列车时空定位和立体多维通信、占用检查和系统同步方法与流程

1.本发明属于轨道交通领域，利用低轨道卫星星座通信导航授时功能或移动通信网络的传输通道传递导航增强信息提高定位的精度和缩短初始定位时间，或/和利用低轨道卫星的定位卫星功能，增强导航信号强度，或辅以gnss系统、地面基准站、移动通信基站联合定位，提高定位精度和可用性，同时可采用采用惯性导航和轮轴测速等测速定位方法实现冗余和互补定位，可通过轨道沿线铺设信标如应答器等，一方面在隧道等弱导航信号下解决列车定位，另一方面实现轨道占用检查和列车完整性判断，列首和/或列尾信号设备读取应答器编号和信息获取列车位置和完整性状态，通过低轨道卫星星座、或gsm-r等移动通信技术、或无线通信如wlan等建立的立体通信（车地通信、车-车通信、列车首尾设备间通信）传递列车位置和列车完整性状态，地面获取列车位置，从而实现轨道占用检查和列车完整性检查，降低轨旁设备种类和数量，同时利用低轨卫星星座的授时实现系统时钟同步，提高运输效率。


背景技术：

2.铁路运输繁忙，列车开行速度越来越快，列车间追踪间隔越来越小，且列车运行跨越地域范围广阔，为满足高效率铁路运输，需要提高列车运行控制系统，而列车精准定位和测速、轨道占用检查和列车完整性检查是其中关键技术。
3.现有的轨道列车定位和测速、系统时钟同步、轨道占用检查和列车完整性检查现状存在下述问题：基于轨道电路的列车定位技术定位精度低，且轨旁设备多，设备容易受钢轨电气特性及环境影响，基于轨道电路的区间占用和列车完整性检查需钢轨作为载体易受环境和电磁影响；基于计轴轨道电路的列车定位、占用检查和列车完整性检查容易受干扰，且不能传递信息；单独基于查询应答器或信标的列车定位技术，轨旁设备多，定位成本高且维护困难，大部分条件仅用于定位校准；基于交叉环线定位可用于站内精准定位，可用于自动驾驶列车精准定位和停车；基于测速定位如轮轴测速存在空转轮滑以及误差积累问题，基于多普勒雷达测速存在环境干扰且误差积累；基于惯性导航定位不受外部环境的影响，但存在误差积累问题，不能独立用于列车的定位导航，且定位坐标与列车运行轨迹需要换算，计算复杂。
4.采用基于导航卫星的定位方法容易受隧道及山区环境影响。
5.基于网络的同步，实现较为复杂。
6.因此需要进一步提高列车定位测速的精度、可靠度和可用度，同时降低轨旁或地面设备减轻维护工作。
7.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“201910881644.9”、申请日为“2019-09-18”、公开号为“cn112526570a”、公开日为“2021-03-19”、名称为“列车定位方法及装置”、申请人为“中车株洲电力机车研究所有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种列车定位方法及装置，列车定位方法包括：从卫星接收机获取列车的差分位置信息，并且从惯性导航单元获取所述列车的行驶信息；以及，根据所述差分位置信息及所述行驶信息进行定位解算，以输出所述列车的定位信息。本发明提升了定位精度，降低了误差，而且便于实施部署，建设成本低。
8.2、申请号为“202011163343.1”、申请日为“2020-10-27”、公开号为“cn112265570a”、公开日为“2021-01-26”、名称为“一种列车定位方法及系统”、申请人为“武汉虹信科技发展有限责任公司”的中国发明专利，本发明实施例提供一种列车定位方法及系统，包括：根据预设周期获取列车车载tau上报的主备用网络mr信息；将所述主备用网络mr信息和基站cell id信息发送至omc系统；所述omc系统将所述主备用网络mr信息和所述基站cell id信息与基准数据进行比对，依据预设算法得到所述列车的实际物理位置。本发明实施例通过采用基于车载tau上报的主备用双网mr信息进行列车位置定位，能取代传统列车定位系统，避免了重复建设，并节省设备投资成本。
