具有有線通信區域的鐵路系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有有線通信區域的鐵路系統。該鐵路系統可以具有：包括無線通信區域和有線通信區域的軌道。鐵路系統還可以具有：沿著有線通信區域延伸的電接觸裝置。電接觸裝置可以配置成傳送電能和數據通信。鐵路系統還可以具有：電連接到電接觸裝置的電源。鐵路系統可以額外具有：控制器，其可選擇性地電連接到電接觸裝置和無線網絡。電源可以配置成通過電接觸裝置傳送電能。控制器可以配置成至少部分地基于鐵路車輛在鐵路系統內的位置，在通過無線網絡和通過電接觸裝置進行的數據通信傳送之間切換。
【專利說明】具有有線通信區域的鐵路系統
【技術領域】
[0001]本公開涉及鐵路系統，并且更特別地涉及具有有線通信區域的鐵路系統。
【背景技術】
[0002]鐵路系統包括控制設備，其實現控制過程以管理鐵路車輛的網絡。控制設備包括:位于機車上的管理裝置和在機車外位于控制站中的管理裝置，所述控制站遍及特定鐵路系統而被設置；以及路旁設備，例如車軸熱箱(axle hot box)探測器、車輪載荷探測器、軌道開關、限速標志和信號燈。當機車在整個鐵路系統上行駛時，車載管理裝置例如列車管理計算機(TMC)與控制站(包括全局控制站)、路旁設備、以及鐵路系統內的其它機車通信，以協調機車在鐵路系統軌道上的運動。
[0003]由于機車的移動特性，無線通信網絡已被用于支持鐵路系統通信。無線網絡在不需要物理通信鏈路的網絡來連接鐵路系統的每個組件的情況下提供移動通信。盡管無線網絡具有優于有線網絡的該優勢和其它優勢，但是它們可能是較不可靠的。特別地，無線網絡可能會受到范圍(只有特定區域可以被網絡覆蓋)和/或帶寬(例如在具有高無線數據流量的區域中)的限制。有線通信系統可以克服這些問題中的一些，因為它們可以更可靠并且可以支持更高帶寬的數據流量。
[0004]有線通信系統的一個實例被描述于在2013年6月4日授予Daum等人的美國專利號8，457，815 ( “’ 815專利”)中。該’ 815專利公開了一種利用傳導通道(例如軌道)來傳送數據信號的通信系統。數據信號通過傳導通道被電傳遞，以便在鐵路系統組件(例如鐵路車輛、路旁設備、以及管理裝置)之間傳送消息(例如狀態消息)。
[0005]雖然’815專利的通信系統可以是常規有線通信系統的替代物，但是其仍然不太理想。特別地，’815專利的通信系統依靠傳導通道(例如電氣化鐵路或架空接觸網)的完整網絡來支持數據通信。依靠這些電力網絡的鐵路系統需要昂貴的基礎設施向整個軌道上的機車供應電力，這會是昂貴的。另外，’ 815專利的通信系統缺乏與無線網絡的集成。
[0006]本公開涉及克服上面闡述的問題和/或現有技術的其它問題中的一個或多個。
【發明內容】
[0007]在一個方面中，本公開涉及一種鐵路系統。鐵路系統可以包括:包括無線通信區域和有線通信區域的軌道。鐵路系統還可以包括:沿著有線通信區域延伸的電接觸裝置。電接觸裝置可以配置成傳送電能和數據通信。鐵路系統還可以包括:電連接到電接觸裝置的電源。鐵路系統可以額外包括:控制器，其可選擇性地電連接到電接觸裝置和無線網絡。電源可以配置成通過電接觸裝置傳送電能。控制器可以配置成至少部分地基于鐵路車輛在鐵路系統內的位置，在通過無線網絡進行的數據通信傳送和通過電接觸裝置進行的數據通信傳送之間切換。
[0008]在另一方面中，本公開涉及一種運行鐵路系統的方法。該方法可以包括:選擇性地將控制器連接到無線網絡。該方法還可以包括:通過無線網絡向控制器傳送第一數據通信或者從控制器傳送第一數據通信。該方法還可以包括:當鐵路車輛在軌道的供電區段上行駛時，選擇性地將電接觸裝置連接到鐵路車輛。該方法可以額外包括:當鐵路車輛在軌道的供電區段上行駛時，啟動通過電接觸裝置去往或來自鐵路車輛的電力傳送。該方法還可以包括:通過電接觸裝置向控制器傳送第二數據通信或者從控制器傳送第二數據通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1繪出示例性公開的鐵路系統的示意圖；
