CN102837714A - 一种列车信号***装置及列车可行距离检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种列车信号***装置包括通行信号链终点设置单元为行驶列车设置终点位置及发射无线通行信号；通行信号链中继单元沿轨道沿线配置，转发所述无线通行信号，使无线通行信号形成包含有列车前方可行距离信息的通行信号链；通行信号链检测单元令行驶列车实现对所述通行信号链的信息接收及对前方可行距离的计算。一种列车可行距离检测方法包括以下步骤：于前方车站或前方列车发射无线通行信号；通过沿轨道配置的通行信号链中继单元转发所述无线通行信号，从而形成一条通行信号链；于后方列车接收所述无线通行信号；于后方列车根据所接收的无线通行信号计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离。本发明的列车信号***令列车安全更有保障。

Description

一种列车信号***装置及列车可行距离检测方法
技术领域
本发明涉及一种信号***装置，特别是一种基于通行信号链测距的列车动态信号***装置及列车可行距离检测方法。
背景技术
目前在轨道交通上基本上都会采用“闭塞***”对列车运行实施控制，以有效保障列车在自己的闭塞段(区间)内是既无前行列车，又无后随列车进入此区间发生碰撞，而列车信号***则是实现所述“闭塞”的一种常用手段。传统铁路最常用的闭塞***为“基于轨道电路的列车运行控制”(Track Circuit Based TrainControl，TBTC)，而随着现代计算技术机及通信技术的发展，目前又出现了更先进的“基于通信的列车运行控制”(Communication Based Train Control，CBTC)，使列车运行具有更高的可靠性、灵活性及营运效率。
TBTC及CBTC表达的实际上是一种实现区间闭塞的方法或手段，如果从闭塞的形式及效果来看，则可分为“固定闭塞***”(Fixed Block System，FBS)及“移动闭塞***”(Moving Block System，MBS)。固定闭塞***的闭塞区间是固定不变的，并且闭塞区间一定要大于列车的长度；而移动闭塞的闭塞区间长度则是可变的，可根据列车本身参数自动调整，并且还会随列车运行而移动，是一种基于“可行距离”(distance-to-go)的控制模式。移动闭塞比固定闭塞要求更高，但同时也具有更好的营运效率。CBTC-MBS代表了现代列车控制的较高水平。
然而不管是TBCT、CBTC，还是FBS、MBS，列车与地面之间都有着非常密切的联系，列车与地面之间要实施有效的通信，并通过地面设备检查或确认列车的位置，才能产生有效的列车控制信号，并进而形成有效的“闭塞”，才能避免列车进入闭塞区间发生碰撞。从这个意义上来说，TBCT及CBTC体现了两种不同的通信方式，前者是通过轨道电路实现列车与地面的联系，而CBCT则是通过无线方式来实现列车与地面的通信，并且在列车与地面通信的同时实现于地面轨道上的定位。为了实现所述的定位功能，必须要在列车轨道上铺设轨道电路、计轴器、应答器、交叉感应电缆等设施检测列车位置，并将列车位置信号传送到列车控制中心(以CBTC为例)，最后再由列车控制中心生成闭塞区间并指示或控制列车于所述区间内运行。这个过程不但复杂，成本也比较昂贵，并且当控制中心发生故障时，列车的运行就要终止，或只能采用无信号保障的人工操作模式，在这种情况下列车的运行安全是没有保障的，并且在信号***故障及人为操作错误时，还有可能会造成严重的列车相撞事故。
本发明实施例的目的是建立起一个不受当前列车控制***及现有列车信号***影响的，独立第三方的新的列车信号***，为列车运行增加多一重安全保障，同时该***还能充分发挥列车司机的作用，为其提供清晰、实时的前方列车位置、行车状态及行车速度指示，以舒缓司机驾驶的精神压力，防止“突然死亡”式列车相撞意外的发生。同时本发明实施例还能于现有信号***故障、列车定位失效、入错轨道、人为操作或指示错误情况下为列车运行提供安全保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有产品技术上的不足，提供基于通行信号链测距的列车动态信号***装置及列车可行距离检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种列车信号***装置，包括通行信号链终点设置单元，通行信号链中继单元，通行信号链检测单元；
