CN101695926B - 轨道交通智能安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好的方向性且识别距离可调的轨道交通智能安全预警系统。包括：信号处理模块，用于处理所述的轨道交通智能安全预警系统发送或接收的信号，信号处理模块含有处理器，处理器中嵌入有软件，能够智能识别读到的识别卡的有效性，排除无效卡片以及卡片感应距离不稳定给系统带来的影响；天线模块，用于接收或发送无线信号；信号调节模块，分别连接所述信号处理模块和天线模块，用于调节所述信号处理模块和天线模块之间交换信号的功率；屏蔽外壳，采用具有对电磁场进行屏蔽的材料制成，具有一个方向性的信号开口，所述天线模块封装在该屏蔽外壳内，并对着所述信号开口设置。

Description

轨道交通智能安全预警系统

技术领域

本发明涉及一种轨道交通智能安全预警系统。

背景技术

随着社会的进步、科学技术的发展，人们的生活越来越便利，人们希望通过科学技术手段，达到轨道交通智能安全预警系统的需求。目前IrDA红外线，Wi-Fi、NFC、UWB、条形码等技术都尝试使用于轨道交通智能安全预警系统，但由于其技术特性上的缺陷，这些技术都不能直接、完全的满足轨道交通智能安全预警系统的应用需求，其原因分析如下。

在轨道交通中当列车行驶至某些关键位置点如道岔、急拐弯处、轨道尽头等时需要驾驶员做一些相应的操作或列车自动完成一些操作，这就需要能对列车的运行位置进行识别，实现方式如下：在上述关键位置点上安装识别卡，在列车上安装识别读头，当列车经过识别卡所在位置时识别读头读取到识别卡的信息，识别读头就可以自动完成一些预先设定的操作，这些操作包括但不限于语音提示、声光报警、和列车系统联动的控制指令等，该识别系统必须能解决多并行轨道之间的相互干扰问题，因此轨道交通智能安全预警系统要求的短距离无线通信最理想的通讯方式最好能同时满足如下特点：

1)无线通信一般为距离0至30米；

2)在三维立体空间中只允许收发双方在一个方向上的一个区域内通信，收发双方均不接收其它方向的信号。

3)允许收发双方之间能存在某些阻挡物，如雨水等，以避免天气、环境等的影响。

4)收方或者发方在0至80公里/小时的移动速度下收发双方能正常通信。

如采用IrDA红外线技术，则可以满足了上述第1)、2)两个要求，但满足不了第1点中的第三个小点的要求，即如果收发双方之间有遮挡物甚至雨水都会中断收发双方之间的数据通信，另外如果收发双方的信号窗口被尘埃覆盖也会中断数据通信。

而如果采用其它几种短距离无线通信技术的方式，虽然能够满足1)、3)和4)点，均无法满足上述第2)点要求。这是因为通常的无线电波在空间中传播是向四面八方球面的传播，很难实现上述第2)点对无线电波传播的直线方向性和识别距离定距的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好的方向性的轨道交通智能安全预警系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种轨道交通智能安全预警系统，包括：

信号处理模块，用于处理所述的轨道交通智能安全预警系统发送或接收的信号，信号处理模块含有处理器，处理器中嵌入有软件，能够智能识别读到的识别卡的有效性，排除无效卡片以及卡片感应距离不稳定给系统带来的影响；

天线模块，用于接收或发送无线信号；

信号调节模块，分别连接所述信号处理模块和天线模块，用于调节所述信号处理模块和天线模块之间交换信号的功率；以及，

屏蔽外壳，采用具有对电磁场进行屏蔽的材料制成，具有一方向性的信号开口，所述天线模块封装在该屏蔽外壳内，并对着所述信号开口设置。

其中，对电磁场进行屏蔽的材料是指导体材料，如金属、合金或者是石墨等材料。在具体实施例中可以根据其对性能的不同要求，来做相应的选择。

其中，方向性是指信号开口设置在屏蔽外壳的特定位置，以满足具有一特定的朝向。

采用上述技术方案，由于所述屏蔽外壳的屏蔽，外部的无线电信号，只有从信号开口射入该屏蔽外壳的内腔方向的，才能被天线模块接收到。同时，经过实际实验，由所述天线单元所发出的无线电信号，其方向性也大大优于未加屏蔽外壳的实施例。

实验证实，与去掉了屏蔽外壳的情形相比，无论是纵向特性还是横向特性，具有屏蔽外壳的实施例都显示了更远为优良的方向性。由于具有这种方向性上的优势，上述技术方案能够更好的实现轨道交通智能安全预警系统要求的短距离无线通信最理想的通讯方式。

为了提高上述技术方案的轨道交通智能安全预警系统所收发的无线电信号的方向性，还可以通过相应的加长由信号开口到设置在屏蔽外壳内的天线模块之间距离的方式，也可以采用相应的减少信号开口的面积的方式。

