专利名称：列车综合预警系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铁路列车的综合预警系统及其工作方法，更具体来讲，本发明涉及一种可对铁路列车的运行及人员安全提供预警信息的系统和方法。
背景技术：
现有技术中存在多种列尾确认装置或检测装置，用于解决这样的问题由于铁路货运列车取消守车后，列车尾部车厢脱节而对铁路安全运行造成的重大隐患。如在专利文件CN1142454A中就公开了一种确认列车尾部的方法，该方法采用风压检测装置来检测列车的尾部是否正常，类似的列车尾部风压报警装置已成为掌握列车尾部车厢状况的有效手段而被广泛应用，如在专利文件CNCN1118319A、CN2124172U中就公开了这样的列尾装置，现行的列车尾部风压报警装置(如国内目前存在的ZTF-2002型、CP-3型列尾装置)具有多项功能，如显示列车尾部风压值、对风管的泄露进行自动检测、提示全列车的完整到达、以及“黑匣子”数据纪录功能等，但这些报警装置大多被接在无线列调的450MHz信道上，利用列车调度信道对列尾装置主机进行遥控、遥测，近年来，虽然采用了一些克服干扰的方法(如双向数据传输)，但同频干扰及与无线列调相互干扰的问题依然存在，在作业繁忙的编组站、区段站问题尤为严重；另外，在弱场强覆盖区，现有的装置无法保证列车首尾间进行正常的数据传输，从而使得目前的列车尾部风压报警装置不能在复线和传播条件不好的区段使用；再者，这样的装置只能提供列车尾部的风压报警信号，而不具有关于列车运行和人员安全的其它预警功能。
随着铁路列车的运行速度不断提高，由于缺乏必要的预警提示系统，铁路沿线工作人员无法了解线路上列车的具体信息，导致伤亡事故时有发生，目前，现有技术中出现了一些为此目的而设计的预(报)警设备，但这些设备的功能和性能各不相同，通信制式也互不一样，无法适应于大范围的推广使用；另外，这些设备也存在可靠性差、性能不稳定的问题；而且，由于此类设备是单独设置的，并未与其它的系统集成到一起，所以存在不便使用、及成本升高的问题。
国外较为完善的高速铁路信号与控制系统被称为列车自动控制系统ATCS，该系统包括行车指挥自动化模块和运行自动化模块，其中的运行自动化模块具有列车自动防护(ATP)和自动驾驶(ATO)的功能，但这样的系统并不包括有关人员安全的预警系统。
发明内容
鉴于上述的问题，本发明提出了一种列车综合预警系统，并提出了该系统所涉及的方法。本发明解决了预警系统出现同频干扰和与无线列调相互串扰的问题，并消除了弱场强区域的信号覆盖问题，从而使系统能够在铁路复线和无线传播条件不好的区段使用，另外，该预警系统可按照广播的方式发送各种预警信息和报警信息，还可从线路沿线接收报警信息，从而可避免列车行车事故，并减少工务人员的伤亡事故。
根据本发明的第一方面，本文提供了一种列车综合预警系统，该系统包括一车载通讯组件与两个列尾控制盒，通讯组件与列尾控制盒均安装在列车的机车上，通讯组件包括发射电台、控制电路、驱动电路、发射天线、FFSK调制解调器、POCSAG码发码电路、接口电路以及电源，通讯组件的工作频段不同于无线列调频段，且其频段具有很强的无线穿透性；一列尾主机，其可通过发射电台与车载通讯组件保持通讯，列尾主机可对列车尾部的风压进行检测和报警，并可对排风电磁阀进行控制；以及设置在轨道沿线的预警接收、发送设备，这些设备可与车载通讯组件进行通讯。
根据本发明的另一方面，所述预警系统的工作频段为800MHz，其中，FFSK的频率为866.2375MHz，而POCSAG码则采用821.2375MHz的频率。
根据本发明的又一方面，所述列尾控制盒包括中央处理器、显示单元、接口电路、FFSK调制解调器、语音单元、数据存储单元、以及操作电路。
