专利名称：一种提供列车追尾预警信号的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通的通信信号技术应用领域，尤其涉及一种提供列车追尾预警信号的系统和方法。
背景技术：
在城市轨道交通系统中，城市铁路、地下铁道、轻轨交通以及磁悬浮线路等轨道交通，作为解决城市拥堵以及城市汽车尾气污染最主要解决方式，在当前是中国和世界上各个大城市重点投资的市政民生项目。因涉及城市主要群体的出行安全，以地铁为主的各类轨道交通的运行安全是政府、运营维护单位和设备制造部门特别重视的问题。近年来在地铁、高铁等轨道交通系统已相继发生了数起后果惨重的列车追尾事故，由此可见，在预防后续列车追尾的安全问题方面，仍有着严重的隐患。尽管，在现代轨道运输系统，特别是城市轨道交通线页并存其它方式的控制与防护系统，但由于现有技术的城市轨道交通的调度系统通常是一个复杂庞大的系统，如何在极端情况下，能构精确地避免设备、调度人员的疏忽大意造成严重的追尾事故，依然是一个有待解决的问题。尤其是对于地下铁道，由于接受不到GPS卫星信号，在对列车安全防护系统中，对其的定位就需要采用其它更为复杂的调度形式来代替GPS卫星信号的工作。由于现有技术的城市轨道交通调度系统的复杂庞大，给系统的管理、维护以及资金花费都造成了较大压力，而当该调度系统失灵或出现意外时，只能通过人工处理的办法(通常指肉眼的观察)，而人员采取的及时刹车通常是无法阻止事故的发生的。因此，急需一种安全可靠、更为及时有效的列车自动防护系统，作为现有技术的补充完善，起到对列车进行在现有调度系统的基础上的一个第三方监测的作用，实时地为列车提供追尾预警，以便将列车追尾事故发生的几率降至最低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在列车追尾预警方面的不完善而造成的安全事故的问题，提供一种可直接根据距离和速度信息直接提供列车追尾预警信号的方法和系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:采取一种提供列车追尾预警信号的方法，用于包含多个按一定距离间隔安置于轨道沿线的地面设施的地标卡10和多个分别安装在行驶于轨道沿线列车上的车载子系统的系统里，该地标卡10用于在列车经过时提供位置信息；该车载子系统包括:位于车头的第一有源射频读卡单元1、第一无线电收发单元2、用于测速的第一多普勒微波传感单元3、显示或报警单元4、与位于车头的上述各单元相连接的控制单元5，以及位于车尾的第二有源射频读卡单元6，第二无线电收发单元7和用于测速的第二多普勒微波传感单元8 ;此提供列车追尾预警信号的方法包括每一车辆的车头执行的步骤:S1.第一有源射频读卡单元I实时读取地标卡10上的位置信息；
S2.第一无线电收发单元2实时接收前方列车发送的前方列车信息，该前方列车信息包括前方列车的车次、速度以及该车从最近的地标卡10获取的当前地标位置信息；S3.控制单元5根据所述前方列车辆信息和第一有源射频读卡单元I接收的位置信息，通过比较两车的当前速度，判断列车当前的安全状态，并通过两车当前的速度及相对距离，计算可能发生追尾的时间，最后将运算结果发送给显示或报警单元4 ;S4.显示或报警单元4根据运算结果实时显示列车当前的安全状态信息。此提供列车追尾预警信号的方法还包括每一车辆额车尾执行的步骤:S5.第二有源射频读卡单元6读取经过的地标卡上的地标位置信息，并通过第二无线电收发单元7向同一方向运行的后续列车实时发送自身列车信息，供下一辆列车的控制单元5进行如步骤SI至S4的安全性判断，所述自身列车信息包括车次、速度以及从地标卡10上读取的位置信息。优选地，在上述的步骤S3之后、S4之前，还包括:控制单元5将接收到的所述前方列车信息与存储在本车中的前方列车在相应位置时的正常速度参数范围相比较，如偏差达到一定设定值时，则判断当前列车的安全状态为可能发生追尾危险，并将运算结果发送给显示或报警单元4。优选地，向列车提供追尾预警的方法进一步包括:显示或报警单元4在列车有追尾危险时同时提供声光提醒与屏幕显示的报警信号，以及列车与前车的距离和目前状态下离发生追尾事故可能的时间。