CN102745211B - 基于隧道活塞风的列车预警系统及其预警方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于隧道活塞风的列车预警系统及其预警方法，涉及轨道交通技术领域，所解决的是提高列车在隧道内的安全性的技术问题。该系统包括分别安装各辆列车上的多个风速预警单元，每个风速预警单元包括一个无线信号收发装置、一个信号控制处理设备，及至少一个风速测量装置；该系统利用风速测量装置检测本车后方来风的风速，并在检测的风速异常时利用无线信号收发装置向后车适时预警。本发明提供的系统及方法，特别适合在城市地铁线路中应用。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术，特别是涉及一种基于隧道活塞风的列车预警系统及其预警方法的技术。
背景技术
包括城市轨道交通列车在内的轨道交通工具一旦发生追尾或对撞等碰撞事故，会造成严重的生命和财产损失；尤其在隧道内发生碰撞事故时，事故的救援和处理都极其不便，更加重了事故带来的危害和影响。
目前，大部分国家均采用列车运行控制（Train Control System，TCS，或针对地铁线路的Automatic Train Control，ATC）系统来保证列车的运行安全，以避免列车碰撞事故发生，尽管其技术发展和应用已经十分成熟，然而最近十几年，列车安全事故仍然时有发生，尤其是近几年在各国发生的严重地铁列车追尾事故表明：基于信号与通信（Signaling and Communication）技术的列车运行控制系统虽严密但复杂，但任何外部的不利因素和系统的缺陷都可能导致系统整体或局部故障，或者迫使系统降级至安全系数低的备用模式，继而增加列车碰撞事故发生的几率。
鉴于目前列车碰撞事故仍然时有发生，相关技术人员在完善现有系统安全措施的同时，也在开展新的独立于现有安全措施的列车防撞技术的开发，包括卫星定位（Satellite Based Positioning）、图像识别（Image Recognition）、防撞雷达（Anti-Crash/Collision Radar）等技术，以及利用单个技术的优点而集成的防撞系统。
现有列车防撞技术都是基于电磁波感测、探测机制的防撞技术，这类技术的缺陷在于，当列车线路在隧道内时，基于电磁波感测、探测机制的防撞技术均不能有效发挥作用，对于长时间运行在长距离隧道中的地铁列车而言，其缺陷尤其明显，主要表现在：
1）在隧道内，尤其是长距离隧道内，列车无法利用电磁波直接与隧道外部的中继（如卫星）建立通信；
2）隧道的曲率和狭小的空间等因素限制了车载图像感测方法的有效作用距离；
3）由于隧道中内部设施的影响和空间的限制，隧道内中高频电磁波衰减快、回波复杂，且地铁线路有上下起伏坡度和弯道，造成探测盲区，因而电磁波雷达在隧道内无法发挥有效作用。
由此可见，现有的列车防撞技术在隧道内的应用效果不佳，尤其是在非直形的长距离隧道内基本无法有效提高列车的行驶安全性，不能很好的避免列车碰撞事故发生，在地铁线路中的应用效果较差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高列车在隧道内的行驶安全性的基于隧道活塞风的列车预警系统及其预警方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于隧道活塞风的列车预警系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，其特征在于：包括与列车交通网络中的列车数量一致的多个风速预警单元，每个风速预警单元对应一辆列车；
所述风速预警单元包括一用于检测风速的风速测量装置、一无线信号收发装置、一信号控制处理设备、一示警终端，每个风速预警单元均安装在对应列车上；
所述无线信号收发装置设有发射数据输入端、接收数据输出端；
所述信号控制处理设备设有数据采集端、后车预警信号输出端、前车预警信号输入端、本车预警信号输出端，并内置有用于处理风速数据的信号处理模块，其数据采集端接风速测量装置，其后车预警信号输出端接无线信号收发装置的发射数据输入端，其前车预警信号输入端接无线信号收发装置的接收数据输出端，其预警信号输出端接示警终端。
进一步的，所述示警终端安装在对应列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。
进一步的，所述信号控制处理设备的本车预警信号输出端接入对应列车的制动系统和/或自动运行保护系统。
进一步的，所述风速预警单元还包括一供电设备，所述供电设备中内置有不间断电源，所述不间断电源的电源输入端接到对应列车的供电输出端，其供电端接到本单元各部件的电源输入端。
进一步的，所述风速测量装置是速度式风速仪，或是压力式风速仪。
本发明所提供的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：
每辆列车均利用风速测量装置检测列车后方来风的风速，如果检测到的列车后方来风的风速值超过安全风速阈值，或持续检测到的列车后方来风的风速值逐渐增强，即通过无线信号收发装置向列车后方发射一个无线预警信号；
每辆列车均利用无线信号收发装置接收前方列车发射的无线预警信号；
所述安全风速阈值是预先设定的固定值，或是根据预先设定的固定值及本车行进速度计算出来的变量值。
