CN102358334A

CN102358334A - 列车防撞预警系统

Info

Publication number: CN102358334A
Application number: CN 201110253606
Authority: CN
Inventors: 余祖俊; 宁滨; 朱力强; 史红梅; 郭保青
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-02-22

Abstract

一种列车防撞预警系统，列车信息采集模块用于收集本列车状态信息，列车状态信息包括列车行驶线路、位置、车速、安全等级等；无线通信模块用于无线广播本列车状态信息和无线接收其它列车广播的列车状态信息；CPU控制处理模块用于接收和处理列车信息采集模块和无线通信模块发来的本列车和其它列车的列车状态信息。无线通信模块将本列车当前的列车状态信息对周边进行无线广播，同时接收其它列车无线广播的列车状态信息，CPU控制处理模块根据本列车与其它列车的相互关系，判断行车安全距离和速度，向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。本发明结构简单可靠，安装方便，能使列车及时了解到临近列车的行驶状态，可以有效提高列车行驶的安全性。

Description

列车防撞预警系统

技术领域

本发明涉及轨道交通的列车运行自动控制系统，特别是列车在运行过程中的列车防撞预警系统。

背景技术

现代的列车运行自动控制系统(ATC)包括列车自动防护(ATP)、列车自动运行(ATO)及列车自动监控(ATS)等子系统。其中，ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入等。ATC系统需设置行车控制中心，沿线设置连锁控制站，列车上安装有车载控制设备。控制中心与控制站通过有线数据通信网连接，控制中心与列车可依靠轨道电路、地面应答器、轨旁电缆、地面无线通信基站等地面设施进行信息交换。

ATC系统在受到环境干扰、人为失误或设备缺陷等因素的影响而出现故障时，无法完全避免列车相互冲突碰撞的可能。目前的列车车载控制设备仅能依靠轨道电路、地面应答器、轨旁电缆、地面无线通信基站等地面设施提供的信号获取当前线路的信息，还不能直接获取附近其它列车的位置、速度等信息。一旦这些地面列车运行控制设备发生故障或出现行车调度错误，相互靠近的列车之间不能及时有效地获取对方的状态，列车司机无法保证列车之间的安全距离，就有可能引发列车相撞的恶性事故。因此，在相互接近的列车之间及时地交换行驶状态等信息，对于列车的运行安全具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种列车防撞预警系统，采用无线广播方式向列车周围广播自己的行驶状态，并监听附近其它列车行驶状态的无线广播信息，不需要任何地面辅助设备，即可实现高可靠的运营列车之间的防撞预警。

本发明的技术方案是：列车防撞预警系统，包括列车信息采集模块、无线通信模块和CPU控制处理模块；其中，列车信息采集模块用于收集本列车状态信息，列车状态信息包括列车行驶线路、位置、车速、安全等级；无线通信模块用于无线广播本列车状态信息和无线接收其它列车广播的列车状态信息；CPU控制处理模块用于接收和处理列车状态信息采集模块和无线通信模块发来的本列车和其它列车的列车状态信息；无线通信模块将本列车当前的列车状态信息对周边进行无线广播，同时接收周边其它列车无线广播的列车状态信息，CPU控制处理模块根据本列车与其它列车的相互关系，判断行车安全距离和安全速度，向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。

所述列车信息采集模块接收人机交换接口MMI和列车TAX箱接口的信息。

所述人机交换接口MMI的信息包括显示屏和若干按钮或键盘的信息。

所述无线通信模块对所广播的状态信息进行加密处理。

所述无线通信模块还具有一个检测和避免频道占用冲突的机制。

所述无线通信模块在广播的数据包设有检错码。

所述CPU控制处理模块包括CPU应用程序。

本发明的优点效果是：列车防撞预警系统随车安装时，可以将本列车的位置、速度、状态等信息无线广播出去，同时可接收附近其它列车的无线广播信息，根据本列车与其它列车的相互关系，判断行车安全距离和安全速度，必要时向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。本发明结构简单可靠，安装方便，能使列车及时了解到临近列车的行驶状态，可以有效提高列车行驶的安全性。

