专利名称：基于声波和电磁波的列车防撞系统及其防撞方法
技术领域：
本发明涉及轨道交通技术，特别是涉及一种基于声波和电磁波的列车防撞系统及其防撞方法的技术。
背景技术：
列车交通网络中的各列车在运行过程中，前后列车之间保持一定的距离是行车安全的基本前提。现有的列车交通网络都采用(准)移动或传统的固定闭塞(Block)、联锁等机制来控制网络中各列车之间的间距，由于列车缺乏向前后车自主示警的手段，也缺乏自 主探测与前后车之间间距的手段，因此一旦这些控制机制因各种原因引起的故障或疏漏而失效时，会将列车置于严重的碰撞风险中。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高列车行驶安全性的基于声波和电磁波的列车防撞系统及其防撞方法。为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于声波和电磁波的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，其特征在于该系统包括多个防撞通信单元，所述防撞通信单元的数量与列车交通网络中的列车数量一致，每个防撞通信单元对应一辆列车，并安装在对应列车上；
所述防撞通信单元包括一用于发射无线电波信号的无线电发射装置、一用于接收无线电波信号的无线电接收装置、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；
所述信号控制处理设备设有多个信号输出端、多个信号输入端，其中的三个信号输出端分别连接本单元的无线电发射装置、声波发射装置、示警终端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的无线电接收装置、声波接收装置。进一步的，所述示警终端安装在所在列车的驾驶室内，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各信号输出端中，有一个信号输出端接入所在列车的制动系统和/或自动运打保护系统。进一步的，所述防撞通信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所在列车的供电输出端，其供电端接到本单元的无线电发射装置、无线电接收装置、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。本发明所提供的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法，其特征在于 每辆列车利用无线电发射装置发射无线电波参考信号，并在每次发射无线电波参考信
号的同时利用声波发射装置发射声波测距信号；
每辆列车利用无线电接收装置接收其它列车发射的无线电波参考信号，利用声波接收装置接收其它列车发射的声波测距信号；
每辆列车在收到另一列车发射的无线电波参考信号及声波测距信号时，即根据该两个信号的接收时差，结合无线电波及声波的传播速度，利用信号控制处理设备计算出两车之间的间距，再根据计算结果判断两车之间的间距是否小于安全距离；
如果判断出两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。进一步的，每辆列车先利用无线电发射装置发射无线电波探测信号，利用无线电接收装置接收其他列车发射的无线电波探测信号，并在收到其他列车发来的无线电波探测信号后，再利用无线电发射装置发射一个无线电波参考信号，并同时利用声波发射装置发射一个声波测距信号。进一步的，每辆列车利用无线电发射装置间歇发射无线电波参考信号，并在每次发射无线电波参考信号的同时利用声波发射装置发射一个声波测距信号。 进一步的，每辆列车如果判断出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。本发明提供的基于声波和电磁波的列车防撞系统及其防撞方法，由于在开阔空间或列车隧道中，无线电波(电磁波)的传播速度极快，远远超过声波的最快传播速度(时速约1230公里)，而声波的传播速度又远远超过正常列车的运行速度，因此每辆列车可利用无线电波和空气声波的传播特性，根据由其他列车同时发送的无线电波信号和空气声波信号这两种信号之间的接收时差，实现两车车距的评估，并能根据车距评估结果采取相应防撞措施，能提高列车行驶安全性。
图I是本发明实施例基于声波和电磁波的列车防撞系统的结构不意 图2是本发明实施例基于声波和电磁波的列车防撞系统中的防撞通信单元的结构示意图。
具体实施例方式以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图I所示，本发明实施例所提供的一种基于声波和电磁波的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车I的列车交通网络，其特征在于该系统包括多个防撞通信单元2，所述防撞通信单元2的数量与列车交通网络中的列车I数量一致，每个防撞通信单元2对应一辆列车1，并安装在对应列车I上；
如图2所示，所述防撞通信单元2包括一用于发射无线电波信号的无线电发射装置、一用于接收无线电波信号的无线电接收装置、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；
所述信号控制处理设备设有多个信号输出端、多个信号输入端，其中的三个信号输出端分别连接本单元的无线电发射装置、声波发射装置、示警终端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的无线电接收装置、声波接收装置。本发明实施例中，所述示警终端安装在所在列车的驾驶室内，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。本发明实施例中，所述信号控制处理设备的各信号输出端中，有一个信号输出端接入所在列车的制动系统和/或自动运打保护系统。本发明实施例中，所述防撞通信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所在列车的供电输出端，其供电端接到本单元的无线电发射装置、无线电接收装置、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。
本发明实施例中，所述声波发射装置为现有技术，由声波信号功率放大器，及连接声波信号功率放大器的至少一个扬声器组成，所述声波信号功率放大器的源信号输入端构成声波发射装置的发射信号输入端，声波信号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。本发明实施例中，所述声波接收装置为现有技术，包括声波信号前置放大器、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接收信号输出端，所述声波信号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，声波信号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。本发明实施例中，所述无线电发射装置为现有技术，由振荡器、调制电路、无线电信号功率放大器和发射天线组成。本发明实施例中，所述无线电接收装置为现有技术，由接收天线、无线电信号前置放大器和解调电路组成。本发明实施例中，所述信号控制处理设备是单片机。本发明实施例所提供的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法，其特征在于
