重联机车协同控制、机车后端操纵方法、设备和系统与流程

1.本发明属于轨道交通领域，利用低轨道卫星星座的低延时通信实现终端与地面设备、终端之间的实时数据交互通道，可单独或融合采用移动通信技术如5g等、无线通信如wlan等、微波通信、感应通信等构建实时通信网络；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能，或/和移动通信网络的传输通道传递导航增强信息，或辅以gnss系统、地面基准站、移动通信基站联合定位，可单独或组合惯性导航和轮轴测速等连续测速定位方法和设置信标等绝对定位校准等方法，提高终端设备定位测速可用性连续性和精度；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能同步终端时间，可单独或组合采用分布式网络同步实现设备同步；通过上述的通信、定位测速、时间同步方法和设备，可融合车载信号系统获取列车编组信息、线路电子地图等实现重联机车各机车间、机车与列尾设备承载平台间同步、或差异化控制和特殊场景的异步控制，可统一重联机车通信制式，提高运输效率和安全性，通过机车首尾通信及环境感知配置实现轨道车、调车和机车分时双端工作。


背景技术：

2.铁路运输繁忙，需要列车多拉快跑，货运列车越来越长，需要多辆机车集中或分布式重联来驱动列车运行，机车间存在差异，甚至可能采用不同类型机车重联，因此多辆机车间协同控制要求会更高。
3.现有的机车重联控制现状存在下述问题：人工呼唤方式，主控司机通过无线通信设备向从控司机进行语音操纵指令的传递，容易误判断，已无法有效保证铁路运输安全和运输效率。
4.机车集中重联采用重联线缆方式，重联连接器因经常插拔容易导致信号接触不良，造成传输通道断开，影响列车运行。
5.机车集中重联采用短距离无线通信方式，控制信号和状态信息传输路径较长，一般要从本务机车的操控端
←→
本务机车的非操控段
←→
补机的操控段，无法连接列尾装置或列尾设备承载平台，机车两端均需要安装设备，运能有限制，不适合万吨以上的列车。
6.分布式无线重联如locotrol系统，目前机车间通过gsm-r移动通信技术，通信时效性不高，且投入成本高，只能进行同步控制，列车完整性判断有待提高。
7.tectroms机车无线重联控制技术，采用800mhz和400khz方式，gsm-r为预留通信方式，通信可靠性及连续性有待提高，没有与地面控制设备的互动，智能控制很难再提升。
8.因此需要进一步提高机车重联控制技术，保证列车运行安全和效率。
9.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“201811505275.5”、申请日为“2018-12-10”、公开号为“cn109664917a”、公开日为“2019-04-23”、名称为“基于智能对等思维的机车差异化无线重联控制方法及系统”、申请人为“中南大学”的中国发明专利，本发明公开了一种基于智能对等思维的差异化机车无线重联控制方法及系统，通过一套基于人工智能对等思维模型来形成差异化机车远程无线重联控制系统，来适应并实现差异化机车重联牵引控制运行。本发
明通过在原有机车无线重联同步控制系统上增加一套基于智能对等思维的差异化机车无线重联控制设备，从而实现差异化机车无线重联多台机车编组，并控制多台差异化机车无线重联运行，能快速有效稳定地建立机车之间的互联，实现包括不同车型机车间的互联及重联控制。
10.2、申请号为“201110128245.9”、申请日为“2011-05-18”、公开号为“cn102267480a”、公开日为“2011-12-07”、名称为“一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法”、申请人为“长沙南睿轨道交通电气设备有限公司”的中国发明专利，本发明提供一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法，在原有机车网络控制系统上增加一套无线重联控制装置系统，来替代原有机车列车级有线网关，从而实现机车近距离无线重联编组，并控制多台机车无线重联运行，而且能快速有效稳定地建立机车之间的互联，实现不同车型机车间的互联及重联控制。
11.3、申请号为“201110203396.6”、申请日为“2011-07-20”、公开号为“cn102339049a”、公开日为“2012-02-01”、名称为“基于交流传动机车的分布动力远程无线重联同步控制方法”、申请人为“长沙南睿轨道交通电气设备有限公司”的中国发明专利， 本发明提供一种基于交流传动机车的分布动力远程无线重联同步控制方法，在原交流传动机车控制系统的基础上增加机车远程无线重联同步控制系统，从而实现由交流传动机车及货车车辆构成的重载组合列车牵引运行，并使列车的安全运行品质得到可靠保证。
12.4、申请号为“202010738296.2”、申请日为“2020-07-28”、公开号为“cn113997985a”、公开日为“2022-02-01”、名称为“一种实现机车智能驾驶无线重联自动编组的方法及装置”、申请人为“株洲中车时代电气股份有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种实现机车智能驾驶无线重联自动编组的方法及装置，方法包括：地面智能调度系统获取编组机车的位置信息并下发编组参数和授权端信息；智能驾驶系统车载控制装置进行主从车是否被授权的身份识别，生成编组参数和编组参数命令，司机室显示单元将编组参数和编组参数命令发送至无线重联控制装置；无线重联控制装置进行编组，并反馈编组参数设置及编组命令执行状态；智能驾驶系统车载控制装置将编组参数设置及编组命令执行状态反馈至地面智能调度系统；地面智能调度系统判断编组机车是否完成编组，若是，则编组完成。本发明能够实现由智能驾驶地面智能调度系统自动根据机车实际物理位置进行远程自动编组。
