列車追蹤預警系統的製作方法

2023-04-26 23:03:51

本實用新型涉及一種軌道交通列車自動控制領域，特別是涉及一種列車追蹤預警系統。

背景技術：

近年來，我國軌道交通運輸發展迅猛，已處於世界領先的地位。但是，隨著軌道交通路網的擴展和縱橫交錯，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，「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、具有連續性和實時性的監測手段，對於追蹤運行列車的監視缺乏更可靠的措施。因此，軌道交通列車在運行過程中，前後列車必須保持足夠的間隔距離，通常情況要求大於列車的制動距離，以保證列車的安全運行。

目前國內外獨立於廣泛應用的常規軌道交通運行控制系統外的用於列車安全的列車防撞的相關授權專利有2個：一個是申請號為CN200920034397.0的實用新型專利描述了一種列車防追尾監測裝置，該裝置在列車車頭車尾安裝無線編碼發射/接收器，後車不斷向前方發射序列編碼信號，當前後列車距離接近到無線編碼發射/接收器能夠進行無線通信時，就能夠進行無線通信來實現防追尾。由於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，無線編碼發射/接收器的通信距離更難以準確界定。

另一個為申請號為CN201120280339.3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」，該裝置採用圖像識別技術進行前車、異物及斷軌檢測進而防撞。前者需要全球衛星導航系統(即Global Navigation Satellite System，英文簡稱GNSS)的衛星信號、裡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，同時還需要基於軌道網絡的電子地圖進行定位才能分析是否存在碰撞的可能性。後者需要安裝在列車上的圖像採集設備進行檢測，其範圍有限，可能會遠遠低於高速列車的安全制動距離，導致其適用範圍相對有限進而影響其推廣使用。

綜合以上分析可知，軌道列車運行環境較為複雜，列車追蹤預警系統對設備的抗幹擾性能和測距精度要求較高。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中列車測距防追尾系統測距波動較大、並且需要藉助列車原有設備的缺陷，提供一種列車追蹤預警系統。

本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本實用新型提供了一種列車追蹤預警系統，其特點在於，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；

所述控制單元用於向所述測距單元發送控制指令，所述測距單元用於在接收到控制指令後通過無線測距方式測量位於同一運行方向上的前列車和後列車之間的車距，所述控制單元還用於根據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置於所述後列車的車頭的第一無線測距終端以及設置於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於向所述第二無線測距終端發送第一調製信號並控制所述第一計時器開始計時；

所述第二無線測距終端用於在接收到所述第一調製信號後對所述第一調製信號進行處理並控制所述第二計時器開始計時，並在完成處理後向所述第一無線測距終端發送第一響應信號並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於在接收到所述第一響應信號後控制所述第一計時器停止計時，獲得計時時間T1；

所述測距單元用於根據如下公式測量位於同一運行方向上的前列車和後列車之間的車距：

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於向所述第一無線測距終端發送第二調製信號並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於在接收到所述第二調製信號後對所述第二調製信號進行處理並控制所述第一計時器開始計時，並在完成處理後向所述第二無線測距終端發送第二響應信號並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於在接收到所述第二響應信號後控制所述第二計時器停止計時，獲得計時時間T3；

所述測距單元用於根據如下公式測量位於同一運行方向上的前列車和後列車之間的車距：

d＝c*(T1-T2+T3-T4)/4；其中d表示所述車距，c表示光速。

較佳地，所述第一調製信號、所述第一響應信號、所述第二調製信號、所述第二響應信號均為chirp(編碼脈衝技術)信號。

較佳地，所述列車追蹤預警系統還包括標籤閱讀器，所述標籤閱讀器用於獲取標籤的標籤信息並傳輸至所述控制單元，所述標籤設置於出庫口及入庫口，所述控制單元用於根據所述標籤信息獲取列車的運行方向。