所述通行信号链终点设置单元，其为行驶列车设置终点位置及发射无线通行信号；
所述通行信号链中继单元，沿轨道沿线配置，转发所述无线通行信号，使所述无线通行信号形成包含有列车前方可行距离信息的通行信号链；
所述通行信号链检测单元，令行驶列车实现对所述通行信号链的信息接收及对前方可行距离的计算。
本发明实施例还提供一种列车可行距离检测方法，包括以下步骤：
于前方车站或前方列车发射无线通行信号；
通过沿轨道配置的通行信号链中继单元转发所述无线通行信号，从而形成一条通行信号链；
于后方列车接收所述无线通行信号；
于后方列车根据所接收的无线通行信号计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离。
本发明具有的有益效果在于它是一个全新的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置及列车可行距离检测方法，其工作时不依赖于传统列车的轨道电路、计轴器、应答器、交叉感应电缆等轨道或路边设备/设施，也不依赖于现有列车信号***及列车控制中心的信号，是对现有列车运行***的一个有益补充及安全保障。
附图说明
图1为现有技术基于轨道电路的列车信号***示意图；
图2为现有技术基于通信的列车信号***示意图；
图3为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之一；
图4为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之二；
图5为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之三；
图6为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之四；
图7为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图之一；
图8为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图之二；
图9为本发明实施例的基于通行信号链测距的列车可行距离检测方法流程图；
图10为本发明实施例的基于无方向通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。请参照图1所示，这是现有技术基于轨道电路的列车信号***示意图。图中10为列车轨道，11为于轨道上运行的前方列车，12为跟随11于轨道上运行的后方列车，前后列车的行驶方向一致。图中15为列车信号***的信号机，所述信号机通过轨道电路来检测列车的位置，当列车11进入闭塞分区0时，信号机会使列车后方的数个信号灯显示红色，令后随的列车能与前方列车保持一个安全的距离。具体来说，在图1中是信号机15令信号灯16A、16B显示红色(列车见信号停车)，令信号灯16C显示黄色(列车见黄灯减速)，令信号灯16D显示绿色，绿色代表列车可正常行驶。在图中闭塞分区O及闭塞分区1为红灯区，闭塞分区2为黄灯区，闭塞分区3为绿灯区，分别对应限制区、减速区和安全区。至于16D后的其它信号灯都应该是绿色的，当后方列车于绿灯区内行驶时，其并不知道前方列车的真正位置，万一信号***失灵(例如红灯错误显示为绿灯)，则随时有与前方列车发生相撞的危险，这是传统列车轨道电路信号***的一个不足之处。