[0010]圖2示出可以與圖1的鐵路系統結合使用的示例性車輛、能量交換站、和控制系統；并且
[0011]圖3示出可以與圖1的鐵路系統結合使用的示例性通信系統。
【具體實施方式】
[0012]圖1示意性地示出與某些公開的實施例一致的示例性鐵路系統10。鐵路系統10可以包括支撐各種車輛14的軌道12的網絡。軌道12可以是車輛14可以在其上行駛的任何類型的運輸通道，例如鐵路軌道、地鐵軌道、電車軌道等。軌道12可以互連或分離，使得一些車輛14僅在一些軌道12上行駛,而另一些車輛14僅在另一些軌道12上行駛。每個車輛14可以是能夠在軌道12上行駛的任何類型的車輛。例如，車輛14可以是鐵路車輛，例如機車、鐵路車(例如，貨物和/或乘客鐵路車)、地鐵車、電車等。車輛14可以設置成編組(例如，列車)或者獨立地運行。
[0013]在示例性實施例中，每個車輛14可以包括電動機車16。機車16可以設置成主要利用電力系統運行，但是也可以包括機械動力源(例如柴油發動機)作為電力系統出故障或不可用的情況下的備用動力系統。在其它實施例中，機車16可以運行在組合的電力和機械動力系統上(例如，柴油電動機車)。機車16可以配置成將電能轉換成機械能，以便產生牽引動力使車輛14沿軌道12移動，例如通過牽引電機(未示出)。
[0014]鐵路系統100可以設置成向機車16提供電能，以用于在軌道12上行駛。在圖1繪出的示例性鐵路系統10中，軌道12可以包括多個供電區段18和多個非供電區段20。每個供電區段18可以配置成對該供電區段18內的機車16提供電能，以便立即和/或最終用于驅動軌道12上的機車16。在非供電區段20中行駛的機車16可能會需要依賴車載電源或儲存的能量，以便提供電力來驅動各個非供電區段20內的軌道12上的機車16。在一些實施例中，非供電區段20的長度可以比供電區段18的長度大得多。換言之，相比于非供電區段20，供電區段18可以僅組成軌道12的較對短的部分。例如，給定的供電區段18可以只有幾英里長，而非供電區段20可以是數百英里長或甚至更長。
[0015]供電區段18可以配置成通過位于軌道12附近的各個位置處的一個或多個能量交換站22向機車16提供電能。每個能量交換站22可以包括位于軌道12的在各個供電區段18內的部分附近的電接觸裝置24。電接觸裝置24可以是車外裝置，其配置成向另一個接觸裝置傳送電能和/或從另一個接觸裝置接收電能。例如，電接觸裝置24可以是電氣化鐵路26 (例如，第三鐵路)、架空電力線路28 (例如，接觸網)或配置成充當機車16可以連接到的電源的其它裝置。電接觸裝置24可以僅沿著軌道12的關聯供電區段18延伸。能量交換站22可以包括配置成向電接觸裝置24供應電力的各種組件。這些組件可以包括一個或多個能量儲存裝置30和/或一個或多個電源32。
[0016]能量儲存裝置30可以設置成儲存電能。例如，能量儲存裝置30可以包括一個或多個可再充電電池，其配置成接收、儲存和傳送電能。在其它實施例中，能量儲存裝置30可以包括機械儲存系統，例如氫儲存系統或機械飛輪(flywheel)。電能和機械能儲存裝置30的組合也是可能的。
[0017]每個電源32可以是配置成產生電能(或者可以轉換成電能的機械能)以用于向電接觸裝置24供應電能的任何系統或裝置。在示例性實施例中，電源32可以是可再生能源34。可再生能源34可以配置成通過利用一種或多種類型的可再生能量來產生電能。例如，可再生能源34可以配置成利用風能或太陽能產生電能，例如通過風力渦輪機或太陽能電池板。在其它實施例中，可再生能源34可以是生物燃料發電機，其配置成通過生物燃料能量產生電能。
[0018]可再生能源34可以位于軌道12的對應供電部分18附近。在確定將被用于對應的能量交換站22的可再生能源34的類型時可以考慮供電部分18附近的區域。例如，軌道12附近的大片開放區域可以被用于風能或太陽能農場(farm)。軌道12附近的具有水體的區域可以利用水力發電或潮汐能源向供電部分18供應電能。