較佳地，所述標籤設置於出庫口及入庫口的對向道岔的延伸方向。

較佳地，所述標籤為無源RFID(射頻識別技術)標籤。

較佳地，所述標籤存儲的標籤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，所述控制單元還用於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於：本實用新型的列車追蹤預警系統能夠基於無線測距技術實現列車防追尾，本實用新型能適應隧道、坡道等多種環境及地形地貌下的軌道交通線路環境，不用依賴列車的現有設備，能夠獨立於現有的列車控制系統且不受現有列車控制系統的限制和影響。本實用新型在列車出庫時採用RFID射頻識別技術，具有模式自主識別功能，有效地避免了測距信號的鄰線幹擾。本實用新型可以有效提高和監督現有系統提供的列車安全運行情況，在外界環境發生突發事件導致列車運行控制系統異常這一極端情況發生時，可作為現有運行控制系統的額外補充成為列車駕駛員及調度員的輔助控制系統，避免出現列車追尾的事故從而有效地提高軌道交通的系統安全。

附圖說明

圖1為本實用新型的較佳實施例的列車追蹤預警系統的結構示意圖。

圖2為本實用新型的較佳實施例的列車追蹤預警系統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，但並不因此將本實用新型限制在所述的實施例範圍之中。

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

所述控制單元2用於向所述測距單元1發送控制指令，所述測距單元1用於在接收到控制指令後通過無線測距方式測量位於同一運行方向上的前列車和後列車之間的車距，所述控制單元2則自動設定所述測距單元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於所述安全閾值，則列車繼續正常運行，若判斷出所述車距不大於所述安全閾值，則控制所述報警單元3進行報警，並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採用無線測距技術，如圖2所示，所述測距單元1包括設置於後列車的車頭的第一無線測距終端11以及設置於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發送第一調製信號並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製信號後對所述第一調製信號進行處理並控制所述第二計時器開始計時，並在完成處理後向所述第一無線測距11發送第一響應信號並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信號後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發送第二調製信號並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製信號後對所述第二調製信號進行處理並控制所述第一計時器開始計時，並在完成處理後向所述第二無線測距終端12發送第二響應信號並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信號後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則根據如下公式測量位於同一運行方向上的前列車和後列車之間的車距：

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後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，假設測得的T1、T2、T3、T4的測量偏差分別為λ1、λ2、λ3、λ4，由於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；

即本實施例中先後由所述第一無線測距終端11向所述第二無線測距終端12發送調製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發送調製信號，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，且消除了兩個節點時鐘漂移誤差造成的測距影響。

在本實用新型中，優選地，所述第一調製信號、所述第一響應信號、所述第二調製信號、所述第二響應信號均為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，採用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位訊號處理模塊、發射信道(用來發射調製信號)、接收信道(用來接收響應信號)，由於chirp信號較寬，所述數位訊號處理模塊優選採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，使得設計結構更加簡單，減少耗費的資源。

在本實用新型中，還可以在所述後列車的車尾設置第二無線測距終端12以及在所述前列車的車頭設置第一無線測距終端11，從而使得在有多輛列車的情況下，每一輛列車相對於前面的列車作為後列車、相對於後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。

所述標籤閱讀器4則用於獲取標籤的標籤信息並傳輸至所述控制單元2，所述標籤設置於出庫口及入庫口，優選地，設置於出庫口及入庫口的對向道岔的兩個延伸方向，所述標籤為無源RFID標籤，所述標籤存儲的標籤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)。同側標籤冗餘設置，保證車載標籤閱讀器4可靠閱讀標籤信息。所述控制單元2根據所述標籤信息獲取列車的運行方向，自動設定所述測距單元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製信號發生幹擾。

所述控制單元2將測量得到的前後列車之間的車距與安全閾值進行比較，必要時(即車距不大於安全閾值時)向列車的制動輸出單元發送制動邏輯命令，變換成車輛系統對應的電氣指令或數據編碼指令，向所述報警單元3發送聲光信息。

在本實用新型中，由於無線測距技術對功耗的要求較低，且抗幹擾能力強，測距精度高，適用於地理環境較為複雜的路線。本實用新型的列車追蹤預警系統具有模式自主識別功能，鑑於列車運行環境的複雜性，對設備的抗幹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警系統則可以很好地滿足上述要求，從而在列車防撞系統中有著較好的發展前景。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本實用新型的原理和實質的前提下，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範圍。