专利名称：基于声波示警的列车防撞系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及轨道交通技术，特别是涉及一种基于声波示警的列车防撞系统的技术。
技术背景 轨道列车的运行安全，关系着乘客的生命财产安全，同时也是线路高效运营的前提。目前，包括城市轨交在内的轨道列车主要列车运行控制(Train Control System, TCS,或针对地铁线路的ATC系统，即Automatic Train Control系统)来保证列车的运行安全。然而，近年来陆续发生的严重的轨道列车碰撞事故表明，在努力提高列车运行控制和管理技术的同时，开发一种独立的、有效的车载防撞系统和方法对于提高列车运行的安全性是必要的和有益的。目前，世界各国均在积极开展这类能独立工作的列车防撞技术的研究，包括卫星定位、图像识别、无线电通信和应答测距、电磁波防撞雷达等技术手段。但是，对于地铁列车，由于大部分线路在地下，现有的列车防撞技术在隧道内的应用效果不佳，尤其是在非直形的长距离隧道内很难有效提高列车的行驶安全性，不能很好的避免列车碰撞事故发生。以电磁波防撞雷达为例，在隧道中，由于内部设施的影响和空间的限制，高频电磁波衰减很快，回波复杂，而且，地铁线路有上下起伏坡度和大量弯道，存在很多发生险情时驾驶员来不及制动的目视盲区，因而在隧道内很难有效发挥作用。
发明内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能提高列车在隧道内的行驶安全性的基于声波示警的列车防撞系统。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种基于声波示警的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，其特征在于包括与列车交通网络中的列车数量一致的多个声波示警单元，每个声波示警单元对应一辆列车；所述声波不警单兀包括一用于发射声波的声波发射装置、一用于接收声波的声波接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端；所述声波发射装置设有示警信号输入端，所述声波接收装置设有示警信号输出端，所述示警终端上设有示警信号输入端；所述信号控制处理设备设有示警信号输出端、示警信号输入端、预警信号输出端，并内置有用于控制其各信号输出端的输出信号，及处理分析其示警信号输入端的输入信号的信号处理模块，其示警信号输出端接到声波发射装置的示警信号输入端，其示警信号输入端接到声波接收装置的示警信号输出端，其预警信号输出端接到示警终端的示警信号输入端;每个声波示警单元均安装在对应列车上，其中的声波接收装置安装在对应列车的车头，声波发射装置则安装在对应列车的车尾。[0010]进一步的，所述示警终端安装在对应列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。进一步的，所述信号控制处理设备的预警信号输出端接入对应列车的制动系统和/或自动运行保护系统。进一步的，所述声波示警单元还包括一供电设备，所述供电设备中内置有不间断电源，所述不间断电源的电源输入端接到对应列车的供电输出端，其供电端接到声波发射装置、声波接收装置、示警终端及信号控制处理设备的电源输入端。进一步的，所述声波发射装置包括功率放大器及至少一个扬声器，所述功率放大器的源信号输入端构成声波发射装置的示警信号输入端，功率放大器的放大信号输出端接到各扬声器的电信号输入端。进一步的，所述扬声器是电动式扬声器、静电式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬 声器、气动式扬声器中的一种，或是其中的多种的组合。进一步的，所述声波接收装置包括前置放大器、信号调理器及至少一个传声器，所述信号调理器的调理信号输出端构成声波接收装置的示警信号输出端，所述前置放大器的放大信号输出端接到信号调理器的源信号输入端，前置放大器的源信号输入端分别接到各传声器的电信号输出端。进一步的，所述传声器是电容传声器、压电式传声器、电动传声器、驻极体传声器中的一种，或是其中的多种的组合。本实用新型提供的基于声波示警的列车防撞系统，采用声波来监测前后车之间的间距，不依赖现有的信号、通信等相关设备和系统，具有很强的独立性和可靠性，既可以在正常运行或应急状态下起到长距离示警、防撞保护作用，从而降低列车在隧道内的碰撞风险和损失；还可在一定程度上独立实现列车的移动闭塞(Moving Block)机制，对隧道线路在正常运营或故障降级情况下保证运营效率提供实际帮助，相对现有列车防撞技术具有应用成本低、简单可靠、兼容性好的优点；系统装置完全车载因而几乎不需要对线路做额外的施工和维护，而且对现有线路的电力、信号和通信系统不产生干扰，对人员无任何伤害，特别适合在城市地铁线路中应用。