9.3、申请号为“202011171858.6”、申请日为“2020-10-28”、公开号为“cn112224240a”、公开日为“2021-01-15”、名称为“高速列车定位系统及定位方法”、申请人为“重庆交通大学”的中国发明专利，本发明提出了一种高速列车定位系统及定位方法，所述高速列车定位系统由深度学习定位模块、卫星导航定位模块、轮轴速度传感定位模块、轮径参数修正模块和定位信息融合模块组成；深度学习定位模块、卫星导航定位模块和轮轴速度传感定位模块均与定位信息融合模块电气连接；轮径参数修正模块与轮轴速度传感定位模块电气连接；所述定位方法能控制前述模块协同工作，保证定位操作的精确、连续和稳定。本发明的有益技术效果是：提出了一种高速列车定位系统及定位方法，该方案能有效提高定位的精确性，避免重新标定轮径的人工操作，并且还能对故障原因作初步的自动排查。
10.4、申请号为“202110533933.7”、申请日为“2021-05-15”、公开号为“cn113259840a”、公开日为“2021-08-13”、名称为“基于lte性能参数进行列车定位系统”、申请人为“西南交通大学”的中国发明专利，本发明属于列车定位技术领域，尤其为基于lte性能参数进行列车定位系统，包括lte定位系统，所述lte定位系统包括指纹定位，匹配定位方法，指纹定位技术，lte相关性能，研究的内容，系研究的方法和研究的技术路线，所述lte定位系统就是利用无线通信和高效位置定位技术对列车进行定位，可以让人们得到列车当前所在的位置，本发明基于pytorch框架搭建神经网络模型。pytorch提供了许多现有的求损失函数、反向传播、梯度下降算法，为设计提供了帮助，在程序读取数据后，通过编程方法能删除其中异常的数据，提高定位的精度。通过多次修改调整参数，不断训练后，最终能得出一个精确定位的模型。
11.5、申请号为“202110597668.9”、申请日为“2021-05-31”、公开号为“cn113335341a”、公开日为“2021-09-03”、名称为“基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统及方法”、申请人为“卡斯柯信号有限公司”的中国发明专利，本发明涉及一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统及方法，包括gnss卫星定位接收机模块、卡尔曼滤波器模块、地图匹配算法模块和车载电子地图模块；所述的gnss卫星定位接收机模块通过卡尔曼滤波器模块与地图匹配算法模块连接，所述的地图匹配算法模块与车载电子地图
模块连接；所述的地图匹配算法模块将卡尔曼滤波器模块输出的列车定位数据精确匹配到车载电子地图模块的电子地图中某一条轨道片段上，从而实现列车精确定位。与现有技术相比，本发明具有减少了定位算法对地面设备的依赖，减轻地方铁路的建设成本和人力维护成本等优点。
12.6、申请号为“201911420378.6”、申请日为“2019-12-31”、公开号为“cn111090113a”、公开日为“2020-05-01”、名称为“基于北斗、uwb及惯导的高精度列车定位终端及定位方法”、申请人为“南京泰通科技股份有限公司”的中国发明专利，本发明提供了一种基于北斗、uwb及惯导的高精度列车定位终端及定位方法，定位终端包括主控模块以及与主控模块连接的北斗定位模块、惯性导航模块、uwb定位模块、通信模块，北斗定位与惯性导航模块组合利用北斗和惯导输出的位置信息之插值为测量值，用卡尔曼滤波器惯导系统的误差，然后对惯性导航及北斗导航进行反馈校正，将导航参数估计值反馈到惯导与北斗导航系统内部进行校正。本发明采用北斗与惯性导航融合定位技术，弥补北斗信号较弱时，单北斗定位精度不足的问题，实现室外环境列车高速运动下的精确定位。
13.7、申请号为“201810969093.7”、申请日为“2018-08-23”、公开号为“cn109131437a”、公开日为“2019-01-04”、名称为“计轴轨道电路系统”、申请人为“深圳科安达电子科技股份有限公司”的中国发明专利，一种计轴轨道电路系统，包括轨道电路和计轴系统；轨道电路包括轨道电路室内设备和轨道电路室外设备；计轴系统包括计轴室外设备和计轴室内设备；轨道电路和计轴系统采用分频段复用轨道电路信号电缆，实现轨道电路信号和计轴信号的传输。具有轨道电路和计轴系统的优点，可以使用在计轴或轨道电路不能独立应用的地方；计轴信号和轨道电路信号在同一轨道电路信号电缆上传输，大大节约成本和降低施工难度；两个系统同时独立工作，对同一区段内的列车情况进行检查，信号在同一线路上传输而互不干扰，各自输出区段的空闲或占用信息，能够解决道床电阻过低，轨道电路无法正常调整以及各种类型机车或动车组在区间分路不良和检测断轨的问题。
