专利名称：地铁列车防撞预警系统及方法
技术领域：
本发明涉及城市轨道交通信号系统，尤其是涉及一种地铁列车防撞预警系统及方法。
背景技术：
城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统(Automatic Train Control,简称ATC)组成，ATC系统包括三个子系统列车自动监控系统(AutomaticTrain Supervision,简称 ATS)，列车自动防护子系统(AutomaticTrain Protection,简称 ATP),列车自动运行系统(AutomaticTrain Operation,简称 ΑΤΟ)。三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。移动闭塞方式的ATC系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、波导等媒体，向列控车载设备传递信息。列车安全间隔距离是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得出，信息被循环更新，以保证列车不间断收到即时信息。移动闭塞ATC系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并距此计算出每一列车的运行权限，动态更新发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态，计算出列车运行的速度曲线，实现精确的定点停车，实现完全防护的列车双向运行模式，更有利于线路通过能力的充分发挥。目前轨道交通领域采用的通信方式主要有轨道电路、感应回线、查询应答器、无线通讯。前三者主要用于地面向列车转送少量的数据信息，无线通讯主要用于列车和地面之间的语音和数据双向通讯。这几种方式除了都需要专门的基础设施外，前三种仅为地面到车的单向通讯，且无法完成列车和列车之间的信息交互。无线通讯虽可以实现列车和地面的双向信息交互，但列车和列车之间的通讯是通过地面转发，增加了信息传送的时延和不确定性。另外，无线通信本身就存在易受干扰的缺点，尤其地铁通信系统被干扰更严重，导致可靠性下降。目前，列车与列车之间的数据交互需要地面系统设备的配合，这就对地面系统设备可靠性也提出很高的要求。现有ATC系统的双向数据交互主要依靠无线通讯的方式来完成的，且不提供列车与列车之间的直接数据交互。接触网指电气化铁路和城市轨道交通接触网，是电气化轨道交通所特有的、沿路轨架设的、为电力机车或电动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。接触网是一电力输电线，它具有电力输电线所具有的一切特性。接触网除了给列车供电外，也是一个天然的载波通信通道。利用接触网和载波通信技术就可实现列车和列车之间双向的数据通信。利用接触网载波通信的方式，无须增加多少基础设施投资就可实现列车和列车之间双向的数据通信，且频谱资源宽松，受外界的干扰相对较少。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合接触网与载波通信技术的地铁列车防撞预警系统及方法，该系统及方法的通信可以实现双向通信，并且不易受到干扰。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种地铁列车防撞预警系统，该系统与列车的行车安全装置连接，包括接触网，沿列车轨道架设，所述的接触网的分段绝缘处设有过分相装置；车载设备，设置在列车上，包括依次连接的耦合模块、信号处理模块和预警显示模块，所述的耦合模块与接触网耦合采集或发送载波信号，所述的信号处理模块和预警显示模块均与行车安全装置连接。所述的耦合模块至少包括两个耦合器，列车行进时，至少存在一个耦合器不位于接触网的分段绝缘处。所述的耦合器有两个，分别位于列车的前部和后部。所述的信号处理模块包括依次连接的滤波功放单元、数模转换单元、数字变频滤波单元、基带处理和通讯协议单元以及串并转换单元，所述的滤波功放单元连接耦合模块，所述的串并转换单元、预警显示模块和行车安全装置之间通过对应的数据接口分别两两连接。