專利名稱：基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)及其防撞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通技術(shù)，特別是涉及一種基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)及其防撞方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
列車交通網(wǎng)絡(luò)中的各列車在運(yùn)行過(guò)程中，前后列車之間保持一定的距離是行車安全的基本前提。現(xiàn)有的列車交通網(wǎng)絡(luò)都采用(準(zhǔn))移動(dòng)或傳統(tǒng)的固定閉塞(Block)、聯(lián)鎖等機(jī)制來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)中各列車之間的間距，由于列車缺乏向前后車自主示警的手段，也缺乏自 主探測(cè)與前后車之間間距的手段，因此一旦這些控制機(jī)制因各種原因引起的故障或疏漏而失效時(shí)，會(huì)將列車置于嚴(yán)重的碰撞風(fēng)險(xiǎn)中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能提高列車行駛安全性的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)及其防撞方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該系統(tǒng)包括多個(gè)防撞通信單元，所述防撞通信單元的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車數(shù)量一致，每個(gè)防撞通信單元對(duì)應(yīng)一輛列車，并安裝在對(duì)應(yīng)列車上；
所述防撞通信單元包括一用于發(fā)射無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電發(fā)射裝置、一用于接收無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電接收裝置、一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號(hào)控制處理設(shè)備、一示警終端；
所述信號(hào)控制處理設(shè)備設(shè)有多個(gè)信號(hào)輸出端、多個(gè)信號(hào)輸入端，其中的三個(gè)信號(hào)輸出端分別連接本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、聲波發(fā)射裝置、示警終端，其中的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別連接本單元的無(wú)線電接收裝置、聲波接收裝置。進(jìn)一步的，所述示警終端安裝在所在列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件。進(jìn)一步的，所述信號(hào)控制處理設(shè)備的各信號(hào)輸出端中，有一個(gè)信號(hào)輸出端接入所在列車的制動(dòng)系統(tǒng)和/或自動(dòng)運(yùn)打保護(hù)系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述防撞通信單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源，所述不間斷電源的電源輸入端接到所在列車的供電輸出端，其供電端接到本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、無(wú)線電接收裝置、聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號(hào)控制處理設(shè)備的電源輸入端。本發(fā)明所提供的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法，其特征在于 每輛列車?yán)脽o(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信
號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射聲波測(cè)距信號(hào)；
每輛列車?yán)脽o(wú)線電接收裝置接收其它列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)，利用聲波接收裝置接收其它列車發(fā)射的聲波測(cè)距信號(hào)；
每輛列車在收到另一列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)及聲波測(cè)距信號(hào)時(shí)，即根據(jù)該兩個(gè)信號(hào)的接收時(shí)差，結(jié)合無(wú)線電波及聲波的傳播速度，利用信號(hào)控制處理設(shè)備計(jì)算出兩車之間的間距，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷兩車之間的間距是否小于安全距離；
如果判斷出兩車之間的間距小于安全距離，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的示警終端輸出預(yù)警信號(hào)。進(jìn)一步的，每輛列車先利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，利用無(wú)線電接收裝置接收其他列車發(fā)射的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，并在收到其他列車發(fā)來(lái)的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)后，再利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)無(wú)線電波參考信號(hào)，并同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)聲波測(cè)距信號(hào)。進(jìn)一步的，每輛列車?yán)脽o(wú)線電發(fā)射裝置間歇發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)聲波測(cè)距信號(hào)。 進(jìn)一步的，每輛列車如果判斷出本車與前車之間的間距小于安全距離，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的制動(dòng)系統(tǒng)輸出制動(dòng)信號(hào)，使本車的制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施制動(dòng)操作，或向本車的保護(hù)系統(tǒng)輸出限速信號(hào)，使本車的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施限速操作。本發(fā)明提供的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)及其防撞方法，由于在開(kāi)闊空間或列車隧道中，無(wú)線電波(電磁波)的傳播速度極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)聲波的最快傳播速度(時(shí)速約1230公里)，而聲波的傳播速度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常列車的運(yùn)行速度，因此每輛列車可利用無(wú)線電波和空氣聲波的傳播特性，根據(jù)由其他列車同時(shí)發(fā)送的無(wú)線電波信號(hào)和空氣聲波信號(hào)這兩種信號(hào)之間的接收時(shí)差，實(shí)現(xiàn)兩車車距的評(píng)估，并能根據(jù)車距評(píng)估結(jié)果采取相應(yīng)防撞措施，能提高列車行駛安全性。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)中的防撞通信單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車I的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該系統(tǒng)包括多個(gè)防撞通信單元2，所述防撞通信單元2的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車I數(shù)量一致，每個(gè)防撞通信單元2對(duì)應(yīng)一輛列車1，并安裝在對(duì)應(yīng)列車I上；
