CN107804343A - 列车追踪预警系统 - Google Patents

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邓奇
金碧筠
周巧莲
周炯
陶涛
沈拓
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/34—Control, warnings or like safety means indicating the distance between vehicles or vehicle trains by the transmission of signals therebetween
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains

Abstract

本发明公开了一种列车追踪预警系统，包括测距单元、控制单元以及报警单元，所述测距单元以及所述报警单元分别与所述控制单元电连接；所述控制单元用于向所述测距单元发送控制指令，所述测距单元用于在接收到控制指令后通过无线测距方式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距，所述控制单元还用于判断所述车距是否大于安全阈值，并在判断为否时，控制所述报警单元进行报警。本发明的列车追踪预警系统能够基于无线测距技术实现列车防追尾，本发明能适应隧道、坡道等多种环境及地形地貌下的轨道交通线路环境，不用依赖列车的现有设备，能够独立于现有的列车控制系统且不受现有列车控制系统的限制和影响。

Description

列车追踪预警系统
技术领域
本发明涉及一种轨道交通列车自动控制领域，特别是涉及一种列车追踪预警系统。
背景技术
近年来，我国轨道交通运输发展迅猛，已处于世界领先的地位。但是，随着轨道交通路网的扩展和纵横交错，越来越小的行车间隔以及不断提高的列车速度，使轨道交通的安全性面临巨大的挑战，“7.23”和“9.27”事故表明了目前我国的列车在运行过程中缺乏完善的、具有连续性和实时性的监测手段，对于追踪运行列车的监视缺乏更可靠的措施。因此，轨道交通列车在运行过程中，前后列车必须保持足够的间隔距离，通常情况要求大于列车的制动距离，以保证列车的安全运行。
目前国内外独立于广泛应用的常规轨道交通运行控制系统外的用于列车安全的列车防撞的相关授权专利有2个：一个是申请号为CN200920034397.0的实用新型专利描述了一种列车防追尾监测装置，该装置在列车车头车尾安装无线编码发射/接收器，后车不断向前方发射序列编码信号，当前后列车距离接近到无线编码发射/接收器能够进行无线通信时，就能够进行无线通信来实现防追尾。由于射频信号传输受到信道衰落和多径影响，接收到的信号强度存在随机性，因此无线通信的最远距离波动较大，导致防追尾的车距波动较大，存在不确定性。在城市轨道交通领域，列车制动距离不超过两百米，因此列车防追尾的间距较短，仅为两三百米，在这个距离级别上，无线编码发射/接收器的通信距离更难以准确界定。
另一个为申请号为CN201120280339.3的实用新型专利描述了一种“高速列车防撞击防尾追安全装置”，该装置采用图像识别技术进行前车、异物及断轨检测进而防撞。前者需要全球卫星导航系统(即Global Navigation Satellite System，英文简称GNSS)的卫星信号、里程计和涡流传感器等测量值进行融合获得列车位置速度信息，同时还需要基于轨道网络的电子地图进行定位才能分析是否存在碰撞的可能性。后者需要安装在列车上的图像采集设备进行检测，其范围有限，可能会远远低于高速列车的安全制动距离，导致其适用范围相对有限进而影响其推广使用。
综合以上分析可知，轨道列车运行环境较为复杂，列车追踪预警系统对设备的抗干扰性能和测距精度要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中列车测距防追尾系统测距波动较大、并且需要借助列车原有设备的缺陷，提供一种列车追踪预警系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种列车追踪预警系统，其特点在于，包括测距单元、控制单元以及报警单元，所述测距单元以及所述报警单元分别与所述控制单元电连接；
