專利名稱：基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道交通技術(shù)，特別是涉及一種基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
包括城市軌道交通列車在內(nèi)的軌道交通工具一旦發(fā)生追尾或?qū)ψ驳扰鲎彩鹿?，會造成嚴重的生命和財產(chǎn)損失；尤其在隧道內(nèi)發(fā)生碰撞事故時，事故的救援和處理都極其不便，更加重了事故帶來的危害和影響。目前，大部分國家均采用列車運行控制(Train Control System，TCS，或針對地鐵線路的Automatic Train Control, ATC)系統(tǒng)來保證列車的運行安全，以避免列車碰撞事故發(fā)生，盡管其技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，然而最近十幾年，列車安全事故仍然時有發(fā)生，尤其是近幾年在各國發(fā)生的嚴重地鐵列車追尾事故表明基于信號與通信(Signalingand Communication)技術(shù)的列車運行控制系統(tǒng)雖嚴密但復(fù)雜,但任何外部的不利因素和系統(tǒng)的缺陷都可能導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部故障，或者迫使系統(tǒng)降級至安全系數(shù)低的備用模式，繼而增加列車碰撞事故發(fā)生的幾率。鑒于目前列車碰撞事故仍然時有發(fā)生，相關(guān)技術(shù)人員在完善現(xiàn)有系統(tǒng)安全措施的同時，也在開展新的獨立于現(xiàn)有安全措施的列車防撞技術(shù)的開發(fā)，包括衛(wèi)星定位(Satellite Based Positioning)、圖像識別(Image Recognition)、防撞雷達(Ant1-Crash/Collision Radar)等技術(shù)，以及利用單個技術(shù)的優(yōu)點而集成的防撞系統(tǒng)。現(xiàn)有列車防撞技術(shù)都是基于電磁波感測、探測機制的防撞技術(shù)，這類技術(shù)的缺陷在于，當列車線路在隧道內(nèi)時，基于電磁波感測、探測機制的防撞技術(shù)均不能有效發(fā)揮作用，對于長時間運行在長距離隧道中的地鐵列車而言，其缺陷尤其明顯，主要表現(xiàn)在I)在隧道內(nèi)，尤其是長距離隧道內(nèi)，列車無法利用電磁波直接與隧道外部的中繼(如衛(wèi)星)建立通信；2)隧道的曲率和狹小的空間等因素限制了車載圖像感測方法的有效作用距離；3)由于隧道中內(nèi)部設(shè)施的影響和空間的限制，隧道內(nèi)中高頻電磁波衰減快、回波復(fù)雜，且地鐵線路有上下起伏坡度和彎道，造成探測盲區(qū)，因而電磁波雷達在隧道內(nèi)無法發(fā)揮有效作用。由此可見，現(xiàn)有的列車防撞技術(shù)在隧道內(nèi)的應(yīng)用效果不佳，尤其是在非直形的長距離隧道內(nèi)基本無法有效提高列車的行駛安全性，不能很好的避免列車碰撞事故發(fā)生，在地鐵線路中的應(yīng)用效果較差。

實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能提高列車在隧道內(nèi)的行駛安全性的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的一種基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車數(shù)量一致的多個防撞通信單兀，每個防撞通信單兀對應(yīng)一輛列車；每個防撞通信單元中均有兩個聲波通信子單元，每個防撞通信單元中的一個聲波通信子單元安裝在對應(yīng)列車的車頭，另一個聲波通信子單元安裝在對應(yīng)列車的車尾；所述聲波通信子單兀包括一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號控制處理設(shè)備、一示警終端；所述聲波發(fā)射裝置設(shè)有探測信號輸入端，所述聲波接收裝置設(shè)有反饋信號輸出端，所述示警終端上設(shè)有示警信號輸入端；所述信號控制處理設(shè)備設(shè)有探測信號輸出端、反饋信號輸入端、預(yù)警信號輸出端，并內(nèi)置有用于控制其各信號輸出端的輸出信號，及處理分析其反饋信號輸入端的輸入信號的信號處理模塊，其探測信號輸出端接到聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，其反饋信號輸入端接到聲波接收裝置的反饋信號輸出端，其預(yù)警信號輸出端接到示警終端的示警信號輸入端。進一步的，所述示警終端安裝在對應(yīng)列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件。進一步的，所述信號控制處理設(shè)備的預(yù)警信號輸出端接入對應(yīng)列車的制動系統(tǒng)和/或自動運行保護系統(tǒng)。