下面请再参照图2所示，这是现有技术基于通信的列车信号***示意图，代表了目前列车控制领域上较先进的一个技术，是对图1所示***的一个改进。图中20为列车轨道，21为于轨道上行驶的前方列车，22为跟随21于轨道上运行的后方列车，前后列车的行驶方向一致。与图1所示***不同之处在于图2的轨道上包括有列车定位装置(或称列车轨道占用检测装置，例如无线应答器、交叉电缆等，下面还可以将这个装置简称为应答器或交叉电缆)26A、26B至26N(图中代表有N个应答器，N＞＝1)，当列车行驶经过应答器26A时，会读入26A的信息，从而知道自己正处于26A上方的位置上。所述位置信号会通过通信线路1(通常为无线通信)传送到列车控制中心，然后列车控制中心会将前方列车21的位置信息通过通信线路2(通常为无线通信)传送给后方列车22，使22可以知道前方列车的距离，从而可以实现安全驾驶。
图2所示的列车定位精度通常比图1所示的轨道电路信号***为高，因为应答器的分布密度通常比信号灯分布密度大，例如信号灯通常是1～3公里安装一个，而交叉电缆可以没25米交叉一次，其列车定位精度可达25米，因此与图1的信号***相比，图2所示***具有更高的定位控制精度，由此可以令列车运行的间距可以更小一些，班次更频密一些，即具有更高一些的营运效率，这种控制***特别适合用于城市轨道交通(例如地铁***)上。
图2所示***的关键是列车的定位与通信，万一列车定位失败(例如应答器或感应器失灵)，列车便会有“失踪”的危险，在这种情况下，整个区间的列车便需要切换为目视手动操作模式运作，直至所述列车重新定位或退出运行区间***才能恢复正常运作。此外，如果列车与控制中心的通信故障，则其情形与列车定位失败是一样的。最坏的情况则是列车控制中心因故障或列车控制员因人为错误而给后随列车发出错误的位置信息，令后随列车在全无防备的情况下与前方列车发生碰撞，假如这个情况不幸发生，将会是一个重大灾难性事故。
下面请再参照图3所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之一。图中30为列车轨道，31为于轨道行驶的前方列车，32为跟随31于轨道上运行的后方列车，前后列车的行驶方向一致。图中的***没有图1所示的信号机及信号灯，也没有图2所示的通信线路及列车控制中心，取而代之的是安装于前行(前方)列车31尾部的无线信号发射器33、后行(后方)列车32头部的无线信号接收器38，以及按轨道沿线配置安装的无线中继器36A、36B至36N(图中包括有N个中继器，N＞＝1)，藉此安排，无线信号35可以从前方列车31尾部发出，经过由N个中继器形成的信号链，最后信号为后方列车32所接收，并由后方列车经过特定的算法计算出前后两列车之间的距离(间距)。
在本发明实施例中，根据其应用功能，所述上述的信号链被称为“通行信号链”，所述信号链的长度代表了两列车之间的间距，对后行列车来说是前方轨道的“可行距离”。图中无线信号发射器33可称为“通行信号链终点设置单元”，代表后行列车的行车终点(停车点)。由于前行列车是一台行驶中的列车，33的位置在轨道上是随列车行驶而向前移动的，因此在这里还可将33称为“移动通行信号链终点设置单元”，而其发送的信号35可称为“无线通行信号”，对于后方列车32来说，36A的位置是通行信号链(或行车)的终点。至于中继器在这里可称为“通行信号链中继单元(简称中继单元)”，无线信号接收器38可称为“通行信号链检测单元”，在通行信号链检测单元中包含有“通行信号链长度计算单元”，以实现两列车之间的间距计算。
在实际应用中，每中继单元的间距是可知的，假设为m，两列车之间的中继单元数目为n，则两列车之间的间距便为m＊n(m乘以n)，以及36A与33的间隙(间隙A)及36N与38的间隙(间隙B)。由于间隙A及B是随列车行驶而变化的，在实际中难以计量，同时这两个间隙相对两辆列车之间的间距来说并不大，因此在实际上可以将其忽略不计，而直接将m＊n作为两列车之间的间距(或称为列车的可行距离)。
为了保证通行信号的传输能够一环接一环地循序进行，在每个中继单元中都会被设置一个独有的ID(身份代码)，并且还可以设置上一级中继单元的ID信息及两中继单元的间距信息，这样便可有效识别上一级中继单元的信号，并在转发的无线信号中加入自身的ID信息及两中继单元的间距信息，以便令下一级的中继单元可以有效接收、识别及累加信号链的长度。例如图中36A只会接收33发送的无线信号35，而36B只会接收36A发送的无线信号37，这样就能保证信号33发送的无线信号能按顺序通过N个中继单元并最后为38所接收，这样便可于信号中得到整个通行信号链的长度信息，而这个长度信息代表了两列车之间的距离(忽略间距A及间距B)。