如圖2所示，所述防撞通信單元2包括一用于發(fā)射無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電發(fā)射裝置、一用于接收無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電接收裝置、一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號(hào)控制處理設(shè)備、一示警終端；
所述信號(hào)控制處理設(shè)備設(shè)有多個(gè)信號(hào)輸出端、多個(gè)信號(hào)輸入端，其中的三個(gè)信號(hào)輸出端分別連接本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、聲波發(fā)射裝置、示警終端，其中的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別連接本單元的無(wú)線電接收裝置、聲波接收裝置。本發(fā)明實(shí)施例中，所述示警終端安裝在所在列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件，所述示警信息發(fā)生部件包括示警音發(fā)生部件(如蜂鳴器)、示警光發(fā)生部件(如示警燈)、示警顯示屏。本發(fā)明實(shí)施例中，所述信號(hào)控制處理設(shè)備的各信號(hào)輸出端中，有一個(gè)信號(hào)輸出端接入所在列車的制動(dòng)系統(tǒng)和/或自動(dòng)運(yùn)打保護(hù)系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)施例中，所述防撞通信單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源(UPS)，所述不間斷電源的電源輸入端接到所在列車的供電輸出端，其供電端接到本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、無(wú)線電接收裝置、聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號(hào)控制處理設(shè)備的電源輸入端。
本發(fā)明實(shí)施例中，所述聲波發(fā)射裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由聲波信號(hào)功率放大器，及連接聲波信號(hào)功率放大器的至少一個(gè)揚(yáng)聲器組成，所述聲波信號(hào)功率放大器的源信號(hào)輸入端構(gòu)成聲波發(fā)射裝置的發(fā)射信號(hào)輸入端，聲波信號(hào)功率放大器的放大信號(hào)輸出端接到各揚(yáng)聲器的電信號(hào)輸入端，所述揚(yáng)聲器是電動(dòng)式揚(yáng)聲器、靜電式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、壓電式揚(yáng)聲器、氣動(dòng)式揚(yáng)聲器中的一種，或是其中的多種的組合，揚(yáng)聲器的數(shù)量多于一個(gè)時(shí)，可將各揚(yáng)聲器排列成揚(yáng)聲器陣列。本發(fā)明實(shí)施例中，所述聲波接收裝置為現(xiàn)有技術(shù)，包括聲波信號(hào)前置放大器、信號(hào) 調(diào)理器及至少一個(gè)傳聲器，所述信號(hào)調(diào)理器的調(diào)理信號(hào)輸出端構(gòu)成聲波接收裝置的接收信號(hào)輸出端，所述聲波信號(hào)前置放大器的放大信號(hào)輸出端接到信號(hào)調(diào)理器的源信號(hào)輸入端，聲波信號(hào)前置放大器的源信號(hào)輸入端分別接到各傳聲器的電信號(hào)輸出端，所述傳聲器是電容傳聲器、壓電式傳聲器、電動(dòng)傳聲器、駐極體傳聲器中的一種，或是其中的多種的組合。本發(fā)明實(shí)施例中，所述無(wú)線電發(fā)射裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由振蕩器、調(diào)制電路、無(wú)線電信號(hào)功率放大器和發(fā)射天線組成。本發(fā)明實(shí)施例中，所述無(wú)線電接收裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由接收天線、無(wú)線電信號(hào)前置放大器和解調(diào)電路組成。本發(fā)明實(shí)施例中，所述信號(hào)控制處理設(shè)備是單片機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法，其特征在于
每輛列車?yán)脽o(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射聲波測(cè)距信號(hào)；
每輛列車?yán)脽o(wú)線電接收裝置接收其它列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)，利用聲波接收裝置接收其它列車發(fā)射的聲波測(cè)距信號(hào)；
每輛列車在收到另一列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)及聲波測(cè)距信號(hào)時(shí)，即根據(jù)該兩個(gè)信號(hào)的接收時(shí)差，結(jié)合無(wú)線電波及聲波的傳播速度，利用信號(hào)控制處理設(shè)備計(jì)算出兩車(即發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)及聲波測(cè)距信號(hào)的列車與本車)之間的間距，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷兩車之間的間距是否小于安全距離；
如果計(jì)算出兩車之間的間距小于安全距離閾值，即判定兩車之間的間距小于安全距離，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的示警終端輸出預(yù)警信號(hào)，使本車示警終端發(fā)出示警信息；如果計(jì)算出兩車之間的間距小于安全距離閾值，且本車為后車，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的制動(dòng)系統(tǒng)輸出制動(dòng)信號(hào)，使本車的制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施制動(dòng)操作，或向本車的保護(hù)系統(tǒng)輸出限速信號(hào)，使本車的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施限速操作；
所述安全距離閾值是由信號(hào)控制處理設(shè)備預(yù)先設(shè)定的固定值，或是由信號(hào)控制處理設(shè)備根據(jù)預(yù)先設(shè)定的固定值及本車行進(jìn)速度計(jì)算出來(lái)的變量值；