[0019]無論可再生能源34是何種類型，所生成的電能都可以被引導至軌道旁的位置36，并且可以轉換成適合于在能量儲存裝置36中儲存和/或在電接觸裝置24立即使用的形式。以這種方式，來自可再生能源34的電能可以被累積并儲存以用于在能量儲存裝置30中的最終使用，即使當電能的產生是可變的(例如，太陽能、風能等)時。
[0020]還可預期到的是，電源32可以是電能的常規源，例如接收來自電網的電能(例如源自于發電廠的能量，所述發電廠向特定區域供應電能)的變電站38。來自電網的電能可以轉移到軌道旁的位置40，并被轉換成適合于儲存在能量儲存裝置30中和/或在電接觸裝置24立即使用的形式。
[0021]在其它實施例中，能量交換站22可以包括未耦接到本地電源的能量儲存裝置30。在該實施例中，能量交換站22可以從利用再生制動系統(RBS) 54 (僅在圖2中不出)的所連接的機車16接收電能。從機車16接收的電能可以在軌道旁位置41處被儲存在能量儲存裝置30中，并且在需要時可以被引導回到同一個或另一個機車16中。另外還可能的是，來自一個利用RBS 54的機車16的電能可以被引導至連接于同一電接觸裝置24的另一個機車16，而從未將其儲存在能量儲存裝置30中。
[0022]在一些實施例中，能量交換站22可以通過全局交換系統42被互連。全局交換系統42可以允許能量在能量交換站22之間共享。例如，由連接于一個電接觸裝置24的機車16的RBS 54生成的電能可以被引導至一個能量交換站22，并且隨后通過全局交換系統42供應到另一個能量交換站22，以用于儲存和/或被連接于關聯電接觸裝置24的另一個機車16使用。全局交換系統42可以通過直接連接的電力線、較大的電網、或本領域已知的其它類型的電連接來連接所選擇的能量交換站22。
[0023]圖1還繪出能量交換站22的若干示例性配置。例如，能量交換站22可以包括能量交換站66、68和70。能量交換站66可以包括電接觸裝置24、能量儲存裝置30和電源32。電源32可以是替代能源34。
[0024]能量交換站68可以按照與能量交換站66相同的方式來設置，除了下述區別以外:電源32可以是到電網的連接，例如通過變電站38。變電站38可以將電能傳送到軌道旁位置40，以用于儲存在能量儲存裝置30中。能量儲存裝置30隨后可以將電能傳送至經過與能量交換站68關聯的供電區段18的機車16。
[0025]能量交換站70是示例性的能量交換站22，其包括能量儲存裝置30，但不一定包括電源32。能量儲存裝置30可以從經過的機車16(例如，通過RBS 54)接收足夠的電能，以使其傳送回至另一個機車16。在一些實施例中，能量交換站70可以充當電源。例如，能量交換站70可以通過經由全局交換系統42引導電能，來充當用于能量交換站68的電源。
[0026]在一些實施例中，供電區段18和關聯的能量交換站22可以在策略上定位成利用軌道12的某些方面。例如，能量交換站66可以設置在列車站附近。以這種方式，機車16可以配置成便利地利用RBS 54把來自機車16的電能傳送到能量交換站66，例如當機車16靠近列車站時。在一個實施例中，減速從而停在列車站的機車16可以通過RBS 54產生電能，并將該電能傳送至能量儲存裝置30。隨后能量儲存裝置30可以將電能引導至準備離開或處于離開列車站的過程中的另一個機車16。以這種方式，能量可以便利地在機車16之間共享。應理解的是，機車16可以在不需要將能量引導至能量儲存裝置30的情況下共享電能(即，直接通過電接觸裝置24共享電能)。
[0027]類似地，一些能量交換站22(例如，能量交換站68和/或70)可以位于斜坡上(例如，山崗、山區等)。減速下坡的機車16可以通過RBS 54產生電能，以使其被傳送至上坡行駛的機車16。