下面请再参照图4所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之二。与图3不同的地方在于图4中包括了由车站(或其它停车点)发送的停车信号装置，这个停车信号装置通常表现为红灯信息，在图4中由41来代表。本发明实施例的红灯信息与常规铁路的红灯有所不同，除了可视的红灯信号外，还会发送无线通行信号43，这个信号和图3中的无线通行信号35相似，代表了一条通行信号链的起点，对于迎面行驶过来的列车来说，这个红灯则代表了其最大可行距离，因此可以将停车信号装置41称为通行信号链终点设置单元，由于41是固定及不可移动的，因此这里又称为固定通行信号链终点设置单元，以便与安装在列车上可以移动的移动信号链终点设置单元38区分开来。
在实际应用中，信号链中继单元可能会面临两个通行信号同时接收的情况，例如图中的中继单元46A便会同时接收停车信号装置41发送的无线信号43及上一级中继单元42发送的无线信号44。为了能有效接收所述两个信号，可考虑采用两个具有不同性质、不同频率或不同作用位置的无线信号，例如不同频率的红外线、微波、超声波、激光等信号，或其它具方向性的可见或不可见信号。
当46A同时接收到43及44信号时，会将43、44中的信号链长度信息进行比较，并且会选择信号链较短的信号进行转发。在图中43为一个车站的停车信号，其信号链的长度通常设定为零(即为停车点)，而44为从上一级中继单元转发的信号，其信号源来自更前位置的列车或车站，因此信号44的信号链长度比43长，此时36A会选择43的信号进行转发。对于列车31来说，46A便为前方的一个停车点。
在图中列车31及32均在通行信号链的上方行驶，安装于列车头部的通行信号链检测单元38A及38B均可接收/检测所经过的通行信号链的无线信号，并根据检测到的信号链情况获得前方可行距离的信息。图中列车31可最多行驶到46A的位置，而32则可行驶至36A的位置，并将在列车31后停车。但事实上只要31在轨道上向前行驶，代表信号链终点位置的无线信号35A便会一直向前移动，这样也会令列车32的前方可行距离不断向前延伸，最终还是会停在红灯信号41对应的中继单元46A的位置。具体情况为，列车31先进入车站停车并在46A前停下来，当停车时间届满后，红灯信号41转为绿灯信号，无线信号43消失，在这个情况下，46A将会转发来自上一级中继单元42的通行信号44，这会令列车31起动行驶并越过红灯位置41，从而空出停车位来迎接列车32的到来，这时41会再亮起红灯，指示32停在46A的位置上，从而实现了列车信号***的相关控制功能。
对于图中的中继单元36A来说，也会有与46A相类似的情况，也会同时接收来自上一级中继单元47的无线信号48，以及来自列车31尾部的移动信号链终点设置单元33A的无线信号。在图中的情况下，信号48包含的信号链长度要比信号35A长许多(图中35A的信号链长度可以看作为零)，这样36A会选择发送35A的信号，代表36A为列车32前方行驶的终点位置，防止32与31发生追尾碰撞。
下面请再参照图5所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之三，这是图4所示***的一个特殊情形。本发明实施例的信号链中继单元通常还会具有列车/障碍物检测的功能，可检测上方(及/或前后两个方向)是否有列车或障碍物的存在，如果发现有所述物体存在，会主动停止对上一级中继单元的信号的转发，这个功能可进一步增加本***的安全性及可靠性，防止下一级中继单元选择发送错误的通行信号，即是在图4所示情况下，36A只能转发信号35A而不会错误转发信号48，因为信号48在图5的情况下已不存在，因此就不会有选择错误的情况出现。
