基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法

摘要

一种基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法，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压力波采集装置、一无线信号发射装置、一无线信号接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端；每辆列车从车身周边采集并存储隧道内的压力波信号，将当前时刻所采集的压力波信号的信号特征发送给后车，后车根据本车与前车采集到的同一压力波信号的采集时间差估算出本车与前车之间的间距，再根据估算结果适时采取相应防撞措施。本发明提供的系统及方法，能降低隧道内的列车碰撞风险。

权利要求

1.一种基于隧道压力波的列车接近预警系统的预警方法，所述基于隧道压力波的列车接近预警系统，涉及包含有多辆列车的列车交通网络，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采集隧道压力波的压力波采集装置、一用于发射无线预警信号的无线信号发射装置、一用于接收无线预警信号的无线信号接收装置、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入端及多个信号输出端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的压力波采集装置、无线信号接收装置，其中的两个信号输出端分别连接本单元的无线信号发射装置、示警终端；

所述的预警方法其特征在于：

每辆列车在隧道内行驶时，利用压力波采集装置从车身周边采集隧道内的压力波信号，并存储压力波信号的采集数据及其采集时间点；

每辆列车利用信号控制处理设备控制无线信号发射装置向后方列车发送无线示警信号，所述无线示警信号中包含有当前时刻所采集的压力波信号的信号特征；

每辆列车利用无线信号接收装置接收前车发送的无线示警信号，并在收到前车发送的无线示警信号后，将该无线示警信号中包含的压力波信号的信号特征作为前车压力波信号特征，利用信号控制处理设备将前车压力波信号特征，与自身储存的历史压力波信号的相应信号特征进行比对，如果在自身储存的历史压力波信号中，找到与前车压力波信号特征相匹配的历史压力波信号，则根据两者之间的采集时间差，再结合本车的历史车速，估算出本车与前车之间的间距；

如果估算出本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即利用信号控制处理设备控制本车示警终端发出示警信息；

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。

2.根据权利要求1所述的基于隧道压力波的列车接近预警系统的预警方法，其特征在于：每辆列车向后方列车发送的无线示警信号还包含有记录至当前时刻的一段历史时长内的本车历史车速和/或本车历史行驶距离；

每辆列车在估算与前车之间的间距时，还结合了无线示警信号中包含的前车历史车速和/或前车历史行驶距离。

3.根据权利要求1或2所述的基于隧道压力波的列车接近预警系统的预警方法，其特征在于：如果估算出本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即利用信号控制处理设备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。

说明书

基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通技术，特别是涉及一种基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法的技术。

背景技术

[0002] 轨道交通列车的运行安全，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。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、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

[0003] 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在隧道内行驶安全性的基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于隧道压力波的列车接近预警系统，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；

[0005] 所述防撞通信单元包括一用于采集隧道压力波的压力波采集装置、一用于发射无线预警信号的无线信号发射装置、一用于接收无线预警信号的无线信号接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端；

[0006] 所述信号控制处理设备设有多个信号输入端及多个信号输出端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的压力波采集装置、无线信号接收装置，其中的两个信号输出端分别连接本单元的无线信号发射装置、示警终端。

[0007] 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。

[0008] 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/或自动运行保护系统。

[0009] 本发明所提供的基于隧道压力波的列车接近预警系统的预警方法，其特征在于：

[0010] 每辆列车在隧道内行驶时，利用压力波采集装置从车身周边采集隧道内的压力波信号，并存储压力波信号的采集数据及其采集时间点；

[0011] 每辆列车利用信号控制处理设备控制无线信号发射装置向后方列车发送无线示警信号，所述无线示警信号中包含有当前时刻所采集的压力波信号的信号特征；

[0012] 每辆列车利用无线信号接收装置接收前车发送的无线示警信号，并在收到前车发送的无线示警信号后，将该无线示警信号中包含的压力波信号的信号特征作为前车压力波信号特征，利用信号控制处理设备将前车压力波信号特征，与自身储存的历史压力波信号的相应信号特征进行比对，如果在自身储存的历史压力波信号中，找到与前车压力波信号特征相匹配的历史压力波信号，则根据两者之间的采集时间差，再结合本车的历史车速，估算出本车与前车之间的间距；

[0013] 如果估算出本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即利用信号控制处理设备控制本车示警终端发出示警信息；

[0014] 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。

[0015] 进一步的，每辆列车向后方列车发送的无线示警信号还包含有记录至当前时刻的一段历史时长内的本车历史车速和/或本车历史行驶距离；

[0016] 每辆列车在估算与前车之间的间距时，还结合了无线示警信号中包含的前车历史车速和/或前车历史行驶距离。

[0017] 进一步的，如果估算出本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即利用信号控制处理设备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。

