CN103818406A - 一种地铁辅助防撞系统及防撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地铁辅助防撞系统及防撞方法，防撞系统主要包括信号发送装置、信号接收装置、车辆接口模块、辅助传感模块、车载主机、电源盒供电电路、驾驶室防撞示警终端和自检和故障诊断模块；防撞方法包括同步进行的信号发送和采集过程，通过收发合制发送并采集信号，信号处理单元实时进行信号检测测距，在到达报警距离时，由预警显示终端使用蜂鸣器进行声频报警。其中收发合制技术采用信号发射装置和信号接收装置共用同一传感器的技术。与现有技术相比，本发明可以实现双向测距，测距精度较高。

Description

一种地铁辅助防撞系统及防撞方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通信号系统，尤其是涉及一种地铁辅助防撞系统和防撞方法。 

背景技术

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。 

城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：列车自动监控系统（简称ATS）、 列车自动防护子系统（简称ATP）、 列车自动运行系统（简称ATO）。 

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。 

 其中，ATP子系统的功能是列车运行进行超速防护，实现列车位置检测，保证列车见得安全间隔，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链接，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，互相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

本发明的目的是提供一种地铁辅助防撞系统和防撞方法，基于声传播技术和信号检测技术，利用车载设备实现列车之间的实时识别、测距和定位，达到防撞预警，从而在信号系统缺失的极端情况下保障行车安全。 

本发明解决的是现有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、速度等信息的缺陷。 

本发明的技术方案是：一种地铁辅助防撞系统，所述系统包括车内设备和车外设备；所述车外设备设于司机室外部，包括信号发送装置、信号接收装置、车辆接口模块、辅助传感模块；所述车内设备设于司机室内部，包括车载主机、电源盒供电电路、驾驶室防撞示警终端、自检和故障诊断模块。 

所述信号发送装置和信号接收装置共用同一传感器。 

地铁辅助防撞系统的防撞方法，所述方法采用应答探测方式，前、后列车通过声信号的发送和接收建立应答机制，主要包括以下步骤： 

1）后车通过声信号发送装置发出声脉冲；

2）前车声信号接收装置接收信号，系统判断后，通过声信号发送装置向后车发射应答声信号；

3）后车声信号接收装置获得前车应答的声信号；

4）后车的车载主机通过分析前车的应答信号判断前车位置、相对车速； 

5）后车受控驾驶室内的防撞示警终端实时指控前车车况，有碰撞风险时为驾驶员提供预设的指示。

所述的防撞方法中车载主机确定前车位置的方式是通过计算发送调制声脉冲到前车的应答信号的时间差Δt，通过S=v·Δt计算两车之间的相对距离；所述v为声速，所述Δt中未计入延迟时间。 

信号的发送和接收装置是由收发合制技术实现，收发合制技术是采用信号发射装置和信号接收装置共用同一传感器的技术。信号的发送和接收装置用于判断采集到的数据是否为对车发送的信号，如果是则计算出前后车的相对速度，并通知辅助传感模块进行测距，可以实现前后列车均可以计算两车距离。驾驶室防撞示警终端在前后列车车距在安全距离以外时，进行声频示警，提醒司机迅速做好刹车等防撞操作，避免撞车事件的发生。地铁辅助防撞预警系统软件显示终端能够与处理单元通信，接收来自处理单元的数据，在有效预警距离内实时显示本车与前车之间的距离。通过串口与系统主机进行通信，并通过另外一个串口与串口屏进行通信，将按键状态，接收的列车距离，车速，状态实时显示，并显示RTC时间。 

本发明的有益效果是：地铁辅助防撞系统随车安装，可实现同轨道临近列车之间直接的双向数据交互通信，可以实时双向测距，及测试两车间相对速度及行车速度。必要时终端向司机发出示警信号。本发明结构简单可靠，安装方便，能使列车及时了解到同行轨道上列车的行驶位置，可以提高列车行驶的安全性，大大减少撞车事件的发生概率。 

附图说明

图1为地铁列车辅助防撞系统构建示意图。 

图2为地铁列车辅助防撞系统设备组成图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

如图1所示，地铁辅助防撞系统采用如下的技术方案：防撞系统包括车内设备和车外设备；所述车外设备设于司机室外部，包括信号发送装置、信号接收装置、车辆接口模块、辅助传感模块；所述车内设备设于司机室内部，包括车载主机、电源盒供电电路、驾驶室防撞示警终端、自检和故障诊断模块。信号的发送和接收模块是由收发合制技术实现，收发合制技术是采用信号发射装置和信号接收装置共用同一传感器的技术；信号的发送和接收模块用于判断采集到的数据是否为对车发送的信号，如果是则计算出前后车的相对速度，并通知辅助传感模块进行测距，实现前后列车均可以计算两车距离。驾驶室防撞示警终端在前后列车车距在安全距离以外时，进行声频示警，提醒司机迅速做好刹车等防撞操作，避免撞车事件的发生。 