图I是本实用新型实施例基于声波示警的列车防撞系统的结构示意图；图2是本实用新型实施例基于声波示警的列车防撞系统中的声波示警单元的结构示意图；图3是本实用新型实施例基于声波示警的列车防撞系统的防撞方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。如图I-图2所示，本实用新型实施例所提供的一种基于声波示警的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车I的列车交通网络，其特征在于包括与列车交通网络中的列车I数量一致的多个声波示警单元，每个声波示警单元对应一辆列车I;所述声波不警单兀包括一用于发射声波的声波发射装置2、一用于接收声波的声波接收装置3、一信号控制处理设备4、一示警终端5 ；每个声波示警单元均安装在对应列车上，其中的声波接收装置3安装在对应列车I的车头，声波发射装置2则安装在对应列车I的车尾。如图2所示，所述声波发射装置设有示警信号输入端，所述声波接收装置设有示警信号输出端，所述示警终端上设有示警信号输入端；所述信号控制处理设备设有示警信号输出端、示警信号输入端、预警信号输出端，并内置有用于控制其各信号输出端的输出信号，及处理分析其示警信号输入端的输入信号 的信号处理模块，其示警信号输出端接到声波发射装置的示警信号输入端，其示警信号输入端接到声波接收装置的示警信号输出端，其预警信号输出端接到示警终端的示警信号输入端;本实用新型实施例中，所述示警终端安装在对应列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。所述示警信息发生部件包括示警音发生部件(如蜂鸣器)、示警光发生部件(如示警灯)、示警显示屏，示警终端的示警音发生部件、示警光发生部件、示警显示屏各经示警电路接到示警终端的示警信号输入端；本实用新型实施例中，所述信号控制处理设备的预警信号输出端接入对应列车的制动系统和/或自动运打保护系统。本实用新型实施例中，所述声波示警单元还包括一供电设备，所述供电设备中内置有不间断电源(UPS)，所述不间断电源的电源输入端接到对应列车的供电输出端，其供电端接到声波发射装置、声波接收装置、示警终端及信号控制处理设备的电源输入端。本实用新型实施例中，所述声波发射装置为现有技术，包括功率放大器及至少一个扬声器，所述功率放大器的源信号输入端构成声波发射装置的示警信号输入端，功率放大器的放大信号输出端接到各扬声器的电信号输入端，所述扬声器是电动式扬声器、静电式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、气动式扬声器中的一种，或是其中的多种的组合，扬声器的数量多于一个时，可将各扬声器排列成扬声器阵列。本实用新型实施例中，所述声波接收装置为现有技术，包括前置放大器、信号调理器及至少一个传声器，所述信号调理器的调理信号输出端构成声波接收装置的示警信号输出端，所述前置放大器的放大信号输出端接到信号调理器的源信号输入端，前置放大器的源信号输入端分别接到各传声器的电信号输出端，所述传声器是电容传声器、压电式传声器、电动传声器、驻极体传声器中的一种，或是其中的多种的组合。本实用新型实施例中，所述信号控制处理设备是单片机，所述示警终端中的示警电路为现有技术。如图3所示，本实用新型实施例所提供的基于声波示警的列车防撞系统的防撞方法如下每辆列车均利用信号控制处理设备控制车尾的声波发射装置向列车后方发射声波示警信号，所述声波示警信号是单频率声波，或是由多个不同频率的声波组合而成的多频率声波，声波示警信号可以以间歇方式发射，也可以以连续方式发射；[0036]每辆列车均利用声波接收装置接收前方列车发射的声波示警信号，并在收到前方列车发射的声波示警信号后，输入到信号控制处理设备进行分析判断，如果判断出收到的声波示警信号是由前车发出的，即根据收到的声波示警信号中的声波的传播特性，利用信号控制处理设备估算出本车与前方列车之间的间距，再判断本车与前车之间的间距是否小于安全距离；如果计算出的本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即判定本车与前车之间的间距小于安全距离，信号控制处理设备即向本车的示警终端输出预警信号，使示警终端发出示警信息，并向本车的制动系统输出制动信号，使本车的制动系统对本车实施制动操作，或向本车的保护系统输出限速信号，使本车的保护系统对本车实施限速操作；所述安全距离阈值是由信号控制处理设备预先设定的固定值，或是由信号控制处理设备根据预先设定的固定值及本车行进速度计算出来的变量值；所述示警信息包括示警音(如蜂鸣器的蜂鸣声)、示警光(如示警灯闪烁)、示警文 字和/或示警图案。