本實用新型涉及一種軌道交通列車自動控制領(lǐng)域，特別是涉及一種列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國軌道交通運輸發(fā)展迅猛，已處于世界領(lǐng)先的地位。但是，隨著軌道交通路網(wǎng)的擴展和縱橫交錯，越來越小的行車間隔以及不斷提高的列車速度，使軌道交通的安全性面臨巨大的挑戰(zhàn)，“7.23”和“9.27”事故表明了目前我國的列車在運行過程中缺乏完善的、具有連續(xù)性和實時性的監(jiān)測手段，對于追蹤運行列車的監(jiān)視缺乏更可靠的措施。因此，軌道交通列車在運行過程中，前后列車必須保持足夠的間隔距離，通常情況要求大于列車的制動距離，以保證列車的安全運行。

目前國內(nèi)外獨立于廣泛應(yīng)用的常規(guī)軌道交通運行控制系統(tǒng)外的用于列車安全的列車防撞的相關(guān)授權(quán)專利有2個：一個是申請?zhí)枮镃N200920034397.0的實用新型專利描述了一種列車防追尾監(jiān)測裝置，該裝置在列車車頭車尾安裝無線編碼發(fā)射/接收器，后車不斷向前方發(fā)射序列編碼信號，當前后列車距離接近到無線編碼發(fā)射/接收器能夠進行無線通信時，就能夠進行無線通信來實現(xiàn)防追尾。由于射頻信號傳輸受到信道衰落和多徑影響，接收到的信號強度存在隨機性，因此無線通信的最遠距離波動較大，導(dǎo)致防追尾的車距波動較大，存在不確定性。在城市軌道交通領(lǐng)域，列車制動距離不超過兩百米，因此列車防追尾的間距較短，僅為兩三百米，在這個距離級別上，無線編碼發(fā)射/接收器的通信距離更難以準確界定。

另一個為申請?zhí)枮镃N201120280339.3的實用新型專利描述了一種“高速列車防撞擊防尾追安全裝置”，該裝置采用圖像識別技術(shù)進行前車、異物及斷軌檢測進而防撞。前者需要全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(即Global Navigation Satellite System，英文簡稱GNSS)的衛(wèi)星信號、里程計和渦流傳感器等測量值進行融合獲得列車位置速度信息，同時還需要基于軌道網(wǎng)絡(luò)的電子地圖進行定位才能分析是否存在碰撞的可能性。后者需要安裝在列車上的圖像采集設(shè)備進行檢測，其范圍有限，可能會遠遠低于高速列車的安全制動距離，導(dǎo)致其適用范圍相對有限進而影響其推廣使用。

綜合以上分析可知，軌道列車運行環(huán)境較為復(fù)雜，列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)對設(shè)備的抗干擾性能和測距精度要求較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中列車測距防追尾系統(tǒng)測距波動較大、并且需要借助列車原有設(shè)備的缺陷，提供一種列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)。

本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

本實用新型提供了一種列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)，其特點在于，包括測距單元、控制單元以及報警單元，所述測距單元以及所述報警單元分別與所述控制單元電連接；

所述控制單元用于向所述測距單元發(fā)送控制指令，所述測距單元用于在接收到控制指令后通過無線測距方式測量位于同一運行方向上的前列車和后列車之間的車距，所述控制單元還用于根據(jù)所述車距控制所述報警單元進行報警。

較佳地，所述測距單元包括設(shè)置于所述后列車的車頭的第一無線測距終端以及設(shè)置于所述前列車的車尾的第二無線測距終端，所述第一無線測距終端包括第一計時器，所述第二無線測距終端包括第二計時器；

所述第一無線測距終端用于向所述第二無線測距終端發(fā)送第一調(diào)制信號并控制所述第一計時器開始計時；

所述第二無線測距終端用于在接收到所述第一調(diào)制信號后對所述第一調(diào)制信號進行處理并控制所述第二計時器開始計時，并在完成處理后向所述第一無線測距終端發(fā)送第一響應(yīng)信號并控制所述第二計時器停止計時，獲得計時時間T₂；

所述第一無線測距終端用于在接收到所述第一響應(yīng)信號后控制所述第一計時器停止計時，獲得計時時間T₁；

所述測距單元用于根據(jù)如下公式測量位于同一運行方向上的前列車和后列車之間的車距：

d＝c*(T₁-T₂)/2；其中d表示所述車距，c表示光速。

較佳地，所述第二無線測距終端還用于向所述第一無線測距終端發(fā)送第二調(diào)制信號并控制所述第二計時器開始計時；

所述第一無線測距終端還用于在接收到所述第二調(diào)制信號后對所述第二調(diào)制信號進行處理并控制所述第一計時器開始計時，并在完成處理后向所述第二無線測距終端發(fā)送第二響應(yīng)信號并控制所述第一計時器停止計時，獲得計時時間T₄；