所述示警信息包括示警音(如蜂鳴器的蜂鳴聲)、示警光(如示警燈閃爍)、示警文字和/或示警圖案。本發(fā)明實(shí)施例中，每輛列車可以先利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，利用無(wú)線電接收裝置接收其他列車發(fā)射的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，在收到其他列車發(fā)來(lái)的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)后，再利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)無(wú)線電波參考信號(hào)，并同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)聲波測(cè)距信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例中，每輛列車也可以利用無(wú)線電發(fā)射裝置間歇發(fā)射無(wú)線電波參考信 號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射聲波測(cè)距信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例中，所述聲波測(cè)距信號(hào)是單頻率聲波信號(hào)，或是調(diào)幅聲波，或是調(diào)頻聲波，所述聲波測(cè)距信號(hào)可以是頻率小于20Hz的次聲波信號(hào)，也可以是20Hz到20kHz的音頻聲波信號(hào)，也可以是20kHz以上的超聲波。本發(fā)明實(shí)施例中，每輛列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)、聲波測(cè)距信號(hào)，最好與其它列車所發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)、聲波測(cè)距信號(hào)有所區(qū)別，以免誤報(bào)。
權(quán)利要求
1.一種基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該系統(tǒng)包括多個(gè)防撞通信單元，所述防撞通信單元的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車數(shù)量一致，每個(gè)防撞通信單元對(duì)應(yīng)一輛列車，并安裝在對(duì)應(yīng)列車上； 所述防撞通信單元包括一用于發(fā)射無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電發(fā)射裝置、一用于接收無(wú)線電波信號(hào)的無(wú)線電接收裝置、一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號(hào)控制處理設(shè)備、一示警終端； 所述信號(hào)控制處理設(shè)備設(shè)有多個(gè)信號(hào)輸出端、多個(gè)信號(hào)輸入端，其中的三個(gè)信號(hào)輸出端分別連接本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、聲波發(fā)射裝置、示警終端，其中的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別連接本單元的無(wú)線電接收裝置、聲波接收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述示警 終端安裝在所在列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)控制處理設(shè)備的各信號(hào)輸出端中，有一個(gè)信號(hào)輸出端接入所在列車的制動(dòng)系統(tǒng)和/或自動(dòng)運(yùn)打保護(hù)系統(tǒng)。
4.4、根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng),其特征在于所述防撞通信單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源，所述不間斷電源的電源輸入端接到所在列車的供電輸出端，其供電端接到本單元的無(wú)線電發(fā)射裝置、無(wú)線電接收裝置、聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號(hào)控制處理設(shè)備的電源輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法，其特征在于 每輛列車?yán)脽o(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射聲波測(cè)距信號(hào)； 每輛列車?yán)脽o(wú)線電接收裝置接收其它列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)，利用聲波接收裝置接收其它列車發(fā)射的聲波測(cè)距信號(hào)； 每輛列車在收到另一列車發(fā)射的無(wú)線電波參考信號(hào)及聲波測(cè)距信號(hào)時(shí)，即根據(jù)該兩個(gè)信號(hào)的接收時(shí)差，結(jié)合無(wú)線電波及聲波的傳播速度，利用信號(hào)控制處理設(shè)備計(jì)算出兩車之間的間距，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷兩車之間的間距是否小于安全距離； 如果判斷出兩車之間的間距小于安全距離，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的示警終端輸出預(yù)警信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法,其特征在于每輛列車先利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，利用無(wú)線電接收裝置接收其他列車發(fā)射的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)，并在收到其他列車發(fā)來(lái)的無(wú)線電波探測(cè)信號(hào)后，再利用無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)無(wú)線電波參考信號(hào)，并同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)聲波測(cè)距信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法,其特征在于每輛列車?yán)脽o(wú)線電發(fā)射裝置間歇發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)，并在每次發(fā)射無(wú)線電波參考信號(hào)的同時(shí)利用聲波發(fā)射裝置發(fā)射一個(gè)聲波測(cè)距信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法,其特征在于每輛列車如果判斷出本車與前車之間的間距小于安全距離，信號(hào)控制處理設(shè)備即向本車的制動(dòng)系 統(tǒng)輸出制動(dòng)信號(hào)，使本車的制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施制動(dòng)操作，或向本車的保護(hù)系統(tǒng)輸出限速信號(hào)，使本車的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)本車實(shí)施限速操作。
全文摘要
一種基于聲波和電磁波的列車防撞系統(tǒng)及其防撞方法，涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是提高列車行駛安全性的技術(shù)問(wèn)題。該系統(tǒng)包括多個(gè)防撞通信單元，各防撞通信單元分別安裝在各列車上；所述防撞通信單元包括一無(wú)線電發(fā)射裝置、一無(wú)線電接收裝置、一聲波發(fā)射裝置、一聲波接收裝置、一信號(hào)控制處理設(shè)備、一示警終端；每輛列車接收其他列車同時(shí)發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)及聲波信號(hào)，并根據(jù)兩種信號(hào)的接收時(shí)差評(píng)估列車間的間距，根據(jù)評(píng)估結(jié)果判斷碰撞風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法，能降低列車碰撞風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)B61L23/34GK102756747SQ201210270339
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者葉青華, 周文晉, 李曉東, 管魯陽(yáng), 鄭成詩(shī) 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院, 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所