专利名称：一种判别列车运行方向的方法
技术领域：
本发明属于轨道交通技术领域，涉及一种在不依赖列车现有设备如运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装置等情况下也能够判别列车运行方向的方法。
背景技术：
列车中某些设备经常需要确定列车的运行方向，即告知列车是往上行方向走行，还是往下行方向走行，以确定正确的工作模式和参数配置。有些场合需要人工输入列车上行或下行走行方向，典型的例子如铁路机车信号设备，需要司机人工判定并根据判断结果手工扳动“上行”或“下行”模式开关。一旦扳动错误，将会出现机车信号工作模式和机车实际工况不匹配，轻则工作异常，重则信号显示错误，甚至可能导致发生行车事故，危及司机和旅客的生命安全。在该种作业过程中，列车运行方向完全依赖于人为判断，增加了司机的劳动强度，而且频繁的人工操作也使人为失误率大大增加。在另外一些场合，需由信号系统的车载设备完成列车上下行走行方向的自动判定工作，此时若信号系统工作正常，则无需人工判定。而一旦信号系统发生故障而切除，那么列车运行方向就需要由司机进行人工判断确认。在人工判断过程中，极有可能因司机对线路状况不熟悉等不确定的人为因素，出现对列车运行方向判断的失误，从而危及列车的运行安全。此外，列车上有些新增设备往往需要列车运行方向信息。该方向信息可以直接从列车信号系统获取，但需改动列车信号系统，存在一定的安全风险。因此，通常情况下进行列车信号系统的改动工作需要非常严格的安全评估和审核，以确保不影响信号系统的正常工作，且工程实施非常不便。通过检索相关专利，发现2007年3月21日公开的公开号为1931647的中国专利“一种利用机车行车和安全信息自动判断上下行的机车信号系统”中，机车信号通过机车上所安装的机车行车和安全信息综合监测装置以及列车运行监控记录装置输出数据中的信号机公里标、车次、降级状态、调车状态、区段号、机车工况信息和机车运行的交路区段数据来自动判断机车运行区段的上、下行，然后再根据所判断的上、下行进行载频切换和准确的机车信号译码。2008年8月27日公开的公开号为101249836的中国专利“机车信号中自动判断上下行的方法”描述了一种利用列车运行监控记录装置信息自动判断上、下行并且进行载频锁闭和切换的机车信号系统，机车信号主机通过实时采集列车运行监控记录装置所送出的机车运行区段所对应的地面轨道电路的载频信息自动判断机车信号译码的上、下行状态，然后再根据所判断的上、下行对译码载频进行锁闭和切换处理，从而进行准确的机车信号译码并防止邻线干扰的侵入对机车信号译码的影响。以上专利均需依赖列车原有设备，包括运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合监测装置，实际应用时会受到较多限制。综上所知，能够在不借助列车原有设备如运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装置等情况下判断列车的运行方向是现有技术中有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不依赖列车原有设备包括运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装置等的情况下能够判别列车运行方向的方法。为了达到上述目的，本发明的解决方案是:一种判别列车运行方向的方法，包括以下步骤:(I)在列车上放置一个与大气相通的空气室，在所述空气室中与钢轨平行的方向的两端分别放置一个发射声波的发射装置和一个接收声波的接收装置；(2)发射装置向接收装置发射声波并记录发射的时刻^，接收装置接收所述声波并记录接收到所述声波的时刻t2，实时测量空气室内的空气温度T ；
(3)比较声波的实际传输时间和列车静止状态下声波的传输时间，根据比较结果判断列车的运行方向。所述步骤(I)中的空气室为一个带孔容器。所述发射装置与所述接收装置所在直线与钢轨平行。所述发射装置发射特定频率的声波，所述接收装置接收特定频率范围的声波。所述步骤(3)中计算声波的实际传输时间的公式为:t动=t2_ti其中，为所述声波的实际传输时间，单位为秒。所述步骤(3)中计算列车静止状态下声波的传输时间的方法为:计算声波的传播速度Vp则计算列车静止时声波的传输时间的公式为:t 静=L/V 声声其中，L为所述发射装置与所述接收装置之间的距离，单位为米；v_的单位为米/秒为列车静止时声波从所述发射装置传递到所述接收装置所需的时间，单位为秒。所述计算声波的传输速度V，的公式为:V _ =331.3+0.606 X T其中，表示声波的传播速度，单位为米/秒；T表示声波传输时带孔空气室中空气的温度，单位为摄氏度。所述步骤(3)中根据比较结果判别列车的运行方向包括:当ta> t#时，列车的运行方向为从声波发射装置指向声波接收装置的方向；当七^“^时，列车的运行方向为从声波接收装置指向声波发射装置的方向；当t动4#时，列车处于静止状态由于采用上述方案，本发明的有益效果是:与现有技术相比，该方法能够在不依赖列车现有设备如运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装置等情况下，准确判别列车运行方向，避免人为确认带来的不确定因素对列车运行方向判断的错误及由此带来的不安全性，同时也减轻了工作人员的工作负担，提高了行车安全性。