所述第二無線測距終端用于在接收到所述第二響應(yīng)信號后控制所述第二計時器停止計時，獲得計時時間T₃；

所述測距單元用于根據(jù)如下公式測量位于同一運行方向上的前列車和后列車之間的車距：

d＝c*(T₁-T₂+T₃-T₄)/4；其中d表示所述車距，c表示光速。

較佳地，所述第一調(diào)制信號、所述第一響應(yīng)信號、所述第二調(diào)制信號、所述第二響應(yīng)信號均為chirp(編碼脈沖技術(shù))信號。

較佳地，所述列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)還包括標簽閱讀器，所述標簽閱讀器用于獲取標簽的標簽信息并傳輸至所述控制單元，所述標簽設(shè)置于出庫口及入庫口，所述控制單元用于根據(jù)所述標簽信息獲取列車的運行方向。

較佳地，所述標簽設(shè)置于出庫口及入庫口的對向道岔的延伸方向。

較佳地，所述標簽為無源RFID(射頻識別技術(shù))標簽。

較佳地，所述標簽存儲的標簽信息包括列車運行方向信息以及前方線路狀況信息。

較佳地，所述控制單元還用于控制所述報警單元顯示所述車距。

較佳地，所述測距單元還包括天線和/或單比特匹配濾波器。

本實用新型的積極進步效果在于：本實用新型的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)能夠基于無線測距技術(shù)實現(xiàn)列車防追尾，本實用新型能適應(yīng)隧道、坡道等多種環(huán)境及地形地貌下的軌道交通線路環(huán)境，不用依賴列車的現(xiàn)有設(shè)備，能夠獨立于現(xiàn)有的列車控制系統(tǒng)且不受現(xiàn)有列車控制系統(tǒng)的限制和影響。本實用新型在列車出庫時采用RFID射頻識別技術(shù)，具有模式自主識別功能，有效地避免了測距信號的鄰線干擾。本實用新型可以有效提高和監(jiān)督現(xiàn)有系統(tǒng)提供的列車安全運行情況，在外界環(huán)境發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致列車運行控制系統(tǒng)異常這一極端情況發(fā)生時，可作為現(xiàn)有運行控制系統(tǒng)的額外補充成為列車駕駛員及調(diào)度員的輔助控制系統(tǒng)，避免出現(xiàn)列車追尾的事故從而有效地提高軌道交通的系統(tǒng)安全。

附圖說明

圖1為本實用新型的較佳實施例的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的較佳實施例的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)的測距單元的安裝配置示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1所示，本實用新型的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)包括測距單元1、控制單元2、報警單元3以及標簽閱讀器4，其中，所述測距單元1、所述報警單元3以及所述標簽閱讀器4均與所述控制單元2電連接；

所述控制單元2用于向所述測距單元1發(fā)送控制指令，所述測距單元1用于在接收到控制指令后通過無線測距方式測量位于同一運行方向上的前列車和后列車之間的車距，所述控制單元2則自動設(shè)定所述測距單元1的工作模式，將所述車距與安全閾值進行比較，若判斷出所述車距大于所述安全閾值，則列車繼續(xù)正常運行，若判斷出所述車距不大于所述安全閾值，則控制所述報警單元3進行報警，并可以控制所述報警單元3顯示所述車距。

在本實用新型中，所述測距單元1采用無線測距技術(shù)，如圖2所示，所述測距單元1包括設(shè)置于后列車的車頭的第一無線測距終端11以及設(shè)置于前列車的車尾的第二無線測距終端12，所述第一無線測距終端11包括第一計時器，所述第二無線測距終端12包括第二計時器；所述測距單元測量車距的主要過程如下：

所述第一無線測距終端11向所述第二無線測距終端12發(fā)送第一調(diào)制信號并控制所述第一計時器開始計時；

所述第二無線測距終端12在接收到所述第一調(diào)制信號后對所述第一調(diào)制信號進行處理并控制所述第二計時器開始計時，并在完成處理后向所述第一無線測距11發(fā)送第一響應(yīng)信號并控制所述第二計時器停止計時，獲得所述第二計時器的計時時間T₂；

所述第一無線測距終端11在接收到所述第一響應(yīng)信號后控制所述第一計時器停止計時，獲得所述第一計時器的計時時間T₁；

所述第二無線測距終端12還向所述第一無線測距終端11發(fā)送第二調(diào)制信號并控制所述第二計時器開始計時；

所述第一無線測距終端11還在接收到所述第二調(diào)制信號后對所述第二調(diào)制信號進行處理并控制所述第一計時器開始計時，并在完成處理后向所述第二無線測距終端12發(fā)送第二響應(yīng)信號并控制所述第一計時器停止計時，獲得第一計時器的計時時間T₄；