14.上述专利和文献提出的列车定位方法，单独采用卫星定位，或卫星定位结合传统定位方法，虽然部分提出通过卫星差分定位或辅助基站定位提高定位精度，但铁路跨区范围大，考虑成本和维护量并不适合铁路全线设置基准站或移动基站；轨道占用检查采用轨道电路或计轴设备，与现有技术相比，本发明具有尽量减少地面设备依赖尤其是基准站和移动基站，降低维护工作，采用连续测速定位和绝对定位结合，提高定位精度和可用性，同时进行轨道占用检查和列车完整性检查；采用低轨道卫星星座提供的分布式可靠连续的高精度时钟，实现系统内和设备间时钟同步；同时本专利全球首次提出立体通信应用于信号系统，实现信号系统设备多重冗余，提高列车运行效率。


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，提出融合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/或增强导航信号，提高卫星定位的精度、可用性和连续性，规避中高轨道导航卫星缺点，降低或避免对地面基准站和移动基站的需求，再结合惯性导航、轮轴测速或雷达测速、有源或无源信标（包含应答器、图形如二维码等）和轨道电路定位、铁路沿线特征识别定位等单一或组合技术，取长补短，结合车载电子地图，实现列车的精确定位和测速。
16.通过低轨道卫星星座星间通信、低轨道卫星与中高轨导航卫星间通信实现导航卫星间通信和同步，提高导航卫星定轨精度，通过低轨道卫星单独作为监测站或联合地面监测站对卫星导航系统进行定轨和监测，提高导航卫星定轨精度，缩短高精度定位收敛时间，也可与中高轨定位系统形成互补，增强地面终端设备定位的精度和可用度。
17.通过低轨道卫星自身播放导航卫星观测信息和增强导航信号，提高地面终端设备导航卫星信号，同时提高可用卫星数量，可以与gnss系统、地面基准站、移动通信基站联合或独立定位，减少地面弱场区和盲区。
18.通过低轨道卫星的通信传输通道传输导航增强信息给地面终端，也可播发独立测距信号，形成备份的定位导航能力，提高定位精度、可用性和缩短初始定位时间。
19.通过低轨道卫星星座提供星基导航增强系统，与中高轨道的gnss系统、地面增强站联合或独立定位，提供高精度、高可靠的时空位置，满足室外列车定位需求。
20.在隧道或导航信号弱场区，以及轨道密集区，列车可安装有惯性导航、或轮轴测速系统、或雷达测速等单独或组合方法，进行连续测速定位，同时可通过设置信标如应答器、或交叉环线进行定位校准，保证列车定位连续可靠。
21.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信号网络和/或地面监测网络，利用低轨道卫星星座的传输通道构建车-车双向通信、车-地双向通信和列车首尾设备间通信。
22.可融合采用低轨道卫星星座的传输通道和地面关口站、gsm-r等移动通信技术，或采用无线通信如wlan和wimax等、微波通信、数传电台、波导管、泄露电缆、感应环线等单独或组合构建冗余车地通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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。
23.可单独或组合采用低轨道卫星星座的终端直接相连的传输通道、移动通信技术和轨旁移动通信基站实现终端直接相连的传输通道、微波通信、数传电台等通信技术，列车装备对应的通信设备构建冗余车-车通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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。
