專利名稱：一種判別列車運行方向的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于軌道交通技術領域，涉及一種在不依賴列車現(xiàn)有設備如運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝置等情況下也能夠判別列車運行方向的方法。
背景技術：
列車中某些設備經常需要確定列車的運行方向，即告知列車是往上行方向走行，還是往下行方向走行，以確定正確的工作模式和參數(shù)配置。有些場合需要人工輸入列車上行或下行走行方向，典型的例子如鐵路機車信號設備，需要司機人工判定并根據(jù)判斷結果手工扳動“上行”或“下行”模式開關。一旦扳動錯誤，將會出現(xiàn)機車信號工作模式和機車實際工況不匹配，輕則工作異常，重則信號顯示錯誤，甚至可能導致發(fā)生行車事故，危及司機和旅客的生命安全。在該種作業(yè)過程中，列車運行方向完全依賴于人為判斷，增加了司機的勞動強度，而且頻繁的人工操作也使人為失誤率大大增加。在另外一些場合，需由信號系統(tǒng)的車載設備完成列車上下行走行方向的自動判定工作，此時若信號系統(tǒng)工作正常，則無需人工判定。而一旦信號系統(tǒng)發(fā)生故障而切除，那么列車運行方向就需要由司機進行人工判斷確認。在人工判斷過程中，極有可能因司機對線路狀況不熟悉等不確定的人為因素，出現(xiàn)對列車運行方向判斷的失誤，從而危及列車的運行安全。此外，列車上有些新增設備往往需要列車運行方向信息。該方向信息可以直接從列車信號系統(tǒng)獲取，但需改動列車信號系統(tǒng)，存在一定的安全風險。因此，通常情況下進行列車信號系統(tǒng)的改動工作需要非常嚴格的安全評估和審核，以確保不影響信號系統(tǒng)的正常工作，且工程實施非常不便。通過檢索相關專利，發(fā)現(xiàn)2007年3月21日公開的公開號為1931647的中國專利“一種利用機車行車和安全信息自動判斷上下行的機車信號系統(tǒng)”中，機車信號通過機車上所安裝的機車行車和安全信息綜合監(jiān)測裝置以及列車運行監(jiān)控記錄裝置輸出數(shù)據(jù)中的信號機公里標、車次、降級狀態(tài)、調車狀態(tài)、區(qū)段號、機車工況信息和機車運行的交路區(qū)段數(shù)據(jù)來自動判斷機車運行區(qū)段的上、下行，然后再根據(jù)所判斷的上、下行進行載頻切換和準確的機車信號譯碼。2008年8月27日公開的公開號為101249836的中國專利“機車信號中自動判斷上下行的方法”描述了一種利用列車運行監(jiān)控記錄裝置信息自動判斷上、下行并且進行載頻鎖閉和切換的機車信號系統(tǒng)，機車信號主機通過實時采集列車運行監(jiān)控記錄裝置所送出的機車運行區(qū)段所對應的地面軌道電路的載頻信息自動判斷機車信號譯碼的上、下行狀態(tài)，然后再根據(jù)所判斷的上、下行對譯碼載頻進行鎖閉和切換處理，從而進行準確的機車信號譯碼并防止鄰線干擾的侵入對機車信號譯碼的影響。以上專利均需依賴列車原有設備，包括運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合監(jiān)測裝置，實際應用時會受到較多限制。綜上所知，能夠在不借助列車原有設備如運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝置等情況下判斷列車的運行方向是現(xiàn)有技術中有待解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種在不依賴列車原有設備包括運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝置等的情況下能夠判別列車運行方向的方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:一種判別列車運行方向的方法，包括以下步驟:(I)在列車上放置一個與大氣相通的空氣室，在所述空氣室中與鋼軌平行的方向的兩端分別放置一個發(fā)射聲波的發(fā)射裝置和一個接收聲波的接收裝置；(2)發(fā)射裝置向接收裝置發(fā)射聲波并記錄發(fā)射的時刻^，接收裝置接收所述聲波并記錄接收到所述聲波的時刻t2，實時測量空氣室內的空氣溫度T ；

