基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法
【專利摘要】一種基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法，涉及軌道交通【技術(shù)領域】，所解決的是提高列車行駛安全性的技術(shù)問題。該系統(tǒng)包括多個防撞通信單元，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壓力波采集裝置、一無線信號發(fā)射裝置、一無線信號接收裝置、一信號控制處理設備、一示警終端；每輛列車從車身周邊采集并存儲隧道內(nèi)的壓力波信號，將當前時刻所采集的壓力波信號的信號特征發(fā)送給后車，后車根據(jù)本車與前車采集到的同一壓力波信號的采集時間差估算出本車與前車之間的間距，再根據(jù)估算結(jié)果適時采取相應防撞措施。本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法，能降低隧道內(nèi)的列車碰撞風險。
【專利說明】基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通技術(shù)，特別是涉及一種基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道交通列車的運行安全，關(guān)系著乘客的生命財產(chǎn)安全，同時也是線路高效運營的前提。列車交通網(wǎng)絡中的各列車在運行過程中，前后列車之間保持一定的距離是行車安全的基本前提?，F(xiàn)有的列車交通網(wǎng)絡都采用(準)移動或傳統(tǒng)的固定閉塞、聯(lián)鎖等機制來控制網(wǎng)絡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，也缺乏自主探測與前后車之間間距的手段，因此一旦這些控制機制因各種原因引起的故障或疏漏而失效時，會將列車置于嚴重的碰撞風險中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能提高列車在隧道內(nèi)行駛安全性的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡，其特征在于:該系統(tǒng)包括多個防撞通信單元，所述防撞通信單元的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡中的列車數(shù)量一致，每個防撞通信單元對應一輛列車，并安裝在對應列車上；
所述防撞通信單元包括一用于采集隧道壓力波的壓力波采集裝置、一用于發(fā)射無線預警信號的無線信號發(fā)射裝置、一用于接收無線預警信號的無線信號接收裝置、一信號控制處理設備、一示警終端；
所述信號控制處理設備設有多個信號輸入端及多個信號輸出端，其中的兩個信號輸入端分別連接本單元的壓力波采集裝置、無線信號接收裝置，其中的兩個信號輸出端分別連接本單元的無線信號發(fā)射裝置、示警終端。
[0005]進一步的，所述示警終端安裝在所在列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設有示警信息發(fā)生部件。
[0006]進一步的，所述信號控制處理設備的各信號輸出端中，有一個信號輸出端接入所在列車的制動系統(tǒng)和/或自動運打保護系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明所提供的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的預警方法，其特征在于: 每輛列車在隧道內(nèi)行駛時，利用壓力波采集裝置從車身周邊采集隧道內(nèi)的壓力波信號，并存儲壓力波信號的采集數(shù)據(jù)及其采集時間點；
每輛列車利用信號控制處理設備控制無線信號發(fā)射裝置向后方列車發(fā)送無線示警信號，所述無線示警信號中包含有當前時刻所采集的壓力波信號的信號特征；
每輛列車利用無線信號接收裝置接收前車發(fā)送的無線示警信號，并在收到前車發(fā)送的無線示警信號后，將該無線示警信號中包含的壓力波信號的信號特征作為前車壓力波信號特征，利用信號控制處理設備將前車壓力波信號特征，與自身儲存的歷史壓力波信號的相應信號特征進行比對，如果在自身儲存的歷史壓力波信號中，找到與前車壓力波信號特征相匹配的歷史壓力波信號，則根據(jù)兩者之間的采集時間差，再結(jié)合本車的歷史車速，估算出本車與前車之間的間距；
如果估算出本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即利用信號控制處理設備控制本車示警終端發(fā)出示警信息；
所述安全距離閾值是由信號控制處理設備預先設定的固定值，或是由信號控制處理設備根據(jù)預先設定的固定值及本車行進速度計算出來的變量值。
[0008]進一步的，每輛列車向后方列車發(fā)送的無線示警信號還包含有記錄至當前時刻的一段歷史時長內(nèi)的本車歷史車速和/或本車歷史行駛距離；
每輛列車在估算與前車之間的間距時，還結(jié)合了無線示警信號中包含的前車歷史車速和/或前車歷史行駛距離。
[0009]進一步的，如果估算出本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即利用信號控制處理設備向本車的制動系統(tǒng)輸出制動信號，使本車的制動系統(tǒng)對本車實施制動操作，或向本車的保護系統(tǒng)輸出限速信號，使本車的保護系統(tǒng)對本車實施限速操作。