本发明主要包括三个方面的功能，首先是最基本的双向测距功能。本系统采用发送应答方式进行测距。被测距的两列车分别为询问方和应答方，可以同时测距，前后车都可以显示两车距离。在两车距离较远（大于50米）的距离时，两车测距精度误差在1米以内。由于应答方和询问方都可以实时测距，所以应答方算法处理和询问方更接近。不同点在于询问方首先发送信号，而应答方在检测到信号时发送初始幅度脉宽的信号，再次检测到信号后根据距离自适应应答信号脉宽，幅度。系统采用收发合制技术，收发合制技术采用信号发射装置和信号接收装置共用同一传感器的技术。 

其次，系统通过串口屏可以实时显示列车状态，除了测距，还包括车速，方向，模式，ATP状态，是否受控。由于地铁可能运行与不同轨道，有上下行之分。为了避免不同轨道上的地铁防撞系统互不干扰，上下行轨道发送不同频段测距信号，系统根据上下行来发送不同频段的询问和应答信号，串口屏显示的方向即为上下行。工作模式包括手动模式和自动模式。ATP切除时，开启报警。 

最后，系统可根据两车距离进行不同颜色指示灯示警和声频报警。设备启动且自检无故障则指示灯常亮，有故障指示灯则以固定间隔闪烁，开机和故障指示灯为绿色；车距300米至600米时闪烁灯常亮，警示指示灯为黄色；车距小于300米，红色危险指示灯闪烁；200-300米，每隔2s声频报警；100-200米，每隔1s声频报警；50-100米，间隔500ms声频报警；50米之内不间断鸣叫。报警设定默认为“自动”，此时系统响应ATP和方向设定；如ATP未切除，系统不主动测距，报警设定按键灯长亮，屏幕可关闭，但通过确认按键可唤醒屏幕，1分钟内无操作后再次关闭。 报警设定为“关”时，系统不主动测距，报警设定按键灯长亮，屏幕可关闭，但通过确认按键可唤醒，1分钟内无操作后再次关闭； 报警设定为“开”时，系统强行工作，ATP不切除也工作，同时响应“方向设定”。 

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 

地铁列车辅助防撞系统的构架示意图如图1所示。每列车头、尾两端各设一套独立的设备，头尾两套设备完全相同，每套设备由车内、车外设备组成。司机室外设备包括信号发送和接收装置、车辆接口模块、辅助传感模块（包括测向传感器等）。司机室内设备包括系统主机、电源、显示和防撞示警终端、自检和故障诊断模块。所述信号发送装置和信号接收装置共用同一传感器，采用了收发合制技术。 

如图2，地铁列车辅助防撞系统采用每套车头车尾设备包含相同的硬件设备和软件的方式，硬件设备由3个核心工作装置，2个辅助功能模块，1个示警终端，以及电源等几个主要部分组成，具体包括：信号发送装置，信号接收装置，系统主机，辅助传感模块，自检和故障诊断模块，驾驶室防撞示警终端，电源盒供电电路。 

 地铁辅助防撞系统采用应答探测方式，前、后列车通过声信号的发送和接收建立应答机制。主要工作步骤是： 

 1）后车通过声信号发送装置发出声脉冲；

 2）前车声信号接收装置接收信号，系统判断后，通过声信号发送装置后车发射应答声信号；

 3）后车声信号接收装置获得前车应答的声信号；

 4）后车的控制盒信号处理装置通过分析前车应答信号判断前车位置、相对车速等车况；确定前车位置的方式主要通过计算发送调制声脉冲到前车的应答信号的时间差 ，通过S=v

估算两车之间的相对距离(其中 v为声速，未计入延迟时间)；

5） 后车受控驾驶室内的防撞示警终端实时指控前车车况，有碰撞风险时为驾驶员提供预设的指示。

Claims (4)

1.一种地铁辅助防撞系统，其特征在于所述防撞系统包括车内设备和车外设备；所述车外设备设于司机室外部，包括信号发送装置、信号接收装置、车辆接口模块、辅助传感模块；所述车内设备设于司机室内部，包括车载主机、电源盒供电电路、驾驶室防撞示警终端、自检和故障诊断模块。

2.如权利要求1所述的一种地铁辅助防撞系统，其特征在于所述信号发送装置和信号接收装置共用同一传感器。

3.一种如权利要求1所述的地铁辅助防撞系统的防撞方法，其特征在于所述方法采用应答探测方式，前、后列车通过声信号的发送和接收建立应答机制，所述方法主要包括以下步骤：

1）后车通过声信号发送装置发出声脉冲；

2）前车声信号接收装置接收信号，系统判断后，通过声信号发送装置向后车发射应答声信号；

3）后车声信号接收装置获得前车应答的声信号；

4）后车的车载主机通过分析前车的应答信号判断前车位置、相对车速； 

5）后车受控驾驶室内的防撞示警终端实时指控前车车况，有碰撞风险时为驾驶员提供预设的指示。

4.如权利要求2所述的一种地铁辅助防撞系统的防撞方法，其特征在于所述方法中车载主机确定前车位置的方式是通过计算发送调制声脉冲到前车的应答信号的时间差Δt，通过S=v·Δt计算两车之间的相对距离；所述v为声速，所述Δt未计入延迟时间。

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