CN110775098A - 主动列车控制系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种主动列车控制系统，包括：信息接收模块，用于通过超宽带通信方式接收第一信息，和将所述第一信息发送给信息处理模块；信息发送模块，用于通过超宽带通信方式发送第二信息；信息处理模块，用于处理所述第一信息以得到两列车间距，将所述两列车间距与第一阈值和第二阈值比较以得到比较结果和将所述比较结果传送给主动控制模块；以及，主动控制模块，基于所述比较结果进行主动控制，所述主动控制包括报警和/或制动。这样，所述主动列车控制系统与现有的列车信号系统完全独立，实现高安全性的主动列车控制，方式简单、成本低。
Description
技术领域
本申请涉及列车控制领域，且更为具体地，涉及一种主动列车控制系统。
背景技术
随着我国客运专线建设的快速发展，列车运行速度不断提高，对列车运行安全的要求也不断提高，现有的列车信号系统采用信号闭塞手段来保证行车安全，由地面设备负责控制运行，车载设备不控制运行，属于被动列车运行防护方式，但列车信号系统设备必然存在外部环境干扰、人员误操作、设备故障等导致列车信号系统运行失效情况，进而极易导致列车碰撞等危害列车运行安全的事故发生。
“甬温线”铁路碰撞交通事故也说明，除列车信号系统之外，需要设计一套与列车信号系统完全独立的，可自主工作，能全天时、全天候工作的包含主动列车控制装置和基站的主动列车控制系统，该系统作为列车信号系统的冗余备份，当列车信号系统发生故障时，主动列车控制系统按照主动列车控制方法实时工作，提高列车运行的安全保障能力。
因此，期望提供一种改进的主动列车控制系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种主动列车控制系统，其通过超宽带通信方式通信以进行车辆间测距，从而基于车辆间距离进行主动控制，实现了与现有的列车信号系统完全独立的主动列车控制，提高了安全性。
根据本申请的一方面，提供了一种主动列车控制系统，包括：信息接收模块，用于通过超宽带通信方式接收第一信息，和将所述第一信息发送给信息处理模块；信息发送模块，用于通过超宽带通信方式发送第二信息；信息处理模块，用于处理所述第一信息以得到两列车间距，将所述两列车间距与第一阈值和第二阈值比较以得到比较结果和将所述比较结果传送给主动控制模块；以及，主动控制模块，基于所述比较结果进行主动控制，所述主动控制包括报警和/或制动。
在上述主动列车控制系统中，所述主动控制模块包括显示单元、语音单元和制动控制单元，所述主动控制模块用于：响应于所述比较结果指示所述两列车间距大于第一阈值，控制所述显示单元显示表示安全的第一图标；响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第一阈值且大于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第二图标；和/或控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音；以及，响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，所述主动控制模块控制所述制动控制单元向列车的制动系统发出制动命令以控制列车制动。
在上述主动列车控制系统中，所述主动控制模块进一步用于：响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第三图标；和/或控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音。
在上述主动列车控制系统中，进一步包括电源模块，用于从列车电源取电，和向所述信息接收模块、所述信息发送模块、所述信息处理模块和所述主动控制模块供电。
在上述主动列车控制系统中，所述第一信息来自其它列车或基站。
在上述主动列车控制系统中，所述基站布置于所述列车行驶的轨道中的转弯处。
在上述主动列车控制系统中，所述第一信息包括所述基站与其它列车的距离。
在上述主动列车控制系统中，所述信息接收模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
在上述主动列车控制系统中，所述信息发送模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
本申请提供的主动列车控制系统通过超宽带通信方式通信以进行车辆间测距，从而基于车辆间距离进行主动控制，实现了与现有的列车信号系统完全独立的主动列车控制，提高了安全性。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的框图。
图2A和图2B图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的测距示例的示意图。