24.可单独或组合采用低轨道卫星星座的终端直接相连的传输通道、移动通信技术和轨旁移动通信基站实现终端直接相连的传输通道、微波通信等无线通信技术，或单独及组合采用列车贯通线实现总线或点对点通信技术，列车首尾均装备对应的通信设备构建冗余列车首尾设备间通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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。
25.若地面信号设备获取的列车首尾定位精准连续且可靠，可采用虚拟或移动闭塞控制列车运行，地面信号设备通过车地通信发送移动授权给列车，若地面信号设备获取的列首或列尾定位精准连续且可靠，列车完整性由列车本身检查并保证，地面信号设备获取列车完整性状态，也可采用虚拟或移动闭塞控制列车运行，地面信号设备通过车地通信发送移动授权给列车。
26.当地面获取的列车定位不精准或不连续可靠，可通过轨道沿线布置信标组如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线等，且每个布置点可采用冗余布置提高可用性，并制作对应电子地图，区间通过这种方法可靠模拟实现闭塞分区的划分用于列车定位、轨道占
用检查和列车的完整性检查，站内股道过这种方法实现列车定位、股道占用检查和列车的完整性检查，可实现反向列车运行控制，可通过站内更密集布置信标如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线，实现列车精准定位，可实现自动控制列车精准停车。
27.当列车自身能够可信检查列车完整性状态，可允许列首或列尾（默认列首）的信号设备单独获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息等，列车运行经过信标或特征设备或交叉环线区从而获取位置信息和线路信息等，若信标、特征设备、或交叉环线支持车地双向通信，地面信号设备可依此传输通道获取列车位置和状态信息，若信标、特征设备、或交叉环线不支持车到地的通信，地面信号设备可通过对应列首或列尾车地无线通信获取列车位置和状态信息，地面信号设备或可通过列首或列尾的车地无线通信结合列首列尾间通信获取列车位置和状态信息；当列首安装获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息设备时，地面信号设备根据列车经过的信标、或特征量、或感应环线时，认为当前信标或特征量或交叉环线组的后方信标或特征量或交叉环线后方的闭塞分区出清，当列尾安装获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息设备时，地面信号设备根据列车经过的信标、或特征量、或感应环线时，认为当前信标或特征量或交叉环线组的后方的闭塞分区出清，实现闭塞分区占用检查和列车完整性检查。
28.当列车自身不能够可信检查列车完整性状，列车首尾安装有信标或特征读取设备或感应环线读取系统等，列车运行经过信标或特征设备或交叉环线区，列首和列尾车载信号系统分别通过读取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息，获取列首列尾位置信息和线路信息等，若信标、特征设备、或交叉环线支持车地双向通信，地面信号设备可依此传输通道获取列车首尾位置信息，若信标、特征设备、或交叉环线不支持车到地的通信，通过列首列尾间通信和列首列尾的车地无线通信，地面信号设备可获取列车首尾位置，地面信号设备根据列首列尾经过信标或特征设备或交叉环线区的状态进行列车完整性检查，地面信号设备获取列车列尾的位置经过某信标、特征设备、或交叉环线，认为当前信标、特征设备、或交叉环线组后方的闭塞分区出清，实现闭塞分区占用检查。
29.通过信标如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线实现的闭塞分区设置，配合轮轴测速，或雷达测速等，可单独或作为后备或降级列控方法、设备和系统。
30.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，或通过传输通道获取精准时间，地面关口站再将授时分发给地面信号系统其他设备，保持信号系统内设备精准同步。