根据本发明的再一方面，本文提出了一种用于铁路列车的预警方法，该方法包括步骤在列车的机车上设置一车载通讯组件和两个列尾控制盒，车载通讯组件工作在不同于无线列调的频段上，该组件具有接发信号、数据储存、信息处理、及自动控制的功能；在列车的尾部设置一列尾主机，其可通过无线电台与车载通讯组件保持通讯，列尾主机可对列车尾部的风压进行检测和报警，并可对排风电磁阀进行控制；在轨道沿线设置预警信息收发设备，这些设备通过无线电台与车载通讯组件进行通讯，其中，车载通讯组件可按照广播的方式、以一定的时间间隔向轨道沿线的信息收发设备发送有关列车运行状况的预警信息；并在需要时向其它列车发送必要的行车信息；轨道沿线的信息收发设备可在必要时向车载通讯组件发送预警提示信息；列尾主机在检测到异常情况时，可向机载组件发送报警信息。
根据本发明的另一方面，车载通讯组件以POCSAG的编码格式进行广播。
根据本发明的又一方面，车载通讯组件、列尾主机、以及轨道沿线设备之间以FFSK方式传递预警信息。
根据本发明的再一方面，所述预警方法采用的工作频段为800MHz，其中，FFSK的频率为866.2375MHz，而POCSAG码则采用821.2375MHz的频率。
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述，在附图中图1是根据本发明的综合预警系统的结构框图；图2为一车载通讯组件的功能框图，该车载通讯组件用在图1所示的综合预警系统中；以及图3是一功能模块示意图，表示了用在图1所示综合预警系统中的、与车载通讯组件相连接的列尾控制盒。
具体实施例方式
参见图1，该附图是一综合预警系统的结构框图，图2所示的车载通讯组件用在图1所示的综合预警系统中。本发明的综合预警系统是由三大部分组成的即设置在机车上的车载通讯组件和列尾控制盒；由工作人员携带、或安装在线路道口处的沿线设备；以及设置在列车尾部的列尾主机。对于其中的沿线设备，可以有多种形式，例如是铁路沿线工作人员随身携带的袖珍式接近预警器、安装在铁路沿线施工现场的便携式接近预警器、以及安装在道口的固定设备，在本发明公开内容的基础上，这些设备的设计对本领域技术人员来讲是普通的工程常识，因而在此不对其具体结构作进一步的讨论。
车载通讯组件包括多个功能单元，在图1中，该通讯组件包括车载综合电台和TAX2箱适配器。如图2所示，图中的数字标号1指代800MHz的天线，该天线的工作频率范围为815MHz～875MHz，其安装在机车的顶部。图中的标号2、3分别指代与列尾控制盒相连接的I接口和II接口，这两个接口所针对的两列尾控制盒分别安装在机车两端的两驾驶室内。该车载通讯组件的其余部分安装在机车的设备室内(当然也可将该组件的所有部件都集中安装在同一位置处，从而构成实际意义上的组件)，该车载通讯组件的电源采用机车110V直流电源，并将该直流电转变成13.8V直流后，分别输送给控制电路、两电台、两列尾控制盒。图中的标号4指代机车上的TAX2箱接口电路，车载通讯组件按照200ms的间隔定时从TAX2箱采集列车运行数据(包括时间、列车车次、列车速度、列车公里标、机车号等)，并将这些数据作为组件的基本数据信息。
图2表示了列尾控制盒的各个功能单元，如图所示，该列尾控制盒包括中央处理器、显示单元、接口电路、FFSK(快速移频键控)调制解调器、语音单元、数据存储单元、以及操作电路(即图中的按键电路)，其中，图中列尾控制盒接口与CPU之间的三条连线分别代表13.8V的电源线、GND、以及PPT。
对于系统的工作频率，所用FFSK制式的频率为866.2375MHz，而POCSAG码(Post Office Code Standardization Advisory Group英国邮政局编码标准咨询组制定的寻呼编码)则采用821.2375MHz的频率下面将对该综合预警系统的各项功能及工作方法进行描述，该系统所具有的主要功能为1、以广播的方式发送有关列车运行的预警信息车载通讯组件通过TAX2箱接口电路，采集列车运行的数据信息，经过运算，而执行相应的广播，当列车速度大于5km/h时，每隔200米发送一次列车运行预警信息，信息内容包括列车车次、列车速度、列车公里标。发送格式为POCSAG编码，发射功率为3W，此信息发送给列车运行需经过的道口设备、铁路沿线工作人员随身携带的袖珍式接近预警器、铁路沿线施工现场安置的便携式接近预警器。其中，道口设备的接收距离大于5公里，袖珍式接近预警器的接收距离大于2公里，便携式接近预警器则大于3公里。接收设备收到车载通讯组件发送的列车运行预警信息后，会提前作出响应(当列车速度为180km/h时，对于上述的接收距离，各种设备的提前时间分别为道口设备100秒、袖珍式接近预警器40秒、便携式接近预警器60秒)，这样就可采取适当的措施来避免事故的发生，从而提高了列车运行的安全性。
