專利名稱：列車防撞預警系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通的列車運行自動控制系統，特別是列車在運行過程中的列車防撞預警系統。
背景技術：
現代的列車運行自動控制系統(ATC)包括列車自動防護(ATP)、列車自動運行 (ATO)及列車自動監控(ATS)等子系統。其中，ATP子系統的功能是對列車運行進行超速防護，實現列車位置檢測，保證列車間的安全間隔，保證列車在安全速度下運行，完成信號顯示、故障報警、降級提示、列車參數和線路參數的輸入等。ATC系統需設置行車控制中心，沿線設置連鎖控制站，列車上安裝有車載控制設備。控制中心與控制站通過有線數據通信網連接，控制中心與列車可依靠軌道電路、地面應答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地面設施進行信息交換。ATC系統在受到環境干擾、人為失誤或設備缺陷等因素的影響而出現故障時，無法完全避免列車相互沖突碰撞的可能。目前的列車車載控制設備僅能依靠軌道電路、地面應答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地面設施提供的信號獲取當前線路的信息，還不能直接獲取附近其它列車的位置、速度等信息。一旦這些地面列車運行控制設備發生故障或出現行車調度錯誤，相互靠近的列車之間不能及時有效地獲取對方的狀態，列車司機無法保證列車之間的安全距離，就有可能引發列車相撞的惡性事故。因此，在相互接近的列車之間及時地交換行駛狀態等信息，對于列車的運行安全具有重要意義。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種列車防撞預警系統，采用無線廣播方式向列車周圍廣播自己的行駛狀態，并監聽附近其它列車行駛狀態的無線廣播信息，不需要任何地面輔助設備，即可實現高可靠的運營列車之間的防撞預警。本發明的技術方案是列車防撞預警系統，包括列車信息采集模塊、無線通信模塊和CPU控制處理模塊；其中，列車信息采集模塊用于收集本列車狀態信息，列車狀態信息包括列車行駛線路、位置、車速、安全等級；無線通信模塊用于無線廣播本列車狀態信息和無線接收其它列車廣播的列車狀態信息；CPU控制處理模塊用于接收和處理列車狀態信息采集模塊和無線通信模塊發來的本列車和其它列車的列車狀態信息；無線通信模塊將本列車當前的列車狀態信息對周邊進行無線廣播，同時接收周邊其它列車無線廣播的列車狀態信息，CPU控制處理模塊根據本列車與其它列車的相互關系，判斷行車安全距離和安全速度， 向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。所述列車信息采集模塊接收人機交換接口匪I和列車TAX箱接口的信息。所述人機交換接口 MMI的信息包括顯示屏和若干按鈕或鍵盤的信息。所述無線通信模塊對所廣播的狀態信息進行加密處理。所述無線通信模塊還具有一個檢測和避免頻道占用沖突的機制。
所述無線通信模塊在廣播的數據包設有檢錯碼。
所述CPU控制處理模塊包括CPU應用程序。本發明的優點效果是列車防撞預警系統隨車安裝時，可以將本列車的位置、速度、狀態等信息無線廣播出去，同時可接收附近其它列車的無線廣播信息，根據本列車與其它列車的相互關系，判斷行車安全距離和安全速度，必要時向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。本發明結構簡單可靠，安裝方便，能使列車及時了解到臨近列車的行駛狀態，可以有效提高列車行駛的安全性。


圖1為本發明列車防撞預警系統結構示意圖；圖2為本發明列車防撞預警系統安裝到列車的模塊結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明列車防撞預警系統的
具體實施例方式列車防撞預警系統采用如下的技術方案列車防撞預警系統由列車信息采集模塊、無線通信模塊、CPU控制處理模塊組成。列車信息采集模塊負責收集本列車當前的行駛線路、位置、車速、安全等級等狀態信息；無線通信模塊負責無線發送本列車狀態信息并無線接收其它列車狀態信息；CPU控制處理模塊接收列車狀態信息采集模塊發來的本列車位置、速度、安全等級等狀態信息，控制無線通信模塊將本列車狀態信息對周邊進行無線廣播，同時還控制無線通信模塊接收其它列車廣播的狀態信息，根據本列車與其它列車的關系，判斷行車安全距離和安全速度，必要時向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。