每辆列车利用无线电发射装置发射无线电波参考信号，并在每次发射无线电波参考信号的同时利用声波发射装置发射声波测距信号；
每辆列车利用无线电接收装置接收其它列车发射的无线电波参考信号，利用声波接收装置接收其它列车发射的声波测距信号；
每辆列车在收到另一列车发射的无线电波参考信号及声波测距信号时，即根据该两个信号的接收时差，结合无线电波及声波的传播速度，利用信号控制处理设备计算出两车(即发射无线电波参考信号及声波测距信号的列车与本车)之间的间距，再根据计算结果判断两车之间的间距是否小于安全距离；
如果计算出两车之间的间距小于安全距离阈值，即判定两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，使本车示警终端发出示警信息；如果计算出两车之间的间距小于安全距离阈值，且本车为后车，信号控制处理设备即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。本发明实施例中，每辆列车可以先利用无线电发射装置发射无线电波探测信号，利用无线电接收装置接收其他列车发射的无线电波探测信号，在收到其他列车发来的无线电波探测信号后，再利用无线电发射装置发射一个无线电波参考信号，并同时利用声波发射装置发射一个声波测距信号。本发明实施例中，每辆列车也可以利用无线电发射装置间歇发射无线电波参考信 号，并在每次发射无线电波参考信号的同时利用声波发射装置发射声波测距信号。本发明实施例中，所述声波测距信号是单频率声波信号，或是调幅声波，或是调频声波，所述声波测距信号可以是频率小于20Hz的次声波信号，也可以是20Hz到20kHz的音频声波信号，也可以是20kHz以上的超声波。本发明实施例中，每辆列车发射的无线电波参考信号、声波测距信号，最好与其它列车所发射的无线电波参考信号、声波测距信号有所区别，以免误报。
权利要求
1.一种基于声波和电磁波的列车防撞系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，其特征在于该系统包括多个防撞通信单元，所述防撞通信单元的数量与列车交通网络中的列车数量一致，每个防撞通信单元对应一辆列车，并安装在对应列车上； 所述防撞通信单元包括一用于发射无线电波信号的无线电发射装置、一用于接收无线电波信号的无线电接收装置、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； 所述信号控制处理设备设有多个信号输出端、多个信号输入端，其中的三个信号输出端分别连接本单元的无线电发射装置、声波发射装置、示警终端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的无线电接收装置、声波接收装置。
2.根据权利要求I所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统，其特征在于所述示警 终端安装在所在列车的驾驶室内，示警终端上设有示警信息发生部件。
3.根据权利要求I所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统，其特征在于所述信号控制处理设备的各信号输出端中，有一个信号输出端接入所在列车的制动系统和/或自动运打保护系统。
4.4、根据权利要求I所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统,其特征在于所述防撞通信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所在列车的供电输出端，其供电端接到本单元的无线电发射装置、无线电接收装置、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所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法，其特征在于 每辆列车利用无线电发射装置发射无线电波参考信号，并在每次发射无线电波参考信号的同时利用声波发射装置发射声波测距信号； 每辆列车利用无线电接收装置接收其它列车发射的无线电波参考信号，利用声波接收装置接收其它列车发射的声波测距信号； 每辆列车在收到另一列车发射的无线电波参考信号及声波测距信号时，即根据该两个信号的接收时差，结合无线电波及声波的传播速度，利用信号控制处理设备计算出两车之间的间距，再根据计算结果判断两车之间的间距是否小于安全距离； 如果判断出两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。
6.根据权利要求5所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法,其特征在于每辆列车先利用无线电发射装置发射无线电波探测信号，利用无线电接收装置接收其他列车发射的无线电波探测信号，并在收到其他列车发来的无线电波探测信号后，再利用无线电发射装置发射一个无线电波参考信号，并同时利用声波发射装置发射一个声波测距信号。
7.根据权利要求5所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法,其特征在于每辆列车利用无线电发射装置间歇发射无线电波参考信号，并在每次发射无线电波参考信号的同时利用声波发射装置发射一个声波测距信号。
8.根据权利要求5或6或7所述的基于声波和电磁波的列车防撞系统的防撞方法,其特征在于每辆列车如果判断出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。
全文摘要
一种基于声波和电磁波的列车防撞系统及其防撞方法，涉及轨道交通技术领域，所解决的是提高列车行驶安全性的技术问题。该系统包括多个防撞通信单元，各防撞通信单元分别安装在各列车上；所述防撞通信单元包括一无线电发射装置、一无线电接收装置、一声波发射装置、一声波接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端；每辆列车接收其他列车同时发射的无线电信号及声波信号，并根据两种信号的接收时差评估列车间的间距，根据评估结果判断碰撞风险。本发明提供的系统及方法，能降低列车碰撞风险。
文档编号B61L23/34GK102756747SQ201210270339
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者叶青华, 周文晋, 李晓东, 管鲁阳, 郑成诗 申请人:上海中科高等研究院, 中国科学院声学研究所