优选地,在上述方法中的地标卡10为有源射频地标卡或无源射频地标卡。优选地，在上述方法中所述第一无线电收发单元2和第二无线电收发单元7通常采用150MHZ或400MHZ专用频段。为了更好地解决其技术问题，本发明所采用的技术方案还包括:采用一种提供列车追尾预警信号的系统，包括:多个地标卡10，用于按一定距离间隔安置于轨道沿线的地面设施，向经过车辆提供位置信息；以及设置在每一辆行驶在轨道沿线上的车辆车头的第一有源射频读卡单元1、第一无线电收发单元2、用于测速的第一多普勒微波传感单元3、显示或报警单元4、与位于车头的各单元相连接的控制单元5;其中，第一有源射频读卡单元I读取经过的源射频地标卡10上的位置信息；所述第一无线电收发单元2用于接收前车实时发送的前方列车信息；所述前方列车信息包括前车的车次、速度以及该车从最近的地标卡上读取的地标位置信息；所述控制单元5用于根据所述前方列车信息和第一有源射频读卡单元I接收的位置信息，通过比较两车的当前速度，判断列车当前的安全状态，并通过两车当前的速度及相对距离，计算可能发生追尾的时间，并将运算结果发送给显示或报警单元4 ;所述显示或报警单元4用于根据运算结果实时显示列车当前的安全状态信息；还包括设置在所述每一辆行驶在轨道沿线上的车辆车尾的第二有源射频读卡单元6、第二无线电收发单元7、用于测速的第二多普勒微波传感单元8 ;其中，所述第二有源射频读卡单元6读取经过的地标卡10上的位置信息，并通过第二无线电收发单兀7向同一方向运行的后续车辆实时发送自身列车信息，供下一辆列车的控制单元5进行安全性判断，所述自身列车信息包括该车的车次、第二多普勒微波传感单元8提供的速度以及从地标卡10上读取的位置信息。优选地，所述控制单元5还用于:将接收到的所述前方列车信息与存储在本车中的前方列车在相应位置时的正常速度参数范围相比较，如偏差达到一定设定值时，则判断当前列车的安全状态为可能发生追尾危险，并将运算结果发送给显示或报警单元4。优选地，显示或报警单元4还用于在列车有追尾危险时同时提供声光提醒与屏幕显示的报警信号，以及列车与前方列车的距离和目前状态下距发生追尾事故可能的时间。优选地,上述系统中的地标卡10为有源射频地标卡或无源射频地标卡。优选地，上述第一无线电收发单元2和第二无线电收发单元7采用150MHZ或400MHZ专用频段。本发明的有益效果在于，实施本发明的提供列车追尾预警信号的方法和系统的技术方案，用于作为现有技术的补充完善，起到对列车进行在现有调度系统的基础上的一个第三方监测的作用，在现有调度系统失灵等极端情况下车辆有追尾危险时，及时提醒司机采取紧急人工制动，以避免车辆追尾，把因意外造成原有调度系统故障和调度人员失误而造成的追尾重大事故降到最低，是一种有效、可靠的列车防护系统及方法。
图1是本发明向列车提供追尾预警的方法实施例的流程图；图2是本发明向列车提供追尾预警的系统实施例的示意图；图3是本发明向列车提供追尾预警的方法和系统的一个实施例。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此方法和系统不涉及现有调度系统的任何改动，是一套独立于原有系统的系统，因此安装该系统以及执行该系统的方法都较为简单、高效。此系统专用于车辆驾驶司机人员在极端情况下当列车有追尾危险时及时提醒司机采取紧急人工制动，以避免列车追尾，把因意外造成原有调度系统故障和调度人员失误而造成的追尾重大事故降到最低。应当指出，本发明所采用的技术方案，旨在对现有调度系统的补充和完善，目的不是取代现有调度技术，而是作为一个第三方监测的系统，起到对列车进行在现有调度系统的基础上的进一步防护。将其安装在列车上，在列车原有的调度系统正常工作时，本发明的技术方案是对列车进行“双重保护”的作用，在列车原有的调度系统出现问题时，本发明的技术方案又能及时、有效地担当列车的安全检测工作。更重要的是，由于其成本低，安装便捷，调试工作简单，因此其生产、应用的前景都较为可观，达到了利用小资源产生大作用的功效。考虑到现有的城市轨道交通中，尤其是对于地下铁道，由于接受不到GPS卫星信号，在对列车安全防护系统中，对其的定位就需要采用其它更为复杂的调度形式来代替GPS卫星信号的工作，因此，在本实施例中，将以地铁为例做详尽解析。