专利名称：机车同步操控系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路运输控制和数据通信领域，尤其涉及ー种利用中继器进行数据交換的机车同步操控系统。
背景技术：
近些年，中国铁路建设步伐加快，路网规模不断扩大，运输能力增强较大，但铁路总量偏少、运能紧张的问题仍然突出，限制型运输的状况没有从根本上改变。无线通信链路作为主控机车与从控机车进行信息交換的枢纽，是机车无线重联同步操纵系统的重要組成部分，要充分考虑其通信质量、覆盖范围、抗干扰性能以及费用等问题。GSM-R系统(铁路移动通信系统，GSM forRailways system)是ー种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。GSM-R系统具备覆盖范围广、标准化程度高、网络功能強大、有线和无线专用通信系统两网合一、符合通信信号一体化技术发展需要等特点。但是GSM-R系统的投入成本高、建设周期长、系统复杂、维护困难。同吋，当机车处于非GSM-R通信区段吋，通信的可靠性和稳定性降低，可能会导致通信盲区。短距离的无线通信技术在エ业领域中已经广泛应用，ISM频段无线电波在铁路通讯中具有优异的传输性能，并且具有低成本、简单易实现的特点。但目前还没有一种技术能够有效地将短距离的无线通信技术应用于机车同步操控系统中，以使机车能够在非GSM-R 通信区段中稳定、可靠地进行通信。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种在非GMS-R通信区段，利用无线通信方式进行机车同步操控的系统和方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种ー种机车同步操控系统，其特征在干， 包括至少两个车载电台，分別布置于列车组的至少两个机车，用于各机车间的信号传输； 至少ー个中继器，布置于所述机车与机车间的车厢，用于对各机车间传输的信号进行中继处理；所述车载电台和所述中继器之间通过第一信道和第二信道进行通信，所述第一信道用于从车头向车尾方向传输信号，所述第二信道用于从车尾向车头方向传输信号。进一歩，在该系统中，所述车载电台或所述中继器包括以下模块两组数字电台模块，分别用于在所述第一信道和所述第二信道上进行信号的传输；控制模块，用于对所述数字电台模块的信号传输进行控制；控制面板和接ロ模块，用于连接机车控制系统、电源和/ 或天线，以及对设备进行參数设置和维护测试；电源模块，用于提供工作电压。进一歩，在该系统中，所述车载电台的所述控制模块还用干与机车自身的机车控制系统进行数据交換。进一歩，在该系统中，所述列车组由多个列车编组单元組成，每个编组单元至少包括一个或两个机车且其中至少ー个机车位于连接在编组单元最前部。进一歩，在该系统中，位于列车组车头的至少ー个机车为主控机车，其余机车为从控机车，根据所述两个不直接相连的机车之间的距离来确定要在这两个相邻机车之间布置的中继器的数量。进一歩，在该系统中，所述第一信道与所述第二信道的频率不同；或者，所述第一信道与所述第二信道分时复用。进一歩，在该系统中，与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第一信道，将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台；位于最靠近车尾的机车的车载电台，用于在接收到从车头向车尾方向传输来的信号后，发出响应信号，与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第二信道，将所述响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述响应信号传输至位于最靠近车头的机车的车载电台。本发明还提供一种机车同步操控方法，其特征在干，包括以下步骤从位于车头的机车的车载电台在第一信道向车尾方向传输信号；与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第一信道，将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台；所述最靠近车尾的机车的车载电台接收到信号后在第二信道向车头方向发送响应信号；与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第二信道，将所述响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述响应信号传输至位于最靠近车头的机车的车载电台。进一歩，在该方法中，所述位于车头的机车的车载电台在发送信号之后，若在预定时间内接收到响应信号，则显示信号发送完毕；所述位于车头的机车的车载电台在发送信号之后，若在预定时间内未接收到响应信号，则重发信号，在重发预定次数后，提示信号发送失败。进一歩，在该方法中，所述第一信道与所述第二信道的频率不同；或者，所述第一信道与所述第二信道分时复用。