13.5、申请号为“202011110995.9”、申请日为“2020-10-16”、公开号为“cn112224242a”、公开日为“2021-01-15”、名称为“一种基于5g无线编组的列车、列车无线编组方法以及列车无线解编方法”、申请人为“中车大连电力牵引研发中心有限公司”的中国发明专利，本发明提供一种基于5g无线编组的列车、列车无线编组方法以及列车无线解编方法，该列车包括：一个系统组成的多个列车单元；所述一个系统包括用于发送编组重联信号和控制信号的车载5g无线重联控制系统，列车单元包括用于计算生成控制信号的编组控制单元、无线通信单元、用于获取列车定位信息的定位单元、用于获取列车之间间隔距离的间隔检测单元和用于根据控制信号控制列车单元速度的列车控制与管理单元；本发明利用5g通信技术实现各列车之间的直接通信，基于无线通信的列车编组技术实现列车在运行时根据客流状况进行灵活编组和解编，取代信号系统，增加轨道车辆最大承载量并根据轨道交通的客流波动有变化地开行不同编组列车，实现列车的自主驾驶。
14.上述专利和文献提出的机车无线重联主要从近距离集中无线重联或远距离分布式无线重联考虑，没有实现通信制式统一，近距离无线重联没有形成与地面控制设备的互动，远距离无线重联目前采用gsm-r网络实现，通信速率低不能很好实时控车且成本高，采用5g等技术提高速率成本太高，没有与信号系统融合，难以实现特殊场景异步控制和列车的安全防护；本发明采用立体多维通信或其中一种或多种通信技术组合、精确定位和时间同步技术、通过与车载信号系统的交互数据、机车参数、结合车载电子地图实现机车无线重联编解组、同步控制或差异化甚至异步控制，结合列尾设备承载平台实现列车完整性判断和制动优化，提高列车运输效率和安全。


技术实现要素：

15.本发明属于轨道交通领域，要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提出利用低轨道卫星星座低延时通信实现终端与地面设备、终端之间的实时数据交互通道，可单独或融合采用移动通信技术如5g等、无线通信如wlan等、微波通信、感应通信等构建实时冗余通信网络；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能，或/和移动通信网络的传输通道传递导航增强信息，或辅以gnss系统、地面基准站、移动通信基站联合定位，可单独或组合采用惯性导航和轮轴测速等连续测速定位方法和设置信标等定位方法进行绝对定位校准等，提高终端设备定位测速可用性连续性和精度；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能，单独或融合采用分布式网络同步技术实现终端设备同步时间；通过上述的实时冗余通信、定位测速、时间同步方法和设备，通过与信号系统的交互获取列车编组信息、电子地图等实现重联机车同步、差异化甚至异步控制，提高运输效率和安全性。
16.重联机车以及列尾设备承载平台安装卫星通信模块，卫星通信地面关口站接入地面控制设备，可利用低轨道卫星星座的低延时传输通信特点，终端可以直接通过低轨道卫星星座相连，也可通过地面关口站接入地面控制设备，利用低轨道卫星星座的传输通道构建重联机车间双向通信、机车与列尾设备承载平台间双向通信、机车和列尾设备承载平台与地面控制设备间双向通信、机车两端间双向通信，可实现集中无线重联机车间、分布式无线重联机车间、机车与列尾设备承载平台间的通信制式统一，实现重联机车间实时数据和状态交互通道，实现机车与列尾设备承载平台间实时通信，实现机车和列尾设备承载平台与地面控制设备间实时数据和状态交互通道；重联机车以及列尾设备承载平台也可安装其他通信模块，采用5g等移动通信技术、微波通信、感应通信等一种或多种通信技术，可承当或作为冗余进一步提高重联机车间双向通信、机车与列尾设备承载平台间双向通信、机车和列尾设备承载平台与地面设备间双向通信、机车两端间双向通信可靠性连续性，通信技术可以根据现场应用等条件选择，在信号弱场区可通过中继、设置直放站等方式增强信号，同时可采用调制、信道编码与交织、功率控制、多址、扩频、跳频和智能定向天线等技术提高通信可靠性；对于集中无线重联机车，重联机车两端还可安装短距离无线通信设备，如wlan和wimax等、红外等通信技术一种或组合，提高集中重联机车间无线双向通信的可靠冗余性，或与原有外重联总线电缆构成冗余关系；通过上述通信技术可实现重联机车间、机车与列尾设备承载平台、机车和列尾设备承载平台与地面控制设备间构成立体多维的冗余实时通信网；其中可通过与车载信号系统的交互，借助车载信号系统的车地通信，可间接实现重联控制设备的车地通信，满足重联控制实时通信需求。
17.可通过无线路由、分组转发等通信技术实现广播、多点通信，主控机车的智慧重联列车控制系统可通过广播命令和数据到各从控机车和列尾设备承载平台，获取各从控机车和列尾设备承载平台的状态等信息，可优先使用低轨道卫星星座的低延时传输通信，在人流密集或车站可融合采用移动通信技术如5g、或微波通信等，也可单独或融合采用高速率的移动通信技术如5g等，信号弱场区采用中继或直放站等方式增强信号；其次采用微波通信（可通过中继增强信号）、或感应通信等作为承当或冗余进一步提高重联机车间双向通信、机车与列尾设备承载平台间双向通信、机车两端间双向通信可靠性连续性。