所述中继单元在有列车或障碍物的存在时停止通行信号转发功能的另一个意义是防止移动信号链终点设置单元因故障而令后行列车接收到错误的信号。在图5中假设列车31尾部的移动信号链终点设置单元33A因故障而不能发射信号链长度为零的无线通行信号35A，在这种情况下，下一级的中继单元36A便接收不到任何认可的无线通行信号(36A只会接收信号35A及信号48)。由于检测不到有通行信号链的存在，中继单元36A会自行再生一个信号链长度为零的新的通行信号49，代表了信号链的终点位置。在这种情况下，可以将该中继单元称为“再生通行信号链终点设置单元”，或其内部包含有“再生通行信号链终点设置单元”。如果没有上述的列车/障碍物检测功能，以及于列车/障碍物存在时的信号中继停止功能和通行信号链再生功能，则当列车尾部的移动信号链终点设置单元33A发生故障后就会令列车31“隐形”，从而有后行列车32对前行列车31发生追尾碰撞的危险，而上述有关功能可以有效化解所述的风险。
下面请再参照图6所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置示意图之四。图中显示的通行信号链中继单元具有双向通信的能力，有关通行信号可以从停车站(停车信号装置)41传递给31，也可以从停车站(停车信号装置)61传递给31，因此列车31向任何一个方向行驶都可以接收到通行信号链的信号，并受所述通行信号链信号的保护。当图中轨道上的列车31不存在(即41至61的区间内没有列车)时，所述通行信号还可以从41传递到61，以及从61传递到41，这个功能可用于信号***的自我检查上，可确保整个区间内的所有中继单元及终点设置单元都工作正常。
下面请再参照图7所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图之一。图中71为固定通行信号链终点设置单元(车站上的停车信号装置)或移动通行信号链终点设置单元(安装于列车尾部的信号装置)，其中包含有无线信号发射装置，可发射通行信号链长度为零的无线通行信号，其为列车的行驶设置一个终点位置。71亦可以是上一级的通行信号链中继单元，其无线信号发射装置发射的无线通行信号中包含有71之前的通行信号链的长度信息。图中72为通行信号链中继单元，包含有无线信号接收装置及无线信号发射装置，可转发来自通行信号链终点设置单元或上一级中继单元的无线通行信号，并形成一条安全通行信号链。所述信号链的信号为安装在列车73头部的通行信号链检测单元74所检测/接收，并通过内部的通行信号链长度计算单元计算出列车距离车站停车位置或前方行驶列车的距离。
在74中还包括有一个可行距离显示单元，可安装在驾驶室内给列车司机显示前方列车或停车站的位置或者距离。74中还包括有一个相对车速显示单元，可显示本列车与前行列车之间的相对速度，如果前方没有前行列车而只有停车站的话，则所显示的速度信息代表了本列车的行驶车速。74中还包括有一个危险提示单元和自动制动单元，危险提示单元会按列车的不同危险情况给出不同的提示。有关危险情况则可根据列车的车速、两列车之间的相对速度、两列车之间的距离及本列车的刹车参数等来判别。如果危险程度进一步增加，则74还可以启动自动制动单元，防止因人为疏忽而导致列车相撞意外的发生。在列车73中还包括有安装在列车尾部的移动通行信号链终点设置单元75，在75内部包括有无线信号发射装置，可发射通行信号链长度为零的无线通行信号，为后行的列车设置行车的终点位置。所述无线信号为轨道上的另一个通行信号链中继单元76所接收，并进一步将有关通行信号向后转发，以组成覆盖整个行车区间的安全通行信号链。
下面请再参照图8所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图之二。图中81为轨道上的其中一个通行信号链中继单元，其包含有无线信号接收装置及无线信号发射装置，会转发上一级信号链中继单元的无线通行信号(第一无线通行信号)。图中82为通行信号链终点设置单元(包括固定及移动通行信号链终点设置单元)，其包含有无线信号发射装置，可发送通行信号链长度为零的无线通行信号(第二无线通行信号)。所述第一、第二无线通行信号分别为另一个通行信号链中继单元83的第一无线接收装置及第二无线接收装置所接收，所述接收到的信号会被传送到中继单元83内部的信号处理单元88(微处理器或微控制器等)进行处理。与信号处理单元88相连接的有本级ID(身份代码)设置单元及上一级ID设置单元，可设置自身的ID信息及上一级中继单元的ID信息，以便可以对接收到的信号的有效性进行判别。此外还有中继间距设置单元，可设置本中继单元与上一级中继单元的间距信息。