[0028]供電區段18也可以在策略上相對于非供電區段20進行定位。例如，供電區段18可以定位成使得機車16可以從供電區段18接收足夠的能量，以便高效地穿過相鄰的非供電區段20。也就是說，供電區段18可以被隔開，使得機車16可以用足夠的能量充電以便行駛到下一個供電區段18，而沒有耗盡電力或被供應過度能量的風險，其中耗盡電力或被供應過度能量可能會產生能量交換站22之間的能量不平衡。
[0029]機車16可以連接到能量交換站22的電接觸裝置24，以用于通過機車16(或附接的鐵路車)上的電接觸裝置44傳送電能。電接觸裝置44可以是車載裝置，其配置成在機車16位于軌道12的供電區段18內時選擇性地連接到電接觸裝置24。例如，電接觸裝置44可以是與電氣化鐵路26—起使用的充電鞋(charging shoe) 46,與架空電力線28 —起使用的受電弓48，或配置成產生與電接觸裝置24的電連接的其它拾取裝置。電接觸裝置44可以設置成當機車16進入供電區段18時自動連接到電接觸裝置24，或者可以等待來自操作員或控制系統的指令。
[0030]圖2繪出連接到鐵路系統10的供電區段18的示例性機車16。機車16可以包括動力系統50。動力系統50可以包括一個或多個電機,其配置成利用電能向位于機車16上的牽引裝置提供動力以驅動機車16以及軌道12上的任何附接鐵路車。動力系統50可以電連接到電接觸裝置44，使得電能可以通過電接觸裝置44供應給動力系統50。以這種方式，來自能量交換站22的能量可以被直接傳送給動力系統50來驅動機車16。
[0031]除了動力系統50之外，機車16 (或所連接的鐵路車)還可以包括在車輛14上用于儲存能量的一個或多個能量儲存裝置52。在示例性實施例中，能量儲存裝置52可以包括一個或多個可再充電電池，其配置成接收、儲存和傳送電能。在其它實施例中，能量儲存裝置52可以包括機械儲存系統，例如氫儲存系統或機械飛輪。電能和機械能儲存裝置52的組合也是可能的。能量儲存裝置52可以電連接到電接觸裝置44和動力系統50。以這種方式，能量儲存裝置52可以利用來自電接觸裝置44的能量進行充電，并且可以通過動力系統50放電以驅動機車16。
[0032]機車16還可以包括再生制動系統(RBS) 54。RBS 54可以配置成以本領域已知的方式將在機車16 (或連接的鐵路車)的制動操作期間產生的機械能轉換成電能。RBS 54可以連接到電接觸裝置44、動力系統50和能量儲存裝置52中的一個或多個。由RBS 54產生的電能可以傳送給這些組件中的任何一個。例如，由RBS 54產生的電能可以被引導至電接觸裝置44以用于機車16的調離(transfer off)，引導至動力系統50以用于驅動機車16，和/或引導至能量儲存裝置52以用于增加機車16上的儲存能量的供應。
[0033]如圖2進一步所示，鐵路系統10可以包括一個或多個控制系統56，其配置成電子地控制鐵路系統10的組件。機車16和能量交換站22可以各自分別包括控制器58、60。控制系統56還可以包括具有控制器64的控制站62。控制器58、60、64還可以通過無線網絡彼此連接，使得每個控制器可以電子地相互通信。在其它實施例中，一個或多個控制器58、60和64可以通過有線連接方式連接。
[0034]控制器58、60、64可以各自包括一個或多個計算裝置，例如一個或多個微處理器。例如，每個控制器58、60、64可以體現為能夠控制許多機器或發動機功能的通用微處理器。每個控制器58、60、64還可以包括運行應用所需的所有組件，例如計算機可讀存儲器、次要存儲裝置和處理器，例如中央處理單元或任何其它已知的裝置。各種其它已知的電路可以與控制器58、60、64相關聯，包括電源和其它適當的電路。
[0035]控制站62可以是全局控制中心，其配置成監督鐵路系統10的運轉。例如，控制站62可以包括監視和控制機車16的系統和/或操作員、能量交換站22、以及其它車載或車外設備。在其它實施例中，控制站62可以是本地控制中心，其配置成控制特定能量交換站22以及經過或處于附近的機車16的操作。控制站62可以是本領域已知的整體鐵路控制系統的一部分，例如積極列車控制和/或自動列車控制系統。