18.重联机车及列尾设备承载平台装有卫星终端设备，利用低轨道卫星星座的通信导航授时功能，传输导航增强信息、和/或播放导航卫星观测信号和增强导航信号，可与中高轨道的gnss系统、地面增强站联合或独立定位，也可辅助移动通信基站联合定位进一步减少铁路沿线地面导航信号弱场区和盲区，提高地面终端设备如机车和列尾设备承载平台定位的精度、可用性和连续性；可单独或融合采用惯性导航、轮轴测速或雷达测速等一种或多种连续测速定位方法，也可通过设置有源或无源信标（包含应答器、图形如二维码等）、轨道电路定位、或铁路沿线特征识别定位、或交叉环线等一种或多种进行定位校准，同时保证隧道以及导航信号差的地方定位和测速的可用性，结合车载电子地图，实现机车和列尾设备承载平台的精确连续定位和测速。
19.低轨道卫星通过接收gnss系统或地面基准站信号获取高精度时钟源，也可通过自身装备原子钟获取高精度时钟源，通过星间通信以及估计算法等措施保持高度同步，这样低轨道卫星星座内卫星均具有同步的高精度时钟源，地面终端设备和地面关口站通过定位授时获取精准时间，地面关口站再将授时分发给地面系统，机车设备、列尾设备承载平台和地面控制设备等将此授时作为时间基准，进行重联机车、列尾设备承载平台、地面控制设备间的时间校准和设备间同步，也可作为备用时钟基准和时间同步方法；重联机车设备、列尾设备承载平台和地面控制设备等可自行维护本地系统时钟，各设备通过通信进行分布式网络同步并可通过获取卫星时钟进行校准，地面设备各系统本地时钟可通过通信与地面时钟基准站进行分布式同步，地面时钟基准站通过获取卫星授时或自身原子钟等设备维护精准时钟源；实现重联机车、列尾设备承载平台和地面设备的时间同步。
20.重联列车的机车通过安装智慧重联列车控制系统，配置无线通信设备，在人工操纵列车模式下，主控机车默认为列车头部机车，安装于激活节一端的智慧重联列车控制系统为主控设备；在自动驾驶模式下，默认为列车头部机车为主控机车，也可由地面控制设备、各机车的车载信号系统、各机车的智慧重联列车控制系统根据编组信息和设备状态按时序逻辑决定出主控机车，每列车只允许一台机车为主控机车。
21.智慧重联列车控制系统采用热备冗余方式，当工作模故障能快速平稳切换到另外一模继续工作，对外通信采用冗余通道，无线通信网可采用立体多维具有冗余的通信方式也可采用组合网络通信实现冗余，提供系统可靠性和可用性；当主控机车的智慧重联列车控制系统的机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成模块失效时，可通过人工切换或从控机车的智慧重联列车控制系统争权当担主控机车的智慧重联列车控制系统负责各机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成和分发，原主控机车降级为从控机车；当从控机车的智慧重联列车控制系统故障或与主控机车通信断开，从控机车进入拖行状态，但列车管压力受其他机车和列尾设备承载系统控制实现空气制动控制，从控
机车故障恢复或通信链接恢复正常，通过主控机车的智慧重联列车控制系统的编组确认可恢复其功能。
22.主控机车的车载信号系统负责与地面控制设备交互数据和状态，获取列车编组信息、行车许可、线路数据等，并监控列车运行保证安全，从控机车的车载信号系统、列尾设备承载平台可作记录单元、或与地面控制设备交互状态等用途，可作为主控机车信号系统与地面控制设备间车地通信的冗余通信通道，地面控制设备获取重联列车各机车精准位置和状态以及列尾设备承载平台位置和状态，实现重联列车完整性判断和占用检查生成行车许可，同时主控机车的信号设备可获取各机车和列尾设备承载平台的位置、状态和所处线路状况，实现列车完整性检查，在人工操纵模式下进行列车运行防护，在自动驾驶模式下，生成列车操纵指令和防护列车运行，主控机车的智慧重联列车控制系统根据列车操纵指令和列车防护指令如卸牵、制动和紧急指令生成从控机车的机车操纵指令并分发至从控机车，生成列尾设备的制动指令分发给列尾设备承载平台执行，主控机车的信号系统的防护指令直接输出至主控机车对应设备，主控机车的智慧重联列车控制系统根据列车操纵指令生成主控机车的机车操纵指令并分发到主控机车控制单元。
23.作为主控机车的智慧重联列车控制系统从人工驾驶操作、或车载信号系统获取列车操纵指令，通过无线通信获取从控机车和列尾设备承载平台的信息和状态，可实现机车、列尾设备承载平台编组解组实时管理，根据各机车和列尾设备承载平台的状态协同动态闭环实时控制，实时分发从控机车的机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令，主控机车的智慧重联列车控制系统同时根据本机车状态动态闭环执行本机车的机车操纵指令，从控机车的智慧重联列车控制系统可根据分发的本机车操纵命令进行本机车同步控制、或差异化控制及特殊场景的异步控制并反馈状态，列尾设备承载平台根据制动控制命令进行同步制动控制。
24.有机车网络的机车由ccu或tcms系统主控单元、bcu等电器设备分别执行智慧重联列车控制系统牵引电制动和空气制动等指令，并通过机车网络或配置机械间信号采集单元将状态反馈给智慧重联列车控制系统；没有机车网络的机车由智慧重联列车控制系统直接与各执行部件如逻控单元lcu、微机柜、制动控制单元等电器设备交互或直接控制来控制机车运行，并采集机车设备状态进行闭环动态控制。
25.列尾设备承载平台或仅用作列尾压力采集和列尾定位类似列尾装置，通过无线通信向主控机车的智慧重联列车控制系统反馈列尾状态；或可安装制动设备、测速定位设备、车载信号系统或子设备、通信设备，主控机车的智慧重联列车控制系统通过无线通信实现列尾制动控制，获取列尾位置速度等状态、列尾压力、设备状态等信息，主控机车的车载信号系统和地面控制设备通过通信获取设备状态如定位速度、列尾压力、设备状态等实现列车完整性判断，列尾设备承载平台用于状态记录和转发至地面控制设备，优化列车制动控制，参与列车运行控制等。