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明利用无线通信技术在非GSM-R通信区段内对机车进行同步操作，通过设置中继器増大了无线通信的传输距离。本发明充分利用了列车组中通信的链式特点的通信方式进行信号发送和响应信号的反馈，可以缩短通信的总传输距离，节约通信成本。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特別指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进ー步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为根据本发明实施例一的非GMS-R通信区段机车同步操控系统的结构示意图2为根据本发明实施例中的车载电台或中继器的内部功能结构示意图；图3为根据本发明实施例一的列车组第一编组方式的示意图；图4为根据本发明实施例一的列车组第二编组方式的示意图；图5为根据本发明实施例一的列车组第三编组方式的示意图；图6为根据本发明实施例ニ的非GMS-R通信区段机车同步操控方法的流程图
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。实施例一图1为非GMS-R通信区段机车同步操控系统的结构示意图，下面參照图1详细说明该系统的組成。本实施例的机车同步操控系统所涉及的列车组包括多个机车，以及多个机车所运载的车厢，因此，在列车组运行过程中，多个机车之间需要进行操作的同歩。本实施例的机车同步操控系统作用就是对多个机车的操作进行同歩。如图1所示，本实施例的机车同步操控系统主要包括至少两个车载电台和至少ー个中继器。车载电台分别位于多个机车内， 用于各机车间的信号传输，信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，包括机车注册信息、 注销信息、响应消息等，车载电台可通过设置在机车内的操作显示终端进行控制。中继器位于机车间的车厢内，用于对各机车间传输的信号进行中继处理，也就是在两个机车距离较远时，通过中继器对信号进行转发以延长通信范围。车载电台和中继器的数量不局限于附图中所示的数量，其数量由实际列车组的机车数量和车厢长度決定。在本实施例的机车同步操控系统中，设置了两组通信信道，第一信道用于在列车组位于上行路线时，各机车间进行信号传输，第二信道用于在列车组位于下行路线时，各机车间进行信号传输。两个信道设置为不同工作频率，或者两个信道设置为分时复用。第一信道用于传送从位于车头的机车向车尾方向发送的信号，第二信道用于传送与所述第一信道所传送的信号方向相反的信号，即，从车尾的机车向车头方向发送的信号。优选的，两个信道采用不同频率吋，第一信道的频率为866. 2375MHZ，第二信道的频率为821. 2375NHz。本实施例的车载电台与中继器的内部功能结构相似，如图2所示。包括两个数字电台模块、控制模块、控制面板和接ロ模块、电源模块以及天线和连接电缆等。控制模块为车载电台和中继器的核心，在车载电台中，用干与机车自身的机车控制系统进行数据交換， 并控制数字电台模块进行信号传输，在中继器中，用于实现中继处理，并控制数字电台模块进行信号传输。两个数字电台模块分别用于在第一信道和第二信道上进行信号传输，优选的，数字电台模块可为频率为800-880M的MDS数字电台。控制面板和接ロ模块包括接ロ、 LED显示灯，接ロ用于连接机车控制系统、电源和/或天线，也可以通过接ロ实现对设备的參数设置以及设备的维护和测试。LED灯用于显示设备的运行状态、数字电台模块的收发状态和信号收发状态。电源模块给车载电台和中继器提供所需要的工作电压。根据列车组中机车不同的编组方式，车载电台与中继器的配置方式各不相同。不同的列车编组方式主要是机车与车厢的排列方式不同，具体的，不同列车编组方式有不同的列车编组単元，每个列车组由多个相同的列车编组単元连接而成，每个列车编组単元由按预定方式排列的机车和车厢，更具体的，每个编组单元至少包括一个或两个机车且其中至少ー个机车位于连接在编组单元最前部。在本实施例中，主要例举了三种列车编组方式， 相应的有三种车载电台与中继器的配置方式。具体的三种方式如下第一种方式如图3所示，该方式中的列车编组单元为一个机车在前，多节车厢在后。图3中以4组列车编组单元为例，在车头位置的机车为主控机车，其余机车为从控机车。在每个列车编组単元的机车中设置ー个车载电台，车厢中设置ー个中继器，该中继器设置在多节车厢的中部，使其在整个列车组中，与前后机车的距离大致相同。对于在车尾的从控机车后的车厢内，则不需要设置中继器。第二种方式如图4所示，该方式中的列车编组单元为一个机车在前，一个机车在后，多节车厢在两机车之间。图3中以2组列车编组单元为例，在车头位置的机车为主控机车，其余机车为从控机车。在每个列车编组単元的机车中设置ー个车载电台，车厢中设置多个中继器，根据车厢程度和中继器的通信范围来确定数量，在本实施例中，优选为3个。多个中继器根据车厢总长度均勻设置在多节车厢中，使其在整个列车组中，与前后的机车或中继器的距离大致相同。第三种方式如图5所示，该方式中的列车编组単元为两个机车相连在前，多节车厢在两个机车之后。