2、发送列车二次报警信息当列车由于发生事故而侵入邻线之后，为了防止再次发生事故，事故列车机车司机按下列尾控制盒上的报警按键，列尾控制盒以500ms为间隔周期、通过485接口向车载通讯组件发出一次请求，请求其发送列车二次报警信息，车载通讯组件收到该请求后将TAX2箱来的数据(即列车二次报警信息)以FFSK方式发送给接近的其它列车，发射功率为5W，信息内容包括列车车次、列车速度、列车公里标等，接收距离大于5公里，在列车制动所需距离(2公里)的范围内，附近列车收到事故列车发送的二次报警信息后，根据情况采取必要措施，防止再次发生事故。
3、接收列车二次报警信息车载通讯组件接收到事故列车发送的列车二次报警信息后，经解码纠错，以BCD码方式，通过485接口发送给列尾控制盒，列尾控制盒收到后，通过语音合成方式播放“XXXXX次车XXXX.X公里事故”，提醒机车司机采取必要措施，以避免事故再次发生。
4、接收道口障碍预警信息当道口发生危及列车安全运行的情况时，道口值班人员触发装有铅封的报警按键，道口设备以FFSK方式发送道口障碍预警信息，信息内容主要包括道口的公里标，该发射的功率为3W，接收距离大于5公里。车载通讯组件接收到道口设备发送的道口障碍预警信息后，经解码纠错，以BCD码方式，通过485接口发送给列尾控制盒，列尾控制盒收到后，通过语音合成方式播放“XXXX.X公里道口障碍”，提醒机车司机采取必要的措施，避免发生事故。
5、对列车尾部的风压进行查询和报警，其中5.1列尾控制盒与列尾主机建立“一对一”的联络关系，当按下列尾控制盒“确认键”时，列尾控制盒向车载通讯组件发出发送FFSK码的请求，通讯组件接收到该请求之后，建立列尾控制盒与电台间的FFSK通道，并使电台处于发射状态，列尾控制盒通过车载通讯组件向列尾主机发送“确认”信息，列尾主机收到后，回送确认应答信息，通过车载通讯组件传送给列尾控制盒，列尾控制盒经FFSK解调后，将信息送给CPU解码纠错，控制语音存储器播出“XXXX机车，确认完毕”。此时完成列尾控制盒与列尾主机间“一对一”联络关系。
5.2列尾控制盒查询列尾主机的列车尾部风压值列尾控制盒与列尾主机建立“一对一”联络后，按下“查询”键，通过车载通讯组件向列尾主机发送尾部风压查询信息，列尾主机接收后，将列车尾部风压值回送给列尾控制盒，列尾控制盒解码纠错后，控制语音存储器播出“XXXX机车，风压XXX”，同时将风压值显示在显示单元上。
5.3列尾控制盒控制列尾主机排风当列车遇到需要列尾紧急排风制动时，按下“排风”键，列尾控制盒通过车载通讯组件向列尾主机发送排风信息，列尾主机接收后，回送排风应答信息，然后打开电磁阀进行排风，列尾控制盒收到排风应答信息后，控制语音存储器播出“XXXX机车，排风”。列尾主机排风时间长度为60秒。
5.4消号功能列车到达终点或列车需要更换机车时，列尾控制盒与列尾主机需解除“一对一”联络关系，同时按下列尾控制盒上的“确认”键和“查询”键，列尾控制盒通过车载通讯组件向列尾主机发送消号信息，列尾主机接收后，回送消号应答信息，列尾控制盒通过车载通讯组件接收消号应答信息后，对语音存储器进行控制，使其播出语音“XXXX机车，消号成功”。此时列尾控制盒与列尾主机解除“一对一”联络关系。
5.5列尾主机风压报警功能当列车尾部发生风压异常情况时(风压低于正常值)，自动向列尾控制盒发送风压报警信息，列尾控制盒通过车载通讯组件接收后，自动回送风压报警应答信息，然后控制语音存储器，使其播出语音信息“XXXX机车注意，风压XXX”。提醒机车司机注意尾部风压已出现异常情况。