进一步的，每辆列车均在慢速行驶或停车时，利用风速测量装置检测列车后方来风的风速。
进一步的，每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，即利用信号控制处理设备向本车示警终端输出预警信号。
进一步的，每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，即向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作。
进一步的，每辆列车向列车后方发射的无线预警信号中包含有检测到的列车后方来风的实时风速值；
每辆列车均利用风速测量装置检测本车行驶时的本车行驶风速值并存储；
每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，先将收到的无线预警信号中的实时风速值，与所存储的本车行驶风速历史值进行比对分析，估算出本车与前车之间的间距；
如果估算出的本车与前车之间的间距小于安全距离，即向本车输出预警信号。
进一步的，如果估算出的本车与前车之间的间距小于安全距离，即向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作。
本发明提供的基于隧道活塞风的列车预警系统及其预警方法，利用风速测量装置检测后方来车产生的活塞风来判断追尾风险，并适时向后车输出单向预警指令，不依赖现有的信号、通信等相关设备和系统，具有很强的独立性，而且由于指令内容简单，传递指令的无线电波或声波可采用在各类隧道中曲直线传播且衰减率低的频段，在正常运行或应急状态下起到长距离示警、防撞保护作用，从而降低列车在隧道内的追尾风险和损失；相对现有列车防撞预警技术具有应用成本低、简单可靠、兼容性好的优点；系统装置完全车载因而几乎不需要对线路做额外的施工和维护，而且对现有线路的电力、信号和通信系统不产生干扰，对人员无任何伤害，特别适合在城市地铁线路中应用。
附图说明
图1是本发明实施例基于隧道活塞风的列车预警系统的结构示意图；
图2是本发明实施例基于隧道活塞风的列车预警系统中的风速预警单元的结构示意图；
图3是本发明实施例基于隧道活塞风的列车预警系统的第一种预警方法流程图；
图4是本发明实施例基于隧道活塞风的列车预警系统的第二种预警方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种基于隧道活塞风的列车预警系统，涉及包含有多辆列车1的列车交通网络，其特征在于：包括与列车交通网络中的列车1数量一致的多个风速预警单元，每个风速预警单元对应一辆列车1；
所述风速预警单元包括一用于检测风速的风速测量装置2、一无线信号收发装置3、一信号控制处理设备4、一示警终端5，每个风速预警单元均安装在对应列车1上；
所述无线信号收发装置设有发射数据输入端、接收数据输出端；
所述信号控制处理设备设有数据采集端、后车预警信号输出端、前车预警信号输入端、本车预警信号输出端，并内置有用于处理风速数据的信号处理模块，其数据采集端接风速测量装置，其后车预警信号输出端接无线信号收发装置的发射数据输入端，其前车预警信号输入端接无线信号收发装置的接收数据输出端，其预警信号输出端接示警终端。
本发明实施例中，所述示警终端安装在对应列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。
所述示警信息发生部件包括示警音发生部件（如蜂鸣器）、示警光发生部件（如示警灯）、示警显示屏，示警终端的示警音发生部件、示警光发生部件、示警显示屏各经示警电路接到示警终端的示警信号输入端。
本发明实施例中，所述信号控制处理设备的本车预警信号输出端接入对应列车的制动系统和/或自动运行保护系统。
本发明实施例中，所述风速预警单元还包括一供电设备，所述供电设备中内置有不间断电源（UPS），所述不间断电源的电源输入端接到对应列车的供电输出端，其供电端接到本单元各部件的电源输入端。
本发明实施例中，所述无线信号收发装置为现有技术，可以采用兼具无线信号收发功能的无线信号收发装置，如兼具无线电信号收发功能的无线电收发器，也可以采用发射部与接收部相互独立的无线信号收发装置，如由一个无线电发射器及一个无线电接收器组合而成，或由一个声波发射器及一个声波接收器组合而成，采用发射部与接收部相互独立的无线信号收发装置时，最好将发射部安装在列车车尾，将接收部安装在列车车头。
本发明实施例中，所述风速测量装置为现有技术，是用于测量风速的传感装置，可以是热敏风速计、转动叶轮式风速计、声学式风速计、风杯式风杯式等速度式风速仪，也可以是管式风速仪、表面压力传感器等压力式风速仪。
本发明实施例中，所述信号控制处理设备是单片机，所述示警终端中的示警电路为现有技术。
如图3所示，本发明实施例所提供的基于隧道活塞风的列车预警系统的第一种预警方法，其特征在于：
每辆列车均在慢速行驶或停车时，利用风速测量装置检测列车后方来风的风速，并将检测到的列车后方来风的风速值输入到信号控制处理设备进行分析判断，如果判断出检测到的列车后方来风的风速值超过安全风速阈值，或持续检测到的列车后方来风的风速值逐渐增强，信号控制处理设备即通过无线信号收发装置向列车后方发射一个无线预警信号；