在本发明中所说的“轨道沿线的地面设施”，在此即采用地铁沿线隧道壁，相应地，对于城市铁路、磁悬浮线路等，在安装地标卡时，可选择将其安装在其它地面设施上(如沿轨道按一定间隔设置的供电桩上)，只要能保证地标卡安装的位置与安装在列车上的读取地标卡的设备位置相适应即可。如图2所示，为本发明一种提供列车追尾预警信号的系统的结构示意图。以下将以其中一辆列车为例，具体讲述其在此系统中通过前方列车提供的信息如何进行安全状态判断、以及如何向下一辆列车提供自身的车辆信息供下一辆列车进行相似的安全状态判断的过程。此系统包括:多个地标卡10和多个车载子系统，每辆列车即是一个独立的车载子系统，在列车的车头和车位分别安装了读取地标卡信息的第一有源射频读卡单元I和第二有源射频读卡单元6，并在车头安装了接收信号的第一无线电收发单元2和用于测速的第一多普勒微波传感单元3，在车尾安装了发送信号的第二无线电收发单元7和用于测速的第二多普勒微波传感单元8。上述的第一多普勒微波传感单元3和第二多普勒微波传感单元8，用于测量列车的速度，在安装时对其位置是有一定要求的。本领域的技术人员熟知，根据多普勒微波传感器的测速原理，在对其进行安装时，是通过决定选用的静止参考物体(如列车行驶的轨道、地铁隧道壁、地面上的供电桩等)所在的具体位置，而确定多普勒微波传感单元的安装方位的。所选用的静止参考物体时情况而定，原则是选择稳定、受干扰性小的物体作为参考。同时，处于安全起见，每辆列车的车头还可以安装一个备份的无线电收发单元，以便在原有的第一无线电收发单元2出现问题无法正常工作时，及时得代替其工作。同理，在每辆列车的车尾也相应地安装一个备份的无线电收发单元。另外，在地铁的沿线隧道壁上按一定距离(该距离可根据需要设定，如100米、200米、300等等)间隔，安装地标卡10,地标卡10上记录有地标编号和尚标准地点的距尚等f目息。当列车经过时，实时读取与其最接近的地标卡上的位置信息，从而确定列车此时离标准地点的距离，此标准地点的选定无特定要求，可以以某个站点作为原点，前进方向与相反方向分别按正数及负数进行标定，只要能保证所有行驶于此轨道上的列车均采用同一的计算位置的坐标系统即可。所以，在本发明的另一实施例中，亦可将地标卡10上记录的离标准地点的距离信息替换为此地标卡10的绝对位置信息。无论是采取记录地标卡10所在点的绝对地理位置还是相对地理位置，关键在于整个系统中的所有地标卡均采用统一的标准记录位置信息，从而为该系统中经过的以每辆列车为单位的车载子系统提供统一的地理位置判断的依据。如图1所示为本发明一种提供列车追尾预警信号的方法的流程图，此方法运用于包含多个按一定距离间隔安置于轨道沿线的地面设施上的地标卡10和多个车载子系统的系统里(如图2所示)，此提供列车追尾预警信号的方法分别包括同时执行的接收前车信息并进行自身列车安全性判断的步骤，以及发送自身列车信息给后续车辆、供后续车辆进行安全性判断的步骤，两个步骤同时进行，互相独立。具体地说，自身列车安全性判断的步骤如下:首先，第一有源射频读卡单元I实时读取地标卡10上的位置信息；第一无线电收发单元2实时接收前方列车发送至此列车的前方列车信息，该前方列车信息包括前方列车的车次，速度以及该车通过地标卡10获取的当前地标位置信息；其次，控制单元5根据所述前方列车辆信息和第一有源射频读卡单元I接收的位置信息进行运算，判断列车当前的安全状态:首先比较该列车与前方列车的速度大小，确定目前状态下有无追尾危险，并实时地向显示或报警单元4发送判断结果，由显示或报警单元4将信息反馈给驾驶司机人员。在列车有追尾危险时，控制单元5进一步通过两辆列车的当前车速和距离计算距可能发生的追尾事故的时间，并及时通过显示或报警单元4反映给驾驶人员，以便立刻采取措施。值得注意的是，发送车次有一个极为重要的作用在于，现有的列车调度系统中，通常包含每辆列车的发车时刻表以及相应的车次。因此，每一辆正在行驶的列车都能很容易地得知在其前方行驶的列车中与其最接近的列车的车次信息。通常地，所有在此车前方行驶的列车向后发送的信息，此列车都能接收得到(在信号强度允许的范围内)，但此列车可以通过车次信息以及信号的强弱(距离越近信号越强)就能判断出所有实时接收的信息中，哪些是来自在其前方行驶的最接近的一辆列车的，从而此列车的控制单元5所做的计算也均是以此最接近的一辆前方列车为根据的。