[0036]在示例性公開的實施例中，控制系統56可以包括協調能量交換站22與機車16之間的能量共享的過程和操作。如已經描述的，軌道12的每個供電區段18可以包括能量交換站22，其配置成向通過電接觸裝置24和44連接到能量交換站22的機車16傳送能量以及從該機車16接收能量。控制系統56可以實現各種控制過程和操作，以便確定鐵路系統10的組件的能量需求并相應地分配可用能量。
[0037]圖3繪出控制系統56的另一個示例性配置。在所示的實施例中，控制系統56可以包括位于機車16 (例如機車72、74和76)上的控制器58，至少一個本地控制站78，路旁設備80，以及全局控制站82。本地控制站78和全局控制站82可以是位于軌道12附近或遠離軌道12的結構，在該結構中操作員和/或電子控制器監督機車16在整個鐵路系統10中的運動。本地控制站78可以聚焦于特定區域內的鐵路車輛交通，而全局控制站82可以管理更廣闊的區域，例如整個鐵路系統10。還可預期到的是，全局控制站82可以是具有在機車16上和在機車16外的組件的全局控制系統。例如，全局控制站82可以是本領域已知的列車控制系統，例如自動列車控制或積極列車控制。控制器58可以是列車管理計算機(TMC)，其與全局控制系統的車外組件通信，以實現這些列車控制系統中的一個或多個。在一些實施例中，本地控制站78和全局控制站82中只有一個對于管理鐵路系統10而言是必要的。路旁設備80可以包括各種控制裝置，例如車軸熱箱探測器、車輪載荷探測器、軌道開關、限速標志、信號燈、或配置成管理鐵路系統10中的鐵路車輛交通的其它信號裝置。
[0038]本地控制站78、路旁設備80和全局控制站82可以(經由操作員和/或與每個實體關聯的控制器)與控制器58配合來管理機車72、74、76在軌道12上的運動。例如，控制系統56可以實現積極列車控制。為了實現與控制系統56關聯的控制過程，通信系統84可以配置成管理鐵路系統10內的數據通信。
[0039]通信系統84可以包括無線網絡86。無線網絡86可以是提供通信、交換信息、和/或促進信息交換的任何類型的網絡(包括基礎設施)，例如因特網、局域網、或實現通信系統84的組件之間的信息發送和接收的其它適合的連接。控制器58、本地控制站78、路旁設備80和全局控制站82可以各自包括配置成以本領域已知的方式與無線網絡86連接的裝置，例如天線88。軌道12中可利用無線網絡86的部分可以被認為是無線通信區域89。
[0040]無線網絡86可以促進鐵路系統10的組件之間的消息傳送。這些消息可以包括狀態/狀況消息、速度限制、行程指示、能量交換消息等，其在機車16與本地控制站78、路旁設備80和全局控制站82中的一個或多個之間傳送。另外，機車16可以通過連接到無線網絡86的控制器58與其它機車16通信。
[0041]無線網絡86可能被限制于管理鐵路系統10的特定區域內的通信。這可能是由于阻止特定區域外部的無線通信的范圍限制、和/或干擾無線信號的通信屏障，該通信屏障可以是物理屏障(例如，隧道)或電子屏障(例如，數據流量)。控制系統56的組件在其中不能夠可靠地連接到無線網絡86的這些區域可以被認為是“死區”(例如，死區98)。為了促進死區98內的通信，通信系統84可以包括有線網絡90。
[0042]有線網絡90可以包括多個物理通信鏈路(例如傳送線路92)，其配置成以本領域已知的方式在連接到物理通信鏈路的組件之間傳送數據通信。有線網絡90可以按照與無線網絡86基本上相同的方式來管理控制系統56的組件之間的數據通信，除了下述區別之外:數據通過傳送線路92傳送，而不是無線地傳送。傳送線路92可以設置成連接鐵路系統10的可以使用有線通信的任何組件。應理解的是，由圖2中的傳送線路92示出的連接僅僅是示例性的，并且可以預期到其它連接，例如本地控制站78和路旁設備80之間的有線連接。