在信号处理单元88中包括有信号链长度比较单元，可比较来自第一无线接收装置及第二无线接收装置的第一通行信号链及第二通行信号链的长度，并会选择信号链较短的信号来转发。在图8中，由第二无线接收装置接收到的通行信号链终点设置单元82发送的第二无线信号的信号链长度最短(为零)，因此83会通过其内部的无线信号发射装置转发来自82的无线通行信号，并将通行信号链的长度设置为零。
假设图中82发送的信号消失(例如车站停车信号由红灯转绿灯)，这时中继单元83只通过第一无线接收装置接收到由81发送的第一无线通行信号，这个信号包含有上一级中继单元累积的通行信号链长度信息及81的ID信息。当所述81的ID信息为83所确认后，83会通过88中的信号链长度累加单元在接收到的通行信号链长度信息中添加上中继间距设置单元中包含的83与81的间距信息，并将通行信号中的81的ID信息置换为83的ID信息，然后再由83将这个修改后的通行信号链信息通过无线信号发射装置发送出去，然后位于83下一级的中继单元会接收这个无线信号，并再进行与前述83相若的信号处理，使信号链的长度可以一直累加下去，直至遇到下一个通行信号链终点设置单元为止。
在83中还包括有一个列车及障碍物检测单元，可以检测中继单元上方或前后方向的列车及障碍物，当有所述列车/障碍物存在时，信号处理单元88会自动停止无线通行信号的转发功能，这在前述图5中已有相关的描述。还有一个情形就是当83的第一、第二无线接收装置都没有接收到任何认可的无线通行信号时，会自行激活88中的再生通行信号链终点设置单元，这个再生通行信号链终点设置单元会将通行信号链的长度信息清零，并将83作为列车行驶的终点，避免行驶列车超越83进入情况未明的区域而发生意外，这是一种有效的“失效——安全”(Malfunction-Safety)工作模式。
另外在83中还有一个轨道限速设置单元，可以为于该段轨道行驶的列车设置速度限制，所述速度限制信息包含在通行信号链的无线通行信号之中，在列车接收所述无线通行信号时，可以在信号中获取有关速度限制的信息，为列车的安全驾驶提供一个实时的速度提示或超速告警，进一步保障轨道行驶的列车的安全。此外在中继单元83中还可以包含有其它轨道相关的信息，例如轨道坡道信息等，这些参数对列车的制动有很大的影响，准确的坡道信息可以帮助列车对危险程度进行分析，以便能与前方列车保持最恰当的行车安全距离。
下面请再参照图9所示，这是本发明实施例的基于通行信号链测距的列车可行距离检测方法流程图，包括以下的步骤：
步骤S901为于前方车站或前方列车向轨道一方定向发射无线通行信号，用于设置通行信号链的终点位置，然后进入步骤S902。
步骤S902为通行信号链中继单元检测特定范围内是否有列车或障碍物存在，若有则会停止中继单元的信号转发功能并重复步骤S902，直至无列车或障碍物存在为止，然后进入步骤S903。
步骤S903为通行信号链中继单元检测是否有信号链终点设置单元的无线通行信号存在，若有则进入步骤S905，若无则进入步骤S904。
步骤S904为通行信号链中继单元检测是否有上一级中继单元发送的无线通行信号存在，若有则进入步骤S906，若无则进行步骤S905。
步骤S905为通行信号链中继单元发送通行信号链长度为零的无线通行信号，用于设置通行信号链的终点位置，然后进入步骤S907。
步骤S906为通行信号链中继单元于通行信号链长度信息中添加中继单元的间距信息，然后将经修改的通行信号转发，然后进入步骤S907。
步骤S907为后方列车检测是否有代表的通行信号链的无线通行信号存在，若有则进入步骤S909，若无则进入步骤S908。
步骤S908为***发出信号故障指示，或令后方列车实施紧急制动，然后再返回步骤S907。
步骤S909为后方列车接收所述无线通行信号，并根据所述信号计算与前方车站或前方列车之间的可行距离。