本發明主要包括了三個方面的功能，首先是最基本的廣播功能。本發明會自動向列車自身周邊一定范圍內無線廣播列車的狀態信息，這些狀態信息包括列車當前行駛的線路及行駛方向、在線路上的位置、速度，以及列車當前的安全等級。本發明實時采集本列車的狀態信息，以固定或變化的時間間隔向外無線廣播本列車的最新狀態。在不進行對外廣播時，監聽附近其它列車的狀態信息廣播。不同列車上安裝的無線通信模塊可使用相同頻道，也可使用不同但頻段已知的頻道進行信息的廣播和接收。根據本列車與其它列車的位置、速度關系和安全等級狀況，判斷行車安全距離。其次，由于存在多個列車的防撞預警系統使用相同頻道同時進行廣播的可能，所以本發明還具有一個檢測和避免頻道占用沖突的機制。廣播的狀態信息數據包內包含檢錯碼，接收方可以根據檢錯碼檢測沖突的發生。另一方面，為減少沖突發生的可能性，(1)本發明對外廣播的間隔時間可以是一個隨機數，每次廣播完成后這個隨機數都要重新生成。隨機數的取值范圍在0和T之間，其中T是一個預先確定或可根據需要調整的最大時間間隔。 (2)每次廣播的時間遠遠小于廣播的平均周期。(3)本發明的可用頻道可以多于一個，每個系統至少占用其中的一個。頻道的選取可以采用隨機方式、或者系統設置方式。(4)本發明可以根據本列車的安全等級，調整對外廣播的平均周期或者最大時間間隔T。例如，當列車運行一切正常時，平均周期最長；當列車嚴重故障或脫軌時，平均周期最短。最后，由于本發明以無線廣播和監聽的形式工作，在其周圍使用同一頻道的所有無線設備均能接收和干擾本系統廣播的信息，所以為了保證信息安全，本發明需要對廣播的信息進行加密。下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。一套列車防撞預警系統，由CPU、信息采集模塊和無線通信模塊，以及CPU控制處理模塊組成，如圖2所示。安裝在列車上的列車防撞預警系統將本列車的位置、速度、安全等級等狀態信息無線廣播出去，同時可接收附近其它列車的無線廣播信息。CPU控制處理模塊將通過信息采集模塊收集列車的相關信息，如CPU控制處理模塊通過信息采集模塊與列車TAX箱的接口獲得車次、行駛線路、方向、位置公里標、車速等信息，從信息采集模塊擴展的人機交互接口(MMI)獲得列車的安全狀態等級。擴展的MMI將包括顯示屏和若干按鈕，還可以設置鍵盤。列車可能出現的故障將依照嚴重程度分為多個等級，每個等級的故障對應一個安全等級的輸入按鈕，按鈕可以用不同的顏色標識，如藍、黃、橙、紅等，方便區別不同的等級。安全等級可由列車司機或司乘人員通過這些按鈕或鍵盤輸入，也可由列車上的其它設備自動輸入。本發明將實時采集的這些信息以一定的格式組成數據包，以固定或變化的時間間隔向外無線廣播本列車的最新狀態。在不進行對外廣播時，監聽附近其它列車的狀態信息廣播。不同列車上安裝的無線通信模塊將使用相同頻道、或不同但頻段已知的頻道完成信息的廣播和接收，根據本列車與其它列車的相互關系和安全等級，判斷行車安全距離，必要時向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。由于存在多個列車的防撞預警系統同時使用相同頻道進行廣播的可能，所以本發明設計有一個檢測和避免頻道占用沖突的機制。在廣播的數據包內包含有檢錯碼，如奇偶校驗，CRC-16，CRC-32等，接收方可以由此檢測沖突的發生。為了減少沖突的可能，本發明對外廣播的間隔時間將使用一個0和T之間的隨機數，其中T是一個預先確定或可根據需要調整的最大時間間隔，每次廣播完成后需要重新生成這個隨機數作為新的間隔時間。廣播的平均周期與最大時間間隔T的關系依所使用的隨機分布的不同而不同。同時，本發明每次廣播的時間要遠遠小于廣播的平均周期，盡量減少占用頻道的時間。當工作一個區域的本系統較多時，用于本發明之間通信的頻道也可以多于一個，每個本發明將至少使用其中的一個頻道。本發明在選擇頻道時可以采用隨機方式或者系統設置方式。在使用隨機方式時，本發明會在給定的幾個頻道中隨機選擇一個或幾個頻道廣播。這時，本發明可以通過調整最大時間間隔T或者隨機分布函數，確保本發明在每個頻道上廣播的平均周期為期望值。在使用系統設置方式時，本發明將根據系統設定或調度安排在一定區間內只在一個或幾個頻道上進行廣播。此外，本發明還可以根據本列車的安全等級，調整對外廣播的平均周期或者最大時間間隔T。例如，當列車運行一切正常時，平均周期為2秒鐘；當列車嚴重故障或脫軌時，平均周期0. 5秒鐘。這樣就保證了高等級的安全狀態信息可以被及時的收到。 