31.列车车载信号设备端、地面信号设备等将此授时作为时间基准，进行信号系统及周边系统设备的时间校准和设备间同步，也可作为备用时钟基准和时钟同步方法。
32.通过卫星定位，以及信标、特征设备、交叉环线的辅助定位，可通过卫星授时获取精准时钟或内部时钟，通过计算可用于进行轮径自动校正。
33.融合低轨道卫星星座的通信导航功能，与gnss系统、移动通信基站联合或独立连续定位，可换算成列车速度，进而实现测速功能；可以对惯性导航测速和雷达测速测距等积累误差进行校准，可校准轮轴测速系统的累计误差和降低轮滑空转影响。
34.可用于铁路、磁浮、城市轨道交通系统中列车时空定位、轨道占用检查、列车完整
性检查和列车运行控制。
35.本发明的有益效果为：利用低轨道卫星星座的通信导航授时功能，融合其他定位测速系统，提供列车高精度连续可靠的时间位置信息，同时利用低轨道卫星星座的通信功能构建车地通信、车车通信、列车首尾设备间通信，用以实现效率更高的列车运行控制，同时采用轨道沿线铺设信标、或特征设备、或环线等，一方面用于定位校准，另一方用于闭塞空间划分实现轨道占用和列车完整性检查及列车运行控制，减少轨旁设备和维护工作。
附图说明
36.图1为基于低延时卫星星座构建通信导航授时的信号系统示意图，图2为基于移动通信技术实现列控的信号系统示意图，图3为基于无线通信技术实现城轨列控的信号系统示意图，图4为基于应答器构成定位和轨道占用检查的信号系统示意图，图5为车载信号系统示意图，图中：1—列首车载信号系统、11—列首车载信号系统主处理单元、12—环线感应设备、13—特征读取设备、14—连续信息收发单元、15—点式信息或信标接收模块、16—测速测距定位模块、17—车载通信模块、171—车载无线车地通信模块、172—卫星通信高航时间模块、173—车车通信、174—首尾无线通信、175-首尾贯通线通信模块、2-列尾车载信号系统、21-列尾车载信号系统主处理单元点、3-地面无线通信设备、31-卫星通信地面关口站、32-车站数据服务器、33-地面车地移动通信网络设备、34-地面无线通信模块、4-车地通信中间网络设备、41-低轨道卫星及星座、42-gnss导航卫星、43-站内车地通信、44-地面移动通信基站、5-列控系统、51-无源应答器或信标、52-有源应答器或信标、53-车站列控中心、54-中继站列控中心、6-车站联锁、7-车站调度指挥系统、8-中心设备、81-rbc闭塞控制中心或数据服务器、82-调度指挥系统、83-tsrs临时限速服务器。
具体实施方式
37.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：本发明的列车定位、区间占用检查和列控的方法、设备和系统如图1至图5所示:包括列首车载信号系统1、列尾车载信号系统2、地面无线通信设备3、车地通信中间网络设备4、列控系统5、车站联锁6、车站调度指挥系统7、中心设备8等。
38.利用低轨道卫星或移动通信网络4的传输通道传递导航增强信息提高定位的精度和缩短初始定位时间，或/和利用低轨道卫星的定位卫星功能41，增强导航信号强度，或辅以gnss系统42、地面基准站、移动通信基站44联合定位，提高定位精度和可用性，同时可采用采用惯性导航、轮轴测速和雷达测速等测速定位16方法实现冗余和互补定位，可通过轨道沿线铺设信标如应答器51和52等，一方面在隧道等弱导航信号下解决列车定位，另一方面实现轨道占用检查和列车完整性判断，列首和/或列尾信号设备1和2读取应答器编号和信息获取列车位置和完整性状态，通过低轨道卫星星座41、或gsm-r等移动通信技术44、或无线通信34如wlan等建立的车地通信传递列车位置和列车完整性状态，地面获取列车位置，从而实现轨道占用检查和列车完整性检查，降低轨旁设备种类和数量。
39.融合低轨道卫星星座41的通信导航授时功能，传输导航增强信息和/或增强导航
信号，提高列车卫星定位的精度、可用性和连续性，根据环境和现场条件可辅以gnss系统42、地面基准站、移动通信基站44联合定位测速；列车上安装测速定位16如轮轴测速系统、惯性导航系统、雷达测速系统等用于测速定位，解决隧道等导航信号弱场区的定位测速；两种列车测速定位系统可互为主备用，当导航定位测速不满足使用要求，可采用测速定位系统为主，导航定位测速为辅，当导航定位测速满足使用要求，导航定位测速为主，测速定位为辅。