進一步的，所述聲波通信子單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源，所述不間斷電源的電源輸入端接到對應(yīng)列車的供電輸出端，其供電端接到聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號控制處理設(shè)備的電源輸入端。進一步的，所述聲波發(fā)射裝置包括功率放大器及至少一個揚聲器，所述功率放大器的源信號輸入端構(gòu)成聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，功率放大器的放大信號輸出端接到各揚聲器的電信號輸入端。進一步的，所述揚聲器是電動式揚聲器、靜電式揚聲器、電磁式揚聲器、壓電式揚聲器、氣動式揚聲器中的一種，或是其中的多種的組合。進一步的，所述聲波接收裝置包括前置放大器、信號調(diào)理器及至少一個傳聲器，所述信號調(diào)理器的調(diào)理信號輸出端構(gòu)成聲波接收裝置的反饋信號輸出端，所述前置放大器的放大信號輸出端接到信號調(diào)理器的源信號輸入端，前置放大器的源信號輸入端分別接到各傳聲器的電信號輸出端。進一步的，所述傳聲器是電容傳聲器、壓電式傳聲器、電動傳聲器、駐極體傳聲器中的一種，或是其中的多種的組合。本實用新型提供的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，采用聲波作為通信手段，來實現(xiàn)列車之間的簡單通信，不依賴現(xiàn)有的信號、通信等相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)，只輸出單向指令，具有很強的獨立性，聲波最大的優(yōu)點在于可靠的長距離傳輸能力，一方面中低頻聲波在開闊空間的傳播衰減就比較小，另一方面，某些頻段的聲波可在(半、雙、橢)圓形、矩形等各類隧道中以很低的衰減率直線或曲線傳播，即聲導(dǎo)波(Guided Sound Waves),其在一般隧道中有效傳播距離可達數(shù)公里，遠大于一般列車的安全距離，甚至大于某些地鐵線路的閉塞區(qū)間距離，因而聲波可在隧道內(nèi)或開闊空間用于列車之間的簡單通信，在正常運行或應(yīng)急狀態(tài)下起到長距離示警、防撞保護作用，從而降低列車在隧道內(nèi)的碰撞風險和損失；還可在一定程度上獨立實現(xiàn)列車的移動閉塞(Moving Block)機制，對隧道線路在正常運營或故障降級情況下保證運營效率提供實際幫助，能提高列車在隧道內(nèi)的行駛安全性，相對現(xiàn)有列車防撞技術(shù)具有應(yīng)用成本低、簡單可靠、兼容性好的優(yōu)點；系統(tǒng)裝置完全車載因而幾乎不需要對線路做額外的施工和維護，而且對現(xiàn)有線路的電力、信號和通信系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾，對人員無任何傷害，特別適合在城市地鐵線路中應(yīng)用。

圖1是本實用新型實施例基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)中的聲波通信子單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法流程圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實用新型的保護范圍。如圖1所示，本實用新型實施例所提供的一種基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車I的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車I數(shù)量一致的多個防撞通信單元，每個防撞通信單元對應(yīng)一輛列車I;每個防撞通信單元中均有兩個聲波通信子單元2，每個防撞通信單元中的一個聲波通信子單元2安裝在對應(yīng)列車I的車頭，另一個聲波通信子單元2安裝在對應(yīng)列車I的車尾；如圖2所示，所述聲波通信子單元包括一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號控制處理設(shè)備、一示警終端；所述聲波發(fā)射裝置設(shè)有探測信號輸入端，所述聲波接收裝置設(shè)有反饋信號輸出端，所述示警終端上設(shè)有示警信號輸入端；所述信號控制處理設(shè)備設(shè)有探測信號輸出端、反饋信號輸入端、預(yù)警信號輸出端，并內(nèi)置有用于控制其各信號輸出端的輸出信號，及處理分析其反饋信號輸入端的輸入信號的信號處理模塊，其探測信號輸出端接到聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，其反饋信號輸入端接到聲波接收裝置的反饋信號輸出端，其預(yù)警信號輸出端接到示警終端的示警信號輸入端。本實用新型實施例中所述示警終端安裝在對應(yīng)列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件。所述示警信息發(fā)生部件包括示警音發(fā)生部件(如蜂鳴器)、示警光發(fā)生部件(如示警燈)、示警顯示屏，示警終端的示警音發(fā)生部件、示警光發(fā)生部件、示警顯示屏各經(jīng)示警電路接到示警終端的示警信號輸入端。