图3A和图3B图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的布置示例的示意图。
图4图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统采用的双向双边3消息通信测距的原理图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
申请概述
如上所述，现有的列车信号系统采用信号闭塞手段来保证行车安全，可靠性较高，但不可避免的会出现列控中心调度人员调度失误，雷电等极端天气损坏列控系统设备的情况。
在上述列车信号系统未按照既定正常模式运行时，通常无法保证前后列车按照安全距离运行，极易导致前后列车碰撞风险，因此需要额外的安全机制。
针对上述技术问题，本申请的基本构思是设计一种主动列车控制系统，该主动列车控制系统布置于列车上，通过超宽带通信方式进行与其它列车的测距，并基于与其它列车的距离来进行主动控制，从而使得列车具备自主测距、预警、报警、刹车等主动控制功能。
具体地，本申请提供了一种主动列车控制系统，包括：信息接收模块，用于通过超宽带通信方式接收第一信息，和将所述第一信息发送给信息处理模块；信息发送模块，用于通过超宽带通信方式发送第二信息；信息处理模块，用于处理所述第一信息以得到两列车间距，将所述两列车间距与第一阈值和第二阈值比较以得到比较结果和将所述比较结果传送给主动控制模块；以及，主动控制模块，基于所述比较结果进行主动控制，所述主动控制包括报警和/或制动。
这样，由于本申请提供的主动列车控制系统与现有的列车信号系统完全独立，并且能够实现自主的测距、预警、报警、刹车等主动控制功能，当现有的列车信号系统因为各种原因引起的故障或疏漏失效时，本申请提供的主动列车控制系统能够对列车进行主动控制，降低了列车运行风险。
并且，本申请提供的主动列车控制系统通过使用超宽带通信方式来进行测距以得到两列车的间距，可以以简单的方式获得高精度的距离数据，实现了低功耗、低成本，并且使得系统整体的设计简单、重量轻。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性系统
图1图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的框图。
如图1所示，根据本申请实施例的主动列车控制系统100包括如下模块。
信息接收模块110，用于通过超宽带通信方式接收第一信息，和将所述第一信息发送给信息处理模块。
在本申请实施例中，所述信息接收模块110用于通过超宽带通信方式接收用于车辆间测距的第一信息。这里，车辆间测距属于一维测距问题，测距常见的技术有Wifi测距、超声波、蓝牙等，但是，这些技术或抗干扰能力差，或功耗高，或只能视距传播信号等短板。相对地，超宽带(UWB)技术不需要使用传统通信体制中的载波，通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽，并且具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、定位精度高等多种优点。
因此，在本申请实施例中，通过在高速运行的列车间测距的场景下使用超宽带通信方式，能够实现显著优于其它测距方式的效果。
另外，信息接收模块110可以通过系统内的模块间通信方式，例如系统总线将所述第一信息发送给信息处理模块。
信息发送模块120，用于通过超宽带通信方式发送第二信息。
如上所述，由于超宽带通信方式在高速运行的列车间测距的场景下的显著优势，所述信息发送模块120用于通过超宽带通信方式发送第二信息，以用于本车以外的其它列车基于所述第二信息进行与本车的列车间测距。
信息处理模块130，用于处理所述第一信息以得到两列车间距，将所述两列车间距与第一阈值和第二阈值比较以得到比较结果和将所述比较结果传送给主动控制模块。
具体地，在本申请实施例中，设置第一阈值和小于第一阈值的第二阈值，以获得用于指示进行不同类型的主动控制的比较结果。例如，所述第一阈值对应于两列车间距安全报警值，所述第二阈值对应于两列车间距紧急制动值。
主动控制模块140，基于所述比较结果进行主动控制，所述主动控制包括报警和/或制动。
具体地，基于所述信息处理模块130的比较结果，所述主动控制模块140进行如下主动控制。
针对所述主动控制操作的类型，所述主动控制模块可以包括显示单元、语音单元和制动控制单元。
所述主动控制模块140响应于所述比较结果指示所述两列车间距大于第一阈值，控制所述显示单元显示表示安全的第一图标，例如表示安全的绿色方块图标。
所述主动控制模块140响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第一阈值且大于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第二图标，例如表示报警的闪烁的红色方块图标。