26.重联列车为人工操作，若主控机车可直接受人工操作控制，主控机车的智慧重联列车控制系统获取人工操作控车指令分发给各从控机车的智慧重联列车控制系统和列尾设备承载平台，从控机车的智慧重联列车控制系统转控车指令到从控机车执行系统进行同步控制，列尾设备承载平台若装配制动系统则同步执行制动指令，该办法仅支持同类机车重联同步控制，很难实现差异化控制和特殊场景的异步控制；若主控机车由智慧重联列车
控制系统控制，主控机车的智慧重联列车控制系统获取人工操纵列车指令，可根据重联各机车参数（如牵引制动特性等，通过机车间通信从各机车事先存储或从车载信号系统的车地通信中获取）和状态、机车位置、线路数据、列尾设备承载平台的状态生成各机车操纵指令实现重联机车的同步控制或差异化控制和特殊场景的异步控制，或主控机车的智慧重联列车控制系统根据各机车状态生成机车操纵指令分发各机车再由各机车的智慧重联列车控制系统根据本机车参数和状态、位置等自适应调整实现本机车的同步控制或差异化控制，如各机车根据自身位置结合车载电子地图实现等实现过分相控制等，可支持不同类型机车重联控制，但在人工控车条件实现特殊场景的异步控制容易出错。
27.重联列车由主控机车的车载信号系统ato控制，主控机车的智慧重联列车控制系统从ato获取列车操纵指令，可根据各机车参数、精确位置和状态，并结合车载电子地图的线路参数生成各机车的机车操纵指令实现重联机车的同步控制、或差异化控制和特殊场景的异步控制，或主控机车的智慧重联列车控制系统根据各机车状态生成指令分发各机车再由各机车的智慧重联列车控制系统根据自身机车参数、位置、状态并结合车载电子地图自适应调整实现重联机车的同步控制、或差异化控制和特殊场景的异步控制，包括自动过分相、处于不同线路路况的各机车操纵等。
28.无论是ato控制或人控，主控机车的车载信号系统如atp或lkj作为列车运行监控系统防止列车超过目标速度，根据超速程度实施卸载牵引力、惩罚性制动或紧急制动指令，建议主控机车的制动单元可直接执行车载信号系统的卸牵、惩罚性制动或紧急制动指令，不建议通过主控机车的智慧重联列车控制系统实施车载系统的防护措施，从控机车执行主控机车车载信号系统的防护措施需通过主控机车的智慧重联列车控制系统获取防护措施指令转发给从控机车的智慧重联列车控制系统再执行，列尾设备承载平台执行主控机车的智慧重联列车控制系统输出的车载信号系统的惩罚性制动或紧急制动。
29.若主控机车配置ato系统，由ato发出列车操纵指令如定速指令、加减速指令、贯通试验、自动过分相控制、停车制动等指令，若人控，则由驾驶员操控输出列车操纵指令。
30.主控机车的智慧重联列车控制系统可从车载信号设备获取各机车位置、线路数据，也可通过车载信号设备与地面控制设备通信获取机车牵引制动特性等参数信息，或通过重联机车间通信获取机车牵引制动特性等参数信（机车设备存放有本机车参数信息），同时获取列车状态、重联各机车状态、列尾设备承载平台状态、ato或人工操作输出列车操纵指令等实现重联各机车的实时动态闭环控制及优化，如各重联机车的牵引、制动的分配和空气制动与电制动分配，包括列尾设备承载平台（若装有制动控制系统）的制动分配，实现重联机车的同步控制、或差异化控制、或异步控制。
31.通过立体多维通信网或其中一项或多项通信技术，实现重联机车、地面控制设备、列尾设备承载平台间交互数据，根据地面调度和运输信息系统完成重联列车编解组信息自动载入或手动输入，实现重联列车各机车身份、位置及排列顺序、列车参数状态、编组信息、机车参数状态和列尾设备信息状态等获取、确认和反馈，地面控制设备获取列车编组信息、列车状态、机车位置和状态信息和列尾设备承载平台状态等，重联列车的主控机车可默认为列首机车，当列首机车车地通信故障或自身状态问题可由后方正常列车当担主控任务，也可在编解组时根据控车需要选择其中一台机车当担主控任务，主控机车可灵活配置，可实现不同机车混编。
32.再通过前述通信、定位、时间同步技术，主控机车根据移动授权信息、列车状态、各机车工况、列车制动信息、列尾设备承载平台（如装备制动机）和列尾制动压力信息、线路信息等，生成控车指令分发给从控机车和列尾设备承载平台，接收从控机车工况、列尾设备承载平台状态和列车状态包括制动状态，形成动态闭环控制，主控机车同时控制自身机车运行，从控机车根据主控机车指令、自身工况状态、定位和线路信息实时同步控制、自适应差异化控制、或异步控制，并向主控机车反馈自身状态，列尾设备承载平台若装有制动系统执行制动指令并向主控设备反馈设备状态、列尾压力信息和运动状态定位信息等，地面控制设备获取列车状态并生成移动授权信息。
33.从控机车可与主控机车不同型号，从控机车通过自身存储或通过地面控制设备获取的参数包括但不限于牵引电制动特性、制动特性等，实现有异于主控机车的自适应控制，从控机车根据自身精准定位测速信息、机车状态并结合车载电子地图的线路数据实施特殊场景的异步控制。
34.通过立体多维通信网或其中一项或多项通信技术，主控机车、从控机车、列尾设备配合执行和反馈压力状态，实现贯通试验。
35.通过立体多维通信网或其中一项或多项通信技术，辅以环境感知传感器和状态监测,可实现重联机车远程控制，如地面控制设备直接控制列车运行。
36.立体多维的冗余通信网或其中通信技术，可应用于其他轨道交通设备如轨道车、调车等特殊车辆，如实现机车两端间双向无线通信，布置环境感知传感器采集机车外部环境（如前方、后方、两侧）和内部状态，包括语音采集，并通过无线网络或机车内有线通信方式在机车首尾两端分享信息并显示或输出，满足机车后端开车条件，实现调车、轨道车不换端双向作业。