[0043]機車16 ( S卩，控制器58)可以通過傳送線路94連接到有線網絡90。在示例性實施例中，傳送線路94對應于有線通信區域96。即，傳送線路94僅沿著軌道12的特定長度延伸。當機車16進入有線通信區域96時，可以形成到傳送線路94的電子連接，以允許機車16與有線網絡90的其它組件通信。
[0044]在示例性實施例中，傳送線路94可以是電接觸裝置24。例如，傳送線路94可以是電氣化鐵路26，其配置成服務于以下雙重目的:傳送電能，和充當關聯機車16與有線網絡90的一個或多個組件(例如路旁設備80)之間的通信鏈路。機車16可以通過電接觸裝置44 (例如充電鞋46)向電接觸裝置24/傳送線路94傳送數據通信。
[0045]電接觸裝置24可以按照本領域已知的方式充當傳送線路94。例如，控制器58以及本地控制站78、路旁設備80和全局控制站82中的一個或多個可以包括調制裝置，該調制裝置配置成將數據通信(例如，數據信號)轉化成可以通過電接觸裝置24傳送的形式，包括將接收到的調制通信翻譯成可由接收實體使用的形式(例如，控制器58理解的軟件指令)。
[0046]有線通信區域96可以對應于圖1所示的鐵路系統10的供電區段18。S卩，供電區段18和有線通信區域96可以是軌道12的共同延伸部分。在一些實施例中，非供電區段20和無線通信區域89也是軌道12的共同延伸部分。在其它實施例(例如，圖3所示的實施例)中，無線通信區域89可以由軌道12的一部分組成，所述一部分包括非供電區段20的至少一部分和供電區段18的至少一部分。在這些情況下，形成重疊區域，在該重疊區域中無線網絡86和有線網絡90都是可用的。
[0047]軌道12上的機車16在處于非供電區段20中時可以依靠無線網絡86進行數據通信，但是在處于供電區段18中時可以具有依靠有線網絡90進行數據通信的選項(或可以被要求依靠有線網絡90進行數據通信)。另外，每個有線網絡90可以集成到能量交換站22中。例如，本地控制站78可以位于圖1的軌道旁位置36、40和/或41處。
[0048]在供電區段18對應于有線通信區域96的實施例中，供電區段18在鐵路系統10內的布置可能會受到鐵路系統10內的死區的位置的影響。例如，供電區段18可以位于隧道中，因為有線通信在隧道中會是優選的以便增加可靠性。在另一個實例中，供電區段18可以位于高無線流量區域中，以便還通過允許進行有線通信來減少無線通信的量。
[0049]控制系統56的組件可以彼此通信，以便協調通過無線網絡86和有線網絡90進行的通信，包括在適當時在各網絡之間切換。下面更詳細地描述經由無線網絡86和有線網絡90通過通信系統84進行數據通信的示例性過程。
[0050]工業話用件
[0051]所公開的實施例可以適用于在控制系統的兩個或多個組件之間傳送數據通信的任何系統。所公開的通信系統可以特別地適用于運輸系統，例如鐵路系統10。如本文所述將通信系統84集成到鐵路系統10中可以通過在策略上將有線通信區域布置在無線死區處，來優化控制系統組件之間的數據通信。鐵路系統10的示例性公開的實施例可以適用于現有的或新的鐵路系統。除了通信系統84之外，現有的鐵路系統可以被修改成或者新的鐵路系統可以被構造成包括能量交換站22，其例如通過允許現有鐵路車輛從可再生資源獲取能量并允許不同的鐵路車輛共享電能，而會是有益的。另外，將非供電區段(例如，非供電區段20)和相對短的供電區段(例如，供電區段18)包括在內可以減少向鐵路系統中的鐵路車輛提供電力所需的基礎設施。下面更詳細地描述利用所公開的鐵路系統10實現這些益處的示例性過程。
[0052]當機車16進入與能量交換站22相關聯的供電區段18時，電接觸裝置44可以電連接到電接觸裝置24 (例如，充電鞋46連接到電氣化鐵路25)并且機車16與能量交換站之間的(任何方向上的)電力傳送可以被啟動。電力傳送可以持續進行，直至機車16離開供電區段10并進入下一個非供電區段20或者達到閾值電力傳送為止。然后機車16可以通過從能量交換站22接收的電能在非供電區段20上行駛。
