CN104290774A - 轨道交通线路端点防车辆出轨系统及其防出轨方法 - Google Patents
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Abstract
一种轨道交通线路端点防车辆出轨系统及其防出轨方法，涉及轨道交通技术领域，所解决的是现有方法防出轨效果差的技术问题。该系统包括安装在各辆车辆驾驶室内的车载示警单元，及分别安装在轨道上各个线路端点部的多个应力波传感装置；所述应力波传感装置中设置有应力波传感器、信号处理模块及无线信号发送模块；所述车载示警单元包括车载示警终端、车载无线信号接收模块；每个应力波传感装置均利用应力波传感器持续监听轨道应力波信号，并根据监听到的信号评估车辆出轨风险等级，再利用无线信号发送模块发相应的无线示警信号至车辆驾驶室内的车载无线信号接收模块。本发明提供的系统及方法，能防止车辆出轨事故发生，且实现成本低。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术，特别是涉及一种轨道交通线路端点防车辆出轨系统及其防出轨方法的技术。
背景技术
轨道交通线路存在大量线路端点，当车辆接近端点时，车辆冒进信号或司乘人为操作失误等情况容易导致车辆出轨，特别是在城市轨道交通线路的试车线、折返线的端点区域。为防止车辆冲出线路端点，现有措施主要采用防撞土挡，但由于该类装置只有当车辆速度很小时才能有效发挥作用，当车辆以较快的速度从较远距离接近端点时，防撞土挡无法给司乘或车辆做出及时的指示，很难防止车辆出轨事故的发生。
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防止车辆出轨事故发生，且防出轨效果好，实现成本低，维护方便的轨道交通线路端点防车辆出轨系统及其防出轨方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种轨道交通线路端点防车辆出轨系统，涉及车辆及轨道，其特征在于：该系统包括安装在各辆车辆驾驶室内的车载示警单元，及分别安装在轨道上各个线路端点部的多个应力波传感装置；
所述应力波传感装置中设置有应力波传感器、信号处理模块及无线信号发送模块；其中的应力波传感器的感应头与轨道耦合，应力波传感器的信号输出端口通过前置放大器接到信号处理模块的信号输入端口，其中的无线信号发送模块的信号输入端口接到信号处理模块的信号输出端口；
所述车载示警单元包括车载示警终端、车载无线信号接收模块；其中的车载无线信号接收模块的信号输出端口接到车载示警终端的信号输入端口，车载无线信号接收模块通过无线通信方式连接各应力波传感装置的无线信号发送模块。
本发明所提供的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的防出轨方法，其特征在于：
将车辆出轨风险按风险高低分为多个等级，并为各个车辆出轨风险等级设定彼此相异的无线示警信号；
预先采集应力波传感装置在车辆接近时的轨道应力波信号，并设定一个启动阈值，每个应力波传感装置均利用应力波传感器持续监听轨道应力波信号，并在监听到的轨道应力波信号的幅度值大于启动阈值时，利用信号处理模块将监听到的轨道应力波信号的特征信号与预先采集的轨道应力波信号的特征信号进行比对，并根据该两个轨道应力波信号的比对结果评估车辆出轨风险等级，再利用信号处理模块控制无线信号发送模块发送该车辆出轨风险等级的无线示警信号；
车辆通过驾驶室内的车载无线信号接收模块接收各个应力波传感装置发出的无线示警信号，并将接收到的无线示警信号输送至车载示警终端，利用车载示警终端向驾驶员发出示警光信号和/或示警声信号。
进一步的，评估车辆出轨风险等级的方法如下：
设监听到的轨道应力波信号为S1，预先采集的轨道应力波信号为S2，并设定一个信号幅度阈值为X1，设定三个相似度阈值分别为Y1、Y2、Y3，且Y1 < Y2 < Y3；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值小于X1，则判定车辆出轨风险等级为无风险级，此时车辆无出轨风险，此时的无线示警信号为无信号；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值大于等于X1，则判定车辆出轨风险等级为安全级，此时车辆基本无出轨风险，此时的无线示警信号为间歇性的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y1且小于Y2，则判定车辆出轨风险等级为微风险级，此时车辆有轻微出轨风险，此时的无线示警信号为连续的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y2且小于Y3，则判定车辆出轨风险等级为中风险级，此时车辆出轨风险略高，此时的无线示警信号为连续的常规制动信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y3，则判定车辆出轨风险等级为高风险级，此时有严重的车辆出轨风险，此时的无线示警信号为连续的紧急制动信号。
