一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)及防撞方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)及防撞方法，防撞系統(tǒng)主要包括信號發(fā)送裝置、信號接收裝置、車輛接口模塊、輔助傳感模塊、車載主機(jī)、電源盒供電電路、駕駛室防撞示警終端和自檢和故障診斷模塊；防撞方法包括同步進(jìn)行的信號發(fā)送和采集過程，通過收發(fā)合制發(fā)送并采集信號，信號處理單元實(shí)時(shí)進(jìn)行信號檢測測距，在到達(dá)報(bào)警距離時(shí)，由預(yù)警顯示終端使用蜂鳴器進(jìn)行聲頻報(bào)警。其中收發(fā)合制技術(shù)采用信號發(fā)射裝置和信號接收裝置共用同一傳感器的技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)雙向測距，測距精度較高。
【專利說明】一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)及防撞方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市軌道交通信號系統(tǒng)，尤其是涉及一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)和防撞方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。
[0003]城市軌道交通信號系統(tǒng)通常由列車自動控制系統(tǒng)(Automatic Train Control,簡稱ATC)組成，ATC系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng):列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱ATS)、列車自動防護(hù)子系統(tǒng)(簡稱ATP )、列車自動運(yùn)行系統(tǒng)(簡稱ATO )。
[0004]三個(gè)子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。
[0005]其中，ATP子系統(tǒng)的功能是列車運(yùn)行進(jìn)行超速防護(hù)，實(shí)現(xiàn)列車位置檢測，保證列車見得安全間隔，保證列車在安全速度下運(yùn)行，完成信號顯示、故障報(bào)警、降級提示、列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸入等。ATC系統(tǒng)需設(shè)置行車控制中心，沿線設(shè)置連鎖控制站，列車上安裝有車載控制設(shè)備?？刂浦行呐c控制站通過有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)鏈接，控制中心與列車可依靠軌道電路、地面應(yīng)答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地面設(shè)施進(jìn)行信息交換。
[0006]ATC系統(tǒng)在受到環(huán)境干擾、人為失誤或設(shè)備缺陷等因素的影響而出現(xiàn)故障時(shí)，無法完全避免列車相互沖突碰撞的可能。目前的列車車載控制設(shè)備僅能依靠軌道電路、地面應(yīng)答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地面設(shè)施提供的信號獲取當(dāng)前線路的信息，還不能直接獲取附近其它列車的位置、速度等信息。一旦這些地面列車運(yùn)行控制設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)行車調(diào)度錯誤，互相靠近的列車之間不能及時(shí)有效地獲取對方的狀態(tài)，列車司機(jī)無法保證列車之間的安全距離，就有可能引發(fā)列車相撞的惡性事故。因此，在相互接近的列車之間及時(shí)地交換行駛狀態(tài)等信息，對于列車的運(yùn)行安全具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)和防撞方法，基于聲傳播技術(shù)和信號檢測技術(shù)，利用車載設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車之間的實(shí)時(shí)識別、測距和定位，達(dá)到防撞預(yù)警，從而在信號系統(tǒng)缺失的極端情況下保障行車安全。
