新型应答器、感应环线实现多功能及场景应用方法和系统与流程

本发明属于轨道交通领域，利用新型应答器或感应环线的地面和车载设备的组合，采用新技术优化性能，简化设备种类，通过储能单元和充电技术实现掉电运行，通过车地无线通信实现冗余的列车占用检查办法，实现多种功能，应用不同场景。

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，实现自动驾驶难度较大，各系统间互联互通很难，通过简化列控设备，采用统一通用设备搭建列控系统并很好支持自动驾驶和车站无人管理，因此需要一种可靠、低维护量、相对成熟的技术实现车地双向通信、列车定位、列车占用和完整性检查、车辆信息管理等，以及应用此技术构建的列车运行控制系统、车辆管理系统等。

2、现有的应答器系统存在下述问题：

3、目前地面应答器分为无源应答器和有源应答器，无源应答器用于向车辆提供固定数据如线路数据等和绝对定位信息，有源应答器用于向车辆提供可变数据如接车进路信息和临时限速信息，不能实现列车占用检查等功能；

4、目前有源应答器与leu间c接口数据传输采用的是dbpl编码方式的电信号传输，传输距离有限，标准要求放置于车站的进站口和出站口；leu与地面控制设备如列控中心间s接口采用的是rs485通信，通信距离也受限；因此有源应答器满足不了布置于线路区间的远距离通信要求；

5、虽然部分文献提出了通过改造有源应答器实现双向通信功能，仅理论提出a接口双向通信、c接口和s接口下行通信，但上行报文是预先存储于leu设备内，通过leu与地面控制设备的通信从而实现选择leu存储哪条报文用于传输，不具备上行数据传输功能；

6、现有双向通信应答器方案是参照已有技术，存在成本高、设备多的问题；一方面只能应用于非机辆模式列车，另一方面没有解决具备双向通信的有源应答器放置区间的远距离传输的要求等；

7、现有交叉感应环线一般用于车载设备的列车定位、地面设备的列车位置追踪等功能，在设备冗余、列车首尾冗余等未有考虑。

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、申请号为“cn201810736831.3”、申请日为“2018.07.06”、公开号为“cn108639104a”、公开日为“2018.10.12”、名称为“一种基于通信的轨道占用检查系统”、申请人为“中铁第四勘察设计院集团有限公司”的中国发明专利，本发明属于铁路、磁浮等轨道交通领域，涉及一种基于通信的轨道占用检查系统，包括轨道占用检查中心设备、安装在轨道区段的每个端部附近的应答器、安装在列车上的车载设备以及用于车载设备与轨道占用检查中心设备之间通信的通信系统；所述车载设备包括车载主机、应答器天线和无线电台。本发明利用应答器技术和无线通信技术构建一个车地协同的新型轨道占用检查系统，在铁路沿线只需安装应答器，将轨旁器材数量降低到最少，而且这些轨旁器材可以都是无维修的、无源的器材，无需敷设线缆，因此，地面工程量小、实施容易，信号专业维护工作量小，对工务部门的轨道维护作业影响也很小。

10、上述专利采用应答器方案的列车占用检查只是针对现有的无源应答器或信标进行，功能单一，在降级模式下需要另外设备如计轴来进行列车占用检查，同时车地无线通信故障后没有冗余车地数据传输通道，影响列车运行效率。

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，提出基于新型应答器系统或感应环线的车载和地面设备的组合，采用新技术优化性能，实现多种功能和应用于多种场景。

2、新型应答器系统实现的功能可参照专利（cn 202310214326.3、cn202211216276.4、cn 202310164595.3、cn202211608887.3、cn202211114178.x、cn202210984166.6、cn202111035613.5、cn 2023105737564、 cn2023108470644、cn2023108960164），新型应答器系统设备的组合或配置可由现场条件决定。

3、新型应答器车载设备具备发送下行链路数据或下行能量波，可接收上行链路数据或上行能量波，能与列控车载设备通信交互数据；新型应答器地面设备具备发送上行链路数据或上行能量波，接收下行链路数据或下行能量波，能与地面控制设备通过通信方式交互数据。新型应答器系统通过提供车→地和地→车的通信链路实现所述功能。