40.列车定位可通过设置信标如应答器51和52、轨道沿线特征设备、轨道电路或交叉环线等进行定位校准，保证列车定位精准。
41.采用低轨道卫星星座41的通信导航授时功能，列首车载信号系统1和列尾车载信号系统2获取精准时间，进而使得车载信号设备间、车载信号设备与地面信号设备同步，也可通过列首车载信号系统1和列尾车载信号系统2内部配置时钟单元报时，通过通信手段进行同步或通过卫星授时的精准时间进行同步。
42.地面信号系统可通过卫星通信地面关口31站获取精准时钟，可使列控系统5、联锁6、调度指挥系统7和82、rbc虚拟闭塞控制中81、临时限速服务器83等均获取精准时间，并使得整个信号系统保持同步；或各系统内部配置时钟单元进行报时，各系统通过网络通信手段同步，或通过低轨道卫星星座41的通信导航授时功能进行同步。
43.通过地面关口站31接入地面信号网络和/或地面监测网络，利用低轨道卫星星座的传输通道构建车-车双向通信、车-地双向通信和列车首尾设备间通信；可融合采用低轨道卫星星座的传输通道和地面关口站31、gsm-r等移动通信技术33，或采用无线通信34如wlan和wimax等、微波通信、数传电台、波导管、泄露电缆、感应环线等单独或组合构建冗余车地通信；可单独或组合融合采用低轨道卫星星座31的终端直接相连的传输通道、移动通信技术33和轨旁移动通信基站44实现终端直接相连的传输通道、微波通信、数传电台等通信技术，列车装备对应的通信设备构建冗余车-车通信；可单独或组合融合采用低轨道卫星星座31的终端直接相连的传输通道、移动通信技术33和轨旁移动通信基站44实现终端直接相连的传输通道、微波通信等无线通信技术，或单独及组合采用列车贯通线实现总线或点对点通信技术，列车首尾均装备对应的通信设备构建冗余列车首尾设备间通信。
44.可通过轨道沿线布置信标组如应答器51和52，或特征设备如二维码，或交叉环线等，且每个布置点可采用冗余布置提高可用性，区间通过这种方法可靠模拟实现闭塞分区的划分用于轨道占用检查和列车的完整性检查，站内股道过这种方法实现股道占用检查，可通过站内更密集布置信标如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线，实现列车精准定位，可实现自动控制列车精准停车。
45.通过信标如应答器51和52，或特征设备如二维码，或交叉环线等实现的闭塞控制，配合轮轴测速、或惯性导航、或雷达测速等，可单独或作为后备或降级列控方法、设备和系统。
46.综上所述：本发明的有益效果为：通过采用低轨道卫星星座的通信导航授时功能，提高现有列车定位精度、可用性和连续性，提供了信号系统精准时钟和设备间同步手段，提供低延时车-地双向通信、车车双向通信和列车首尾设备间双向通信，提供列车完整性检查、轨道占用检查手段，提高列车运行控制效率的手段和信号系统的可用性，同时提供了虚拟闭塞分区控车的手段以及多样的列车定位方法。
47.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的通信导航授时功能，传输导航增强信息，和/或自身星基导航系统播放导航卫星观测信息和增强导航信号，或备份的定位导航能力，可与gnss系统、地面基准站联合或独立定位，或辅以移动通信基站联合定位，减少地面弱场区和盲区，实现高精度、连续可用列车定位，并降低初始定位时间，可通过连续定位换算成列车速度进而实现测速功能，或作为列车定位校准和修正轮轴测速的轮滑空转影响；可再结合惯性导航、轮轴测速或雷达测速等测速方法实现连续测速定位，尤其在隧道或导航信号弱场区实现连续测速定位，需绝对位置信息进行累计误差校准；可通过有源或无源信标（包含应答器、特征设备识别、图形识别如二维码等）、交叉环形和轨道电路等单一或组合定位技术，进行列车定位校准，实现轨道密集区线路识别或站内股道识别；结合车载电子地图，根据现场应用环境选择定位技术，实现列车的精确连续可靠的定位测速。2.