[0008]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的列車車載控制設(shè)備僅能依靠軌道電路、地面應(yīng)答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地面設(shè)施提供的信號獲取當(dāng)前線路的信息，還不能直接獲取附近其它列車的位置、速度等信息的缺陷。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括車內(nèi)設(shè)備和車外設(shè)備；所述車外設(shè)備設(shè)于司機(jī)室外部，包括信號發(fā)送裝置、信號接收裝置、車輛接口模塊、輔助傳感模塊；所述車內(nèi)設(shè)備設(shè)于司機(jī)室內(nèi)部，包括車載主機(jī)、電源盒供電電路、駕駛室防撞示警終端、自檢和故障診斷模塊。
[0010]所述信號發(fā)送裝置和信號接收裝置共用同一傳感器。
[0011]地鐵輔助防撞系統(tǒng)的防撞方法，所述方法采用應(yīng)答探測方式，前、后列車通過聲信號的發(fā)送和接收建立應(yīng)答機(jī)制，主要包括以下步驟:
1)后車通過聲信號發(fā)送裝置發(fā)出聲脈沖；
2)前車聲信號接收裝置接收信號，系統(tǒng)判斷后，通過聲信號發(fā)送裝置向后車發(fā)射應(yīng)答
聲信號;
3)后車聲信號接收裝置獲得前車應(yīng)答的聲信號；
4)后車的車載主機(jī)通過分析前車的應(yīng)答信號判斷前車位置、相對車速；
5)后車受控駕駛室內(nèi)的防撞示警終端實(shí)時(shí)指控前車車況，有碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)為駕駛員提供預(yù)設(shè)的指示。
[0012]所述的防撞方法中車載主機(jī)確定前車位置的方式是通過計(jì)算發(fā)送調(diào)制聲脈沖到前車的應(yīng)答信號的時(shí)間差A(yù)t，通過S=v.At計(jì)算兩車之間的相對距離；所述V為聲速，所述At中未計(jì)入延遲時(shí)間。
[0013]信號的發(fā)送和接收裝置是由收發(fā)合制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，收發(fā)合制技術(shù)是采用信號發(fā)射裝置和信號接收裝置共用同一傳感器的技術(shù)。信號的發(fā)送和接收裝置用于判斷采集到的數(shù)據(jù)是否為對車發(fā)送的信號，如果是則計(jì)算出前后車的相對速度，并通知輔助傳感模塊進(jìn)行測距，可以實(shí)現(xiàn)前后列車均可以計(jì)算兩車距離。駕駛室防撞示警終端在前后列車車距在安全距離以外時(shí)，進(jìn)行聲頻示警，提醒司機(jī)迅速做好剎車等防撞操作，避免撞車事件的發(fā)生。地鐵輔助防撞預(yù)警系統(tǒng)軟件顯示終端能夠與處理單元通信，接收來自處理單元的數(shù)據(jù)，在有效預(yù)警距離內(nèi)實(shí)時(shí)顯示本車與前車之間的距離。通過串口與系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行通信，并通過另外一個(gè)串口與串口屏進(jìn)行通信，將按鍵狀態(tài)，接收的列車距離，車速，狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并顯示RTC時(shí)間。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:地鐵輔助防撞系統(tǒng)隨車安裝，可實(shí)現(xiàn)同軌道臨近列車之間直接的雙向數(shù)據(jù)交互通信，可以實(shí)時(shí)雙向測距，及測試兩車間相對速度及行車速度。必要時(shí)終端向司機(jī)發(fā)出示警信號。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便，能使列車及時(shí)了解到同行軌道上列車的行駛位置，可以提高列車行駛的安全性，大大減少撞車事件的發(fā)生概率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為地鐵列車輔助防撞系統(tǒng)構(gòu)建示意圖。