37.主控机车能够指示各从控机车和列尾设备承载平台的状态。
38.本发明的有益效果为：利用低轨道卫星星座的低延时通信特点和终端设备直接交互数据，可单独或融合采用移动通信技术如5g，可辅以微波通信等无线通信技术实现重联机车间、机车与列尾设备承载平台间实时可靠通信，再利用测速定位和设备时间同步技术，实现重联机车间同步控制、或差异化同步控制，在特殊场景实现异步控制，降低机车车辆冲击，提高列车运行效率、经济性和安全性。
附图说明
39.图1为重联机车控制系统-集中式重联列车示意图，图2为重联机车控制系统-分布式重联列车示意图，图3为重联机车控制系统-内重联机车有机车网络构成控制结构图，图4为重联机车控制系统-内重联机车无机车网络构成控制结构图，图5为重联机车控制系统-单机车构成控制结构意图，图6为重联机车控制系统-编组和协同控制时序示意图，图7为智慧重联列车控制系统的功能示意图。
40.图中：1—智慧重联列车控制系统、11—智慧重联列车控制系统主模块、12—司机室信号采集系统、13—机械间信号采集系统、2—无线通信系统、21—无线通信设备、22—合路器（可选装）、3—车载信号系统、4—机车控制单元、41—司机室信号采集系统cio、5—内
重联的大功率交流双节机车、6—列尾设备承载平台、61—列尾主控单元、62—列尾通信单元、63-列尾发电储电供电装置、64-列尾制动系统、65-列尾测速定位系统、7-集中或分布式重联从控机车、8-内重联的大功率直流双节机车、9-大功率交流机车。
具体实施方式
41.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：本发明的重联机车协同控制、机车后端操纵方法、设备和系统如图1至图7所示:利用立体多维通信网络或其中一种及多种组合、可结合采用机车现有的外重联总线网络（针对集中重联）融合组成机车间、机车与地面控制设备、机车与列尾设备承载平台间、机车两端间的低延时高速冗余网络，同时可采用扩频、编码、功率控制和定向天线等通信技术提高通信可靠性，满足重联机车指令和状态交互需求；利用组合卫星的通信导航和地面设备辅助定位、连续测速定位方法、沿线轨道信标或特征定位校准等单独或组合实现获取机车精准连续可靠定位和测速；通过组合卫星授时和网络同步等措施实现机车间、机车与列尾设备承载平台间的同步；各机车的智慧重联列车控制系统通过车载信号系统的车地通信获取列车编解组信息、机车参数、线路电子地图、机车和列尾设备承载平台的位置信息等，或通过人工输入获取列车编解组信息、机车参数等其他通过车载信号系统获取，设置为或识别为主控机车的智慧重联列车控制系统通过机车间、机车与列尾设备承载平台间通信进行编解组和确认，并反馈编解组状态给车载信号系统进一步确认，同时可需要司乘人员确认编组状态；若编组完成，主控机车的智慧重联列车控制系统通过通信获取各机车状态、列尾设备承载平台状态，可以实现各机车协同控制，包括同步控制、差异化控制和特殊场景的异步控制，从控机车的智慧重联列车控制系统可实现本机车的自适应控制，优化列车操纵，降低纵向冲击。
42.本发明参考专利cn202110159519.4、cn202110202106.x、ch202210234972.1的专利。
43.根据不同机车类型采取的重联控制方式不一致，对于集中重联机车示意见图1，集中重联不限两台机车重联，可由多台机车、不同类型机车实现重联，可采用低轨道卫星星座的通信或高带宽的移动通信技术实现重联机车间、机车与列尾设备承载平台间通信，集中重联机车间可融合通过短距离无线通信或外重联电缆实现机车间通信，主控机车与列尾设备承载平台间可单独或组合采用微波通信或感应通信作为冗余通信通道，列尾设备承载平台可仅实现列尾压力和定位信息查询，或实现同步闭环制动控制和列尾定位测速等功能。
44.对于分布式重联机车示意见图2，分布式机车可由多台机车、不同类型机车组合，组合形式不限于图2中方式，可采用低轨道卫星星座的通信或高带宽的移动通信技术实现机车间、机车与列尾设备承载平台间通信，可单独或组合采用微波通信或感应通信作为冗余通信通道，列尾设备承载平台可仅实现列尾压力和定位信息查询，或实现同步闭环制动控制和列尾定位测速，当列尾配置有机车，可不配置列尾设备承载平台。
45.针对不同机车类型智慧重联列车控制系统1可配置不同，对于两节或多节车构成的交流机车可以两端各配置一套智慧重联列车控制系统1，对于6轴交流机车可只配置一套智慧重联列车控制系统1，对于两节构成的直流机车需在两端各配置一套带司机室信号采集单元12和机械间信号采集单元13的智慧重联列车控制系统1，智慧重联列车控制系统1采
用冗余架构构成，从控机车的车载信号系统只保留记录功能，因从控机车的机车操纵需该机车装配的智慧重联列车控制系统1负责实施，智慧重联列车控制系统1建议采用故障-安全措施，保证列车运行安全。
46.在配置智慧重联列车控制系统1时，尽量不改动或少改动机车现有电气架构。
47.智慧重联列车控制系统1配置无线通信系统2，若重联列车配置有列尾设备承载平台6可配置列尾通信单元62，实现机车间、机车与列尾设备承载平台6间指令和状态的实时交互，满足重联列车的通信需求，合路器可根据无线通信配置增减，对于高带宽的无线通信模块可采用车载信号设备与智慧重联列车控制系统间相互共享，提高通信冗余和节约成本。
48.主控机车的智慧重联列车控制系统1在人工驾驶模式下，若是交流机车可通过司机室信号采集单元41或配置司机室信号采集系统12获取列车操纵指令，若是直流机车则通过配置司机室信号采集系统12获取列车操纵指令，同时可获取车载信号系统如lkj或atp系统3输出的卸载牵引力、惩罚性制动和紧急制动指令等防护指令；主控机车的智慧重联列车控制系统1在自动驾驶模式下，通过与ato通信获取车载信号系统如ato系统3的列车操纵指令，同时可获取车载信号系统如lkj或atp系统3输出的卸载牵引力、惩罚性制动和紧急制动等防护指令等。