附图说明

图1为本发明列车防撞预警系统结构示意图；

图2为本发明列车防撞预警系统安装到列车的模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明列车防撞预警系统的具体实施方式：列车防撞预警系统采用如下的技术方案：列车防撞预警系统由列车信息采集模块、无线通信模块、CPU控制处理模块组成。列车信息采集模块负责收集本列车当前的行驶线路、位置、车速、安全等级等状态信息；无线通信模块负责无线发送本列车状态信息并无线接收其它列车状态信息；CPU控制处理模块接收列车状态信息采集模块发来的本列车位置、速度、安全等级等状态信息，控制无线通信模块将本列车状态信息对周边进行无线广播，同时还控制无线通信模块接收其它列车广播的状态信息，根据本列车与其它列车的关系，判断行车安全距离和安全速度，必要时向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。

本发明主要包括了三个方面的功能，首先是最基本的广播功能。本发明会自动向列车自身周边一定范围内无线广播列车的状态信息，这些状态信息包括列车当前行驶的线路及行驶方向、在线路上的位置、速度，以及列车当前的安全等级。本发明实时采集本列车的状态信息，以固定或变化的时间间隔向外无线广播本列车的最新状态。在不进行对外广播时，监听附近其它列车的状态信息广播。不同列车上安装的无线通信模块可使用相同频道，也可使用不同但频段已知的频道进行信息的广播和接收。根据本列车与其它列车的位置、速度关系和安全等级状况，判断行车安全距离。

其次，由于存在多个列车的防撞预警系统使用相同频道同时进行广播的可能，所以本发明还具有一个检测和避免频道占用冲突的机制。广播的状态信息数据包内包含检错码，接收方可以根据检错码检测冲突的发生。另一方面，为减少冲突发生的可能性，(1)本发明对外广播的间隔时间可以是一个随机数，每次广播完成后这个随机数都要重新生成。随机数的取值范围在0和T之间，其中T是一个预先确定或可根据需要调整的最大时间间隔。(2)每次广播的时间远远小于广播的平均周期。(3)本发明的可用频道可以多于一个，每个系统至少占用其中的一个。频道的选取可以采用随机方式、或者系统设置方式。(4)本发明可以根据本列车的安全等级，调整对外广播的平均周期或者最大时间间隔T。例如，当列车运行一切正常时，平均周期最长；当列车严重故障或脱轨时，平均周期最短。

最后，由于本发明以无线广播和监听的形式工作，在其周围使用同一频道的所有无线设备均能接收和干扰本系统广播的信息，所以为了保证信息安全，本发明需要对广播的信息进行加密。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一套列车防撞预警系统，由CPU、信息采集模块和无线通信模块，以及CPU控制处理模块组成，如图2所示。

安装在列车上的列车防撞预警系统将本列车的位置、速度、安全等级等状态信息无线广播出去，同时可接收附近其它列车的无线广播信息。CPU控制处理模块将通过信息采集模块收集列车的相关信息，如：CPU控制处理模块通过信息采集模块与列车TAX箱的接口获得车次、行驶线路、方向、位置公里标、车速等信息，从信息采集模块扩展的人机交互接口(MMI)获得列车的安全状态等级。扩展的MMI将包括显示屏和若干按钮，还可以设置键盘。列车可能出现的故障将依照严重程度分为多个等级，每个等级的故障对应一个安全等级的输入按钮，按钮可以用不同的颜色标识，如：蓝、黄、橙、红等，方便区别不同的等级。安全等级可由列车司机或司乘人员通过这些按钮或键盘输入，也可由列车上的其它设备自动输入。本发明将实时采集的这些信息以一定的格式组成数据包，以固定或变化的时间间隔向外无线广播本列车的最新状态。在不进行对外广播时，监听附近其它列车的状态信息广播。

不同列车上安装的无线通信模块将使用相同频道、或不同但频段已知的频道完成信息的广播和接收，根据本列车与其它列车的相互关系和安全等级，判断行车安全距离，必要时向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。

