信号微机监测接口，可以很容易地与现有的微机联锁、调度集中及微机监测装置结合，形成对列车运行的闭环控制，进而实现移动闭塞控制，大大提高我国列车运行控制的自动化水平。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所述的无线机车信号系统的系统结构框图。

图2为本无线机车信号系统采用的信号传递帧结构的示意图。

具体实施方式

现有的机车用无线信号系统可分为两种类型：第一类是列车从一个车站到另一个车站的整个运行过程中都有机车信号显示，称为连续式无线机车信号。这种类型在车站和区间都有无线信号场强覆盖，用GSM-R制式或TETKA制式等连续无线传输方式来实现。第二类是列车从一个车站到另一个车站运行时，它只有在临近车站才有机车信号，称为接近连续式无线机车信号。这种类型仅在车站周围有无线信号场强覆盖，因此适合用普通数传电台来实现。本发明所述的无线机车信号系统就是这种类型。它适合用于自动站间闭塞或半自动闭塞。

如图1所示，本发明所述的无线机车信号系统可以分为两个部分。其一是车载设备，我们将之称为OBE，其二是地面控制设备，我们将其称为车站控制中心(SCC)。车载设备安装在各机车上，包括车载主机、查询/应答器、车载信号机和数传电台，其中车载主机为一台自行研制的以微处理器为核心的控制设备，它具有无线数据传输接口，该接口为RS-232接口，接机车上的数传电台；列车运行安全监控记录装置接口，该接口接安全系统，即列车运行安全监控记录装置。安全系统提供列车超速防护、记录诊断，安全报警等功能；GPS接口，该接口也是RS-232接口，通过该接口车载主机与GPS全球卫星定位系统相连接。车载主机与车载查询/应答器通过RS-485接口进行通信。它还与车载信号机相连接，车载信号机用于向列车司机提示信号情况。地面控制设备安装在列车运行沿线的各个车站内，包括车站控制主机、数传电台、接近应答器和出站应答器，其中车站控制主机是一台工业控制用计算机，它具有微机联锁接口和信号微机监测接口，以便与现有的微机联锁、调度集中、微机监测等铁路控制装置结合，实现对列车运行的闭环综合控制。车站控制主机通过RS-232接口与数传电台和车站微机联锁主机连接。上述接近应答器安装在相当于现在铁路系统中进站预告信号机所在的位置，而出站应答器则安装在相当于现在铁路系统中出站信号机所在的位置，它们安装在轨道上，机车通过感应地面应答器来判断是否接近车站或离开车站。

在本发明中，车载设备OBE的功能包括通过数传电台接收车站控制中心SCC的列控信号，在车载信号机上显示出来，车载主机同时回送确认信息。车载主机也要接收地面应答器的信息和来自GPS的信息，并将获得的列车速度、位置、机车号及设备状态信息传给车站控制中心。车载主机同时还要通过列车运行安全监控记录装置接口向列车运行监控记录装置提供信息。而车站控制中心SCC则通过数传电台建立无线信道，实现车一地间列控信号的传递。它对接近车站的列车在压过接近应答器后进行注册，对驶出站外压过出站应答器的列车进行注销管理，并根据车站微机联锁进路信息和列车位置，生成列车控制信号并及时发送到车载设备，接收车载设备的回执信息，并自动判定信息传输的准确性。

本发明所述无线机车信号系统的工作过程是这样的：

当列车向安装有车站控制中心设备的车站行进，经过轨道上的接近应答器时，车载查询/应答器感应到地面接近应答器的信息后，启动车载无线机车信号控制装置，由车载电台按规定方式向车站控制中心循环不断地发出注册信息，该信息包括目的地址、源地址、密匙等内容，直到被车站控制中心识别并成功注册，车站控制中心发出确认信息为止。在注册过程中，车载主机不断利用GPS信息测定列车的位置与进站标志牌之间的距离LX，当LX已等于或略大于规定的制动距离而还没有注册成功或已注册成功但机车信号是红灯时，如果司机没有采取减速措施，车载安全系统将进行自动停车。另外如果列车超速进站，车载安全装置也将实施制动。车站控制中心收到注册信息后，经过有效性和身份确认完成注册，并给车载设备发出应答信息。注册后的车载设备便成为车站控制中心网络中的一个节点，车站控制中心采用主呼方式周期性地对每个车载设备发出控制信息，如：色灯信号、股道信息等，同时车站控制中心也可以接收到来自车载设备的信息，如：列车速度、位置、信号回示、应答器位置和设备状态等。

车站控制中心实时地根据联锁条件和调度命令生成控制信息，以满足车站控制中心同时能够控制多个列车和满足机车信号应变时间的需要。车站控制中心实时控制命令包括：①根据列车运行位置，实时更新本站控制中心控制范围内列车车载电台的通信地址，并根据调度命令与列车进路建立对应关系。②根据车站微机联锁设备的状态，实时改变进路状态。③根据列车的运行位置，实时改变发给列车的控制信息，保证列车越过进站标志到车载电台接收到改变的控制信息时间不超过2秒；列车越过进站标志后，更改发送给列车的控制信息要在更改进路状态之前。列车出站越过出站应答器后，车载设备自动修改通信地址，为下一站注册做好准备，车站控制中心中断与车载设备的通信，注销该车载设备。当调车作业时，由车载设备控制切换，车站控制中心对车载设备的控制进入调车作业，调车结束后，恢复建立车站控制中心与车载设备的列车进路。