49.主控机车的智慧重联列车控制系统1根据列车操纵指令和车载信号系统3的防护指令，再根据通信获取的列车编组信息、机车参数和状态、列尾设备承载平台参数和状态，从车载信号系统获取各机车精确定位、速度和车载电子地图，通过换算生成各机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令，可适应不同类型机车、不同状态的同型机车、编组中不同位置的机车，并能通过动态闭环控制实时调整，可实现机车同步控制、差异化控制和特殊场景的异步控制。
50.从控机车的智慧重联列车控制系统1根据主控机车的智慧重联列车控制系统1分发的机车操纵指令操纵机车并反馈状态，也可结合自身状态进行自适应调整机车控制并反馈自身状态给主控机车的智慧重联列车控制系统1，从而实现动态闭环控制。
51.各机车包括主控机车的智慧重联列车控制系统1执行获取的机车操控指令，将指令分发给机车控制单元4的对应执行部件，若为交流机车或交流内燃机车，执行部件为ccu或tcms系统的主控单元、bcu等电器设备，通过机车网络或配置机械间信号采集单元13获取机车状态；若为直流机车，执行部件为lcu、bcu、微机柜等电器设备，通过配置机械间信号采集单元13采集机车状态，实现机车操纵控制的闭环动态控制。
52.列尾设备承载平台6可安装有列尾通信单元62、列尾测速定位系统65和列尾制动系统64，列尾设备供电由列尾发电储电供电装置63提供，列尾主控单元61通过列尾通信单元62获取制动控制指令，通过列尾制动系统64执行并采集列尾制动空气压力形成闭环控制，可将列尾制动压力信息、空气流量信息、定位测速信息等反馈给主控机车的智慧重联列车控制系统1。
53.机车参数包括牵引制动特性等可存放机车车载存储器或通过车载信号系统的车地通信从地面控制设备获取；列车编组信息可通过车地通信从地面控制设备获取。
54.司控台应能有显示重联机车、列尾设备承载平台状态的显示设备。
55.智慧重联列车控制系统1的故障冗余管理，采用热备冗余方式，当工作模故障能快
速平稳切换到另外一模继续工作，对外通信采用冗余通道，无线通信网可采用立体多维具有冗余的通信方式也可采用组合网络通信实现冗余，提供系统可靠性和可用性；当主控机车的智慧重联列车控制系统1的机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成模块失效时，可通过人工切换或从控机车的智慧重联列车控制系统1争权当担主控机车的智慧重联列车控制系统1负责机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成和分发，原主控机车降级为从控机车；当从控机车的智慧重联列车控制系统1故障或与主控机车通信断开，从控机车进入拖行状态，但列车管压力受其他机车和列尾设备承载系统控制实现空气制动控制，从控机车故障恢复或通信链接恢复正常，通过主控机车的智慧重联列车控制系统1的编组确认可恢复其功能。
56.综上所述：本发明的有益效果为：通过立体多维通信技术或其中一种或多种组合满足重联列车指令和状态的实时通信需求，再通过精准连续定位测速实现机车和列尾设备承载平台定位测速，再根据同步方法实现设备间时间同步，通过与信号系统的数据交互深度融合，实现机车无线重联编解组、同步控制或差异化甚至异步控制，结合列尾设备承载平台提高重联列车运输效率和安全。
57.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。

技术特征：
1.利用低轨道卫星星座低延时通信技术，可单独或融合采用移动通信技术如5g等、无线通信如wlan等、微波通信、感应通信等构建立体多维通信网络，在信号弱场区可通过中继、设置直放站等方式增强信号，可优先使用低轨道卫星星座的低延时传输通信，在人流密集或车站可融合采用移动通信技术如5g、或微波通信等，同时可采用调制、信道编码与交织、功率控制、多址、扩频、跳频和智能定向天线等技术提高通信可靠性，可通过无线路由、分组转发等通信技术实现广播、多点通信，主控机车的智慧重联列车控制系统可通过广播方式传输命令和数据到各从控机车和列尾设备承载平台，实现集中重联机车间或分布式重联机车间、机车与列尾设备承载平台间、机车两端间、机车和列尾设备承载平台与地面控制设备间无线实时通信；智慧重联列车控制系统可通过与车载信号系统通信，间接通过车载信号系统的车地通信实现智慧重联列车控制系统与地面控制设备间通信；对于集中重联机车，重联机车两端还可单独或增加短距离无线通信设备，如wlan、wimax、红外等通信技术一种或组合，提高集中重联机车间无线双向通信的可靠冗余性，或与原有外重联总线电缆构成冗余通信关系；通过上述单个或组合通信技术，满足重联列车协同控制、机车两端操作、远程或地面控制设备远程操控列车的实时通信要求，可通过统一通信制式，或融合现有的通信条件，实现重联列车无线通信的制式简化和统一；对于高带宽的无线通信模块可采用车载信号设备与智慧重联列车控制系统间相互共享，可采用合路器等方式，简化通信设备。2.