本實用新型實施例中，所述信號控制處理設(shè)備的預(yù)警信號輸出端接入對應(yīng)列車的制動系統(tǒng)和/或自動運打保護系統(tǒng)。本實用新型實施例中，所述聲波通信子單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源(UPS)，所述不間斷電源的電源輸入端接到對應(yīng)列車的供電輸出端，其供電端接到聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號控制處理設(shè)備的電源輸入端。本實用新型實施例中，所述聲波發(fā)射裝置為現(xiàn)有技術(shù)，包括功率放大器及至少一個揚聲器，所述功率放大器的源信號輸入端構(gòu)成聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，功率放大器的放大信號輸出端接到各揚聲器的電信號輸入端，所述揚聲器是電動式揚聲器、靜電式揚聲器、電磁式揚聲器、壓電式揚聲器、氣動式揚聲器中的一種，或是其中的多種的組合，揚聲器的數(shù)量多于一個時，可將各揚聲器排列成揚聲器陣列。本實用新型實施例中，所述聲波接收裝置為現(xiàn)有技術(shù)，包括前置放大器、信號調(diào)理器及至少一個傳聲器，所述信號調(diào)理器的調(diào)理信號輸出端構(gòu)成聲波接收裝置的反饋信號輸出端，所述前置放大器的放大信號輸出端接到信號調(diào)理器的源信號輸入端，前置放大器的源信號輸入端分別接到各傳聲器的電信號輸出端，所述傳聲器是電容傳聲器、壓電式傳聲器、電動傳聲器、駐極體傳聲器中的一種，或是其中的多種的組合。本實用新型實施例中，所述信號控制處理設(shè)備是單片機，所述示警終端中的示警電路為現(xiàn)有技術(shù)。如圖3所示，本實用新型實施例所提供的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)的防撞方法如下每輛列車車頭的聲波通信子單元，利用信號控制處理設(shè)備控制聲波發(fā)射裝置向列車前方(即列車行進方向)發(fā)射聲波探測信號；每輛列車車尾的聲波通信子單元，利用聲波接收裝置接收后方列車發(fā)射的聲波探測信號，并在收到后方列車發(fā)射的聲波探測信號后，輸入到信號控制處理設(shè)備進行分析判斷，如果判斷出收到的聲波探測信號是由后車發(fā)出的，即利用信號控制處理設(shè)備控制聲波發(fā)射裝置向列車后方(即向后車)發(fā)射聲波應(yīng)答信號；每輛列車車頭的聲波通信子單元，利用聲波接收裝置接收前方列車發(fā)射的聲波應(yīng)答信號，并在收到前方列車發(fā)射的聲波應(yīng)答信號后，根據(jù)本車發(fā)射的聲波探測信號與接收到的聲波應(yīng)答信號之間的收發(fā)時差，及聲波傳播速度、本車行進速度，利用信號控制處理設(shè)備計算出本車與前車之間的間距，再判斷本車與前車之間的間距是否小于安全距離；如果計算出的本車與前車之間的間距小于安全距離閾值，即判定本車與前車之間的間距小于安全距離，信號控制處理設(shè)備即向本車的示警終端輸出預(yù)警信號，使本車示警終端發(fā)出示警信息，并向本車的制動系統(tǒng)輸出制動信號，使本車的制動系統(tǒng)對本車實施制動操作，或向本車的保護系統(tǒng)輸出限速信號，使本車的保護系統(tǒng)對本車實施限速操作；所述安全距離閾值是由信號控制處理設(shè)備預(yù)先設(shè)定的固定值，或是由信號控制處理設(shè)備根據(jù)預(yù)先設(shè)定的固定值及本車行進速度計算出來的變量值；所述示警信息包括示警音(如蜂鳴器的蜂鳴聲)、示警光(如示警燈閃爍)、示警文字和/或示警圖案。本實用新型實施例中，所述聲波探測信號是按時序間歇發(fā)射的單頻率聲波信號，或是按時序間歇發(fā)射的多頻率聲波信號序列，或是按時序持續(xù)發(fā)射的多頻率聲波信號序列，或是按時序間歇發(fā)射的調(diào)幅聲波，或是按時序間歇發(fā)射的調(diào)頻聲波。本實用新型實施例中，所述聲波應(yīng)答信號是單頻率聲波信號，或是按時序發(fā)射的多頻率聲波信號序列，或是調(diào)幅聲波，或是調(diào)頻聲波。[0049]本實用新型實施例中，所述聲波探測信號及聲波應(yīng)答信號可以是頻率小于20Hz的次聲波信號，也可以是20Hz到20kHz的音頻聲波信號，也可以是20kHz以上的超聲波。本實用新型實施例中，所述多頻率聲波信號序列是指由多個不同頻率的聲波按時序組合而成的聲波信號。本實用新型實施例中，每輛列車車頭的聲波通信子單元中的聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的聲波探測信號，應(yīng)當與其它列車車尾的聲波通信子單元的聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的聲波應(yīng)答信號有所區(qū)別。通常，列車的運行線路很長，聲波的傳播速度超過每小時1200公里，遠大于一般列車的運行速度，而空氣聲波的發(fā)射和接收比較簡單，相關(guān)設(shè)備成熟、可靠、低廉，尤其適用于地鐵列車之間以輔助行車安全為目的、無需大量數(shù)據(jù)交換的列車之間的通信。