5.6列尾主机电压报警功能当列尾主机电池电压低于正常值(7.2V)时，列尾主机自动向列尾控制盒发送电压报警信息，列尾控制盒通过车载通讯组件接收后，自动回送电压报警应答信息，然后控制语音存储器，使其播出语音信息“XXXX机车，电压不足”，以提醒司机。
本发明的预警系统具有弱化故障的功能，当某一电台发生故障时，另一台电台能够承担故障电台的所有功能。本发明的预警系统还具有存储数据记录的功能，车载通讯组件能够存储有关通讯电台故障、TAX2箱通讯故障等状态数据，并可发送二次报警、接收二次报警、接收道口障碍预警等报警数据，其中的数据内容包括启始时间；启始时的列车车次、列车速度、列车公里标、对方列车车次、速度、公里标；结束时间；结束时的列车车次、列车速度、列车公里标、对方列车车次、列车速度、列车公里标等信息。
权利要求
1.一种列车综合预警系统，该系统包括一车载通讯组件与两个列尾控制盒，通讯组件与列尾控制盒均安装在列车的机车上，通讯组件的工作频段不同于无线列调频段，且其频段具有很强的无线穿透性；一列尾主机，其可通过发射电台与车载通讯组件保持通讯，列尾主机可对列车尾部的风压进行检测和报警，并可对排风电磁阀进行控制；以及设置在轨道沿线的预警接收、发送设备，这些设备可与车载通讯组件进行通讯。
2.根据权利要求1所述的综合预警系统，其特征在于所述综合预警系统的工作频段为800MHz，其中，FFSK的频率为866.2375MHz，而POCSAG码则采用821.2375MHz的频率。
3.根据权利要求1或2所述的综合预警系统，其特征在于所述通讯组件包括发射电台、控制电路、驱动电路、发射天线、FFSK调制解调器、POCSAG码发码电路、接口电路以及电源，
4.根据权利要求3所述的综合预警系统，其特征在于所述列尾控制盒包括中央处理器、显示单元、接口电路、FFSK调制解调器、语音单元、数据存储单元、以及操作电路。
5.一种用于铁路列车的预警方法，该方法包括步骤在列车的机车上设置一车载通讯组件和两个列尾控制盒，车载通讯组件工作在不同于无线列调的频段上，通讯组件具有接发信号、数据储存、信息处理、及自动控制的功能；在列车的尾部设置一列尾主机，其可通过无线电台与车载通讯组件保持通讯，列尾主机可对列车尾部的风压进行检测和报警，并可对排风电磁阀进行控制；在轨道沿线设置预警信息收发设备，这些设备通过无线电台与车载通讯组件进行通讯，其中，车载通讯组件可按照广播的方式、以一定的时间间隔向轨道沿线的信息收发设备发送有关列车运行状况的预警信息；并在需要时向其它列车发送必要的行车信息；轨道沿线的信息收发设备可在必要时向车载通讯组件发送预警提示信息；列尾主机在检测到异常情况时，可向机载组件发送报警信息。
6.根据权利要求5所述的预警方法，其特征在于车载通讯组件以POCSAG的编码格式进行广播。
7.根据权利要求5或6所述的预警方法，其特征在于车载通讯组件、列尾主机、以及轨道沿线设备之间以FFSK方式传递预警信息。
8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于所述预警方法采用的工作频段为800MHz，其中，FFSK的频率为866.2375MHz，而POCSAG码则采用821.2375MHz的频率。
全文摘要
本发明公开了一种用于铁路列车的综合预警系统及其工作方法。本发明通过采用不同于列调信道的频段进行工作，而解决了出现同频干扰和与无线列调相互串扰的问题，并消除了弱场强区域的信号覆盖问题，从而使系统能够在铁路复线和无线传播条件不好的区段使用，另外，该预警系统可按照广播的方式发送各种预警信息和报警信息，还可从线路沿线接收报警信息，从而可避免列车行车事故，并提高人员安全性。
文档编号B61L23/00GK1491845SQ03157549
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者田秀臣, 葛鹰龙, 冷盛翔, 李富超, 刘燕妮, 唐浩明, 熊道权, 方建国, 王国梁, 张守义 申请人:北京世纪东方国铁电讯科技有限公司