重联机车及列尾设备承载平台装有卫星终端设备，利用低轨道卫星星座的通信导航授时功能，可与中高轨道的gnss系统、地面增强站联合或独立定位，也可辅助移动通信基站联合定位进一步减少铁路沿线地面导航信号弱场区和盲区，可单独或组合采用惯性导航、轮轴测速、雷达测速等连续测速定位方法，可通过设置有源或无源信标（包含应答器、图形如二维码等）、轨道电路定位、或铁路沿线特征识别定位、或交叉环线等一种或组合进行定位校准，通过上述定位、测速方法的组合，如连续测速与定位校准方法组合等，保证铁路沿线尤其隧道以及导航信号差的地方定位和测速的可用性，降低连续测速方法的误差积累影响等，结合车载电子地图，实现重联机车和列尾设备承载平台的精确连续定位和测速；重联机车及列尾设备承载平台装有卫星终端设备，获取低轨道卫星、或gnss导航卫星、或地面基准站的授时时钟，地面控制设备通过地面关口站获取前述卫星授时信息分发获取时钟，重联机车设备、列尾设备承载平台和地面控制设备等可自行维护本地系统时钟，各设备本地时钟通过通信进行分布式同步并可通过获取卫星时钟进行校准，卫星授时、本地维护时钟通过网络分布式同步可单独或组合作为设备时钟基准和设备间时间同步方法，实现重联机车相关设备间、机车相关设备与列尾设备承载平台主控设备间、车载信号设备与地面控制设备间的时间同步；通过定位测速、时间基准和时间同步，实现重联机车相关设备间、主控机车相关设备与列尾设备承载平台的主控设备间、车载信号系统与地面控制设备间的时空定位同步。3.重联机车可采用集中重联、或分布式重联、或组合方式等方式，重联机车可为不同型号机车，不同机车可通过机车参数（包括牵引制动特性等可存放机车车载存储器或通过车载信号系统的车地通信从地面控制设备获取）进行自适应差异化控制，重联列车的机车通过安装智慧重联列车控制系统，配置无线通信设备，在人工操纵列车模式下，主控机车默认为列车头部机车，安装于激活节一端的智慧重联列车控制系统为主控设备；在自动驾驶模式下，默认为列车头部机车为主控机车，也可由地面控制设备、各机车的车载信号系统、各
机车的智慧重联列车控制系统交互信息和状态，根据编组信息和设备状态按时序逻辑决定出主控机车，每列车只允许一台机车为主控机车；主控机车的智慧重联列车控制系统通过通信获取从地面控制设备获取重联列车信息或人工输入重联列车信息，结合列车状态、机车位置和状态、列尾设备承载平台完成重联列车编组，实现重联列车各机车身份、位置及排列顺序、列车参数状态、编组信息、机车参数及状态和列尾设备信息状态等获取、确认和反馈，地面控制设备获取实际列车编组信息并确认，可再通过人工确认编组信息和状态，主控机车的智慧重联列车控制系统维护编组信息，当主控机车的车地通信故障或主控机车的智慧重联列车控制系统自身状态问题可由其他正常机车当担主控任务，主控机车可灵活配置，可实现不同机车混编；作为主控机车的智慧重联列车控制系统通过无线通信获取从控机车和列尾设备承载平台的信息和状态，以及从主控机车的车载信号系统获取地面控制设备的调度及运输管理信息，获取主控机车状态等，可综合实现重联列车、列尾设备承载平台的编解组可预期实时动态管理。4.主控机车的车载信号系统负责与地面控制设备交互数据和状态，获取列车编组信息、行车许可、线路数据等，并监控列车运行保证安全，从控机车的车载信号系统、列尾设备承载平台可作为记录单元、或通信通道与地面控制设备交互状态，可作为主控机车信号系统与地面控制设备间车地通信的冗余通信通道，地面控制设备获取重联列车各机车精准位置和状态以及列尾设备承载平台位置和状态，实现重联列车完整性判断和占用检查生成行车许可，同时主控机车的车载信号设备可获取各机车和列尾设备承载平台的位置、状态和所处线路状况，实现列车完整性检查和关键设备状态监控，在人工操纵模式下进行列车运行防护由人工驾驶操作生成列车操纵指令，在自动驾驶模式下由ato生成列车操纵指令和由atp或lkj防护列车运行，主控机车的智慧重联列车控制系统可根据列车操纵指令、车载信号系统的防护指令（如卸牵、制动和紧急制动指令）、各机车参数状态位置等和线路数据生成从控机车的机车操纵指令并分发至从控机车，生成列尾设备的制动指令分发给列尾设备承载平台执行，主控机车的信号系统的防护指令可直接输出或通过主控机车的智慧重联列车控制系统输出至主控机车对应的执行机构，主控机车的智慧重联列车控制系统根据列车操纵指令、机车参数状态位置等和线路数据生成主控机车的机车操纵指令并分发到主控机车控制单元，从控机车的智慧重联列车控制系统可根据分发的控制命令可结合自身存储或通过地面控制设备获取的机车参数、状态、位置速度和线路数据等进行本机车同步控制、或自适应的差异化控制及特殊场景的异步控制并反馈状态，列尾设备承载平台根据列尾制动控制命令进行同步动态闭环制动控制，各机车的智慧重联列车控制系统监控各机车状态实现机车动态闭环控制，主控机车的智慧重联列车控制系统根据各从控机车、主控机车及列尾设备承载平台状态动态实时闭环控制列车，主控机车能够指示各从控机车和列尾设备承载平台的状态；主控机车的智慧重联列车控制系统可对列车操纵指令进行错误防护，智慧重联列车控制系统可对机车操纵指令进行错误防护。5.有机车网络的机车由ccu或tcms系统主控单元、bcu分别执行智慧重联列车控制系统指令实现牵引制动调整及空电联合制动等，并将状态反馈给智慧重联列车控制系统；没有机车网络的机车由智慧重联列车控制系统直接与各执行部件如逻控单元、微机柜、制动控制单元等电器设备交互或直接控制机车运行现牵引制动调整及空电联合制动等，并采集机车设备状态进行动态闭环控制；安装于有机车网络的主控机车的智慧重联列车控制系统可