[0010]本發(fā)明提供的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)及其預警方法，每輛列車利用壓力波采集裝置從車身周邊采集隧道內(nèi)的壓力波信號，由于列車在隧道內(nèi)行駛過程中經(jīng)過非連續(xù)腔體時形成的壓力波會沿隧道朝向列車前方快速的傳播，其傳播速度要遠大于列車行進速度，且傳播距離很長，信噪比也極佳，后車可根據(jù)本車與前車采集到的同一壓力波信號的采集時間差估算出本車與前車之間的間距，使后車能根據(jù)估算結(jié)果采取相應防撞措施，能提高列車在隧道內(nèi)行駛的安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)中的防撞通信單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實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，均應列入本發(fā)明的保護范圍。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明實施例所提供的一種基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車I的列車交通網(wǎng)絡，其特征在于:該系統(tǒng)包括多個防撞通信單元2，所述防撞通信單元2的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡中的列車I數(shù)量一致，每個防撞通信單元2對應一輛列車1，并安裝在對應列車I上；
如圖2所示，本發(fā)明實施例中，所述防撞通信單元包括一用于采集隧道壓力波的壓力波采集裝置、一用于發(fā)射無線預警信號的無線信號發(fā)射裝置、一用于接收無線預警信號的無線信號接收裝置、一信號控制處理設備、一示警終端；
所述信號控制處理設備設有多個信號輸入端及多個信號輸出端，其中的兩個信號輸入端分別連接本單元的壓力波采集裝置、無線信號接收裝置，其中的兩個信號輸出端分別連接本單元的無線信號發(fā)射裝置、示警終端。
[0014]本發(fā)明實施例中，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。
[0015]本發(fā)明實施例中，所述信號控制處理設備的各信號輸出端中，有一個信號輸出端接入所在列車的制動系統(tǒng)和/或自動運打保護系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明實施例中，所述信號控制處理設備是單片機。
[0017]本發(fā)明實施例中，所述壓力波采集裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由前置放大器、信號調(diào)理器及至少一個傳聲器組成，所述傳聲器是電容傳聲器、壓電式傳聲器、電動傳聲器、駐極體傳聲器中的一種，或是其中的多種的組合。
[0018]本發(fā)明實施例實際應用時，所述壓力波采集裝置也可以采用能將壓力波轉(zhuǎn)化成電信號的其它換能裝置，比如壓力傳感器，或是帶低通濾波的聲波接收器。
[0019]本發(fā)明實施例中，所述無線信號發(fā)射裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由振蕩器、調(diào)制電路、無線電信號功率放大器和發(fā)射天線組成。
[0020]本發(fā)明實施例中，所述無線信號接收裝置為現(xiàn)有技術(shù)，由接收天線、接收放大器和解調(diào)電路組成。
[0021]本發(fā)明實施例所依據(jù)的原理是:當列車高速進出隧道時，或者經(jīng)過隧道連續(xù)空氣聲腔有明顯突變的部位，例如區(qū)間風井、救援通道口等時，均會形成具有一定幅度和波形特征的壓力波，其本質(zhì)上是列車行駛時在連續(xù)空氣聲腔突變處激發(fā)的沖擊載荷所形成的一種低頻脈沖聲波，分為壓縮波和負壓波兩種基本形式。每輛列車形成的壓力波會沿隧道朝向列車前方或后方以音速快速地傳播，要遠大于列車行進速度，且有效傳播距離很長，信噪比也很好。隧道中的壓力波直接體現(xiàn)了列車存在和快速行駛特征，可以通過時延檢測用來幫助判斷可能互相接近的列車之間的間距，因此可以用作列車接近預警，預防碰撞危險的發(fā)生。
[0022]本發(fā)明實施例的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的種預警方法，其特征在于:
每輛列車在隧道內(nèi)行駛時，利用壓力波采集裝置從車身周邊采集隧道內(nèi)的壓力波信號，并存儲壓力波信號的采集數(shù)據(jù)及其采集時間點，每輛列車當前時刻所采集的壓力波信號可能是本車經(jīng)過非連續(xù)腔體時形成的，也可能是由后方列車經(jīng)過非連續(xù)腔體時形成的向前傳播的壓力波信號(后車形成的壓力波信號的傳播速度為音速，要遠大于列車行進速度，因此能被前方列車迅速采集到);
每輛列車利用信號控制處理設備控制無線信號發(fā)射裝置向后方列車發(fā)送無線示警信號，所述無線示警信號中包含有當前時刻所采集的壓力波信號的信號特征；
每輛列車利用無線信號接收裝置接收前車發(fā)送的無線示警信號，并在收到前車發(fā)送的無線示警信號后，將該無線示警信號中包含的壓力波信號的信號特征作為前車壓力波信號特征，利用信號控制處理設備將前車壓力波信號特征，與自身儲存的歷史壓力波信號的相應信號特征進行比對，如果在自身儲存的歷史壓力波信號中，找到與前車壓力波信號特征相匹配的歷史壓力波信號，則根據(jù)兩者(即前車壓力波信號特征，及與前車壓力波信號特征相匹配的歷史壓力波信號)之間的采集時間差，再結(jié)合本車的歷史車速，估算出本車與前車之間的間距；