车站控制中心与从事列车调度工作的调度控制中心进行连接。一个调度控制中心可以控制若干个车站控制中心。调度控制中心内机车调度员根据调车作业计划，将各次列车车载电台的通信地址通知各个车站控制中心，并根据列车走行的位置，实时将进入各车站控制范围内的列车通知各车站控制中心。

综上所述，与现有基于轨道电路的通用机车信号系统相比，本无线机车信号系统除了传输媒介不同，信号属性不同，前者是数字信号后者是模拟信号之外，在控制机理上也有明显的不同。现有的通用机车信号系统是一种分布式、一对一的控制方式，机车只接收所在轨道电路中的信息，控制中心与机车之间是—一对应的关系。这样控制的效率显然比较低。而本无线机车信号系统采用集中控制的方式，即车站控制中心采用时分复用方式或频分复用方式同时控制多台机车。

在本发明中，每一台机车都安装有一套车载设备，车载设备中的无线数传电台具有唯一确定的通信地址，车载电台通过应答器获得需要进行注册的车站电台的信息，包括车站电台的通信地址、电台频率等，然后采用车载电台主呼方式进行列车注册。车站控制中心负责控制站内及上/下行驶向本站的所有列车，它的无线数传电台与车载电台一并构成无线数据传输网络，该网络为车站控制中心和车载设备提供独立的无线信道，保证它们之间进行双向、连续的数据通信。

为使车站控制中心正确区分站内所有的列车，并实时地对每一列车进行控制，本无线机车信号系统中采用独有的信号传递帧结构。如图2所示，车站控制中心传向车载设备的信息内容包括：标识码、车站编码、机车号、传输的字节数、注册号、机车信号内容、备用、校验和等。车载设备传向车站控制中心的信息内容包括：标识码、机车号、车站编码、传输的字节数、注册号、列车位置、列车速度、应答器编号、信号回执、设备状态、上/下行、进出站、调车与列车、一室在前或二室在前表示、校验和等。为了保证无线机车信号的实时性和可靠性，这些信息可分为三种类型。第一类信息(I)：列控信号基本信息；第二类信息(II)：含接/发车股道数、车次号、列车实际速度和最大允许速度、列车位置等。此外，在传输延迟允许的前提下还可传输第三类非安全性质的信息(III)：包含工务、电务、机务等方面的不同内容信息。可以根据不同需要选择采用包括长、中、短周期的标准信息格式。

本无线机车信号系统也可以在车载设备和车站控制中心中增设GSM网络设备，并采用GSM网络作为数传电台通信方式的补充。如果采用这种方式，在车载设备和车站控制中心之间的通信内容中还应增加为ATP系统服务的控制参数等。

在铁路运输系统中，安全是始终是第一位的。为保证本系统运行绝对可靠，车载主机和车站控制主机都可以采用双机热备份，即同时使用两台一样的主机，一旦其中一台出现问题，立即由另外一台顶替其工作，这样可以极大降低信号系统出事故的概率。另外，车载设备还具有安全系统，该系统可以实现故障诊断、声光报警等功能。为预防万一出现的情况，它还可以随时切换到人工设置调车停用和上/下行切换的状态。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述具体实施例。应该明白，本发明的其它变化和修改对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不限于所描述的具体实施方式。因此，在本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何/所有修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种无线机车信号系统，其特征在于：

所述无线机车信号系统包括车站控制中心和至少一个车载设备；

所述车载设备安装在机车上，包括车载主机、查询/应答器、车载信号机和数传电台，所述车载主机与机车上的数传电台、查询/应答器、车载信号机分别连接，它还通过GPS设备接入全球定位系统；

所述车站控制中心安装在车站内，包括车站控制主机、数传电台、接近应答器和出站应答器，所述车站控制主机与车站内的数传电台和微机联锁主机相连接；

所述车载设备与所述车站控制中心各自通过其内部的数传电台进行无线通信。

2.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车载主机和所述车站控制主机均采用双机热备份的结构。

3.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车载主机与车载安全监控记录装置相连接。

4.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述接近应答器安装在现有铁路系统中进站预告信号机所在的位置，所述出站应答器安装在现有铁路系统中出站信号机所在的位置。

5.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车站控制主机与信号微机监测系统相连接。

6.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车站控制中心的数传电台和机车上的数传电台进行无线通信时采用时分复用方式或频分复用方式。

7.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述列车上的车载设备采用车载数传电台主呼的方式进行列车注册；所述车站控制中心采用车站数传电台主呼的方式对列车进行控制。

8.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车载数传电台和所述车站数传电台之间的通信采用长、中、短周期的标准信息格式中的一种，其中长周期的标准信息格式包括发送标志、收信单位、发行单位、时间标志、第I类信息、第II类信息、第III类信息、CRC校验等内容；中周期的标准信息格式包括发送标志、收信单位、发行单位、时间标志、第I类信息、第II类信息、CRC校验等内容；短周期的标准信息格式包括发送标志、收信单位、发行单位、时间标志、第I类信息、CRC校验等内容；

所述第I类信息为列控信号基本信息，所述第II类信息包括接/发车股道数、车次号、列车实际速度和最大允许速度、列车位置等内容，所述第III类信息包含工务、电务、机务等方面内容的信息。

9.如权利要求1所述的无线机车信号系统，其特征在于：

所述车载设备和所述车站控制中心中还具有GSM网络通信设备。