低轨道卫星通过接收gnss系统或地面基准站精准时钟源信号获取高精度时钟源，也可通过自身装备原子钟等设备获取高精度时钟源，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分布式同步高精度时钟源，地面终端设备和地面关口站通过定位授时获取连续可靠精准时间，或通过低延时传输通道获取连续可靠精准时间，地面关口站再将授时分发给地面信号系统实现分布式网络同步，车载设备通过卫星终端设备获取卫星连续可靠的高精度时钟，实现信号系统及周边设备的精准时钟同步和精准时间，或作为系统时间基准进行校准或系统时钟备份；列车车载信号设备端、地面信号设备等可自行维护本地系统时钟，车载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，地面设备各系统本地时钟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。3.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直接交互数据，通过地面关口站接入地面信号网络和/或地面监测网络实现终端与地面设备间交互数据，可利用低轨道卫星星座的传输通道构建车-车双向通信、车-地双向通信和列车首尾设备间通信、或立体多维通信（通过不同通信技术构建包括车-车双向通信、车-地双向通信和列车首尾设备间通信），实现通信通道多重冗余和设备冗余。4.可单独或组合采用低轨道卫星星座实现的车-地传输通道、gsm-r等移动通信技术、或采用无线通信如wlan和wimax和mesh等、微波通信、数传电台、波导管、泄露电缆、感应环线等单独或组合构建单独或冗余车-地双向通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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；可单独或组合采用低轨道卫星星座的终端直接相连的传输通道、移动通信技术和轨旁移动通信基站实现终端直接相连的传输通道、微波通信、数传电台、感应通信、wlan、wimax等无线通信技术，列车装备对应的通信设备构建单独或冗余车-车通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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；可单独或组合采用低轨道卫星星座的终端直接相连的传输通道、移动通信技术和轨旁移动通信基站实现终端直接相连的传输通道、微波通信、数传电台、感应通信、wlan、wimax等无线通信技术，或单独及组合采用列车贯通线实现总线或点对点通信技术，列车首尾均装备对应的通信设备构建单独或冗余列车首尾设备间通信，通信技术可以根据现场应用等条件选择，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。
5.当地面信号设备获取的列车首尾定位精准连续且可靠，可采用虚拟或移动闭塞控制列车运行，地面信号设备通过车地双向通信发送移动授权给列车和接收列车状态，若地面信号设备获取的列首或列尾定位精准连续且可靠，列车完整性由列车本身检查并保证，地面信号设备获取列车完整性状态，也可采用虚拟或移动闭塞控制列车运行，地面信号设备通过车地通信发送移动授权给列车和接收列车状态，可实现自动驾驶和自动折返；当地面获取的列车定位不精准或不连续可靠，可通过轨道沿线布置信标如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线等，且每个布置点可采用冗余布置提高可用性，并将信息加入到电子地图，区间通过这种方法可靠模拟实现闭塞分区的划分用于列车定位、轨道占用检查和列车的完整性检查，站内股道过这种方法实现列车定位、股道占用检查和列车的完整性检查，可实现反向列车运行控制，可通过站内更密集布置信标如应答器、或特征设备如二维码、或交叉环线等，实现列车精准定位，可实现自动控制列车精准停车、自动驾驶和自动折返。6.