(3)比較聲波的實際傳輸時間和列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間，根據(jù)比較結果判斷列車的運行方向。所述步驟(I)中的空氣室為一個帶孔容器。所述發(fā)射裝置與所述接收裝置所在直線與鋼軌平行。所述發(fā)射裝置發(fā)射特定頻率的聲波，所述接收裝置接收特定頻率范圍的聲波。所述步驟(3)中計算聲波的實際傳輸時間的公式為:t動=t2_ti其中，為所述聲波的實際傳輸時間，單位為秒。所述步驟(3)中計算列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間的方法為:計算聲波的傳播速度Vp則計算列車靜止時聲波的傳輸時間的公式為:t 靜=L/V 聲聲其中，L為所述發(fā)射裝置與所述接收裝置之間的距離，單位為米；v_的單位為米/秒為列車靜止時聲波從所述發(fā)射裝置傳遞到所述接收裝置所需的時間，單位為秒。所述計算聲波的傳輸速度V，的公式為:V _ =331.3+0.606 X T其中，表示聲波的傳播速度，單位為米/秒；T表示聲波傳輸時帶孔空氣室中空氣的溫度，單位為攝氏度。所述步驟(3)中根據(jù)比較結果判別列車的運行方向包括:當ta> t#時，列車的運行方向為從聲波發(fā)射裝置指向聲波接收裝置的方向；當七^“^時，列車的運行方向為從聲波接收裝置指向聲波發(fā)射裝置的方向；當t動4#時，列車處于靜止狀態(tài)由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術相比，該方法能夠在不依賴列車現(xiàn)有設備如運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝置等情況下，準確判別列車運行方向，避免人為確認帶來的不確定因素對列車運行方向判斷的錯誤及由此帶來的不安全性，同時也減輕了工作人員的工作負擔，提高了行車安全性。


圖1本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車上行運行與下行運行的對照示意圖；圖2本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車上行運行時方向判別h時刻與t2時刻列車位置的對照示意圖；圖3本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車下行運行時方向判別h時刻與t2時刻列車位置的對照示意圖；圖4本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車中帶孔空氣室反向安裝時所在列車上行運行與下行運行的對照示意圖；圖5本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車中帶孔空氣室反向安裝時所在列車上行運行時方向判別時A時刻與t2時刻列車位置的對照示意圖；圖6本發(fā)明實施例中判別列車運行方向的方法所在列車中帶孔空氣室反向安裝時所在列車下行運行時方向判別時A時刻與t2時刻列車位置的對照示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明判別列車運行方向的方法旨在不依賴列車原有設備如運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝 置的情況下判斷列車的運行方向。具體步驟如下:(I)在列車上放置一個與大氣相通的空氣室，在該空氣室中沿著與鋼軌平行的方向的兩端分別放置一個發(fā)射聲波的發(fā)射裝置和一個接收聲波的接收裝置，聲傳播方向與鋼軌平行；(2)發(fā)射裝置向接收裝置發(fā)射聲波并記錄發(fā)射的時刻^，接收裝置接收聲波并記錄接收到聲波的時刻t2，實時檢測空氣室內的空氣溫度T ；(3)比較聲波的實際傳輸時間和列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間，根據(jù)比較結果判斷列車的運行方向。上述步驟(I)中的空氣室與大氣相通的目的是保證空氣室內的空氣是靜止的而不是跟隨列車運動的，若采用帶孔的空氣室則不僅能夠保證空氣室內空氣與大氣相通，而且能夠消除列車運行時周圍空氣的干擾，減小方向判別的誤差，因此這里選擇空氣室為一個帶孔的長方體容器。同時，為了保證判斷結果的準確性，發(fā)射裝置與接收裝置所在直線與列車走向或鋼軌的方向一致，以保證聲波的傳播方向與列車走行方向平行。同時，上述步驟(I)中發(fā)送裝置發(fā)送特定頻率的聲波，接收裝置也只接收特定頻率范圍內的聲波，使得只有符合特定頻率的信號通過，其他頻率信號被濾除，消除了其他頻率信號的干擾。上述步驟(3)還包括:(31)計算聲波的傳輸時間:t動(I) (I)其中，指的是聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸時間，單位為秒(S)。(32)計算聲波的傳播速度:V聲=331.3+0..606XT (2) (2)其中，表示聲波的傳播速度，單位為米/秒(m/s) ;T表示帶孔空氣室中空氣的在時刻的溫度，單位為攝氏度(°C)。