图1本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车上行运行与下行运行的对照示意图；图2本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车上行运行时方向判别h时刻与t2时刻列车位置的对照示意图；图3本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车下行运行时方向判别h时刻与t2时刻列车位置的对照示意图；图4本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车中带孔空气室反向安装时所在列车上行运行与下行运行的对照示意图；图5本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车中带孔空气室反向安装时所在列车上行运行时方向判别时A时刻与t2时刻列车位置的对照示意图；图6本发明实施例中判别列车运行方向的方法所在列车中带孔空气室反向安装时所在列车下行运行时方向判别时A时刻与t2时刻列车位置的对照示意图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。本发明判别列车运行方向的方法旨在不依赖列车原有设备如运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装 置的情况下判断列车的运行方向。具体步骤如下:(I)在列车上放置一个与大气相通的空气室，在该空气室中沿着与钢轨平行的方向的两端分别放置一个发射声波的发射装置和一个接收声波的接收装置，声传播方向与钢轨平行；(2)发射装置向接收装置发射声波并记录发射的时刻^，接收装置接收声波并记录接收到声波的时刻t2，实时检测空气室内的空气温度T ；(3)比较声波的实际传输时间和列车静止状态下声波的传输时间，根据比较结果判断列车的运行方向。上述步骤(I)中的空气室与大气相通的目的是保证空气室内的空气是静止的而不是跟随列车运动的，若采用带孔的空气室则不仅能够保证空气室内空气与大气相通，而且能够消除列车运行时周围空气的干扰，减小方向判别的误差，因此这里选择空气室为一个带孔的长方体容器。同时，为了保证判断结果的准确性，发射装置与接收装置所在直线与列车走向或钢轨的方向一致，以保证声波的传播方向与列车走行方向平行。同时，上述步骤(I)中发送装置发送特定频率的声波，接收装置也只接收特定频率范围内的声波，使得只有符合特定频率的信号通过，其他频率信号被滤除，消除了其他频率信号的干扰。上述步骤(3)还包括:(31)计算声波的传输时间:t动(I) (I)其中，指的是声波从发射装置到接收装置的传输时间，单位为秒(S)。(32)计算声波的传播速度:V声=331.3+0..606XT (2) (2)其中，表示声波的传播速度，单位为米/秒(m/s) ;T表示带孔空气室中空气的在时刻的温度，单位为摄氏度(°C)。
(33)计算列车静止时声波从发射处到接收处的传输时间:t静=L + v声(3) (3)其中，为列车静止时声波从发射装置到接收装置的传输时间，单位为秒(s) ；L为发射装置与接收装置的距离，单位为米U)。(34)通过比较、与来判断列车的运行方向。上述步骤(34)中通过比较、与来判断列车的运行方向具体包括:当时，列车的运行方向为从发射装置指向接收装置的方向；当七^“^时，列车的运行方向为从接收装置指向发射装置的方向；当t动=t静时，列车处于静止状态。以上判断的根据是:当列车的运 行方向与声波从发射装置到接收装置的传输方向一致时，接收装置也随着列车朝着与声波向接收装置相同的方向运动，因此声波的实际传输距离大于发射装置与接收装置的距离，而在相同温度下声波的传播速率是相同的，故此时的实际传输时间大于列车静止时声波从发射装置到接收装置的传输时间。同理，当列车的运行方向与声波从发射装置到接收装置的传输方向相反时，可以得出声波的实际传输时间小于列车静止时声波从发射装置到接收装置的传输时间。列车的运行方向只有上行与下行方向，并且在列车运营过程中朝向不变，即不会掉头行驶，所以列车均采用反向折返的方式改变运营方向，即列车两端司机室中的一个只能作为一个运行方向的车头，而另一个作为另一个运行方向的车头；将上行方向的车头定义为司机室TC1，下行方向的车头定义为司机室TC2，如图1至图6所示。列车在投入运营后，列车朝向始终不变，即在上彳丁方向运彳丁时TCl端司机室始终在如，TC2端司机室始终在后；下彳丁方向运彳丁时TC2端司机室始终在如，TCl端司机室始终在后。这里将本发明判别列车运行方向的方法应用于如图1至图6所示的情形中进行分析。图2所示为当列车运行方向为上行时的情况。以大地为参照物，列车向上行方向行驶，接收装置也随着列车以相同速率向上行方向运动。在h时刻开始方向判别，此时列车司机室TCl位于上行股道A点。发射装置发射声波，声波在带孔空气室内向接收装置传播。声波发出后，在空气中反复振荡并向前传播，在t2时刻时接收装置接收到该声波，因此声波的传输时间为t动测量空气室内的空气温度T，计算此时的声波传播的速度为:V _=331.3+0.606XT0此时列车若是处于静止状态，声波的传输时间为t#=L + v声。由于接收装置随列车向上行方向运动，与声波的传输方向相反，因此声波的实际传输路径的长度Ls小于发射装置和接收装置的间距L，显然ta〈t#。因此，按图1配置，若测量结果为，则判断结果为列车往上行方向运行，SP列车的运行方向为从接收装置指向发射装置的方向，如图2所示的情形。图3所示为此时当列车运行方向为下行时的情况。