權(quán)利要求1.一種基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，涉及包含有多輛列車的列車交通網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括與列車交通網(wǎng)絡(luò)中的列車數(shù)量一致的多個防撞通信單元，每個防撞通信單元對應(yīng)一輛列車； 每個防撞通信單元中均有兩個聲波通信子單元，每個防撞通信單元中的一個聲波通信子單元安裝在對應(yīng)列車的車頭，另一個聲波通信子單元安裝在對應(yīng)列車的車尾； 所述聲波通信子單元包括一用于發(fā)射聲波的聲波發(fā)射裝置、一用于接收聲波的聲波接收裝置、一信號控制處理設(shè)備、一示警終端； 所述聲波發(fā)射裝置設(shè)有探測信號輸入端，所述聲波接收裝置設(shè)有反饋信號輸出端，所述示警終端上設(shè)有示警信號輸入端； 所述信號控制處理設(shè)備設(shè)有探測信號輸出端、反饋信號輸入端、預(yù)警信號輸出端，并內(nèi)置有用于控制其各信號輸出端的輸出信號，及處理分析其反饋信號輸入端的輸入信號的信號處理模塊，其探測信號輸出端接到聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，其反饋信號輸入端接到聲波接收裝置的反饋信號輸出端，其預(yù)警信號輸出端接到示警終端的示警信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述示警終端安裝在對應(yīng)列車的駕駛室內(nèi)，示警終端上設(shè)有示警信息發(fā)生部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述信號控制處理設(shè)備的預(yù)警信號輸出端接入對應(yīng)列車的制動系統(tǒng)和/或自動運行保護系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述聲波通信子單元還包括一供電設(shè)備，所述供電設(shè)備中內(nèi)置有不間斷電源，所述不間斷電源的電源輸入端接到對應(yīng)列車的供電輸出端，其供電端接到聲波發(fā)射裝置、聲波接收裝置、示警終端及信號控制處理設(shè)備的電源輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述聲波發(fā)射裝置包括功率放大器及至少一個揚聲器，所述功率放大器的源信號輸入端構(gòu)成聲波發(fā)射裝置的探測信號輸入端，功率放大器的放大信號輸出端接到各揚聲器的電信號輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述揚聲器是電動式揚聲器、靜電式揚聲器、電磁式揚聲器、壓電式揚聲器、氣動式揚聲器中的一種，或是其中的多種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述聲波接收裝置包括前置放大器、信號調(diào)理器及至少一個傳聲器，所述信號調(diào)理器的調(diào)理信號輸出端構(gòu)成聲波接收裝置的反饋信號輸出端，所述前置放大器的放大信號輸出端接到信號調(diào)理器的源信號輸入端，前置放大器的源信號輸入端分別接到各傳聲器的電信號輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，其特征在于所述傳聲器是電容傳聲器、壓電式傳聲器、電動傳聲器、駐極體傳聲器中的一種，或是其中的多種的組合。
專利摘要一種基于聲波通信的列車防撞系統(tǒng)，涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是提高列車在隧道內(nèi)的安全性的技術(shù)問題。該系統(tǒng)包括分別安裝各輛列車上的多個防撞通信單元，每個防撞通信單元中均由分別安裝在車頭及車尾的兩個聲波通信子單元組成，每個聲波通信子單元包括一聲波發(fā)射裝置、一聲波接收裝置、一信號控制處理設(shè)備；后車向前車發(fā)射聲波探測信號，前車接收到后車發(fā)射的聲波探測信號后，向后車發(fā)射聲波應(yīng)答信號，后車接收到前車發(fā)射的聲波應(yīng)答信號后，根據(jù)聲波探測信號與聲波應(yīng)答信號之間的收發(fā)時差計算出本車與前車之間的間距，再根據(jù)計算結(jié)果判斷列車的碰撞風險。本實用新型提供的系統(tǒng)，特別適合在城市地鐵線路中應(yīng)用。
文檔編號B61L23/18GK202896597SQ20122037624
公開日2013年4月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者李曉東, 周文晉, 夏海波, 蔡志博, 鮑明 申請人:上海中科高等研究院, 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所