另外，在后车接收到前车的数据进行处理过程中:除已描述的以前车速度和后车速度以及距离来比较的方法外，车头、车尾处理器中可以存储前车和本车的正常运行参数(每一地标所对应的按调度要求的速度信息)。在后车接收到的信息与存储在本车中的前车相应位置时的正常数据相比较，如偏差达到一定设定值时，仍然判断本列车处于危险状态，可能发生的追尾事故，此情况下也通过声光、数显提示司机。另一方面，列车的第二有源射频读卡单元6读取经过的地标卡上的地标位置信息，并通过第二无线电收发单元7向同一方向运行的后续列车实时发送自身列车信息，供下一辆列车的控制单元5进行如同上述步骤的安全性判断，该自身列车信息也同样包括包括车次，速度以及从地标卡10上读取的位置信息。同理，此车向后发送的自身列车信息，也会被其后的一系列正在行驶的列车(在信号强度允许的范围内)接收到，然而也只是离此列车最近的一辆后方列车会采用该车发送的列车信息进行安全性判断。应当指出的是，当此列车的前方暂无行驶的列车，即此列车的第一无线电收发单元2接收不到前方列车信息时，可视为前方列车处于“无限远”的位置，暂无追尾危险。当然，另一方面，控制单元5也会通过原有调度系统中提供的关于车次以及列车行驶时刻表等信息进行进一步核实，以确保前方确实暂无在行驶中的列车。对于此列车后方暂无在行驶中的列车，情况也类似，即该列车的第二无线电收发单元7实时向后发出自身列车信息，暂时无相应的收发单元进行接收，但对于本发明提供列车追尾预警信号的系统而言，两种情况(包括两种情况同时发生)均无任何影响。其中，显示或报警单元4在列车有追尾危险时同时提供声光提醒与屏幕显示的报警信号，以及列车与前车的距离和目前状态下离发生追尾事故可能的时间。在上述方法中所说的地标卡10为有源射频地标卡或无源射频地标卡。值得注意的是，首选无源射频地标卡，但鉴于目前和今后的有源射频卡都有向耗电减低趋势的发展，因此使用有源射频地标卡也能实现长时间的工作。同时，上述的第一无线电收发单元2和第二无线电收发单元7通常采用150MHZ或400MHZ等专用频段，这是按照地铁、轨道交通允许的使用频段。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种提供列车追尾预警信号的系统，其特征在于，包括:按一定距离间隔安置于轨道沿线的地面设施上用于向经过车辆提供位置信息的多个地标卡(10);设置在每一辆行驶在地铁沿线上的车辆车头的第一有源射频读卡单元(I)、第一无线电收发单元(2)、用于测速的第一多普勒微波传感单元(3)、显示或报警单元(4)，以及与上述各单元相连接的控制单元(5)； 其中，所述第一有源射频读卡单元(I)读取经过的地标卡(10)上的位置信息；所述第一无线电收发单元(2)用于接收前车实时发送的前方列车信息；所述前方列车信息包括前车的车次、速度以及该车从最近的地标卡上读取的地标位置信息；所述控制单元(5)用于根据所述前方列车信息和第一有源射频读卡单元(I)接收的位置信息，通过比较两车的当前速度，判断列车当前的安全状态，并通过两车当前的速度及相对距离，计算可能发生追尾的时间，并将运算结果发送给显示或报警单元(4)； 所述显示或报警单元(4)用于根据运算结果实时显示列车当前的安全状态信息或产品报警信号； 所述系统还包括设置在所 述每一辆行驶在地铁沿线上的车辆车尾的第二有源射频读卡单元(6)、第二无线电收发单元(7)、用于测速的第二多普勒微波传感单元(8);其中， 所述第二有源射频读卡单元(6)读取经过的地标卡(10)上的位置信息，并通过第二无线电收发单元(7)向同一方向运行的后续车辆实时发送自身列车信息，供下一辆列车的控制单元(5)进行安全性判断，所述自身列车信息包括该车的车次、第二多普勒微波传感单元(8)提供的速度以及从地标卡(10)上读取的位置信息。
2.按权利要求1所述向列车提供追尾预警的系统，其特征在于，所述控制单元(5)还用于: 将接收到的所述前方列车信息与存储在本车中的前方列车在相应位置时的正常速度参数范围相比较，如偏差达到一定设定值时，则判断当前列车的安全状态为可能发生追尾危险，并将运算结果发送给显示或报警单元(4)。