本实用新型实施例中，估算本车与前方列车之间间距所依据的声波传播特性，是声波示警信号中的声波的衰减特征和/或色散特征；如果声波示警信号是单频率声波，则根据该单频率声波的衰减特征和/或色散特征直接估算出本车与前方列车之间的间距，比如声波示警信号是频率值在800Hz-1600Hz范围内的单频率声波，每辆列车上都所预先设定好声波示警信号的初始幅值，以便计算接收到的声波示警信号的衰减值，列车接收到声波示警信号后，判断该信号相比初始幅值平均衰减幅度大于25dB，即认定本车与前车之间的间距小于安全距离阈值；如果声波示警信号是由多个不同频率的声波组合而成的多频率声波，则根据声波示警信号中的各个不同频率声波的传播特性差异，通过对声波示警信号中的各个不同频率声波的频率值、幅值、色散等特征进行对比分析，通过距离与声信号的幅值、色散等特征的变化特征映射(Mapping)关系，计算出本车与前方列车之间的间距，比如声波示警信号由一个频率值在800Hz-1600Hz范围内的单频率声波，及一个频率值在8kHz-12kHz范围内的单频率声波组成，列车接收到声波示警信号后，由于声波示警信号中的两个单频率声波频率值相差较大，两者的传播特性也有较大差异，使得列车接收到声波示警信号中的两个单频率声波的衰减幅度、色散特征也有着较大的差异，通过对声波示警信号中的两个单频率声波的衰减幅度、色散特征进行对比分析，通过距离与声信号的幅值、色散等特征的变化特征映射(Mapping)关系，即可计算出本车与前方列车之间的间距，其计算精度要大于由单个单频率声波组成的声波示警信号；本实用新型实施例中，所述声波示警信号中各声波可以是频率小于20Hz的次声波信号，也可以是20Hz-20kHz的音频声波信号，也可以是20kHz以上的超声波信号。由于声波的传播速度超过每小时1200公里，远大于一般列车的运行速度，而且空气声波的发射和接收比较简单，相关设备成熟、可靠、低廉，可以容易地保证前后列车形成预设的安全距离，既简单又可靠，具有很好的使用价值和应用前景。
权利要求1.一种基于声波示警的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，其特征在于包括与列车交通网络中的列车数量一致的多个声波示警单元，每个声波示警单元对应一辆列车； 所述声波示警单元包括一用于发射声波的声波发射装置、一用于接收声波的声波接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端； 所述声波发射装置设有示警信号输入端，所述声波接收装置设有示警信号输出端，所述示警终端上设有示警信号输入端； 所述信号控制处理设备设有示警信号输出端、示警信号输入端、预警信号输出端，并内置有用于控制其各信号输出端的输出信号，及处理分析其示警信号输入端的输入信号的信号处理模块，其示警信号输出端接到声波发射装置的示警信号输入端，其示警信号输入端接到声波接收装置的示警信号输出端，其预警信号输出端接到示警终端的示警信号输入端; 每个声波示警单元均安装在对应列车上，其中的声波接收装置安装在对应列车的车头，声波发射装置则安装在对应列车的车尾。
2.根据权利要求I所述的基于声波示警的列车防撞系统，其特征在于所述示警终端安装在对应列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。
3.根据权利要求I所述的基于声波示警的列车防撞系统，其特征在于所述信号控制处理设备的预警信号输出端接入对应列车的制动系统和/或自动运行保护系统。
4.根据权利要求I所述的基于声波示警的列车防撞系统，其特征在于所述声波示警单元还包括一供电设备，所述供电设备中内置有不间断电源，所述不间断电源的电源输入端接到对应列车的供电输出端，其供电端接到声波发射装置、声波接收装置、示警终端及信号控制处理设备的电源输入端。
5.根据权利要求I所述的基于声波不警的列车防撞系统，其特征在于所述声波发射装置包括功率放大器及至少一个扬声器，所述功率放大器的源信号输入端构成声波发射装置的示警信号输入端，功率放大器的放大信号输出端接到各扬声器的电信号输入端。
6.根据权利要求5所述的基于声波不警的列车防撞系统,其特征在于所述扬声器是电动式扬声器、静电式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、气动式扬声器中的一种，或是其中的多种的组合。
7.根据权利要求I所述的基于声波示警的列车防撞系统，其特征在于所述声波接收装置包括前置放大器、信号调理器及至少一个传声器，所述信号调理器的调理信号输出端构成声波接收装置的示警信号输出端，所述前置放大器的放大信号输出端接到信号调理器的源信号输入端，前置放大器的源信号输入端分别接到各传声器的电信号输出端。
8.根据权利要求7所述的基于声波不警的列车防撞系统,其特征在于所述传声器是电容传声器、压电式传声器、电动传声器、驻极体传声器中的一种，或是其中的多种的组合。
专利摘要一种基于声波示警的列车防撞系统，涉及轨道交通技术领域，所解决的是提高列车在隧道内的安全性的技术问题。该系统包括分别安装各辆列车上的多个声波示警单元，每个声波示警单元包括一个安装在列车车头的声波接收装置、一个安装在列车车尾的声波发射装置、一个信号控制处理设备；前车向后车发射由至少一个频率或频段的声波组成的声波示警信号，后车接收前车发射的声波示警信号，再根据声波示警信号的衰减和色散特性，估算出本车与前方列车之间的间距，并适时预警。本实用新型提供的系统，特别适合在城市地铁线路中应用。
文档编号B61L23/34GK202703635SQ201220376870
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者李晓东, 周文晋, 恽毅, 丁茫, 章琦韵 申请人:上海中科高等研究院, 中国科学院声学研究所