[0053]當在軌道12上行駛時，機車16可以利用通信系統84實現各種控制過程，包括與和能量交換站22交換能量相關聯的過程。當在非供電區段20上行駛時，機車16可以使用無線網絡86進行數據通信。當機車16進入供電區段18/有線通信區域96時，除了上述電力傳送之外，電接觸裝置24、44的連接還可以允許數據傳送。在示例性實施例中，控制器58 (或與控制系統56關聯的其它控制器)可以在無線網絡86和有線網絡90之間切換，以用于至少部分地基于機車16的位置來傳送數據通信。即，控制器58可以確定機車16是否在無線通信區域89或有線通信區域96之內或是否正在靠近無線通信區域89或有線通信區域96，并且相應地選擇無線網絡86或有線網絡90進行數據傳送。以這種方式，無論機車16在軌道12上的什么位置，機車16都可以適當地傳送數據通信。在一些實施例中，控制器58還可以至少部分地基于機車16是否在供電區段18或非供電區段20之內或是否正在靠近供電區段18或非供電區段20，來在通信網絡之間切換。
[0054]圖3繪出位于沿著軌道12的各個位置處的機車72、74、76。機車72可以行駛在非供電區段20內，與本地控制站78、路旁設備80和全局控制站82中的一個或多個通信。控制器58 (或與控制系統56相關聯的其它控制器)可以確定機車16在無線通信區域89中。因此，控制器58可以通過無線網絡86傳送和接收數據通信。例如，本地控制站78可以通過無線網絡86發送無線信號給機車72上的控制器58，從而指示機車78減速。類似地，機車72或全局控制站82可以通過無線網絡86發送無線信號給路旁設備80，以改變軌道開關的位置。在另一實例中，路旁設備80可以通過無線網絡發送高車輪載荷信號給機車72，從而向其提醒關聯列車的問題車軸。
[0055]當機車16進入供電區段18/有線通信區域96時，其可以到達機車74的位置。機車74可以具有電連接到電接觸裝置24的關聯電接觸裝置44。電接觸裝置24可以充當傳送線路94以允許數據通信的有線傳送。在圖3所示的實施例中，機車74可以位于軌道12上的有線通信和無線通信都可用的位置。例如，機車74可以仍然處于無線網絡86的范圍之內，并且通過傳送線路92、94被電連接以便進行有線傳送。在這種情況下，控制器58可以確定使用無線網絡86和有線網絡90中的哪一個進行數據通信。當確定要使用哪一個通信網絡時，控制器58可以考慮各種因素，例如消息重要性、帶寬大小和無線流量。
[0056]當機車16行駛通過供電區段18/有線通信區域96時，通過無線網路86或有線網絡90進行的通信可以持續進行，直到無線網絡86不再處于范圍內，例如處于死區98內的機車76的位置處。當機車76靠近死區98時，控制器58可以確定機車76的位置即將處于有線通信區域96內，并且安排純有線通信。例如，控制器58可以發信號向操作員告知正在靠近死區98，使得操作員可以將所有通信切換到有線網絡90。還可預期到的是，控制器58可以自動切換通信網絡。在其它示例性實施例中，與全局控制站82關聯的控制器可以發送信號給操作員從而向其提醒死區98，或者自動地將通信切換到有線網絡90。
[0057]當機車76在死區98內行駛時，可以通過有線網絡90管理數據通信。消息可以通過傳送線路92、94在本地控制站78、路旁設備80、全局控制站82和機車76中的一個或多個之間傳送。例如，全局控制站82可以通過有線網絡90發送限速信號給機車76和/或路旁設備80。類似地，機車76可以直接通過傳送線路94與機車74通信。例如，機車76和機車74可以各自包括TMC，其配置成通過傳送線路94相互通信以實現積極列車控制。
[0058]機車76還可以通過中間連接(例如，全局控制站82)與機車72 (或者僅可通過無線方式聯系的其它實體)通信，其中全局控制站82可以通過有線網絡90從機車76接收數據通信，并且可以通過無線網絡86將數據通信無線地轉發給機車72 (或其它目的地)。機車76可以以類似的方式從機車72 (或者僅可通過無線方式聯系的其它實體)接收入站數據通信。