[0016]圖2為地鐵列車輔助防撞系統(tǒng)設(shè)備組成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，地鐵輔助防撞系統(tǒng)采用如下的技術(shù)方案:防撞系統(tǒng)包括車內(nèi)設(shè)備和車外設(shè)備；所述車外設(shè)備設(shè)于司機(jī)室外部，包括信號發(fā)送裝置、信號接收裝置、車輛接口模塊、輔助傳感模塊；所述車內(nèi)設(shè)備設(shè)于司機(jī)室內(nèi)部，包括車載主機(jī)、電源盒供電電路、駕駛室防撞示警終端、自檢和故障診斷模塊。信號的發(fā)送和接收模塊是由收發(fā)合制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，收發(fā)合制技術(shù)是采用信號發(fā)射裝置和信號接收裝置共用同一傳感器的技術(shù)；信號的發(fā)送和接收模塊用于判斷采集到的數(shù)據(jù)是否為對車發(fā)送的信號，如果是則計(jì)算出前后車的相對速度，并通知輔助傳感模塊進(jìn)行測距，實(shí)現(xiàn)前后列車均可以計(jì)算兩車距離。駕駛室防撞示警終端在前后列車車距在安全距離以外時(shí)，進(jìn)行聲頻示警，提醒司機(jī)迅速做好剎車等防撞操作，避免撞車事件的發(fā)生。
[0019]本發(fā)明主要包括三個(gè)方面的功能，首先是最基本的雙向測距功能。本系統(tǒng)采用發(fā)送應(yīng)答方式進(jìn)行測距。被測距的兩列車分別為詢問方和應(yīng)答方，可以同時(shí)測距，前后車都可以顯示兩車距離。在兩車距離較遠(yuǎn)(大于50米)的距離時(shí)，兩車測距精度誤差在I米以內(nèi)。由于應(yīng)答方和詢問方都可以實(shí)時(shí)測距，所以應(yīng)答方算法處理和詢問方更接近。不同點(diǎn)在于詢問方首先發(fā)送信號，而應(yīng)答方在檢測到信號時(shí)發(fā)送初始幅度脈寬的信號，再次檢測到信號后根據(jù)距離自適應(yīng)應(yīng)答信號脈寬，幅度。系統(tǒng)采用收發(fā)合制技術(shù)，收發(fā)合制技術(shù)采用信號發(fā)射裝置和信號接收裝置共用同一傳感器的技術(shù)。
[0020]其次，系統(tǒng)通過串口屏可以實(shí)時(shí)顯示列車狀態(tài)，除了測距，還包括車速，方向，模式，ATP狀態(tài)，是否受控。由于地鐵可能運(yùn)行與不同軌道，有上下行之分。為了避免不同軌道上的地鐵防撞系統(tǒng)互不干擾，上下行軌道發(fā)送不同頻段測距信號，系統(tǒng)根據(jù)上下行來發(fā)送不同頻段的詢問和應(yīng)答信號，串口屏顯示的方向即為上下行。工作模式包括手動模式和自動模式。ATP切除時(shí)，開啟報(bào)警。
[0021]最后，系統(tǒng)可根據(jù)兩車距離進(jìn)行不同顏色指示燈示警和聲頻報(bào)警。設(shè)備啟動且自檢無故障則指示燈常亮，有故障指示燈則以固定間隔閃爍，開機(jī)和故障指示燈為綠色；車距300米至600米時(shí)閃爍燈常亮，警示指示燈為黃色；車距小于300米，紅色危險(xiǎn)指示燈閃爍；200-300米，每隔2s聲頻報(bào)警；100-200米，每隔Is聲頻報(bào)警；50_100米，間隔500ms聲頻報(bào)警；50米之內(nèi)不間斷鳴叫。報(bào)警設(shè)定默認(rèn)為“自動”，此時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)ATP和方向設(shè)定JnATP未切除，系統(tǒng)不主動測距，報(bào)警設(shè)定按鍵燈長亮，屏幕可關(guān)閉，但通過確認(rèn)按鍵可喚醒屏幕，I分鐘內(nèi)無操作后再次關(guān)閉。報(bào)警設(shè)定為“關(guān)”時(shí)，系統(tǒng)不主動測距，報(bào)警設(shè)定按鍵燈長亮，屏幕可關(guān)閉，但通過確認(rèn)按鍵可喚醒，I分鐘內(nèi)無操作后再次關(guān)閉；報(bào)警設(shè)定為“開”時(shí)，系統(tǒng)強(qiáng)行工作，ATP不切除也工作，同時(shí)響應(yīng)“方向設(shè)定”。