所述控制单元用于向所述测距单元发送控制指令，所述测距单元用于在接收到控制指令后通过无线测距方式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距，所述控制单元还用于判断所述车距是否大于安全阈值，并在判断为否时，控制所述报警单元进行报警。
较佳地，所述测距单元包括设置于所述后列车的车头的第一无线测距终端以及设置于所述前列车的车尾的第二无线测距终端，所述第一无线测距终端包括第一计时器，所述第二无线测距终端包括第二计时器；
所述第一无线测距终端用于向所述第二无线测距终端发送第一调制信号并控制所述第一计时器开始计时；
所述第二无线测距终端用于在接收到所述第一调制信号后对所述第一调制信号进行处理并控制所述第二计时器开始计时，并在完成处理后向所述第一无线测距终端发送第一响应信号并控制所述第二计时器停止计时，获得计时时间T2；
所述第一无线测距终端用于在接收到所述第一响应信号后控制所述第一计时器停止计时，获得计时时间T1；
所述测距单元用于根据如下公式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距：
d＝c*(T1-T2)/2；其中d表示所述车距，c表示光速。
较佳地，所述第二无线测距终端还用于向所述第一无线测距终端发送第二调制信号并控制所述第二计时器开始计时；
所述第一无线测距终端还用于在接收到所述第二调制信号后对所述第二调制信号进行处理并控制所述第一计时器开始计时，并在完成处理后向所述第二无线测距终端发送第二响应信号并控制所述第一计时器停止计时，获得计时时间T4；
所述第二无线测距终端用于在接收到所述第二响应信号后控制所述第二计时器停止计时，获得计时时间T3；
所述测距单元用于根据如下公式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距：
d＝c*(T1-T2+T3-T4)/4；其中d表示所述车距，c表示光速。
较佳地，所述第一调制信号、所述第一响应信号、所述第二调制信号、所述第二响应信号均为chirp(编码脉冲技术)信号。
较佳地，所述列车追踪预警系统还包括标签阅读器，所述标签阅读器用于获取标签的标签信息并传输至所述控制单元，所述标签设置于出库口及入库口，所述控制单元用于根据所述标签信息获取列车的运行方向。
较佳地，所述标签设置于出库口及入库口的对向道岔的延伸方向。
较佳地，所述标签为无源RFID(射频识别技术)标签。
较佳地，所述标签存储的标签信息包括列车运行方向信息以及前方线路状况信息。
较佳地，所述控制单元还用于控制所述报警单元显示所述车距。
较佳地，所述测距单元还包括天线和/或单比特匹配滤波器。
本发明的积极进步效果在于：本发明的列车追踪预警系统能够基于无线测距技术实现列车防追尾，本发明能适应隧道、坡道等多种环境及地形地貌下的轨道交通线路环境，不用依赖列车的现有设备，能够独立于现有的列车控制系统且不受现有列车控制系统的限制和影响。本发明在列车出库时采用RFID射频识别技术，具有模式自主识别功能，有效地避免了测距信号的邻线干扰。本发明可以有效提高和监督现有系统提供的列车安全运行情况，在外界环境发生突发事件导致列车运行控制系统异常这一极端情况发生时，可作为现有运行控制系统的额外补充成为列车驾驶员及调度员的辅助控制系统，避免出现列车追尾的事故从而有效地提高轨道交通的系统安全。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的列车追踪预警系统的结构示意图。
图2为本发明的较佳实施例的列车追踪预警系统的测距单元的安装配置示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本发明的列车追踪预警系统包括测距单元1、控制单元2、报警单元3以及标签阅读器4，其中，所述测距单元1、所述报警单元3以及所述标签阅读器4均与所述控制单元2电连接；
所述控制单元2用于向所述测距单元1发送控制指令，所述测距单元1用于在接收到控制指令后通过无线测距方式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距，所述控制单元2则自动设定所述测距单元1的工作模式，将所述车距与安全阈值进行比较，若判断出所述车距大于所述安全阈值，则列车继续正常运行，若判断出所述车距不大于所述安全阈值，则控制所述报警单元3进行报警，并可以控制所述报警单元3显示所述车距。