[0059]當機車16接近死區98的末端時，控制器58可以向操作員發送這樣的信號:通過無線網絡86(或未示出的另一無線網絡)進行的通信是可用的或者很快將會可用。當機車16離開供電區段18并進入下一個非供電區段20(未示出)時，所有通信可以切換成使用無線網絡86，直到到達另一個有線通信區域96。
[0060]示例性公開的實施例能夠實現消除與其它電力系統相關聯的成本的能量交換系統。另外，示例性公開的通信系統84能夠克服與其它鐵路系統的通信系統相關聯的問題，因為對于鐵路車輛操作員而言無線網絡和有線網絡都是可用的。特別地，當無線通信不可用或者較不可靠時，有線通信區域96的使用允許可靠的高帶寬數據通信。
[0061]另外，將有線通信區域96集成到供電區段18中能夠提供在不產生額外費用的情況下實現有線網絡90的簡單方法。例如，使用電接觸裝置24作為傳送線路94允許進行有線通信，而不會產生與安裝傳送線路相關聯的額外成本。另外，將供電區段18設置在無線死區周圍能夠解決鐵路系統10內的某些區域中的純有線通信的需求。中間連接可以用于協調通過有線和無線網絡進行的數據通信，這可以允許在廣闊區域上的通信。
[0062]對于本領域技術人員明顯的是，在不脫離本公開的范圍的情況下，可以對本公開的鐵路系統做出各種修改和變更。根據對本文所公開的實施例的規格和實踐的考慮，其它實施例對于本領域技術人員將是明顯的。說明和實例旨在僅被視為是示例性的，并且本公開的實際范圍由所附權利要求指示。
【權利要求】
1.一種鐵路系統，包括: 軌道，其包括無線通信區域和有線通信區域； 電接觸裝置，其沿著所述有線通信區域延伸，并且配置成傳送電能和數據通信； 電源，其電連接到所述電接觸裝置； 控制器，其能夠選擇性地電連接到所述電接觸裝置和無線網絡； 其中: 所述電源被配置成通過所述電接觸裝置傳送電能；以及 所述控制器被配置成至少部分地基于鐵路車輛在所述鐵路系統內的位置，在通過所述無線網絡進行的數據通信傳送和通過所述電接觸裝置進行的數據通信傳送之間切換。
2.如權利要求1所述的鐵路系統，其中所述鐵路車輛的位置包括:所述鐵路車輛在所述無線通信區域和所述有線通信區域中的哪一個內。
3.如權利要求1所述的鐵路系統，其中所述軌道還包括供電區段和非供電區段，其中所述電接觸裝置沿著所述供電區段延伸。
4.如權利要求3所述的鐵路系統，其中所述供電區段和所述有線通信區域是所述軌道的共同延伸部分。
5.如權利要求3所述的鐵路系統，其中所述供電區段包括死區。
6.如權利要求5所述的鐵路系統，其中所述死區是所述軌道延伸通過的隧道。
7.一種運行鐵路系統的方法，包括: 選擇性地將控制器連接到無線網絡； 通過所述無線網絡向所述控制器傳送第一數據通信或者從所述控制器傳送第一數據通信； 當鐵路車輛在軌道的供電區段上行駛時，選擇性地將電接觸裝置連接到所述鐵路車輛； 當所述鐵路車輛在所述軌道的所述供電區段上行駛時，在選定的時間啟動通過所述電接觸裝置去往或來自所述鐵路車輛的電力傳送；以及 通過所述電接觸裝置向所述控制器傳送第二數據通信或從所述控制器傳送第二數據通信。
8.如權利要求7所述的方法，其中通過所述電接觸裝置向所述控制器傳送所述第二數據通信或從所述控制器傳送所述第二數據通信包括:在均電連接到所述電接觸裝置的兩個鐵路車輛之間傳送所述第二數據通信。
9.如權利要求7所述的方法，還包括:當所述鐵路車輛離開所述軌道的所述供電區段并在所述軌道的非供電區段上行駛時，中斷通過所述電接觸裝置去往或來自所述鐵路車輛的電力傳送。
10.如權利要求7所述的方法，還包括下述中的至少一個: 通過所述電接觸裝置轉發所述第一數據通信；以及 通過所述無線網絡轉發所述第二數據通信。
【文檔編號】B61L27/00GK104348519SQ201410367671
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】S·D·倫德奎斯特, H·S·拉姆巴 申請人:易安迪機車公司