如果估算出本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即利用信號控制處理設備控制本車示警終端發(fā)出示警信息，并向本車的制動系統(tǒng)輸出制動信號，使本車的制動系統(tǒng)對本車實施制動操作，或向本車的保護系統(tǒng)輸出限速信號，使本車的保護系統(tǒng)對本車實施限速操作；
所述安全距離閾值是由信號控制處理設備預先設定的固定值，或是由信號控制處理設備根據(jù)預先設定的固定值及本車行進速度計算出來的變量值。
[0023]本發(fā)明實施例中，每輛列車向后方列車發(fā)送的無線示警信號還包含有記錄至當前時刻的一段歷史時長內(nèi)的本車歷史車速和/或本車歷史行駛距離；
每輛列車在估算與前車之間的間距時，還結(jié)合了無線示警信號中包含的前車歷史車速和/或前車歷史行駛距離。
[0024]本發(fā)明實施例中，將前車壓力波信號特征與歷史壓力波信號進行比對時，所依據(jù)的壓力波信號特征是時域特征和/或頻域特征，實際應用時也可以采用模式識別方法進行壓力波信號比對。
[0025]本發(fā)明實施例中，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。
[0026]本發(fā)明實施例適合應用在包含隧道的軌道交通線路，幫助預防隧道內(nèi)列車非正常接近風險的發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1.一種基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡，其特征在于:該系統(tǒng)包括多個防撞通信單元，所述防撞通信單元的數(shù)量與列車交通網(wǎng)絡中的列車數(shù)量一致，每個防撞通信單元對應一輛列車，并安裝在對應列車上； 所述防撞通信單元包括一用于采集隧道壓力波的壓力波采集裝置、一用于發(fā)射無線預警信號的無線信號發(fā)射裝置、一用于接收無線預警信號的無線信號接收裝置、一信號控制處理設備、一示警終端； 所述信號控制處理設備設有多個信號輸入端及多個信號輸出端，其中的兩個信號輸入端分別連接本單元的壓力波采集裝置、無線信號接收裝置，其中的兩個信號輸出端分別連接本單元的無線信號發(fā)射裝置、示警終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(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)，示警終端上設有示警信息發(fā)生部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)，其特征在于:所述信號控制處理設備的各信號輸出端中，有一個信號輸出端接入所在列車的制動系統(tǒng)和/或自動運行保護系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的預警方法，其特征在于: 每輛列車在隧道內(nèi)行駛時，利用壓力波采集裝置從車身周邊采集隧道內(nèi)的壓力波信號，并存儲壓力波信號的采集數(shù)據(jù)及其采集時間點； 每輛列車利用信號控制處理設備控制無線信號發(fā)射裝置向后方列車發(fā)送無線示警信號，所述無線示警信號中包含有當前時刻所采集的壓力波信號的信號特征； 每輛列車利用無線信號接收裝置接收前車發(fā)送的無線示警信號，并在收到前車發(fā)送的無線示警信號后，將該無線示警信號中包含的壓力波信號的信號特征作為前車壓力波信號特征，利用信號控制處理設備將前車壓力波信號特征，與自身儲存的歷史壓力波信號的相應信號特征進行比對，如果在自身儲存的歷史壓力波信號中，找到與前車壓力波信號特征相匹配的歷史壓力波信號，則根據(jù)兩者之間的采集時間差，再結(jié)合本車的歷史車速，估算出本車與前車之間的間距； 如果估算出本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即利用信號控制處理設備控制本車示警終端發(fā)出示警信息； 所述安全距離閾值是由信號控制處理設備預先設定的固定值，或是由信號控制處理設備根據(jù)預先設定的固定值及本車行進速度計算出來的變量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的預警方法，其特征在于:每輛列車向后方列車發(fā)送的無線示警信號還包含有記錄至當前時刻的一段歷史時長內(nèi)的本車歷史車速和/或本車歷史行駛距離； 每輛列車在估算與前車之間的間距時，還結(jié)合了無線示警信號中包含的前車歷史車速和/或前車歷史行駛距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于隧道壓力波的列車接近預警系統(tǒng)的預警方法，其特征在于:如果估算出本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即利用信號控制處理設備向本車的制動系統(tǒng)輸出制動信號，使本車的制動系統(tǒng)對本車實施制動操作，或向本車的保護系統(tǒng)輸出限速信號，使本車的保護系統(tǒng)對本車實施限速操作。
【文檔編號】B61L23/34GK104228879SQ201410489005
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】周巧蓮, 金碧筠, 周文晉, 畢艷祥, 李曉東 申請人:中國科學院上海高等研究院, 上海申通軌道交通研究咨詢有限公司, 上海申通地鐵集團有限公司