(33)計算列車靜止時聲波從發(fā)射處到接收處的傳輸時間:t靜=L + v聲(3) (3)其中，為列車靜止時聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸時間，單位為秒(s) ；L為發(fā)射裝置與接收裝置的距離，單位為米U)。(34)通過比較、與來判斷列車的運行方向。上述步驟(34)中通過比較、與來判斷列車的運行方向具體包括:當時，列車的運行方向為從發(fā)射裝置指向接收裝置的方向；當七^“^時，列車的運行方向為從接收裝置指向發(fā)射裝置的方向；當t動=t靜時，列車處于靜止狀態(tài)。以上判斷的根據(jù)是:當列車的運 行方向與聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸方向一致時，接收裝置也隨著列車朝著與聲波向接收裝置相同的方向運動，因此聲波的實際傳輸距離大于發(fā)射裝置與接收裝置的距離，而在相同溫度下聲波的傳播速率是相同的，故此時的實際傳輸時間大于列車靜止時聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸時間。同理，當列車的運行方向與聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸方向相反時，可以得出聲波的實際傳輸時間小于列車靜止時聲波從發(fā)射裝置到接收裝置的傳輸時間。列車的運行方向只有上行與下行方向，并且在列車運營過程中朝向不變，即不會掉頭行駛，所以列車均采用反向折返的方式改變運營方向，即列車兩端司機室中的一個只能作為一個運行方向的車頭，而另一個作為另一個運行方向的車頭；將上行方向的車頭定義為司機室TC1，下行方向的車頭定義為司機室TC2，如圖1至圖6所示。列車在投入運營后，列車朝向始終不變，即在上彳丁方向運彳丁時TCl端司機室始終在如，TC2端司機室始終在后；下彳丁方向運彳丁時TC2端司機室始終在如，TCl端司機室始終在后。這里將本發(fā)明判別列車運行方向的方法應用于如圖1至圖6所示的情形中進行分析。圖2所示為當列車運行方向為上行時的情況。以大地為參照物，列車向上行方向行駛，接收裝置也隨著列車以相同速率向上行方向運動。在h時刻開始方向判別，此時列車司機室TCl位于上行股道A點。發(fā)射裝置發(fā)射聲波，聲波在帶孔空氣室內向接收裝置傳播。聲波發(fā)出后，在空氣中反復振蕩并向前傳播，在t2時刻時接收裝置接收到該聲波，因此聲波的傳輸時間為t動測量空氣室內的空氣溫度T，計算此時的聲波傳播的速度為:V _=331.3+0.606XT0此時列車若是處于靜止狀態(tài)，聲波的傳輸時間為t#=L + v聲。由于接收裝置隨列車向上行方向運動，與聲波的傳輸方向相反，因此聲波的實際傳輸路徑的長度Ls小于發(fā)射裝置和接收裝置的間距L，顯然ta〈t#。因此，按圖1配置，若測量結果為，則判斷結果為列車往上行方向運行，SP列車的運行方向為從接收裝置指向發(fā)射裝置的方向，如圖2所示的情形。圖3所示為此時當列車運行方向為下行時的情況。以大地為參照物，列車向下行方向行駛，接收裝置也隨著以相同速率向下行方向運動。在t3時刻，列車司機室TCl位于下行股道C點，此時開始方向判別，發(fā)射裝置開始發(fā)射聲波，聲波在帶孔空氣室內向接收裝置傳播。同樣，根據(jù)公式(I)計算，根據(jù)公式(2)計算根據(jù)公式(3)計算t#。再比較七_與的大小，根據(jù)比較結果判別列車運行方向。由于此時接收裝置隨列車向下行方向運動，與聲波的傳輸方向相同，因此聲波的實際傳輸路徑長度Ls大于發(fā)射裝置和接收裝置的間距L，顯然ta>t#。因此，按圖1配置，若測量結果為，則列車往下行方向運行，即列車的運行方向為從發(fā)射裝置指向接收裝置的方向，如圖3所示的情形。圖4所示為帶孔空氣室以與圖1、圖2和圖3中相反的方向安裝在列車上的情形。發(fā)射裝置靠近司機室TC2，接收裝置靠近司機室TCl。圖5所示為帶孔空氣室反向安裝時列車運行在上行方向的情況。以大地為參照物，列車向上行方向行駛，接收裝置也隨著列車以相同速率向上行方向運動，列車運行方向與聲波的傳輸方向相同，因此聲波的實際傳輸路徑的長度Ls大于發(fā)射裝置和接收裝置的間距L，顯然計算結果，列車的運行方向為從發(fā)射裝置指向接收裝置的方向，即上行方向。圖6所示為帶孔空氣室反向安裝時列車運行在下行方向的情況。