在本发明中，所述测距单元1采用无线测距技术，如图2所示，所述测距单元1包括设置于后列车的车头的第一无线测距终端11以及设置于前列车的车尾的第二无线测距终端12，所述第一无线测距终端11包括第一计时器，所述第二无线测距终端12包括第二计时器；所述测距单元测量车距的主要过程如下：
所述第一无线测距终端11向所述第二无线测距终端12发送第一调制信号并控制所述第一计时器开始计时；
所述第二无线测距终端12在接收到所述第一调制信号后对所述第一调制信号进行处理并控制所述第二计时器开始计时，并在完成处理后向所述第一无线测距11发送第一响应信号并控制所述第二计时器停止计时，获得所述第二计时器的计时时间T2；
所述第一无线测距终端11在接收到所述第一响应信号后控制所述第一计时器停止计时，获得所述第一计时器的计时时间T1；
所述第二无线测距终端12还向所述第一无线测距终端11发送第二调制信号并控制所述第二计时器开始计时；
所述第一无线测距终端11还在接收到所述第二调制信号后对所述第二调制信号进行处理并控制所述第一计时器开始计时，并在完成处理后向所述第二无线测距终端12发送第二响应信号并控制所述第一计时器停止计时，获得第一计时器的计时时间T4；
所述第二无线测距终端12在接收到所述第二响应信号后控制所述第二计时器停止计时，获得第二计时器的计时时间T3；
所述测距单元1则根据如下公式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距：
d＝c*(T1-T2+T3-T4)/4；其中d表示所述车距，c表示光速，其具体原理为：
T1＝2T+T2，且T3＝2T+T4，其中T表示所述前列车和所述后列车之间的信号的传播时间，因此，T＝(T1-T2+T3-T4)/4，所以
d＝c*T＝c*(T1-T2+T3-T4)/4；
而考虑到所述第一计时器及所述第二计时器中的晶体振荡器存在频率漂移，假设测得的T1、T2、T3、T4的测量偏差分别为λ1、λ2、λ3、λ4，由于T1和T4是由所述第一计时器计时获得，因此，λ1＝λ4，T2和T3是由所述第二计时器计时获得，因此，λ2＝λ3，所以
T＝(T1+λ1)-(T2+λ2)+(T3+λ3)-(T4+λ4)/4＝(T1-T2+T3-T4)/4；
即本实施例中先后由所述第一无线测距终端11向所述第二无线测距终端12发送调制信号以及由所述第二无线测距终端12向所述第一无线测距终端11发送调制信号，两次测量的方式消除了计时器的计时时钟不同步造成的测距影响，且消除了两个节点时钟漂移误差造成的测距影响。
在本发明中，优选地，所述第一调制信号、所述第一响应信号、所述第二调制信号、所述第二响应信号均为chirp信号；所述第一无线测距终端11与所述第二无线测距终端12之间建立通信连接，采用chirp信号作为物理层传输信号；所述第一无线测距终端11及所述第二无线测距终端12均可以包括射频模块及与射频模块相连接的核心处理模块，所述核心处理模块包括数字信号处理模块、发射信道(用来发射调制信号)、接收信道(用来接收响应信号)，由于chirp信号较宽，所述数字信号处理模块优选采用单比特匹配滤波器进行匹配滤波以提高接收信号的信噪比，利用加法器、减法器代替乘法器，使得设计结构更加简单，减少耗费的资源。
在本发明中，还可以在所述后列车的车尾设置第二无线测距终端12以及在所述前列车的车头设置第一无线测距终端11，从而使得在有多辆列车的情况下，每一辆列车相对于前面的列车作为后列车、相对于后面的列车作为前列车，从而多辆列车中的任意相邻的两辆之间都可以进行测距。
所述标签阅读器4则用于获取标签的标签信息并传输至所述控制单元2，所述标签设置于出库口及入库口，优选地，设置于出库口及入库口的对向道岔的两个延伸方向，所述标签为无源RFID标签，所述标签存储的标签信息则包括列车运行方向信息以及前方线路状况信息(坡度信息、特殊运行状况信息等)。同侧标签冗余设置，保证车载标签阅读器4可靠阅读标签信息。所述控制单元2根据所述标签信息获取列车的运行方向，自动设定所述测距单元1的工作模式，列车在不同运行方向使用不同的射频频点，以防止邻线的测距调制信号发生干扰。
所述控制单元2将测量得到的前后列车之间的车距与安全阈值进行比较，必要时(即车距不大于安全阈值时)向列车的制动输出单元发送制动逻辑命令，变换成车辆系统对应的电气指令或数据编码指令，向所述报警单元3发送声光信息。