优选的，所述天线模块采用：沿平面对称设置的若干个贴片阵列天线。

其中，既可以所有的贴片阵列天线都设置在同一平面上，也可以分为若干组分别设置在相互平行叠放的若干个平面上。

采用上述技术措施，贴片阵列天线的成本较低，而且其所发射的无线电信号的方向性也较好。

优选的，所述贴片阵列天线的数量为8个。

经过试验证明，在一定的体积的要求下，8个对称设置在同一平面上的贴片阵列天线，其无线信号的收发的灵敏度更高。

优选的，所述贴片阵列天线的后面设置有反射板，所述反射板与所述天线模块的参考地电位电连接。

进一步，所有的所述贴片阵列天线设置在一张面对所述信号开口设置的PCB板的正面上，所述反射板采用附于该PCB板的背面上的覆铜。

进一步采用上述技术措施，可以由普通的二层PCB板即可实现，进一步降低了生产的成本。

另一实施例中，所述贴片阵列天线分别设置在，依次排列的至少两个面对所述信号开口设置的PCB板的正面上，所述反射板采用附于该PCB板的背面上的覆铜。

进一步采用上述技术措施，由于叠加多层附有贴片阵列天线的PCB板，可以实现更小的信号夹角，即贴附有贴片阵列天线的PCB板在水平和垂直方向上发送或者接收信号的角度。这种实施例特别适合于对方向性要求更高，同时成本和天线体积受限的应用中。

优选的，所述贴片阵列天线的信号夹角小于60度。

优选的，所述信号处理模块采用2.4GHz至2.5GHz频段。

优选的，所述信号调节模块采用无线信号衰减芯片，所述无线信号衰减芯片的信号衰减量的幅度为0至31分贝，且信号衰减量能够连续调节。

由于进一步采用上述技术措施，能更方便、更准确的控制通信方向上的通信距离，同时，一般来说，无线信号衰减芯片的插入损耗低，适应频率范围也较广。

优选的，所述信号处理模块、天线模块和信号调节模块依次分层叠放设置在所述屏蔽外壳内。

与现有技术相比本发明的优点在于，能够以优良的方向性收发无线电信号，能够理想的应用于轨道交通短距离无线通信场合。

与此同时配合信号处理模块的路径识别功能能进一步增强轨道交通安全预警系统的可靠性，具体说明如下：在轨道交通安全预警系统中，一条轨道上需要安装的识别卡的数量和位置是事先确定的，因此也就唯一确定了一条识别卡路径，信号处理模块中的处理器可以事先确定或者自学习这一不变的路径信息，当信号处理模块获取了非此路径的识别卡时，信号处理模块可以自动滤除这一干扰的识别卡信息，排除无效卡片以及卡片感应距离不稳定给系统带来的影响。

附图说明

图1a、图1b是为一去掉了屏蔽外壳的实施例中，所发出的无线信号的波瓣图；

图2a、图2b是本发明一实施例中，其所发出的无线信号的波瓣图；

图3是本发明一实施例中相互收发无线电信号的示意图；

图4是本发明一实施例中各个部件的装配示意图；

图5是本发明一实施例中天线单元的结构示意图；

图6是本发明一实施例中使用环境的说明示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，轨道交通智能安全预警系统，包括：用于处理所述的轨道交通智能安全预警系统发送或接收的信号的信号处理模块100；用于接收或发送无线信号的天线模块200；分别连接所述信号处理模块100和天线模块200，用于调节所述信号处理模块100和天线模块200之间交换信号的功率的信号调节模块300，以及，采用具有对电磁场进行屏蔽的材料制成，具有一方向性的信号开口410，所述天线模块200封装在该屏蔽外壳400内，并对着所述信号开口410设置的屏蔽外壳400。

两个定向无线收发系统，其信号开口410分别相对设立，以相互之间收发无线电信号。

如图4所示，所述信号处理模块100、天线模块200和信号调节模块300依次分层叠放设置在所述屏蔽外壳400内。

其中，所述屏蔽外壳400采用金属材料制成。

天线模块200如图5所示，它包括多个贴片阵列天线210，所有贴片阵列天线均在一个平面内。各个贴片阵列天线的长宽和其之间的间距跟据所发射或接收的无线信号波长而定、每个阵子的的引线长度根据所需的天线阻抗而定。如果想实现贴片阵列天线的信号的夹角更小可以叠加多层的贴片阵列天线来实现。另外，在贴片阵列天线的后面最好有一个反射板，反射板也是天线信号的参考地电位。

贴片阵列天线可以附于普通的PCB板来实现，而且这样只需普通二层板即可，其正面附着贴片阵列天线，背面的覆铜用做反射板。

另外贴片阵列天线还具有方向性好的特点，贴片阵列天线的信号夹角小于60度，如果叠加多层阵列天线板可以实现更小的信号夹角，所以贴片阵列天线特别适合于对方向性要求高、成本低、天线体积受限的应用。