或者，可以控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音。当然，也可以同时控制所述显示单元显示报警信息并控制所述语音单元发出语音报警。
所述主动控制模块140响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，所述主动控制模块控制所述制动控制单元向列车的制动系统发出制动命令以控制列车制动。
另外，在控制列车制动的同时，还可以进一步发出警告。也就是，所述主动控制模块进一步用于：响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第三图标；和/或控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音。
也就是，所述显示单元可以实现为车载显示设备，用于显示前后方列车的实时距离，并且例如，如果在测距范围内没有车辆，则不显示距离，以绿色方块代替，表示安全，而如果车距在危险阈值内，除了显示距离，还增加显示用于警告的红色闪烁方块。
并且，所述语音单元可以实现为车载语音模块，其可以与车载显示模块的功能相互配合。当车距在危险阈值内，语音模块会自动报警“注意前方/后方车距”。另外，车载语音模块还可以支持语音识别，实现智能对话，例如，驾驶员可通过“报告前方/后方车距”等语音指令，使语音模块自动播报对应信息。
在上述主动列车控制系统中，进一步包括电源模块，用于从列车电源取电，和向所述信息接收模块、所述信息发送模块、所述信息处理模块和所述主动控制模块供电。
例如，所述电源模块可以从车辆内部取电，支持12-24V供电，由于采用超宽带通信方式，所述信息接收模块和所述信息发送模块的功耗小于5W，从而实现低功耗。
图2A和图2B图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的测距示例的示意图。
如图2A所示，第一列车通过主动列车控制系统与第二列车直接进行测距，也就是，第二列车位于主动列车控制系统的通信范围内时，主动列车控制系统直接进行通信测距，以确定所述第一列车与所述第二列车的距离。
如图2B所示，第一列车与第二列车在列车行驶轨道转弯处时，第二列车可能不位于第一列车的主动列车控制系统的通信范围内，因此需要通过基站中转测距信息。也就是，第一列车和第二列车通过其主动列车控制系统分别与基站进行基于超宽带通信的测距，以确定所述第一列车和第二列车分别与所述基站的距离。然后，将所述距离信息从基站发送到所述第一列车和所述第二列车，以使得所述第一列车和所述第二列车间接计算出其间的距离，以进行主动控制。
因此，在根据本申请实施例的主动列车控制系统中，所述第一信息来自其它列车或基站。
并且，在所述第一信息来自基站的情况下，在根据本申请实施例的主动列车控制系统中，所述基站布置于所述列车行驶的轨道中的转弯处。
这样，在所述第一信息来自基站的情况下，在根据本申请实施例的主动列车控制系统中，所述第一信息包括所述基站与其它列车的距离。
图3A和图3B图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统的布置示例的示意图。
如图3A所示，根据本申请实施例的主动列车控制系统可以在列车的车头和车尾布置用于定位的定位器和显示距离信息的显示器。这里，定位器可以是如上所述的信息接收模块、信息发送模块和信息处理模块，也可以是以上模块中的一个或多个。例如，所述定位器仅包括信息接收模块，从而在列车的车头和车尾分别接收前车和后车发送的信息，并传送到中心化的信息处理模块进行测距。此外，也可以使用唯一的信息发送模块来发送本车信息到前车和后车。
值得注意的是，根据本申请实施例的主动列车控制系统也可以在列车的车头和车尾的其中之一，例如车头或者车尾布置用于定位的定位器和显示距离信息的显示器。
因此，在根据本申请实施例的主动列车控制系统中，所述信息接收模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
并且，在根据本申请实施例的主动列车控制系统中，所述信息发送模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
在具体实现过程中，可以在列车车头、车尾驾驶室内部安装定位分站作为车载定位器，实现与其他车载定位器及轨道定位基站的测距。例如，车载定位器安装在列车前挡风上部固定位置，且所有列车安装位置尽量相同。
同时，在列车车头和车尾同时部署工控计算机，计算机通过以太网线连接车卡，实现定位数据的位置计算。
如图3B所示，在列车的车头和车尾均布置用于定位的定位器和显示距离信息的显示器的情况下，前车的车尾的定位器可以直接与后车的车头的定位器进行测距，从而便于直接获得用于列车主动控制的距离信息。
在本申请实施例中，为了提高测距精度，可以采用通双向双边3消息方式。下面，图4图示了根据本申请实施例的主动列车控制系统采用的双向双边3消息通信测距的原理图。