3.按权利要求2所述的向列车提供追尾预警的系统，其特征在于，所述显示或报警单元(4)还用于在列车有追尾危险时同时提供声光提醒与屏幕显示的报警信号，以及列车与前方列车的距离和目前状态下距发生追尾事故可能的时间。
4.按权利要求3所述的向列车提供追尾预警的方法，其特征在于，所述地标卡(10)为有源射频地标卡或无源射频地标卡。
5.按权利要求4所述的向列车提供追尾预警的系统，其特征在于，所述第一无线电收发单元(2)和第二无线电收发单元(7)采用150MHZ或4000MHZ专用频段。
6.一种提供列车追尾预警信号的方法，用于包含多个按一定距离间隔安置于轨道沿线的地面设施上的地标卡(10)和多个分别安装在行驶于轨道沿线列车上的车载子系统的系统里，所述地标卡(10)用于在列车经过时提供位置信息；所述车载子系统包括:位于车头的第一有源射频读卡单元(I)、第一无线电收发单元(2)、用于测速的第一多普勒微波传感单元(3)、显示或报警单元(4)、与位于车头的上述各单元相连接的控制单元(5)，以及位于车尾的第二有源射频读卡单元(6)、第二无线电收发单元(7)和用于测速的第二多普勒微波传感单元(8);所述提供列车追尾预警信号的方法包括每一车辆的车头执行的步骤: S1.所述第一有源射频读卡单元(I)实时读取地标卡(10)上的位置信息；S2.所述第一无线电收发单元(2)实时接收前方列车发送的前方列车信息，所述前方列车信息包括前方列车的车次、速度以及该车从最近的地标卡(10)获取的当前地标位置信息； S3.所述控制单元(5)根据所述前方列车信息和第一有源射频读卡单元(I)接收的位置信息，通过比较两车的当前速度，判断列车当前的安全状态，并通过两车当前的速度及相对距离，计算可能发生追尾的时间，并将运算结果发送给显示或报警单元(4); S4.所述显示或报警单元(4)根据运算结果实时显示列车当前的安全状态信息； 所述提供列车追尾预警信号的方法还包括每一车辆的车尾执行的步骤: S5.所述第二有源射频读卡单元(6)读取经过的地标卡上的位置信息，并通过第二无线电收发单元(7)向同一方向运行的后续列车实时发送自身列车信息，供下一辆列车的控制单元(5)进行如所述步骤SI至S4的安全性判断，所述自身列车信息包括车次，速度以及从地标卡(10)上读取的位置信息。
7.如权利要求6所述的向列车提供追尾预警的方法，其特征在于，所述步骤S3之后、S4之前，还包括:所述控制单元(5)将接收到的所述前方列车信息与存储在本车中的前方列车在相应位置时的正常速度参数范围相比较，如偏差达到一定设定值时，则判断当前列车的安全状态为可能发生追尾危险，并将运算结果发送给显示或报警单元(4)。
8.如权利要求7所述的向列车提供追尾预警的方法，其特征在于，所述显示或报警单元(4)在列车有追尾危险时同时提供声光提醒与屏幕显示的报警信号，以及列车与前车的距离和目前状态 下离发生追 尾事故可能的时间。
9.如权利要求8所述的向列车提供追尾预警的方法，其特征在于，所述地标卡(10)为有源射频地标卡或无源射频地标卡。
10.如权利要求9所述的向列车提供追尾预警的方法，其特征在于，所述第一无线电收发单元(2)和第二无线电收发单元(7)采用150MHZ或400MHZ专用频段。
全文摘要
本发明涉及轨道交通的通信信号技术应用领域，公开了一种提供列车追尾预警信号的方法和系统，可运用于包含多个安置于轨道沿线的地面设施上的无线射频地标卡(10)和多个车载子系统的系统里，所述车载子系统包括位于车头用于实时读取地标卡上位置信息的第一有源射频读卡单元(1)、用于接收前方列车发送的列车信息的第一无线电收发单元(2)、用于测速的第一多普勒微波传感单元(3)、显示或报警单元(4)、与各单元连接用于判断列车当前的安全状态、并将运算结果发送给显示或报警单元(4)的控制单元(5)，以及位于车尾用于向同后续列车实时发送自身列车信息、供其进行追尾预警判断的第二有源射频读卡单元(8)、第二无线电收发单元(6)和第二多普勒微波传感单元(7)。
文档编号B61L23/34GK103085843SQ20111035071
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者刘仪 申请人:南充鑫源通讯技术有限公司, 刘仪