所述第二無線測距終端12在接收到所述第二響應(yīng)信號后控制所述第二計時器停止計時，獲得第二計時器的計時時間T₃；

所述測距單元1則根據(jù)如下公式測量位于同一運行方向上的前列車和后列車之間的車距：

d＝c*(T₁-T₂+T₃-T₄)/4；其中d表示所述車距，c表示光速，其具體原理為：

T₁＝2T+T₂，且T₃＝2T+T₄，其中T表示所述前列車和所述后列車之間的信號的傳播時間，因此，T＝(T₁-T₂+T₃-T₄)/4，所以

d＝c*T＝c*(T₁-T₂+T₃-T₄)/4；

而考慮到所述第一計時器及所述第二計時器中的晶體振蕩器存在頻率漂移，假設(shè)測得的T₁、T₂、T₃、T₄的測量偏差分別為λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，由于T₁和T₄是由所述第一計時器計時獲得，因此，λ₁＝λ₄，T₂和T₃是由所述第二計時器計時獲得，因此，λ₂＝λ₃，所以

T＝(T₁+λ₁)-(T₂+λ₂)+(T₃+λ₃)-(T₄+λ₄)/4＝(T₁-T₂+T₃-T₄)/4；

即本實施例中先后由所述第一無線測距終端11向所述第二無線測距終端12發(fā)送調(diào)制信號以及由所述第二無線測距終端12向所述第一無線測距終端11發(fā)送調(diào)制信號，兩次測量的方式消除了計時器的計時時鐘不同步造成的測距影響，且消除了兩個節(jié)點時鐘漂移誤差造成的測距影響。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述第一調(diào)制信號、所述第一響應(yīng)信號、所述第二調(diào)制信號、所述第二響應(yīng)信號均為chirp信號；所述第一無線測距終端11與所述第二無線測距終端12之間建立通信連接，采用chirp信號作為物理層傳輸信號；所述第一無線測距終端11及所述第二無線測距終端12均可以包括射頻模塊及與射頻模塊相連接的核心處理模塊，所述核心處理模塊包括數(shù)字信號處理模塊、發(fā)射信道(用來發(fā)射調(diào)制信號)、接收信道(用來接收響應(yīng)信號)，由于chirp信號較寬，所述數(shù)字信號處理模塊優(yōu)選采用單比特匹配濾波器進行匹配濾波以提高接收信號的信噪比，利用加法器、減法器代替乘法器，使得設(shè)計結(jié)構(gòu)更加簡單，減少耗費的資源。

在本實用新型中，還可以在所述后列車的車尾設(shè)置第二無線測距終端12以及在所述前列車的車頭設(shè)置第一無線測距終端11，從而使得在有多輛列車的情況下，每一輛列車相對于前面的列車作為后列車、相對于后面的列車作為前列車，從而多輛列車中的任意相鄰的兩輛之間都可以進行測距。

所述標簽閱讀器4則用于獲取標簽的標簽信息并傳輸至所述控制單元2，所述標簽設(shè)置于出庫口及入庫口，優(yōu)選地，設(shè)置于出庫口及入庫口的對向道岔的兩個延伸方向，所述標簽為無源RFID標簽，所述標簽存儲的標簽信息則包括列車運行方向信息以及前方線路狀況信息(坡度信息、特殊運行狀況信息等)。同側(cè)標簽冗余設(shè)置，保證車載標簽閱讀器4可靠閱讀標簽信息。所述控制單元2根據(jù)所述標簽信息獲取列車的運行方向，自動設(shè)定所述測距單元1的工作模式，列車在不同運行方向使用不同的射頻頻點，以防止鄰線的測距調(diào)制信號發(fā)生干擾。

所述控制單元2將測量得到的前后列車之間的車距與安全閾值進行比較，必要時(即車距不大于安全閾值時)向列車的制動輸出單元發(fā)送制動邏輯命令，變換成車輛系統(tǒng)對應(yīng)的電氣指令或數(shù)據(jù)編碼指令，向所述報警單元3發(fā)送聲光信息。

在本實用新型中，由于無線測距技術(shù)對功耗的要求較低，且抗干擾能力強，測距精度高，適用于地理環(huán)境較為復(fù)雜的路線。本實用新型的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)具有模式自主識別功能，鑒于列車運行環(huán)境的復(fù)雜性，對設(shè)備的抗干擾性能和測距精度的要求較高，而本實用新型的列車追蹤預(yù)警系統(tǒng)則可以很好地滿足上述要求，從而在列車防撞系統(tǒng)中有著較好的發(fā)展前景。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。