另外，为了达到识别区域为长方形的目的，经过试验对比发现，按4×2矩形排列的8个贴片阵列天线形式的天线模块，其效果最好。

其中，图1a、图1b、图2a、图2b分别是采用上述天线模块的不同实施例的所发出的无线信号的波瓣图，图1a、图1b的实施例中没有屏蔽外壳，图2a、图2b的实施例中具有屏蔽外壳。

从图1和图2所示，即可明显的看出，具有屏蔽外壳的实施例，无线信号的收发具有更好的方向性，这种优势在如多条并列道路交通管理应用中，具有非常大的价值。

如图6所示实施例中，信号处理模块100可以采用短距离无线通信技术，例如可选择2.4GHz至2.5GHz蓝牙通信芯片，这种方式是全球通用，无须申请使用许可。

一般来说，轨道交通应用环境有一个特点，那就是轨道都是长条形的，而且长而窄。将采用本发明的轨道交通智能安全预警系统识别区域设计成和轨道形状匹配的长方形，将会提高识别的稳定性和可靠性，而且还能有效解决如，相临轨道相互干扰，同一轨道前后车的相互干扰等问题。

在此应用方式中，相应的轨道交通智能安全预警系统设置在图6所示的A处，具体来说，可以将作为识别卡的一轨道交通智能安全预警系统放置于轨道的侧面某个固定位置，此位置可以是信号灯、拐弯处或其它需要做报警、处理的关键位置。另外将一轨道交通智能安全预警系统作为识别读头安装固定在列车上。

识别读头和识别卡之间采用无线的方式通信，识别卡采用有源技术，读卡稳定、灵敏度高，识别读头无需能量传输收集，发射功率低，保证人体和环境的电磁辐射安全，无线通信功能可以采用很多频段来实现，目前技术领域已有很多无线通信底层模块可以选择，而且技术都已很成熟，例如可能使用2.4GHz至2.5GHz蓝牙技术频段的NORDIC北欧半导体公司的无线通信芯片。

当列车经过事先安装了识别卡的关键位置时，识别读头识别到了识别卡后就可以输出如语音声光或其它信号报警，或者控制某些设备等相应的进行事先设计好的需要的任何操作。

上述技术方案提高了识别的可靠性和抗多径干扰的能力，识别卡以任何形式摆放都能稳定读卡且读卡距离无衰减，完全满足轨道交通的应用需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，包括：作为识别卡的第一定向无线收发系统和作为识别读头的第二定向无线收发系统；

其中，所述第一定向无线收发系统包括：

信号处理模块(100)，用于处理所述第二定向无线收发系统发送或接收的信号；

天线模块(200)，用于接收或发送无线信号；

信号调节模块(300)，分别连接所述信号处理模块(100)和天线模块(200)，用于调节所述信号处理模块(100)和天线模块(200)之间交换信号的功率；以及，

屏蔽外壳(400)，采用具有对电磁场进行屏蔽的材料制成，具有一个方向性的信号开口(410)，所述天线模块(200)封装在该屏蔽外壳(400)内，并对着所述信号开口(410)设置；

所述第二定向无线收发系统包括：

信号处理模块(100)，用于处理所述第一定向无线收发系统发送或接收的信号；

天线模块(200)，用于接收或发送无线信号；

信号调节模块(300)，分别连接所述信号处理模块(100)和天线模块(200)，用于调节所述信号处理模块(100)和天线模块(200)之间交换信号的功率；以及，

屏蔽外壳(400)，采用具有对电磁场进行屏蔽的材料制成，具有一个方向性的信号开口(410)，所述天线模块(200)封装在该屏蔽外壳(400)内，并对着所述信号开口(410)设置；

所述第一定向无线收发系统置于轨道的侧面某个固定位置，所述第二定向无线收发系统安装固定在列车上。

2.如权利要求1所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述天线模块(200)采用沿平面的对称设置的若干个贴片阵列天线(210)。

3.如权利要求2所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述贴片阵列天线(210)的数量为8个。

4.如权利要求2所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述贴片阵列天线(210)的后面设置有反射板，所述反射板与所述天线模块(200)的参考地电位电连接。

5.如权利要求4所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述信号处理模块(100)采用2.4GHz至2.5GHz频段。

6.如权利要求4所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所有的所述贴片阵列天线(210)设置在一张面对所述信号开口(410)设置的PCB板的正面上，所述反射板采用附于该PCB板的背面上的覆铜。

7.如权利要求4所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述贴片阵列天线(210)分别设置在，依次排列的至少两个面对所述信号开口(410)设置的PCB板的正面上，所述反射板采用附于此PCB板的背面上的覆铜。

8.如权利要求1所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述信号调节模块(300)采用无线信号衰减芯片，所述无线信号衰减芯片的信号衰减量的幅度为0至31分贝，且信号衰减量能够连续调节。

9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的轨道交通智能安全预警系统，其特征在于，所述信号处理模块(100)、天线模块(200)和信号调节模块(300)依次分层叠放设置在所述屏蔽外壳(400)内。

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