由于存在多个列车的防撞预警系统同时使用相同频道进行广播的可能，所以本发明设计有一个检测和避免频道占用冲突的机制。在广播的数据包内包含有检错码，如：奇偶校验，CRC-16，CRC-32等，接收方可以由此检测冲突的发生。为了减少冲突的可能，本发明对外广播的间隔时间将使用一个0和T之间的随机数，其中T是一个预先确定或可根据需要调整的最大时间间隔，每次广播完成后需要重新生成这个随机数作为新的间隔时间。广播的平均周期与最大时间间隔T的关系依所使用的随机分布的不同而不同。同时，本发明每次广播的时间要远远小于广播的平均周期，尽量减少占用频道的时间。当工作一个区域的本系统较多时，用于本发明之间通信的频道也可以多于一个，每个本发明将至少使用其中的一个频道。本发明在选择频道时可以采用随机方式或者系统设置方式。在使用随机方式时，本发明会在给定的几个频道中随机选择一个或几个频道广播。这时，本发明可以通过调整最大时间间隔T或者随机分布函数，确保本发明在每个频道上广播的平均周期为期望值。在使用系统设置方式时，本发明将根据系统设定或调度安排在一定区间内只在一个或几个频道上进行广播。此外，本发明还可以根据本列车的安全等级，调整对外广播的平均周期或者最大时间间隔T。例如，当列车运行一切正常时，平均周期为2秒钟；当列车严重故障或脱轨时，平均周期0.5秒钟。这样就保证了高等级的安全状态信息可以被及时的收到。每个安全等级对应的具体平均周期数值可根据行车速度、刹车距离、线路类型等确定。

对于信息安全方面的考虑，本发明通过在发送端软件加入加密算法，在接收端软件加入解密算法，实现信息的加密功能，保证信息的安全。本发明也可以通过加入分别具有加密和解密功能的电路从硬件上解决通信加密的问题。

除上述车载式安装的情况，列车防撞预警系统可以安装在车站。车站上的本发明接收站内各次列车的状态，将这些状态综合后，向外广播出去。这时，可以专门设置一个频道供车站使用，以减少信道冲突的概率。

本发明也可以在隧道、山区等无线信号传输距离较近的地点进行地面安装，本发明接收附近各次列车的状态，将这些状态综合后，向外广播出去，以扩大广播信号覆盖范围。本发明在这两种安装方式下，主要实现了信息的转发功能。

本发明还可以在如公铁立交处安装，通过与安装位置附近的异物侵入、塌方报警等系统设备连接，对外广播此处的安全状态。

本发明还可以被线路上或线路附近正在进行巡检、作业的工作人员使用，使工作人员及时了解工作地点附件列车运行情况，保障地面工作人员和列车的安全，紧急时，地面工作人员还可向外广播紧急信息，供车载本系统接收，达到灵活的预警功能。

本发明系统结构简单可靠，安装方便，能使列车及时了解到临近列车的行驶状态，以及重点路段的线路状态，可以有效提高列车行驶的安全性，具有很强的灵活性和适用性。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.列车防撞预警系统，包括列车信息采集模块、无线通信模块和CPU控制处理模块；特征在于：其中，列车信息采集模块用于收集本列车状态信息，列车状态信息包括列车行驶线路、位置、车速、安全等级；无线通信模块用于无线广播本列车状态信息和无线接收其它列车广播的列车状态信息；CPU控制处理模块用于接收和处理列车状态信息采集模块和无线通信模块发来的本列车和其它列车的列车状态信息；无线通信模块将本列车当前的列车状态信息对周边进行无线广播，同时接收周边其它列车无线广播的列车状态信息，CPU控制处理模块根据本列车与其它列车的相互关系，判断行车安全距离和安全速度，向司机、列车自动驾驶系统发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述列车信息采集模块接收人机交换接口MMI和列车TAX箱接口的信息。

3.根据权利要求2所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述人机交换接口MMI的信息包括显示屏和若干按钮或键盘的信息。

4.根据权利要求1所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述无线通信模块对所广播的状态信息进行加密处理。

5.根据权利要求1所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述无线通信模块还具有一个检测和避免频道占用冲突的机制。

6.根据权利要求5所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述无线通信模块在广播的数据包设有检错码。

7.根据权利要求1所述的列车防撞预警系统，其特征在于：所述CPU控制处理模块包括CPU应用程序。