在本发明中，由于无线测距技术对功耗的要求较低，且抗干扰能力强，测距精度高，适用于地理环境较为复杂的路线。本发明的列车追踪预警系统具有模式自主识别功能，鉴于列车运行环境的复杂性，对设备的抗干扰性能和测距精度的要求较高，而本发明的列车追踪预警系统则可以很好地满足上述要求，从而在列车防撞系统中有着较好的发展前景。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种列车追踪预警系统，其特征在于，包括测距单元、控制单元以及报警单元，所述测距单元以及所述报警单元分别与所述控制单元电连接；
所述控制单元用于向所述测距单元发送控制指令，所述测距单元用于在接收到控制指令后通过无线测距方式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距，所述控制单元还用于判断所述车距是否大于安全阈值，并在判断为否时，控制所述报警单元进行报警。
2.如权利要求1所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述测距单元包括设置于所述后列车的车头的第一无线测距终端以及设置于所述前列车的车尾的第二无线测距终端，所述第一无线测距终端包括第一计时器，所述第二无线测距终端包括第二计时器；
所述第一无线测距终端用于向所述第二无线测距终端发送第一调制信号并控制所述第一计时器开始计时；
所述第二无线测距终端用于在接收到所述第一调制信号后对所述第一调制信号进行处理并控制所述第二计时器开始计时，并在完成处理后向所述第一无线测距终端发送第一响应信号并控制所述第二计时器停止计时，获得计时时间T2；
所述第一无线测距终端用于在接收到所述第一响应信号后控制所述第一计时器停止计时，获得计时时间T1；
所述测距单元用于根据如下公式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距：
d＝c*(T1-T2)/2；其中d表示所述车距，c表示光速。
3.如权利要求2所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述第二无线测距终端还用于向所述第一无线测距终端发送第二调制信号并控制所述第二计时器开始计时；
所述第一无线测距终端还用于在接收到所述第二调制信号后对所述第二调制信号进行处理并控制所述第一计时器开始计时，并在完成处理后向所述第二无线测距终端发送第二响应信号并控制所述第一计时器停止计时，获得计时时间T4；
所述第二无线测距终端用于在接收到所述第二响应信号后控制所述第二计时器停止计时，获得计时时间T3；
所述测距单元用于根据如下公式测量位于同一运行方向上的前列车和后列车之间的车距：
d＝c*(T1-T2+T3-T4)/4；其中d表示所述车距，c表示光速。
4.如权利要求3所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述第一调制信号、所述第一响应信号、所述第二调制信号、所述第二响应信号均为chirp信号。
5.如权利要求1所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述列车追踪预警系统还包括标签阅读器，所述标签阅读器用于获取标签的标签信息并传输至所述控制单元，所述标签设置于出库口及入库口，所述控制单元用于根据所述标签信息获取列车的运行方向。
6.如权利要求5所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述标签设置于出库口及入库口的对向道岔的延伸方向。
7.如权利要求5所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述标签为无源RFID标签。
8.如权利要求5所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述标签存储的标签信息包括列车运行方向信息以及前方线路状况信息。
9.如权利要求1所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述控制单元还用于控制所述报警单元显示所述车距。
10.如权利要求1所述的列车追踪预警系统，其特征在于，所述测距单元还包括天线和/或单比特匹配滤波器。
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