CN102407865A - 一种高速铁路列车实时测速定位安全系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路列车实时定位、测速安全系统。该系统由脉冲激光发生器(1)，光信号接收机(2)，和五棱镜腔体(4)所组成。本发明中最重要的为固定在铁轨或铁路枕木上的五棱镜腔体(4)。它由ABCD四个固定镜面和带数字式光栅的活动境面E共同组成一个五棱镜。激光信号经由光纤(3)及光纤融接接合点(5)进入五棱镜腔体后，一路激光信号会继续传递至下一处五棱镜腔体；而另一路激光信号在反射后会沿着来路返回。当高速列车经过时，铁轨或枕木的形变会使得五棱镜腔体内的E镜面发生位移，激光束会拾取E镜面位移时数字式光栅的变化。光信号接收装置只需分析光栅信号变化，即可实时得知列车位置，行驾方向，速度等信息。此外，当铁路出现险情时，该系统也可及时发现事故，并确定事故准确地点。该系统采用光学方式，因而也不受电磁干扰。该系统结构简构，工作稳定可靠，可对高速铁路实施全天侯实时监控。具有相当重要的推广价值。

Description

一种高速铁路列车实时测速定位安全系统

技术领域

用于高速铁路实时测速定位及其它安全监控。

背景技术

高速列车作为一种公共交通运输工具，具有载客量大、速度快捷、安全等优势，而倍受各国重视。但高速列车运行速度极快，这本身也给高速列车带来了一定的安全隐患。如不能实时监控高速列车的时速、位置，则可能会带来出轨、追尾等严重后果。本系统利用光学原理，实时地测量每列高速列车的时速及准确地点，来保障高速列车的安全。

发明内容

本发明由脉冲激光发生器(1)、光信号接收装置(2)、光纤(3)、组合式五棱镜腔(4)组成。

1、本发明中的脉冲激光发生器(1)位于设定的高速铁路区段两端。激光器所发生的激光束通过光纤(3)传递。

2、光信号接收装置(2)位于设定的高速铁路区段两端，光信号接收装置(2)接受光纤(3)传递的激光信号及反射信号，并通过计算机进行分析。为避免激光信号的衰减及保证数据分析的准确性，设定的高速铁路区段原则上不超过100KM，两端各设置一个脉冲激光发生器及光信号接收装置。各设定高速铁路区段的光接收装置通过其它通讯方式与路调度控制中心相联。

3、本当明中的光纤(3)为通讯用光纤。光纤通过融接方式与组合式五棱镜腔(4)在光纤接合点(5)处相联。

4、本发明中的组合式五棱镜腔由固定的四个镜面ABCD和一个活动镜面E组成，各镜面间夹角度为72°。ABCD四个镜面由玻璃镜面镀膜，其中A、B两面光纤接合口处为部份反射镀镆处理，具体透光率及反射率根据需要设定。组合式五棱镜腔中的E面为活动镜面。E的外侧面镀有金属反射镀膜，内侧面蚀刻有数字式光栅。

五棱镜腔体利用塑料或其它材料予以整体封装，腔体内呈真空状态。

根据光学原理可知，光线在五棱镜中的反射路线可以保证光束按要求进行传递及反射。而激光束在光纤及真空状况下的能量损耗极小。

5、整体封装的五棱镜腔体通过胶接的方式固定在高速铁路枕木或轨道侧面。

6、在具体运用中，激光束经由A面入射口进入五棱镜腔体(4)内时，并按照A-D-B-C-E-A的顺序传递。而当激光束由B面入射口进入五棱镜腔体(4)内时，激光束将按B-C-D-A-E-B的顺序传递。位于设定高速铁路区段两端的脉冲激光发生器只要开始工作，光接收装置就可以随着接收到激光信号和各个五棱镜腔体内E面所反射的信号。

6、一旦高速列车经过安装五棱镜腔体(4)位置点时，铁轨及铁轨枕木会发生形变，并导致固定在铁轨或枕木上的五棱镜腔体(4)内的E面发生位移。E面光栅的变化会被激光束记录并传递至光信号接收机。光信号接号机即可根据光栅信号变化计算出相应的数据，铁路调度部门可以实时准确掌握高速列车的具体位置。同时，由于五棱镜腔体是按固定间距在铁轨或枕木上布放的，因而也可以测量出高速列车的行进方向以及瞬时行驶速度。

发明的优点

本发明具有如下优点：

1、本发明可以对高速铁路进行连续、实时监控。位于设定的铁路区段两端的激光脉冲发生器，可按照设定的频率错时发送激光束。两端的光信号接收装置可以连续接收到对方发射的激光束以及已方发射的激光束的反射光信号。一旦无法接收到对方发射的激光束，即可判断铁路系统出现安全隐患。而通过分析已方发射激光束的反射光信号，找到最后一个五棱镜腔体所反射的信号，就可以准确地判断安全隐患的具体位置。这对于避免因地震、泥石流、桥梁垮塌等意外事故造成的行车事故具有非常重大的意义。