以大地为参照物，列车向下行方向行驶，接收装置也随着以相同速率向下行方向运动。在t3时刻，列车司机室TCl位于下行股道C点，此时开始方向判别，发射装置开始发射声波，声波在带孔空气室内向接收装置传播。同样，根据公式(I)计算，根据公式(2)计算根据公式(3)计算t#。再比较七_与的大小，根据比较结果判别列车运行方向。由于此时接收装置随列车向下行方向运动，与声波的传输方向相同，因此声波的实际传输路径长度Ls大于发射装置和接收装置的间距L，显然ta>t#。因此，按图1配置，若测量结果为，则列车往下行方向运行，即列车的运行方向为从发射装置指向接收装置的方向，如图3所示的情形。图4所示为带孔空气室以与图1、图2和图3中相反的方向安装在列车上的情形。发射装置靠近司机室TC2，接收装置靠近司机室TCl。图5所示为带孔空气室反向安装时列车运行在上行方向的情况。以大地为参照物，列车向上行方向行驶，接收装置也随着列车以相同速率向上行方向运动，列车运行方向与声波的传输方向相同，因此声波的实际传输路径的长度Ls大于发射装置和接收装置的间距L，显然计算结果，列车的运行方向为从发射装置指向接收装置的方向，即上行方向。图6所示为带孔空气室反向安装时列车运行在下行方向的情况。以大地为参照物，列车向下行方向行驶，接收装置也随着列车以相同速率向下行方向运动，列车运行方向与声波的传输方向相反，因此声波的实际传输路径的长度Ls小于发射装置和接收装置的间距L，显然计算结果，列车的运行方向为从接收装置指向发射装置的方向，即下行方向。综上可知，该装置能够在不依赖于列车原有设备如运行监控记录装置或机车行车和安全信息综合检测装置的情况下准确判别列车的运行方向，避免了可能的人为误判危及行车安全，同时也降低了工作人员的劳动强度，提高了行车安全性。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种判别列车运行方向的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)在列车上放置一个与大气相通的空气室，在所述空气室中与钢轨平行的方向的两端分别放置一个发射声波的发射装置和一个接收声波的接收装置； (2)发射装置向接收装置发射声波并记录发射的时刻h，接收装置接收所述声波并记录接收到所述声波的时刻t2，实时测量空气室内的空气温度T ； (3)比较声波的实际传输时间和列车静止状态下声波的传输时间，根据比较结果判断列车的运行方向。
2.根据权利要求1所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的空气室为一个带孔容器。
3.根据权利要求1所 述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述发射装置与所述接收装置所在直线与钢轨平行。
4.根据权利要求1所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述发射装置发射特定频率的声波，所述接收装置接收特定频率范围的声波。
5.根据权利要求1所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述步骤(3)中计算声波的实际传输时间的公式为: t 动 其中，为所述声波的实际传输时间，单位为秒。
6.根据权利要求1所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述步骤(3)中计算列车静止状态下声波的传输时间的方法为: 计算声波的传播速度Vp则计算列车静止时声波的传输时间的公式为: t静=L/v声 其中，L为所述发射装置与所述接收装置之间的距离，单位为米；v_的单位为米/秒；t 为列车静止时声波从所述发射装置传递到所述接收装置所需的时间，单位为秒。
7.根据权利要求5所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述计算声波的传输速度V $的公式为:ν*=331.3+0.606XT 其中，表示声波的传播速度，单位为米/秒；Τ表示声波传输时带孔空气室中空气的温度，单位为摄氏度。
8.根据权利要求1所述的判别列车运行方向的方法，其特征在于:所述步骤(3)中根据比较结果判别列车的运行方向包括: 当IaHll时，列车的运行方向为从声波发射装置指向声波接收装置的方向； 当七^“^时，列车的运行方向为从声波接收装置指向声波发射装置的方向； 当七动4#时，列车处于静止状态。
全文摘要
本发明提出了一种判别列车运行方向的方法，属于轨道交通技术领域。该方法包括以下步骤(1)在列车上放置一个与大气相通的空气室，在该空气室的前后两端分别放置一个发射声波的发射装置和一个接收声波的接收装置；(2)发射装置向接收装置发射声波并记录时刻t1，接收装置接收声波并记录时刻t2，实时测量空气室内的空气温度T；(3)比较声波的实际传输时间和列车静止状态下声波的传输时间，根据比较结果判断列车的运行方向。该方法在不依赖列车原有设备如运行监控记录装置、机车行车和安全信息综合检测装置等情况下，能够判别列车的运行方向，避免人为误判而危及行车安全，同时也减轻了工作人员的工作负担，提高了行车安全性。
文档编号B61L25/00GK103213603SQ201310100829
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者沈拓, 欧冬秀, 韦乐香, 袁志鹏 申请人:同济大学