进一步的，轨道应力波信号的特征信号是以下三种特征中的任意一种，或是以下三种特征中的任意多种的组合，该三种特征为：频带内信号的包络、预设时间长度内频带内信号的功率谱均值、间歇脉冲信号的时间间隔长度。
本发明提供的轨道交通线路端点防车辆出轨系统及其防出轨方法，利用车辆行驶激发的轨道应力波来评估车辆出轨风险，并通过无线信号适时通知车辆驾驶员，能防止车辆出轨事故发生，且防出轨效果好，实现成本低，维护方便，便于进行分散安装和布置，易于实现多装置冗余，例如对于比较重要的股道，可在该股道的两根轨道上分别安装一个或多个应力波传感装置。
附图说明
图1是本发明实施例的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的工作原理图；
图2是本发明实施例的轨道交通线路端点防车辆出轨系统中的应力波传感器与轨道的耦合示意图；
图3是本发明实施例的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的系统结构框图。
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3所示，本发明实施例所提供的一种轨道交通线路端点防车辆出轨系统，涉及车辆32及轨道30，其特征在于：该系统包括安装在各辆车辆驾驶室内的车载示警单元20，及分别安装在轨道上各个线路端点部31的多个应力波传感装置10；
所述应力波传感装置10中设置有应力波传感器01、信号处理模块02及无线信号发送模块03；其中的应力波传感器01的感应头与轨道耦合，应力波传感器01的信号输出端口通过前置放大器接到信号处理模块02的信号输入端口，其中的无线信号发送模块03的信号输入端口接到信号处理模块02的信号输出端口；
所述车载示警单元包括车载示警终端05、车载无线信号接收模块04；其中的车载无线信号接收模块04的信号输出端口接到车载示警终端05的信号输入端口，车载无线信号接收模块04通过无线通信方式连接各应力波传感装置的无线信号发送模块03。
本发明实施例中，所述应力波传感器、信号处理模块、无线信号发送模块、车载示警终端、车载无线信号接收模块均为现有技术，其中的应力波传感器采用的是能与轨道良好耦合的压电式应力波传感器、压阻式应力波传感器、电容式应力波传感器、光纤式应力波传感器中的任意一种，其中的信号处理模块采用的是单片机。
本发明实施例所提供的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的防出轨方法，其特征在于：
将车辆出轨风险按风险高低分为多个等级，并为各个车辆出轨风险等级设定彼此相异的无线示警信号；
预先采集应力波传感装置在车辆接近时的轨道应力波信号，并设定一个启动阈值，每个应力波传感装置均利用应力波传感器持续监听轨道应力波信号，并在监听到的轨道应力波信号的幅度值大于启动阈值时，利用信号处理模块将监听到的轨道应力波信号的特征信号与预先采集的轨道应力波信号的特征信号进行比对，并根据该两个轨道应力波信号的比对结果评估车辆出轨风险等级，再利用信号处理模块控制无线信号发送模块发送该车辆出轨风险等级的无线示警信号；
车辆通过驾驶室内的车载无线信号接收模块接收各个应力波传感装置发出的无线示警信号，并将接收到的无线示警信号输送至车载示警终端，利用车载示警终端向驾驶员发出示警光信号和/或示警声信号。
本发明实施例中，将车辆出轨风险按风险高低分为5个等级，该5个等级按风险由低到高依次分别为无风险级、安全级、微风险级、中风险级、高风险级，其中的无风险级的无线示警信号为无信号（无信号也是一种信号表达方式），安全级的无线示警信号为间歇性的限速信号，微风险级的无线示警信号为连续的限速信号，中风险级的无线示警信号为连续的常规制动信号，高风险级的无线示警信号为连续的紧急制动信号；
每个应力波传感装置均具有一个唯一的装置识别号，各等级的无线示警信号中，限速信号、常规制动信号、紧急制动信号均包含有应力波传感装置的装置识别号，用于区分不同的线路端点，或者不同股道，或者同一股道的不同铁轨。
本发明实施例中，评估车辆出轨风险等级的方法如下：
设监听到的轨道应力波信号为S1，预先采集的轨道应力波信号为S2，并设定一个信号幅度阈值为X1，设定三个相似度阈值分别为Y1、Y2、Y3，且Y1 < Y2 < Y3；
其中，X1的典型值为无车辆接近时的轨道应力波信号的2倍，Y1的典型值为55%，Y2的典型值为80%，Y3的典型值为90%；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值小于X1，则判定车辆出轨风险等级为无风险级，此时车辆无出轨风险，此时的无线示警信号为无信号；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值大于等于X1，则判定车辆出轨风险等级为安全级，此时车辆基本无出轨风险，此时的无线示警信号为间歇性的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y1且小于Y2，则判定车辆出轨风险等级为微风险级，此时车辆有轻微出轨风险，此时的无线示警信号为连续的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y2且小于Y3，则判定车辆出轨风险等级为中风险级，此时车辆出轨风险略高，此时的无线示警信号为连续的常规制动信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y3，则判定车辆出轨风险等级为高风险级，此时有严重的车辆出轨风险，此时的无线示警信号为连续的紧急制动信号。