以大地為參照物，列車向下行方向行駛，接收裝置也隨著列車以相同速率向下行方向運動，列車運行方向與聲波的傳輸方向相反，因此聲波的實際傳輸路徑的長度Ls小于發(fā)射裝置和接收裝置的間距L，顯然計算結果，列車的運行方向為從接收裝置指向發(fā)射裝置的方向，即下行方向。綜上可知，該裝置能夠在不依賴于列車原有設備如運行監(jiān)控記錄裝置或機車行車和安全信息綜合檢測裝置的情況下準確判別列車的運行方向，避免了可能的人為誤判危及行車安全，同時也降低了工作人員的勞動強度，提高了行車安全性。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種判別列車運行方向的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在列車上放置一個與大氣相通的空氣室，在所述空氣室中與鋼軌平行的方向的兩端分別放置一個發(fā)射聲波的發(fā)射裝置和一個接收聲波的接收裝置； (2)發(fā)射裝置向接收裝置發(fā)射聲波并記錄發(fā)射的時刻h，接收裝置接收所述聲波并記錄接收到所述聲波的時刻t2，實時測量空氣室內的空氣溫度T ； (3)比較聲波的實際傳輸時間和列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間，根據(jù)比較結果判斷列車的運行方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的空氣室為一個帶孔容器。
3.根據(jù)權利要求1所 述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述發(fā)射裝置與所述接收裝置所在直線與鋼軌平行。
4.根據(jù)權利要求1所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述發(fā)射裝置發(fā)射特定頻率的聲波，所述接收裝置接收特定頻率范圍的聲波。
5.根據(jù)權利要求1所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述步驟(3)中計算聲波的實際傳輸時間的公式為: t 動 其中，為所述聲波的實際傳輸時間，單位為秒。
6.根據(jù)權利要求1所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述步驟(3)中計算列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間的方法為: 計算聲波的傳播速度Vp則計算列車靜止時聲波的傳輸時間的公式為: t靜=L/v聲 其中，L為所述發(fā)射裝置與所述接收裝置之間的距離，單位為米；v_的單位為米/秒；t 為列車靜止時聲波從所述發(fā)射裝置傳遞到所述接收裝置所需的時間，單位為秒。
7.根據(jù)權利要求5所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述計算聲波的傳輸速度V $的公式為:ν*=331.3+0.606XT 其中，表示聲波的傳播速度，單位為米/秒；Τ表示聲波傳輸時帶孔空氣室中空氣的溫度，單位為攝氏度。
8.根據(jù)權利要求1所述的判別列車運行方向的方法，其特征在于:所述步驟(3)中根據(jù)比較結果判別列車的運行方向包括: 當IaHll時，列車的運行方向為從聲波發(fā)射裝置指向聲波接收裝置的方向； 當七^“^時，列車的運行方向為從聲波接收裝置指向聲波發(fā)射裝置的方向； 當七動4#時，列車處于靜止狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種判別列車運行方向的方法，屬于軌道交通技術領域。該方法包括以下步驟(1)在列車上放置一個與大氣相通的空氣室，在該空氣室的前后兩端分別放置一個發(fā)射聲波的發(fā)射裝置和一個接收聲波的接收裝置；(2)發(fā)射裝置向接收裝置發(fā)射聲波并記錄時刻t1，接收裝置接收聲波并記錄時刻t2，實時測量空氣室內的空氣溫度T；(3)比較聲波的實際傳輸時間和列車靜止狀態(tài)下聲波的傳輸時間，根據(jù)比較結果判斷列車的運行方向。該方法在不依賴列車原有設備如運行監(jiān)控記錄裝置、機車行車和安全信息綜合檢測裝置等情況下，能夠判別列車的運行方向，避免人為誤判而危及行車安全，同時也減輕了工作人員的工作負擔，提高了行車安全性。
文檔編號B61L25/00GK103213603SQ201310100829
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者沈拓, 歐冬秀, 韋樂香, 袁志鵬 申請人:同濟大學