每辆列车均利用无线信号收发装置接收前方列车发射的无线预警信号，并在收到前方列车发射的无线预警信号后，输入到信号控制处理设备进行分析判断，如果判断出收到的无线预警信号是由前车发出的，信号控制处理设备即向本车示警终端输出预警信号，使示警终端发出示警信息，并向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作；
所述安全风速阈值是由信号控制处理设备预先设定的固定值，或是由信号控制处理设备根据预先设定的固定值及本车行进速度计算出来的变量值；
所述示警信息包括示警音（如蜂鸣器的蜂鸣声）、示警光（如示警灯闪烁）、示警文字和/或示警图案。
如图4所示，本发明实施例所提供的基于隧道活塞风的列车预警系统的第二种预警方法，其特征在于：
每辆列车均在慢速行驶或停车时，利用风速测量装置检测列车后方来风的风速，并将检测到的列车后方来风的风速值输入到信号控制处理设备进行分析判断，如果判断出检测到的列车后方来风的风速值超过安全风速阈值，或持续检测到的列车后方来风的风速值逐渐增强，信号控制处理设备即通过无线信号收发装置向列车后方发射一个无线预警信号，该无线预警信号中包含有检测到的列车后方来风的实时风速值；
每辆列车均利用风速测量装置检测本车行驶时的本车行驶风速值并输入到信号控制处理设备存储；
每辆列车均利用无线信号收发装置接收前方列车发射的无线预警信号，并在收到前方列车发射的无线预警信号后，输入到信号控制处理设备进行分析判断，如果判断出收到的无线预警信号是由前车发出的，则信号控制处理设备先将收到的无线预警信号中的实时风速值，与所存储的本车行驶风速历史值进行比对分析，估算出本车与前车之间的间距，如果估算出的本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即向本车示警终端输出预警信号，使本车示警终端发出示警信息，并向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作；
所述安全距离阈值是由信号控制处理设备预先设定的固定值，或是由信号控制处理设备根据预先设定的固定值及本车行进速度计算出来的变量值。
Claims (6)
1.一种基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，所述基于隧道活塞风的列车预警系统涉及包含有多辆列车的列车交通网络，该系统包括与列车交通网络中的列车数量一致的多个风速预警单元，每个风速预警单元对应一辆列车；
所述风速预警单元包括一用于检测风速的风速测量装置、一无线信号收发装置、一信号控制处理设备、一示警终端，每个风速预警单元均安装在对应列车上；
所述无线信号收发装置设有发射数据输入端、接收数据输出端；
所述信号控制处理设备设有数据采集端、后车预警信号输出端、前车预警信号输入端、本车预警信号输出端，并内置有用于处理风速数据的信号处理模块，其数据采集端接风速测量装置，其后车预警信号输出端接无线信号收发装置的发射数据输入端，其前车预警信号输入端接无线信号收发装置的接收数据输出端，其预警信号输出端接示警终端；
该系统的预警方法的特征在于：
每辆列车均利用风速测量装置检测列车后方来风的风速，如果检测到的列车后方来风的风速值超过安全风速阈值，或持续检测到的列车后方来风的风速值逐渐增强，即通过无线信号收发装置向列车后方发射一个无线预警信号；
每辆列车均利用无线信号收发装置接收前方列车发射的无线预警信号；
所述安全风速阈值是预先设定的固定值，或是根据预先设定的固定值及本车行进速度计算出来的变量值。
2.根据权利要求1所述的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：每辆列车均在慢速行驶或停车时，利用风速测量装置检测列车后方来风的风速。
3.根据权利要求1或2所述的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，即利用信号控制处理设备向本车示警终端输出预警信号。
4.根据权利要求1或2所述的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，即向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作。
5.根据权利要求1或2所述的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：每辆列车向列车后方发射的无线预警信号中包含有检测到的列车后方来风的实时风速值；
每辆列车均利用风速测量装置检测本车行驶时的本车行驶风速值并存储；
每辆列车收到前方列车发射的无线预警信号后，先将收到的无线预警信号中的实时风速值，与所存储的本车行驶风速历史值进行比对分析，估算出本车与前车之间的间距；
如果估算出的本车与前车之间的间距小于安全距离，即向本车输出预警信号。
6.根据权利要求5所述的基于隧道活塞风的列车预警系统的预警方法，其特征在于：如果估算出的本车与前车之间的间距小于安全距离，即向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作。
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