4、新型应答器a接口上行能量波和上行链路数据信号载频、或下行能量波和下行数据信号载频可均不相同，但需要支持上行能量波与上行链路数据信号可同时发送，下行能量波与下行链路数据信号可同时发送，能量波可连续发送，数据信号可触发发送，车载或地面应答器设备接收通道可同时接收能量波和链路数据，可借助合路器、双频天线、定向耦合器、滤波器等方法实现；应答器车载设备的下行链路数据通道的工作时钟可从上行能量波获取，如分频产生等。

5、新型应答器系统应用于信号系统存在车地通信（非应答器构成车地通信）时，车载控制设备可通过激活端的上行链路应答器数据获取列车激活端的绝对定位信息，车载控制设备可通过上行链路应答器数据、列车首尾通信获取列车非激活端或列尾的绝对定位信息；地面控制设备接收该列车列首/列尾车载应答器设备经过地面应答器设备发送的下行链路应答器数据，并由地面控制设备通过车地通信转发给相应列车的车载控制设备，转发的数据包含列车的标志信息如车次号/机车号、车载应答器编号和列首列尾标志、经过的地面应答器编号等，列车车载设备可获取列车的列首或列尾绝对定位信息；上述两种方式获取的列车定位信息可冗余互补，可靠实现列车的定位。

6、通过应答器下行链路实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查和通过车地无线通信基于应答器上行链路数据间接实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查，两者分区物理位置一致，便于两种监测方式的切换和融合检测，可互为冗余或后备；当列首下行链路应答器通道故障，列尾下行链路应答器通道正常，地面控制设备可通过车地无线通信获取列首上行链路应答器数据信息，地面控制设备可获取列车首尾最新经过地面应答器设备编号，进而可完成列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性状态检查；当列尾下行链路应答器通道故障，列首下行链路应答器通道正常，地面控制设备可通过车地无线通信获取列尾上行链路应答器数据信息，地面控制设备可获取列车首尾最新经过地面应答器设备编号，进而可完成列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性状态检查。

7、利用储能电源给新型应答器设备的时钟电路供电，通过时钟电路或晶振的使能控制来控制时钟信号的输出，加快时钟输出的稳定性，可满足发送通道时钟信号快速稳定要求；可采用快速启动的振荡电路，如通过增加放大电路加快振荡稳定时间，可通过整形电路和电平平移电路调节振荡信号，可满足发送通道时钟信号快速稳定要求。

8、可根据现场应用条件线路沿线和站内设置信号机，信号机可由地面控制设备直接控制，也可通过地面应答器设备来控制，或两者均可控制信号灯通过互切操作实现，可用于车载应答器收发装置上行链路通道故障后转入地面信号灯引导列车运行；地面控制设备或地面应答器设备可根据等效闭塞分区占用情况以及站内进路安排进行信号灯点灯控制。

9、铁路道岔或道口与新型应答器设备的耦合控制，通过车地应答器双向通信与铁路道岔或道口的控制设备交互通信，车载设备可实现道岔、道口的控制及相应状态反馈，可用于列车自主运行控制系统实现对地面设备的闭环控制，或通过与轨旁控制器交互实现轨旁设备状态采集及驱动。

10、新型应答器实现的方法、功能和应用场景可借鉴用到感应环线、信标等载体上实现多种功能及应用场景。

11、车载感应环线设备工作方式通过车载安装条件、应用条件和车载感应环线设备的状态进行工作方式设定和切换：

12、①上行接收和下行发送：正常接收上行链路数据并转发给列控车载设备，正常接收列控车载设备的数据形成下行链路数据或直接转发列控车载设备的下行链路数据；

13、②上行接收和下行发送默认数据：当下行链路数据固定时，可提前写入车载感应环线设备并发送；正常接收上行链路数据并转发给列控车载设备；

14、③只发送下行报文：作为降级和特定场景的应用，车载感应环线设备可发送下行链路报文或下行链路默认报文，下行链路默认报文提前写入；

15、④只接收上行报文：车载设备接收上行链路数据。

16、感应环线地面设备工作方式根据应用场景和状态进行设定和切换：

17、①上行发送和下行接收：正常接收下行链路数据并转发给地面控制设备，正常接收地面控制设备的上行链路报文并发送；

18、②上行发送默认报文和下行接收：可发送上行链路默认报文；正常接收下行链路数据并转发地面控制设备；

19、③只发送上行报文：作为降级和特定场景的应用，感应环线地面设备只发送上行链路报文或上行链路默认报文；

20、④只接收下行报文：只接收下行链路报文并转发给地面控制设备。

21、车载感应环线设备工作模式分为单端和双端，对车载设备的功能主要体现为冗余和车辆位置的确定，对地面设备在进行列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性检查等功能实现时逻辑判断不同：