通过机车网络或装备司机室信号采集单元获取人工操作模式下的列车操纵指令，可通过机车网络获或装备机械间信号采集单元获取机车设备状态，安装于无机车网络的主控机车的智慧重联列车控制系统可通过装备司机室信号采集单元获取人工操作模式下的列车操纵指令，可通过装备机械间信号采集单元获取机车设备状态。6.列尾设备承载平台可根据需要配置，对于列车尾部配有机车的不配置列尾设备承载平台；列尾设备承载平台或仅用作列尾压力采集和列尾定位类似列尾装置，通过无线通信向主控机车的智慧重联列车控制系统反馈列尾状态；或可安装制动设备、测速定位设备、车载信号系统或子设备、通信设备，主控机车的智慧重联列车控制系统通过无线通信实现列尾同步制动控制，获取列尾位置速度等状态、列尾压力、设备状态等信息，主控机车的车载信号系统和地面控制设备通过通信获取设备状态如定位速度、列尾压力、设备状态等实现列车完整性判断，列尾设备承载平台用于状态记录和转发至地面控制设备，优化列车制动控制，参与列车运行控制等。7.重联列车为人工操作，若主控机车可直接受人工操作控制，主控机车的智慧重联列车控制系统获取人工操作控车指令分发给各从控机车的智慧重联列车控制系统和列尾设备承载平台，从控机车的智慧重联列车控制系统转控车指令到从控机车执行系统进行同步控制，列尾设备承载平台若装配制动系统则同步执行制动指令，该办法仅支持同类机车重联同步控制，很难实现差异化控制和特殊场景的异步控制；若主控机车由智慧重联列车控制系统控制，主控机车的智慧重联列车控制系统获取人工操纵列车指令，可根据重联各机车参数（如牵引制动特性等，通过机车间通信从各机车事先存储或从车载信号系统的车地通信中获取）和状态、机车位置、线路数据、列尾设备承载平台的状态生成各机车操纵指令实现重联机车的同步控制或差异化控制和特殊场景的异步控制，或主控机车的智慧重联列车控制系统根据各机车状态生成机车操纵指令分发各机车再由各机车的智慧重联列车控制系统根据本机车参数和状态、位置等自适应调整实现本机车的同步控制或差异化控制，如各机车根据自身位置结合车载电子地图实现等实现过分相控制等，可支持不同类型机车重联控制，但在人工控车条件实现特殊场景的异步控制容易出错；重联列车由主控机车的车载信号系统ato控制，主控机车的智慧重联列车控制系统从ato获取列车操纵指令，可根据各机车参数、精确位置和状态，并结合车载电子地图的线路参数生成各机车的机车操纵指令实现重联机车的同步控制、或差异化控制和特殊场景的异步控制，或主控机车的智慧重联列车控制系统根据各机车状态生成指令分发各机车再由各机车的智慧重联列车控制系统根据自身机车参数、位置、状态并结合车载电子地图自适应调整实现重联机车的同步控制、或差异化控制和特殊场景的异步控制，包括自动过分相、处于不同线路路况的各机车操纵等。8.六轴机车只需安装一套智慧重联列车控制系统，两节及以上机车两端各装一套智慧重联列车控制系统，智慧重联列车控制系统采用热备冗余结构，当工作模故障能快速平稳切换到另外一模继续工作，对外通信采用冗余通道，无线通信网可采用立体多维具有冗余的通信方式也可采用组合网络通信实现冗余，提供系统可靠性和可用性；当主控机车的智慧重联列车控制系统的机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成模块失效时，可通过人工切换或从控机车的智慧重联列车控制系统争权当担主控机车的智慧重联列车控制系统负责各机车操纵指令和列尾设备承载平台的同步制动指令生成和分发，原主控
机车降级为从控机车；当从控机车的智慧重联列车控制系统故障或与主控机车通信断开，从控机车进入拖行状态，但列车管压力受其他机车和列尾设备承载系统控制实现空气制动控制，从控机车故障恢复或通信链接恢复正常，通过主控机车的智慧重联列车控制系统的编组确认可恢复其功能；从控机车车载信号系统的防护指令由从控机车的智慧重联列车控制系统接收来自主控机车的智慧重联列车控制系统指令获取，因此智慧重联列车控制系统采用故障-安全技术如安全架构、安全编码等方法。9.若主控机车采用ato模式，由ato发出列车操纵指令如定速指令、加减速指令、贯通试验、自动过分相控制、停车制动等指令，若人控，则由驾驶员操控输出列车操纵指令；通过立体多维通信网或其中一项或多项通信技术，辅以环境感知传感器和状态监测,可实现重联机车远程控制，如地面控制设备直接控制列车运行，可应用于其他轨道交通设备如轨道车、调车等特殊车辆的远程控制；立体多维的冗余通信网络或其中通信技术，可实现机车两端间双向无线通信，布置环境感知传感器采集机车外部环境（如前方、后方、两侧）和内部状态，包括语音采集，并通过无线网络或机车内有线通信方式在机车首尾两端分享信息并显示或输出，满足机车后端开车条件，可实现调车、轨道车不换端双向作业。10.地面控制设备可配置重联列车信息采集模块，由调度或列车运输管理系统自动载入或手动录入后可通过车地通信传送给机车控制单元，实现编组信息的获取。

技术总结
本发明重联机车协同控制、机车后端操纵方法、设备和系统，利用低轨道卫星星座的低延时通信实现终端与地面设备、终端之间的实时数据交互通道，可单独或融合采用移动通信技术如5G等、无线通信如WLAN等、微波通信、感应通信等构建实时通信网络；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能，或/和移动通信网络的传输通道传递导航增强信息，或辅以GNSS系统、地面基准站、移动通信基站联合定位，可单独或组合惯性导航和轮轴测速等连续测速定位方法和设置信标等绝对定位校准等方法，提高终端设备定位测速可用性连续性和精度；通过低轨道卫星星座的通信导航授时功能同步终端时间，可单独或组合采用分布式网络同步实现设备同步；通过上述的通信、定位测速、时间同步方法和设备，可融合车载信号系统获取列车编组信息、线路电子地图等实现重联机车各机车间、机车与列尾设备承载平台间同步、或差异化控制和特殊场景的异步控制，可统一重联机车通信制式，提高运输效率和安全性，通过机车首尾通信及环境感知配置实现轨道车、调车和机车分时双端工作。调车和机车分时双端工作。调车和机车分时双端工作。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：陈建明
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/6