如图4所示，通信体A发起通信测距，自动发送通信测距命令，通信体B经过命令传输时间Tprop接收到命令后响应通信体A的命令，延迟Treply1，向通信体A回复相应信息；再经过信息传输时间Tprop，通信体A接收到信息后，计算得到Tround1，并经过延迟Treply2，通信体A再次向通信体B发送命令，命令包含Tround1和Treply2，命令经过信息传输时间Tprop，系统B接收到命令，计算得到Tround2。
通信体B处理确定与通信体A系统距离L，按照：
L＝C×Tprop (1)
其中，C为光速，L为通信体A和通信体B的距离，Tprop按照：
通信体B将距离信息L发送给通信体A，通信体A也可获得距离L。
因此，第一列车和第二列车的主动列车控制系统分别对应于通信体A和通信体B时，可以进行如图4所示的通信测距，以得到距离L，即第一列车和第二列车之间的距离。
或者，当第一列车的主动列车控制系统和基站分别对应于通信体A和通信体B时，第一列车的主动列车控制系统与基站进行如图4所示的通信测距，确定距离L1，即第一列车和基站之间的距离。
并且，当第二列车的主动列车控制系统和基站分别对应于通信体A和通信体B时，第二列车的主动列车控制系统与基站进行如图4所示的通信测距，确定距离L2，即第二列车和基站之间的距离。
然后，基站可以将距离L2发送到第一列车的主动列车控制系统，第一列车的主动列车控制系统通过信息接收模块接收到该信息，并基于L1和L2确定第一列车和第二列车之间的距离L，例如确定L＝L1+L2。
双向双边3消息通信测距法相对于单边测距，可以消除通信双方时钟偏差对测距精度的影响，测距精度高；相对于双向双边4消息通信测距法，在实现同样测距精度下，通信效率更高。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (9)
1.一种主动列车控制系统，其特征在于，包括：
信息接收模块，用于通过超宽带通信方式接收第一信息，和将所述第一信息发送给信息处理模块；
信息发送模块，用于通过超宽带通信方式发送第二信息；
信息处理模块，用于处理所述第一信息以得到两列车间距，将所述两列车间距与第一阈值和第二阈值比较以得到比较结果和将所述比较结果传送给主动控制模块；以及
主动控制模块，基于所述比较结果进行主动控制，所述主动控制包括报警和/或制动。
2.根据权利要求1所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述主动控制模块包括显示单元、语音单元和制动控制单元，所述主动控制模块用于：
响应于所述比较结果指示所述两列车间距大于第一阈值，控制所述显示单元显示表示安全的第一图标；
响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第一阈值且大于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第二图标；和/或控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音；
响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，所述主动控制模块控制所述制动控制单元向列车的制动系统发出制动命令以控制列车制动。
3.根据权利要求2所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述主动控制模块进一步用于：
响应于所述比较结果指示所述两列车间距小于或等于第二阈值，控制所述显示单元显示报警信息，所述报警信息包括两列车间距和/或表示警告的第三图标；和/或控制所述语音单元发出语音报警，所述语音报警包括两列车间距和/或警告提示语音。
4.根据权利要求1所述的主动列车控制系统，其特征在于，进一步包括电源模块，用于从列车电源取电，和向所述信息接收模块、所述信息发送模块、所述信息处理模块和所述主动控制模块供电。
5.根据权利要求1所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述第一信息来自其它列车或基站。
6.根据权利要求5所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述基站布置于所述列车行驶的轨道中的转弯处。
7.根据权利要求6所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述第一信息包括所述基站与其它列车的距离。
8.根据权利要求1所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述信息接收模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
9.根据权利要求1所述的主动列车控制系统，其特征在于，所述信息发送模块位于列车的车头和车尾中的至少一处。
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