22、①双端工作模式：双端工作模式即列车两端的车载感应环线设备均参与工作，激活端的车载感应环线设备可处于上行接收和下行发送、或只上行接收、或只下行发送，列车两端车载设备可通过有线或无线方式交互数据；地面控制设备可通过列车的两端车载感应环线设备下行通道数据实现列车首尾定位等，从而进行列车位置追踪、列车运行方向识别、列车分区和股道占用识别和列车完整性判断，并实现自动闭塞控制及站段内的列车位置跟踪；

23、②单端工作模式

24、a.正常的单端工作方式

25、非机辆模式列车通过车辆本身实现列车完整性检查并将状态发送给车载列控设备，机辆模式列车通过车辆本身或采用列尾设备实现列车完整性检查并将状态发送给车载列控设备；

26、列车配置为只有激活端的车载感应环线设备工作，激活端的车载感应环线设备可处于上行接收和下行发送、或只发送下行数据；

27、地面控制设备通过下行链路数据实现列首定位和获取列车关键状态等，实现列车位置追踪、列车运行方向识别、列车分区和股道占用识别和列车完整性判断，并实现自动闭塞控制及站段内的列车位置跟踪；

28、b.双端工作模式的降级模式

29、非激活端或列尾的车载感应环线设备故障后，可参照正常的单端工作模式；激活端或机车的车载感应环线设备故障后，激活端或机车的列控车载设备可通过列车首尾通信与非激活端/列尾的车载感应环线设备交互数据实现下行链路数据的发送；

30、地面控制设备通过下行链路数据实现列车位置追踪、列车运行方向识别、列车分区和股道占用识别和列车完整性判断，并实现自动闭塞控制及车辆段内的列车位置跟踪。

31、通过感应环线设备实现上行通道和下行通道用于车地交互数据。

32、上行通道数据内容可包括车次号、地面感应环线编号、移动授权、进路信息、临时限速等，数据包含了车次号和地面感应环线编号，即目标对象和源标识可用于数据时效性判断，可增加时间信息如生命信号用于进一步的时效性判断。

33、下行通道数据内容可包括车次号、车载感应环线设备编号、列首列尾标志、列车完整性状态、车载设备状态等，数据包含了车次号和车载感应环线设备编号，即源对象标识可用于数据时效性判断，可增加时间信息如生命信号用于进一步的时效性判断。

34、上行通道默认数据内容可包括地面感应环线编号等信息。

35、下行通道默认数据内容可包括车载感应环线设备编号、车次号、列首列尾标志等。

36、列车的车载设备通过获取感应环线上行通道数据实现相关车载功能，地面控制设备通过获取感应环线下行通道数据实现相关功能。

37、上行通道数据实现功能：提供车载设备列车定位、列车运行方向识别，向车载列控设备提供可变数据如移动授权进路信息和临时限速信息等，车载列控设备可实现精确停车、自动发车对标、股道识别、列车自动折返控制、可实现列车全程自动驾驶和车站无人值守远程控制，可实现过分相提示、级间或不同信号制式切换等提示、进出隧道和鸣笛提示等。

38、下行通道数据实现功能：提供地面控制设备列车首尾位置、运行方向和速度，提供地面控制设备列车相关信息和状态，通过布置感应环线地面设备于轨道线路沿线将线路区间划分若干闭塞分区、站内划分不同区段，线路分支两侧均布置感应环线，用于列车闭塞分区和股道占用检查、列车位置追踪、列车完整性检查等。

39、地面布置感应环线位置及编号预先设置好并存储，可通过地面无源应答器或车地无线通信或提前写入车载控车设备，实现列车位置定位和追踪。

40、感应环线可具备列车定位、列车位置追踪和车地双向通信，列车长度可超过感应环线长度即保证列车首尾感应环线收发器处在不同的感应环线、当列车长度不超过感应环线长度时列车首尾感应环线收发通道处于不同信道（频段不同），实现列车首尾的定位（上行通信通道）和位置追踪（下行通信通道），可以与列车的车地无线通信形成功能上的冗余互补，车载可配置双天线冗余通道。