每個安全等級對應的具體平均周期數值可根據行車速度、剎車距離、線路類型等確定。對于信息安全方面的考慮，本發明通過在發送端軟件加入加密算法，在接收端軟件加入解密算法，實現信息的加密功能，保證信息的安全。本發明也可以通過加入分別具有加密和解密功能的電路從硬件上解決通信加密的問題。除上述車載式安裝的情況，列車防撞預警系統可以安裝在車站。車站上的本發明接收站內各次列車的狀態，將這些狀態綜合后，向外廣播出去。這時，可以專門設置一個頻道供車站使用，以減少信道沖突的概率。本發明也可以在隧道、山區等無線信號傳輸距離較近的地點進行地面安裝，本發明接收附近各次列車的狀態，將這些狀態綜合后，向外廣播出去，以擴大廣播信號覆蓋范圍。本發明在這兩種安裝方式下，主要實現了信息的轉發功能。本發明還可以在如公鐵立交處安裝，通過與安裝位置附近的異物侵入、塌方報警等系統設備連接，對外廣播此處的安全狀態。本發明還可以被線路上或線路附近正在進行巡檢、作業的工作人員使用，使工作人員及時了解工作地點附件列車運行情況，保障地面工作人員和列車的安全，緊急時，地面工作人員還可向外廣播緊急信息，供車載本系統接收，達到靈活的預警功能。本發明系統結構簡單可靠，安裝方便，能使列車及時了解到臨近列車的行駛狀態， 以及重點路段的線路狀態，可以有效提高列車行駛的安全性，具有很強的靈活性和適用性。顯然，本領域技術人員基于本發明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發明的保護范圍。如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.列車防撞預警系統，包括列車信息采集模塊、無線通信模塊和CPU控制處理模塊；特征在于其中，列車信息采集模塊用于收集本列車狀態信息，列車狀態信息包括列車行駛線路、位置、車速、安全等級；無線通信模塊用于無線廣播本列車狀態信息和無線接收其它列車廣播的列車狀態信息；CPU控制處理模塊用于接收和處理列車狀態信息采集模塊和無線通信模塊發來的本列車和其它列車的列車狀態信息；無線通信模塊將本列車當前的列車狀態信息對周邊進行無線廣播，同時接收周邊其它列車無線廣播的列車狀態信息，CPU控制處理模塊根據本列車與其它列車的相互關系，判斷行車安全距離和安全速度，向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。
2.根據權利要求1所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述列車信息采集模塊接收人機交換接口匪I和列車TAX箱接口的信息。
3.根據權利要求2所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述人機交換接口MMI的信息包括顯示屏和若干按鈕或鍵盤的信息。
4.根據權利要求1所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述無線通信模塊對所廣播的狀態信息進行加密處理。
5.根據權利要求1所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述無線通信模塊還具有一個檢測和避免頻道占用沖突的機制。
6.根據權利要求5所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述無線通信模塊在廣播的數據包設有檢錯碼。
7.根據權利要求1所述的列車防撞預警系統，其特征在于所述CPU控制處理模塊包括CPU應用程序。
全文摘要
一種列車防撞預警系統，列車信息采集模塊用于收集本列車狀態信息，列車狀態信息包括列車行駛線路、位置、車速、安全等級等；無線通信模塊用于無線廣播本列車狀態信息和無線接收其它列車廣播的列車狀態信息；CPU控制處理模塊用于接收和處理列車信息采集模塊和無線通信模塊發來的本列車和其它列車的列車狀態信息。無線通信模塊將本列車當前的列車狀態信息對周邊進行無線廣播，同時接收其它列車無線廣播的列車狀態信息，CPU控制處理模塊根據本列車與其它列車的相互關系，判斷行車安全距離和速度，向司機、列車自動駕駛系統發出預警信號。本發明結構簡單可靠，安裝方便，能使列車及時了解到臨近列車的行駛狀態，可以有效提高列車行駛的安全性。
文檔編號B61L23/34GK102358334SQ20111025360
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者余祖俊, 史紅梅, 寧濱, 朱力強, 郭保青 申請人:北京交通大學