一种采用上述系统的地铁列车防撞预警方法，包括本列车行车信息的发送过程以及其他列车行车信息的接收过程，所述的发送过程和接收过程同步进行，其中发送过程为 Al)列车的行车安全装置将本列车的行车信息分别发送至预警显示模块和信号处理模块；A2)预警显示模块显示本列车的行车信息，信号处理模块对本列车的行车信息进行处理，生成包含行车信息的载波信号；A3)耦合模块将信号处理模块生成的载波信号发送至接触网；接收过程为BI)耦合模块由接触网采集包含其他列车行车信息的载波信号，并发送至信号处理模块；B2)信号处理模块对包含其他列车行车信息的载波信号进行处理，获取其他列车的行车信息；B3)信号处理模块将其他列车的行车信息发送至预警显示模块，与本列车的行车信息同步显示。步骤A2)中信号处理模块的处理过程包括以下步骤A201)将并行方式的行车信息转换为串行方式的行车信息；A202)根据通信协议编码，并进行基带处理；A203)进行数字变频和数字滤波；A203)将数字信号转换成模拟信号；
A203)进行模拟滤波和功率放大，得到待发送的载波信号。步骤B2)中信号处理模块的处理过程包括以下步骤B201)进行模拟滤波和功率放大；B202)将模拟信号转换成数字信号；B203)进行数字变频和数字滤波；B204)进行基带处理，并根据通信协议解码，得到行车信息；B205)将串行方式的行车信息转换为并行方式的行车信息。所述的行车信息包括行车数据的采集时间、列车的车次号、位置信息和行车速度。与现有技术相比，本发明利用既有的城市轨道交通接触网及相对成熟的载波通信技术，可实现邻近列车之间直接的双向数据交互通信，能在地面系统由于各种原因失效的情况下避免列车碰撞情况的发生，保障列车安全运营，有效缓解安全与效率的矛盾，而且地铁列车防撞预警系统所涉及的频谱资源宽松，受外界的干扰相对较少，而且隧道内的通信覆盖距离要远远大于现有的无线通信系统。此外，相对于无线通信方式而言，除了可实现邻近列车直接的数据通信之外，还具有经济和高效的特点。
图I为本发明系统的结构框图；图2为本发明系统的整体结构示意图；图3为本发明方法的发送过程的流程图；图4为本发明方法的接收过程的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I所示，一种地铁列车防撞预警系统，该系统与列车的行车安全装置5连接，包括沿列车轨道架设的接触网I和车载设备。由于轨道交通的接触网是分段绝缘的，先要在分段绝缘处加装过分相装置12，保证载波信号能在接触网I中无阻断传输，且能隔离工频干扰。车载设备设置于列车上，包括依次连接的耦合模块、信号处理模块和预警显示模块4。其中，耦合模块包括两个耦合器2，与接触网I耦合采集或发送载波信号，由于耦合器2可能位于分段绝缘处，无法发送和接收载波信号，所以两个耦合器2如图2所示，分别设在列车的前部和后部，保证至少有一个不位于分段绝缘处，也就能保证及时将本车行车数据发送到邻近列车，同时能接收邻近列车发来的数据，还起到了冗余备份的作用。信号处理模块则包括依次连接的滤波功放单元31、数模转换单元32、数字变频滤波单元33、基带处理和通讯协议单元34以及串并转换单元35，滤波功放单元31连接耦合模块中的两个耦合器2，串并转换单元35、预警显示模块4和行车安全装置5之间通过对应的数据接口 6分别两 两连接。对于一辆列车，采用上述系统的地铁列车防撞预警方法包括了本列车行车信息的发送过程以及其他列车行车信息的接收过程，行车信息为包括行车数据的采集时间、列车的车次号、位置信息和行车速度在内的重要信息，发送过程和接收过程同步进行，即时更新，保证每辆列车都可以得知其他邻近列车的实时信息，起到防撞预警的作用。所述的发送过程如图3所示步骤Al)列车的行车安全装置将本列车的行车信息分别发送至预警显示模块和信号处理模块；步骤A2)预警显示模块显示本列车的行车信息，信号处理模块对本列车的行车信息进行处理，生成包含行车信息的载 波信号；步骤A3)耦合模块将信号处理模块生成的载波信号发送至接触网；所述的接收过程为步骤BI)耦合模块由接触网采集包含其他列车行车信息的载波信号，并发送至信号处理模块；步骤B2)信号处理模块对包含其他列车行车信息的载波信号进行处理，获取其他列车的行车信息；步骤B3)信号处理模块将其他列车的行车信息发送至预警显示模块，与本列车的行车信息同步显示。其中，步骤A2)中信号处理模块的处理过程又具体包括以下步骤A201)将并行方式的行车信息转换为串行方式的行车信息；A202)根据通信协议编码，并进行基带处理；A203)进行数字变频和数字滤波；A203)将数字信号转换成模拟信号；A203)进行模拟滤波和功率放大，得到待发送的载波信号。