41、感应环线在列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性检查等可与列车的车地无线通信构成冗余互补，具体描述如下：

42、感应环线地面设备可用于地面闭塞分区划分、岔区防护设备或列车定位；

43、一：对于列车：

44、列车两端均安装感应环线车载收发器或接收器，车载控制设备和列尾设备接收上行通道数据获取该感应环线编号，可各自通过车地无线通信发送至地面控制设备，或通过列首列尾通信，由车载控制设备将列首列尾车载感应环线设备最新收到的地面感应环线编号并结合列车信息可包括车次号、列车首尾标志、车辆运行方向、列车完整性状态、接收通道号、车载设备编号等通过车地无线通信发送至地面控制设备，地面控制设备再通过地面感应环线链接关系和位置信息追踪列首列尾位置，可实现列车分区和股道占用检查、列车完整性检查；当只列车一端感应环线设备工作，地面控制设备通过车地无线通信只接收到列首或列尾最新经过的地面感应环线编号，可结合收到列车完整性状态完成列车位置追踪、列车分区和股道占用检查；

45、二：对于单机车或调车：

46、机车或调车安装感应环线车载收发器或接收器，车载控制设备通过上行通道获取感应环线编号，车载控制设备将最新收到的地面感应环线编号，结合机车信息可包括车载设备编号、机车号、接收通道号、车辆运行方向等通过车地无线通信发送至地面控制设备，地面控制设备再通过地面应答器链接关系和位置信息追踪车辆位置，可实现分区和股道占用检查。

47、通过感应环线下行通道实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查和通过车地无线通信基于感应环线上行通道数据间接实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查，两者分区物理位置一致，便于两种监测方式的切换和融合检测。

48、当感应环线的下行通道数据不包含列车完整性状态和车辆运行方向时，地面控制设备可通过车地无线通信获取列车完整性状态和车辆运行方向，当车载感应环线设备处于双端工作模式，地面控制设备根据感应环线下行通道数据获取列首列尾位置和列车运行方向实现列车分区和股道占用检查和列车完整性检查；当车载感应环线设备处于列首单端工作模式，地面控制设备可根据列首位置、列车完整性状态和列车运行方向实现列车分区和股道占用检查；当车载感应环线设备处于列尾单端工作模式，后车的移动授权可直接由该车辆列尾位置和列车运行方向决定，地面控制设备可根据列尾位置、列车完整性状态和列车运行方向实现列车分区和股道占用检查。

49、感应环线系统应用于信号系统存在车地无线通信时，车载控制设备可通过激活端的上行链路数据获取列车激活端的绝对定位信息，车载控制设备可通过上行链路数据、列车首尾通信获取列车非激活端或列尾的绝对定位信息；地面控制设备接收该列车列首/列尾车载感应环线设备经过地面感应环线时发送的下行链路数据，并由地面控制设备通过车地通信转发给相应列车的车载控制设备，转发的数据包含列车的标志信息如车次号/机车号、车载感应环线编号和列首列尾标志、经过的地面感应环线编号等，列车车载设备可获取列车的列首或列尾绝对定位信息；上述两种方式获取的列车定位信息可冗余互补，可靠实现列车的定位。

50、通过感应环线下行链路实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查和通过车地无线通信基于感应环线上行链路数据间接实现列车位置追踪、列车分区和股道占用检查，两者分区物理位置一致，便于两种监测方式的切换和融合检测，可互为冗余或后备；当列首下行链路通道故障，列尾下行链路通道正常，地面控制设备可通过车地无线通信获取列首上行链路数据信息，地面控制设备可获取列车首尾最新经过地面感应环线设备编号，进而可完成列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性状态检查；当列尾下行链路通道故障，列首下行链路通道正常，地面控制设备可通过车地无线通信获取列尾上行链路数据信息，地面控制设备可获取列车首尾最新经过地面感应环线设备编号，进而可完成列车位置追踪、列车占用检查和列车完整性状态检查。

51、感应环线系统的供电、工作模式或方式切换可参照新型应答器系统。

52、本发明的有益效果为：本发明属于轨道交通领域，通过新型应答器系统或感应环线车载和地面设备的组合实现多种功能，采用新技术优化性能降低成本，应用于不同场景。