当列车车-地双向通信、车-车双向通信正常，地面信号设备能连续可靠获取列车定位、速度和状态等，后续列车能够连续可靠获取前车位置、速度和状态等，地面信号设备可根据区间列车运行情况，允许列车虚拟联挂编组运行，编组车队首车根据地面的移动授权行车，除首车外后方列车车载信号系统根据线路规划可自行控制编组和解编、负责追踪距离和自身速度控制，解编后的列车根据地面信号设备的移动授权行车。7.当列车自身能够可信检查列车完整性状态，可允许列首或列尾（默认列首）的信号设备单独获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息等，列车运行经过信标或特征设备或交叉环线区从而获取位置信息和线路信息等，若信标、特征设备、或交叉环线支持车地双向通信，地面信号设备可依此传输通道获取列车位置和状态信息，若信标、特征设备、或交叉环线不支持车到地的通信，地面信号设备可通过车地无线通信获取列车位置和状态信息，当列首安装获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息设备时，地面信号设备根据列车经过的信标、或特征量、或感应环线时，认为当前信标或特征量或交叉环线组的后方信标或特征量或交叉环线后方的闭塞分区出清，当列尾安装获取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息设备时，地面信号设备根据列车经过的信标、或特征量、或感应环线时，认为当前信标或特征量或交叉环线组的后方的闭塞分区出清，实现闭塞分区占用检查和列车完整性检查；当列车自身不能够可信检查列车完整性状，列车首尾安装有信标或特征读取设备或感应环线读取系统等，列车运行经过信标或特征设备或交叉环线区，列首和列尾车载信号系统分别通过读取信标信息、编号、特征量、或感应环线信息，获取列首列尾位置信息和线路信息等，若信标、特征设备、或交叉环线支持车地双向通信，地面信号设备可依此传输通道获取列车首尾位置信息，若信标、特征设备、或交叉环线不支持车到地的通信，通过列首列尾间通信和列首列尾的车地无线通信，地面信号设备可获取列车首尾位置信息，地面信号设备根据列首列尾经过信标或特征设备或交叉环线区的状态进行列车完整性检查，地面信号设备获取列车列尾的位置经过某信标、特征设备、或交叉环线，认为当前信标、特征设备、或交叉环线组后方的闭塞分区出清，实现闭塞分区占用检查。8.通过信标如应答器，或特征设备如二维码，或交叉环线实现的闭塞分区设置，配合轮轴测速、或雷达测速、或惯性导航等，可单独或作为后备或降级列控方法和系统。9.通过卫星定位，以及信标、特征设备、交叉环线的辅助定位，可通过卫星授时获取精准时钟或内部时钟，通过计算可用于进行轮径自动校正。
10.上述权利可用于铁路、磁浮、城市轨道交通系统中列车时空定位、轨道占用检查、列车完整性检查、信号系统内立体多维通信和列车运行控制及实现自动驾驶；同样调车按照上述方法可实现调车精准连续定位和实时车地通信，实现调车运行控制及自动折返和自动驾驶；轨道车按照上述方法可实现调车精准连续定位和实时车地通信，实现轨道车运行控制和自动驾驶。

技术总结
本发明列车时空定位和立体多维通信、占用检查和系统同步方法，利用低轨道卫星星座通信导航授时功能或移动通信网络的传输通道传递导航增强信息提高定位的精度和缩短初始定位时间，或/和利用低轨道卫星的定位卫星功能，增强导航信号强度，或辅以GNSS系统、地面基准站、移动通信基站联合定位，提高定位精度和可用性，同时可采用采用惯性导航和轮轴测速等测速定位方法实现冗余和互补定位，可通过轨道沿线铺设信标如应答器等，一方面在隧道等弱导航信号下解决列车定位，另一方面实现轨道占用检查和列车完整性判断，列首和/或列尾信号设备读取应答器编号和信息获取列车位置和完整性状态，通过低轨道卫星星座、或GSM-R等移动通信技术、或无线通信如WLAN等建立的立体多维通信（多种通信技术构建车地通信、车-车通信、列车首尾设备间通信）传递列车位置和列车完整性等列车状态，地面获取列车位置和速度，从而实现轨道占用检查和列车完整性检查，降低轨旁设备种类和数量，同时利用低轨卫星星座的授时实现系统时钟同步，提高运输效率。提高运输效率。提高运输效率。


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：2022.03.11
技术公布日：2023/4/20