而步骤B2)中信号处理模块的处理过程则包括以下步骤B201)进行模拟滤波和功率放大；B202)将模拟信号转换成数字信号；B203)进行数字变频和数字滤波；B204)进行基带处理，并根据通信协议解码，得到行车信息；B205)将串行方式的行车信息转换为并行方式的行车信息。采用本系统及其方法可以在地面系统由于各种原因失效的情况下，司机可以依据地铁列车防撞预警系统所显示的邻近列车行车信息来安全的实现人工行车，就可以有效避免在信号系统瘫痪时发生列车相撞的情况，有效缓解安全与效率的矛盾，作为应急备用系统来预防列车相撞有着很重要的价值。
权利要求
1.一种地铁列车防撞预警系统，该系统与列车的行车安全装置连接，其特征在于，包括 接触网，沿列车轨道架设，所述的接触网的分段绝缘处设有过分相装置； 车载设备，设置在列车上，包括依次连接的耦合模块、信号处理模块和预警显示模块，所述的耦合模块与接触网耦合采集或发送载波信号，所述的信号处理模块和预警显示模块均与行车安全装置连接。
2.根据权利要求I所述的地铁列车防撞预警系统，其特征在于，所述的耦合模块至少包括两个耦合器，列车行进时，至少存在一个耦合器不位于接触网的分段绝缘处。
3.根据权利要求2所述的地铁列车防撞预警系统，其特征在于，所述的耦合器有两个，分别位于列车的前部和后部。
4.根据权利要求I所述的地铁列车防撞预警系统，其特征在于，所述的信号处理模块包括依次连接的滤波功放单元、数模转换单元、数字变频滤波单元、基带处理和通讯协议单元以及串并转换单元，所述的滤波功放单元连接耦合模块，所述的串并转换单元、预警显示模块和行车安全装置之间通过对应的数据接口分别两两连接。
5.一种采用如权利要求I所述系统的地铁列车防撞预警方法，其特征在于，包括本列车行车信息的发送过程以及其他列车行车信息的接收过程，所述的发送过程和接收过程同步进行，其中 发送过程为 Al)列车的行车安全装置将本列车的行车信息分别发送至预警显示模块和信号处理模块； A2)预警显示模块显示本列车的行车信息，信号处理模块对本列车的行车信息进行处理，生成包含行车信息的载波信号； A3)耦合模块将信号处理模块生成的载波信号发送至接触网； 接收过程为 BI)耦合模块由接触网采集包含其他列车行车信息的载波信号，并发送至信号处理模块； B2)信号处理模块对包含其他列车行车信息的载波信号进行处理，获取其他列车的行车信息； B3)信号处理模块将其他列车的行车信息发送至预警显示模块，与本列车的行车信息同步显示。
6.根据权利要求5所述的地铁列车防撞预警系统，其特征在于，步骤A2)中信号处理模块的处理过程包括以下步骤 A201)将并行方式的行车信息转换为串行方式的行车信息； A202)根据通信协议编码，并进行基带处理； A203)进行数字变频和数字滤波； A203)将数字信号转换成模拟信号； A203)进行模拟滤波和功率放大，得到待发送的载波信号； 步骤B2)中信号处理模块的处理过程包括以下步骤 B201)进行模拟滤波和功率放大；B202)将模拟信号转换成数字信号； B203)进行数字变频和数字滤波； B204)进行基带处理，并根据通信协议解码，得到行车信息； B205)将串行方式的行车信息转换为并行方式的行车信息。
7.根据权利要求5所述的地铁列车防撞预警系统，其特征在于，所述的行车信息包括行车数据的采集时间、列车的车次号、位置信息和行车速度。
全文摘要
本发明涉及一种地铁列车防撞预警系统，包括沿列车轨道架设的接触网和车载设备，接触网的分段绝缘处设有过分相装置，车载设备设置在列车上，包括依次连接的耦合模块、信号处理模块和预警显示模块，所述的耦合模块与接触网耦合采集或发送载波信号，所述的信号处理模块和预警显示模块均与行车安全装置连接；方法包括同步进行的发送和采集过程，通过在接触网中通过载波信号发送并采集信息，来获得实时的行车信息。与现有技术相比，本发明可以实现双向通信，不易受到干扰，而且通信覆盖距离要远远大于现有的无线通信系统。
文档编号B61L23/00GK102632912SQ20121012664
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者张晓钧 申请人:上海通号轨道交通工程技术研究中心有限公司