图5中以2组列车编组单元为例，在车头位置的机车为主控机车，其余机车为从控机车。在每个列车编组単元的机车中设置ー个车载电台，车厢中设置多个中继器，根据车厢程度和中继器的通信范围来确定数量，在本实施例中，优选为3个。多个中继器根据车厢总长度均勻设置在多节车厢中，使其在整个列车组中，与前后的机车或中继器的距离大致相同。对于在车尾的从控机车后的车厢内，则不需要设置中继器。在三种配置方式中，信号的传输方式基本相同，如图3至图5中箭头所示的信号传输方向，首先，通过操作显示终端向主控机车发送信号(例如本次列车的注册信息或注销信息)，在第一信道上，主控机车通过车载电台，将信号转发至车尾方向，在该方向上，与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第一信道上，将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，由此依次将信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台。在信号到达位于最靠近车尾的机车的车载电台后，该车载电台向车头方向发出响应信号，与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第二信道，将响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将响应信号传输至位于最靠近车头的机车的车载电台，主控机车的车载电台接收到响应信号后，转发给操作显示终端，操作显示终端显示信号发送完毕(注册或注销完毕)。操作显示终端在预定时间(例如5秒) 内没有收到响应信号，则重发信号，重发预定次数后(例如3次)，若还没有收到响应信号， 则显示信号发送失败。本实施例的机车同步操控系统，利用无线通信技术在非GSM-R通信区段内对机车进行同步操作，通过设置中继器増大了无线通信的传输距离。充分利用了列车组中通信的链式特点的通信方式进行信号发送和响应信号反馈，可以缩短通信的总传输距离，节约通信成本。
实施例ニ图6为根据本发明实施例ニ的非GMS-R通信区段机车同步操控方法的流程图，下面參照图6详细说明该方法的各步骤。步骤S210，从位于车头的机车的车载电台在第一信道向车尾方向传输信号。本实施例的机车同步操控方法用于列车组中，列车组中包括多个机车和多个车厢，以及至少两个车载电台、操作显示终端和至少ー个中继器。车载电台分别位于多个机车内，用于各机车间的信号传输，信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，包括机车注册信息、注销信息、响应消息等，车载电台可通过设置在机车内的操作显示终端进行控制。中继器位于机车间的车厢内，用于对各机车间传输的信号进行中继处理，也就是在两个机车距离较远吋，通过中继器对信号进行转发以延长通信范围。列车组具有多种编组方式，以图3 所示的列车组编组方式为例，通过操作显示终端向主控机车传输信号(例如本次列车的注册信息或注销信息)，在第一信道上，位于车头的主控机车通过车载电台将信号转发至车尾方向。步骤S220，接收到信号的车载电台或中继器在第一信道将信号转发至车尾方向。信号从位于车头的主控机车发出后，与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器在第一信道将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台。步骤S230，最靠近车尾的机车的车载电台接收到信号后在第二信道向车头方向发送响应信号。在信号到达最靠近车尾的机车的车载电台后，该机车的车载电台向车头方向发送响应信号，该响应信号通过与第一信道频率不同的第二信道来发送，或者第一信道和第二信道设置为分时复用。优选的，两个信道采用不同频率吋，第一信道的频率为866. 2375MHZ， 第二信道的频率为821. 2375MHz ο步骤S240，接收到响应信号的车载电台或中继器在第二信道将信号转发至车头方向。与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器在第二信道将响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述响应信号传输至位于最靠近车头的主控机车的车载电台。主控机车的车载电台接收到响应信号后，转发给操作显示终端，操作显示终端显示信号发送完毕(注册或注销完毕)。操作显示终端在预定时间(例如5秒)内没有收到响应信号，则重发信号，重发预定次数后(例如3次)，若还没有收到响应信号，则显示信号发送失败。本实施例的机车同步操控方法，利用无线通信技术在非GSM-R通信区段内对机车进行同步操作，通过设置中继器増大了无线通信的传输距离。充分利用了列车组中通信的链式特点的通信方式进行信号发送和响应信号反馈，可以缩短信号通信的总传输距离，节约通信成本。此外，本发明同样适用于列车组的全部或部分机车处于GSM-R通信的区段的情况，以进一歩保障机车间的稳定通信。虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种机车同步操控系统，其特征在干，包括至少两个车载电台，分別布置于列车组的至少两个机车，用于各机车间的信号传输； 至少ー个中继器，布置于所述机车与机车间的车厢，用于对各机车间传输的信号进行中继处理；所述车载电台和所述中继器之间通过第一信道和第二信道进行通信，所述第一信道用于从车头向车尾方向传输信号，所述第二信道用于从车尾向车头方向传输信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在干，所述车载电台或所述中继器包括以下模块两组数字电台模块，分别用于在所述第一信道和所述第二信道上进行信号的传输； 控制模块，用于对所述数字电台模块的信号传输进行控制；控制面板和接ロ模块，用于连接机车控制系统、电源和/或天线，以及对设备进行參数设置和维护测试；电源模块，用于提供工作电压。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在干，所述车载电台的所述控制模块还用干与机车自身的机车控制系统进行数据交換。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在干，所述列车组由多个列车编组单元組成，每个编组単元至少包括一个或两个机车且其中至少ー个机车位于连接在编组单元最前部。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在干，位于列车组车头的至少ー个机车为主控机车，其余机车为从控机车，根据所述两个不直接相连的机车之间的距离来确定要在这两个相邻机车之间布置的中继器的数量。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在干， 所述第一信道与所述第二信道的频率不同；或者， 所述第一信道与所述第二信道分时复用。
7.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在干，与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第一信道，将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台；位于最靠近车尾的机车的车载电台，用于在接收到从车头向车尾方向传输来的信号后，发出响应信号，与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第二信道， 将所述响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述响应信号传输至位于最靠近车头的机车的车载电台。
8.一种机车同步操控方法，其特征在干，包括以下步骤 从位于车头的机车的车载电台在第一信道向车尾方向传输信号；与位于车头的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第一信道，将信号传输至在车尾方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述信号传输至位于最靠近车尾的机车的车载电台；所述最靠近车尾的机车的车载电台接收到信号后在第二信道向车头方向发送响应信号；与车尾的机车的车载电台相距最近的车载电台或中继器，在第二信道，将所述响应信号传输至在车头方向上最邻近的车载电台或中继器，并依次将所述响应信号传输至位于最靠近车头的机车的车载电台。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在干，所述位于车头的机车的车载电台在发送信号之后，若在预定时间内接收到响应信号， 则显示信号发送完毕；所述位于车头的机车的车载电台在发送信号之后，若在预定时间内未接收到响应信号，则重发信号，在重发预定次数后，提示信号发送失败。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在干， 所述第一信道与所述第二信道的频率不同；或者， 所述第一信道与所述第二信道分时复用。
全文摘要
本发明公开了一种机车同步操控系统和方法，所述系统包括至少两个车载电台，分别布置于列车组的至少两个机车，用于各机车间的信号传输；至少一个中继器，布置于所述机车与机车间的车厢，用于对各机车间传输的信号进行中继处理；所述车载电台和所述中继器之间通过第一信道和第二信道进行通信，所述第一信道用于从车头向车尾方向传输信号，所述第二信道用于从车尾向车头方向传输信号。本发明利用无线通信技术在非GSM-R通信区段内对机车进行同步操作，通过设置中继器增大了无线通信的传输距离，充分利用了列车组中通信的链式特点的通信方式进行信号发送和响应信号的反馈，可以缩短通信的总传输距离，节约通信成本。
文档编号H04B7/14GK102530026SQ20111043976
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者冷盛翔, 熊道权, 田秀臣, 葛鹰龙, 高如阳 申请人:北京世纪东方国铁科技股份有限公司