[0018] 本发明提供的基于隧道压力波的列车接近预警系统及其预警方法，每辆列车利用压力波采集装置从车身周边采集隧道内的压力波信号，由于列车在隧道内行驶过程中经过非连续腔体时形成的压力波会沿隧道朝向列车前方快速的传播，其传播速度要远大于列车行进速度，且传播距离很长，信噪比也极佳，后车可根据本车与前车采集到的同一压力波信号的采集时间差估算出本车与前车之间的间距，使后车能根据估算结果采取相应防撞措施，能提高列车在隧道内行驶的安全性。

附图说明

[0019] 图1是本发明实施例基于隧道压力波的列车接近预警系统的结构示意图；

[0020] 图2是本发明实施例基于隧道压力波的列车接近预警系统中的防撞通信单元的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图说明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。

[0022] 如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于隧道压力波的列车接近预警系统，涉及包含有多辆列车1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1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1上；

[0023] 如图2所示，本发明实施例中，所述防撞通信单元包括一用于采集隧道压力波的压力波采集装置、一用于发射无线预警信号的无线信号发射装置、一用于接收无线预警信号的无线信号接收装置、一信号控制处理设备、一示警终端；

[0024] 所述信号控制处理设备设有多个信号输入端及多个信号输出端，其中的两个信号输入端分别连接本单元的压力波采集装置、无线信号接收装置，其中的两个信号输出端分别连接本单元的无线信号发射装置、示警终端。

[0025] 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。

[0026] 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/或自动运行保护系统。

[0027] 本发明实施例中，所述信号控制处理设备是单片机。

[0028] 本发明实施例中，所述压力波采集装置为现有技术，由前置放大器、信号调理器及至少一个传声器组成，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。

[0029] 本发明实施例实际应用时，所述压力波采集装置也可以采用能将压力波转化成电信号的其它换能装置，比如压力传感器，或是带低通滤波的声波接收器。

[0030] 本发明实施例中，所述无线信号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。

[0031] 本发明实施例中，所述无线信号接收装置为现有技术，由接收天线、接收放大器和解调电路组成。

[0032] 本发明实施例所依据的原理是：当列车高速进出隧道时，或者经过隧道连续空气声腔有明显突变的部位，例如区间风井、救援通道口等时，均会形成具有一定幅度和波形特征的压力波，其本质上是列车行驶时在连续空气声腔突变处激发的冲击载荷所形成的一种低频脉冲声波，分为压缩波和负压波两种基本形式。每辆列车形成的压力波会沿隧道朝向列车前方或后方以音速快速地传播，要远大于列车行进速度，且有效传播距离很长，信噪比也很好。隧道中的压力波直接体现了列车存在和快速行驶特征，可以通过时延检测用来帮助判断可能互相接近的列车之间的间距，因此可以用作列车接近预警，预防碰撞危险的发生。

[0033] 本发明实施例的基于隧道压力波的列车接近预警系统的种预警方法，其特征在于：

[0034] 每辆列车在隧道内行驶时，利用压力波采集装置从车身周边采集隧道内的压力波信号，并存储压力波信号的采集数据及其采集时间点，每辆列车当前时刻所采集的压力波信号可能是本车经过非连续腔体时形成的，也可能是由后方列车经过非连续腔体时形成的向前传播的压力波信号（后车形成的压力波信号的传播速度为音速，要远大于列车行进速度，因此能被前方列车迅速采集到）；

[0035] 每辆列车利用信号控制处理设备控制无线信号发射装置向后方列车发送无线示警信号，所述无线示警信号中包含有当前时刻所采集的压力波信号的信号特征；

[0036] 每辆列车利用无线信号接收装置接收前车发送的无线示警信号，并在收到前车发送的无线示警信号后，将该无线示警信号中包含的压力波信号的信号特征作为前车压力波信号特征，利用信号控制处理设备将前车压力波信号特征，与自身储存的历史压力波信号的相应信号特征进行比对，如果在自身储存的历史压力波信号中，找到与前车压力波信号特征相匹配的历史压力波信号，则根据两者（即前车压力波信号特征，及与前车压力波信号特征相匹配的历史压力波信号）之间的采集时间差，再结合本车的历史车速，估算出本车与前车之间的间距；

[0037] 如果估算出本车与前车之间的间距小于安全距离阈值，即利用信号控制处理设备控制本车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；

[0038] 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。

[0039] 本发明实施例中，每辆列车向后方列车发送的无线示警信号还包含有记录至当前时刻的一段历史时长内的本车历史车速和/或本车历史行驶距离；

[0040] 每辆列车在估算与前车之间的间距时，还结合了无线示警信号中包含的前车历史车速和/或前车历史行驶距离。

[0041] 本发明实施例中，将前车压力波信号特征与历史压力波信号进行比对时，所依据的压力波信号特征是时域特征和/或频域特征，实际应用时也可以采用模式识别方法进行压力波信号比对。

[0042] 本发明实施例中，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。

[0043] 本发明实施例适合应用在包含隧道的轨道交通线路，帮助预防隧道内列车非正常接近风险的发生。