本发明实施例中，轨道应力波信号的特征信号是以下三种特征中的任意一种，或是以下三种特征中的任意多种的组合，该三种特征为：频带内信号的包络、预设时间长度内频带内信号的功率谱均值、间歇脉冲信号的时间间隔长度。
本发明实施例评估车辆出轨风险等级的技术原理为：轨道交通车辆在行驶时，由于铁轨在车轮的移动载荷下，会激发轨道中的应力波，尽管该应力波的实际形成机理和向远处传播的方式较为复杂，但应力波的强度和车辆行驶速度基本正相关，而且部分频段内的波可以沿着铁轨传播上百到上千米有效距离，某些轨道中甚至能达到数公里范围，因此，当车辆从一定距离外向线路端点行驶时，车辆接近速度愈快，或者车辆愈接近端点，则线路端点处轨道中可采集的应力波信号愈强；由于上述两种车辆接近特征和车辆可能存在的冲出轨道的风险直接关联，因而采集到的应力波信号大小间接体现了车辆出轨的风险大小，并可以进一步通过应力波信号的具体特征和车辆接近时典型的信号特征之间的比对，分析和评估车辆的接近情况和冲出轨道的风险。此外，除了行驶过程中的轨道交通车辆，铁轨中的应力波很难被持续激发，因此，本发明实施例的方法有较强的抗干扰能力。
Claims (4)
1.一种轨道交通线路端点防车辆出轨系统，涉及车辆及轨道，其特征在于：该系统包括安装在各辆车辆驾驶室内的车载示警单元，及分别安装在轨道上各个线路端点部的多个应力波传感装置；
所述应力波传感装置中设置有应力波传感器、信号处理模块及无线信号发送模块；其中的应力波传感器的感应头与轨道耦合，应力波传感器的信号输出端口通过前置放大器接到信号处理模块的信号输入端口，其中的无线信号发送模块的信号输入端口接到信号处理模块的信号输出端口；
所述车载示警单元包括车载示警终端、车载无线信号接收模块；其中的车载无线信号接收模块的信号输出端口接到车载示警终端的信号输入端口，车载无线信号接收模块通过无线通信方式连接各应力波传感装置的无线信号发送模块。
2.根据权利要求1所述的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的防出轨方法，其特征在于：
将车辆出轨风险按风险高低分为多个等级，并为各个车辆出轨风险等级设定彼此相异的无线示警信号；
预先采集应力波传感装置在车辆接近时的轨道应力波信号，并设定一个启动阈值，每个应力波传感装置均利用应力波传感器持续监听轨道应力波信号，并在监听到的轨道应力波信号的幅度值大于启动阈值时，利用信号处理模块将监听到的轨道应力波信号的特征信号与预先采集的轨道应力波信号的特征信号进行比对，并根据该两个轨道应力波信号的比对结果评估车辆出轨风险等级，再利用信号处理模块控制无线信号发送模块发送该车辆出轨风险等级的无线示警信号；
车辆通过驾驶室内的车载无线信号接收模块接收各个应力波传感装置发出的无线示警信号，并将接收到的无线示警信号输送至车载示警终端，利用车载示警终端向驾驶员发出示警光信号和/或示警声信号。
3.根据权利要求2所述的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的防出轨方法，其特征在于，评估车辆出轨风险等级的方法如下：
设监听到的轨道应力波信号为S1，预先采集的轨道应力波信号为S2，并设定一个信号幅度阈值为X1，设定三个相似度阈值分别为Y1、Y2、Y3，且Y1 < Y2 < Y3；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值小于X1，则判定车辆出轨风险等级为无风险级，此时车辆无出轨风险，此时的无线示警信号为无信号；
如果S1与S2的特征信号相似度小于Y1，且S1的幅度值大于等于X1，则判定车辆出轨风险等级为安全级，此时车辆基本无出轨风险，此时的无线示警信号为间歇性的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y1且小于Y2，则判定车辆出轨风险等级为微风险级，此时车辆有轻微出轨风险，此时的无线示警信号为连续的限速信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y2且小于Y3，则判定车辆出轨风险等级为中风险级，此时车辆出轨风险略高，此时的无线示警信号为连续的常规制动信号；
如果S1与S2的特征信号相似度大于等于Y3，则判定车辆出轨风险等级为高风险级，此时有严重的车辆出轨风险，此时的无线示警信号为连续的紧急制动信号。
4.根据权利要求2或3所述的轨道交通线路端点防车辆出轨系统的防出轨方法，其特征在于，轨道应力波信号的特征信号是以下三种特征中的任意一种，或是以下三种特征中的任意多种的组合，该三种特征为：频带内信号的包络、预设时间长度内频带内信号的功率谱均值、间歇脉冲信号的时间间隔长度。
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