2、本发明是利用五棱镜腔体内活动式反射镜E位移所发生的光信号变化来实现监控的。一旦设定的高速铁路区段内发生地震、或铁路系统地基出现沉陷、桥梁结构出现错位，这些变化都会导致五棱镜腔体内活动式反射镜E移动，异常光栅信号会实时传递到铁路调度、监控中心。铁路调度控制中心会及时采取相应措施，以避免行车安全事故的发生。

3、本发明中的光信号接收机在接受到激光信号，特别是五棱镜腔体内活动式反射镜E的信号后，会通过计算机对接收到的信号进行分析。计算机程序仅需要对光栅信号有变化的信号进行处理，即可实现对高速列车的准确定位、测向和测速工作。因而本系统工作原理极为简单，可靠。

4、本发明采用的是光信号作为工作载体，它不受电磁波干扰。采用该发明，高速铁路控制系统可以彻底摆脱雷电、电力供应中断而造成的控制系统瘫痪或数据传递错误。

5、本发明在铁轨上或枕木上固定五棱镜腔体，由于各个五棱镜腔体之间距离是固定的。因而可以准确地判断列车行驶方向。一旦光接收装置接到两列列车在同一设定高速铁路区段内相向行驾，系统便会发出警报，从而避免列车发生相撞事故的发生。

6、本发明在铁轨上或枕木上固定五棱镜腔体，由于各个五棱镜腔体之间距离是固定的。因而它可以实时监测列车的行驾状态，一旦列车出现非常停车，该系统就可以发出警报，从面避免追尾事故的发生。

7、本发明在铁轨上或枕木上固定五棱镜腔体，由于各个五棱镜腔体之间距离是固定的。因而它可以准确地监测在同一设定高速铁路区间内同向行驶的列车之间的距离。一旦两车距离小于安全值，该系统即可发出警报，从而避免追尾事故的发生。

8、本发明在铁轨上或枕木上固定五棱镜腔体，由于各个五棱镜腔体之间距离是固定的。因而它可以连续、准确、实时地测量列车的行驾速度。控制中心可以随时发现列车行驶超速、减速等异常情况并加以干预。

9、配合其它计算机软件，该系统还可以对高速列车通过后铁轨动态变形状态进行实时分析，以分析铁轨是否存在金属疲劳现象，以及铁道基础是否存在安全隐患。

10、由于光纤能够传递的信息量极大。只要在光纤上加装其它光电设备，还可以在该系统上实现音频传送，以及铁路重点位置实时视频传送，以进一步提高高速铁路行车安全。

该发明结构简单、造价低廉，对于保障高速铁路的行车安全有非常积极的意义，市场前景广阔。

附图说明

图1

(3)光纤  (4)五棱镜腔体  (5)光纤融接接合点

A、B、C、D、为固定镜面

E为数字式光栅活动镜面

图2

(1)脉冲激光发生器  (2)光信号接收装置  (3)光纤  (4)五棱镜腔体

Claims (8)

1.本发明为一种高速铁路列车实时测速定位安全系统，该系统由位于两端的激光脉冲发生器(1)、光信号接收装置(2)、光纤(3)、五棱镜腔体(4)所组成。

2.权利请求1的所述的五棱镜腔体(4)，其特征为：其A、B、C、D面为固定式镜面结构，而E面为可平行移动的活动式反射镜面结构，ABCDE四个镜面间的夹角均为72°。

3.权利请求1所述的五棱镜腔体(4)，利用光学玻璃浇注成型或通过光学玻璃粘结而成，玻璃单面进行真空镀膜。

4.权利请求1所述的五棱镜腔体(4)，其特征为：A、B面上设有光纤接合点(5)，光纤接合点上为部份反射镀膜，光纤通过融接技术与五棱镜腔体联接。

5.权利请求1所述的五棱镜腔体(4)，其特征为：镜面E为活动反射镜片，镜面E上蚀刻有数字式光栅，该蚀刻数字式光栅处于无金属镀膜的光学玻璃表面。

6.权利请求1所述的五棱镜腔体(4)利用塑料或其它材料进行真空封装，腔体直接固定在高速铁路铁轨侧面或枕木之上。

7.权利请求1的述的激光脉冲发生器(1)位于设定的高速铁路区段的两端，两台激光脉冲发生器(1)错时发射激光光束。

8.权利请求1所述的光信号接收装置(2)位于设定的高速铁路区段的两端，用以接收来自对方的激光信号，以及经由五棱镜腔体反射回来的已方激光信号。

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