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]地鐵列車輔助防撞系統(tǒng)的構(gòu)架示意圖如圖1所示。每列車頭、尾兩端各設(shè)一套獨(dú)立的設(shè)備，頭尾兩套設(shè)備完全相同，每套設(shè)備由車內(nèi)、車外設(shè)備組成。司機(jī)室外設(shè)備包括信號發(fā)送和接收裝置、車輛接口模塊、輔助傳感模塊(包括測向傳感器等)。司機(jī)室內(nèi)設(shè)備包括系統(tǒng)主機(jī)、電源、顯示和防撞示警終端、自檢和故障診斷模塊。所述信號發(fā)送裝置和信號接收裝置共用同一傳感器，采用了收發(fā)合制技術(shù)。
[0024]如圖2，地鐵列車輔助防撞系統(tǒng)采用每套車頭車尾設(shè)備包含相同的硬件設(shè)備和軟件的方式，硬件設(shè)備由3個(gè)核心工作裝置，2個(gè)輔助功能模塊，I個(gè)示警終端，以及電源等幾個(gè)主要部分組成，具體包括:信號發(fā)送裝置，信號接收裝置，系統(tǒng)主機(jī)，輔助傳感模塊，自檢和故障診斷模塊，駕駛室防撞示警終端，電源盒供電電路。
[0025]地鐵輔助防撞系統(tǒng)采用應(yīng)答探測方式，前、后列車通過聲信號的發(fā)送和接收建立應(yīng)答機(jī)制。主要工作步驟是:
1)后車通過聲信號發(fā)送裝置發(fā)出聲脈沖；
2)前車聲信號接收裝置接收信號，系統(tǒng)判斷后，通過聲信號發(fā)送裝置后車發(fā)射應(yīng)答聲信號;
3)后車聲信號接收裝置獲得前車應(yīng)答的聲信號；
4)后車的控制盒信號處理裝置通過分析前車應(yīng)答信號判斷前車位置、相對車速等車況；確定前車位置的方式主要通過計(jì)算發(fā)送調(diào)制聲脈沖到前車的應(yīng)答信號的時(shí)間差M，通過S=V ΔΙ估算兩車之間的相對距離(其中V為聲速，Δ?未計(jì)入延遲時(shí)間);
5)后車受控駕駛室內(nèi)的防撞示警終端實(shí)時(shí)指控前車車況，有碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)為駕駛員提供預(yù)設(shè)的指示。`
【權(quán)利要求】
1.一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)，其特征在于所述防撞系統(tǒng)包括車內(nèi)設(shè)備和車外設(shè)備；所述車外設(shè)備設(shè)于司機(jī)室外部，包括信號發(fā)送裝置、信號接收裝置、車輛接口模塊、輔助傳感模塊；所述車內(nèi)設(shè)備設(shè)于司機(jī)室內(nèi)部，包括車載主機(jī)、電源盒供電電路、駕駛室防撞示警終端、自檢和故障診斷模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)，其特征在于所述信號發(fā)送裝置和信號接收裝置共用同一傳感器。
3.—種如權(quán)利要求1所述的地鐵輔助防撞系統(tǒng)的防撞方法，其特征在于所述方法采用應(yīng)答探測方式，前、后列車通過聲信號的發(fā)送和接收建立應(yīng)答機(jī)制，所述方法主要包括以下步驟: 1)后車通過聲信號發(fā)送裝置發(fā)出聲脈沖； 2)前車聲信號接收裝置接收信號，系統(tǒng)判斷后，通過聲信號發(fā)送裝置向后車發(fā)射應(yīng)答聲信號; 3)后車聲信號接收裝置獲得前車應(yīng)答的聲信號； 4)后車的車載主機(jī)通過分析前車的應(yīng)答信號判斷前車位置、相對車速； 5)后車受控駕駛室內(nèi)的防撞示警終端實(shí)時(shí)指控前車車況，有碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)為駕駛員提供預(yù)設(shè)的指示。
4.如權(quán)利要求2所述的一種地鐵輔助防撞系統(tǒng)的防撞方法,其特征在于所述方法中車載主機(jī)確定前車位置的方式是通過計(jì)算發(fā)送調(diào)制聲脈沖到前車的應(yīng)答信號的時(shí)間差A(yù)t，通過S=v.At計(jì)算兩車之間的相對距離；所述V為聲速，所述At未計(jì)入延遲時(shí)間。
【文檔編號】B61L23/34GK103818406SQ201310562396
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】薛燕, 馮海泓, 胡曉城 申請人:嘉興中科聲學(xué)科技有限公司