上述步骤S901～S909是连续不断地进行的，以保证在后方列车上能得到一个连续不断的实时的列车可行距离数据，这个数据用于给列车司机进行显示，以便司机能实时了解前方车站及前方列车的情况。进一步地，通过对可行距离的连续检测，还可以计算出两列车之间的相对速度，并计算出两列车应保持的最少安全距离，若发现安全距离不足，则可以实施安全提示或报警，并在紧急情况下，直接将列车刹停，以保证列车行驶的安全。
在上述图3-9所述的本发明实施例中的无线通行信号是有方向性的，通行信号链终点设置单元及通行信号链中继单元在通常情况下都是向轨道一方定向发射无线通行信号的，这些信号可以是红外线、微波、超声波、激光等信号。由于这些信号具有方向性，因此可以避免相邻轨道上的其它信号的影响，同时亦可避免反方向通行信号的影响。但具有方向性的信号也有其不足之处，就是较易受天气情况(例如暴风雪)影响，并且在轨道的弯道上通行信号链的发射接收情况也不太理想(例如存在信号接收盲区情況)。
为了满足实际应用中不同情况的技术要求，本发明实施例也可以采用无方向性的信号(例如常规无线射频信号)作为通行信号。下面请再参照图10所示，这是本发明实施例的基于无方向性通行信号链测距的列车动态信号***装置方框图，这是对上述图7-9实施例的一个补充及发展。图中71为上一级的通行信号链中继单元，其无线信号发射装置发射的无线通行信号中包含有71之前的通行信号链的长度信息。图中72为当前的通行信号链中继单元，包含有无线信号接收装置及无线信号发射装置，可接收上一级中继单元71的包含有其ID信息的无线通行信号N71，然后在N71的基础上修改通行信号链的长度(加上71-72间的距离)，并再添加上72的ID信息及其它相关信息，然后再转发出去成为新的无线通行信号N72。同样地，N72为下一级的中继单元76所接收，并经处理之后再以新的通行信号N76转发出去，从而形成一条完整的通行信号链。
由于图10所述***的无线通行信号是没有方向性的，因此要留意信号发射的强度及其覆盖范围，理想的情况是信号只为相邻的中继单元(或于其所在区间运行的列车)所接收，但实际应用中很可能会出现信号重叠的情况，即一个中继单元(或一列轨道上运行的列车)可能会同时接收到几个无线信号，例如在图10中显示中继单元76同时接收到N71、N72两个信号，而列车上的通行信号链检测单元74除N72之外，还接收到N71、N76两个信号。在这种情况下，中继单元是如何选择正确的信号来转发，以及所述轨道上行驶的列车又如何确认自己于通行信号链中的位置，并从中获取正确的可行距离的信息？
对于中继单元来说，由于其同时包含有自身ID信息及上一级中继单元的ID信息(见图8)，因此中继单元很容易就知道哪一个信号对它是有效的，例如它可以只需要接收上一级中继单元发送的通行信号即可，对于其它信号可以置之不理。而对于轨道上行驶的列车来说，则可根据接收到的通行信号的强度来判断其所在位置，例如在图10中，列车最接近中继单元72，理论上N72的信号强度是最强的，列车可以根据这个情况将其定位于72上。另外，所述列车亦可以从其接收到的通行信号中选择距离最短的信号进行定位，例如在图10中N71的可行距离最短，因此列车也可定位于71，这种方式的优点是令列车拥有最大的安全系数。除此之外，还可以令列车与轨道上的中继单元进行位置同步，以获得更可靠的位置信息。为了实现这个功能，图10中的中继单元设置了一个列车位置同步装置，该装置可以与路经的列车进行信息交换(提供ID信息)，以便为行经的列车提供可靠的定位。以此同时，在列车上还设置有一个列车位置检测装置，当所述列车经过中继单元72时，便可检测到72的ID信息，列车将该ID信息与接收到的通行信号N71、N72、N76中包含的ID信息进行比较，便可知道哪一个通行信号是有效的(图10中N72为有效信号)，并从有效通行信号中提取出列车前方的可行距离信息，也就是说，通过位置同步信息的获取，行驶经过的列车可以定位自身在通行信号链中的确切位置，如上例列车接收到位置同步信息，从中检测到72的ID信息，因此得知其目前行驶于中继单元72处，此时列车虽然收到通行信号N71、N72、N76，但根据其自身位置所在，N72属于有效通行信号，N71、N76属于干扰信号，由此列车可以不受干扰地根据通行信号N72有效获知列车前方的可行距离。图中74的其它功能模块和图8中的功能模块是类似的，这里就不再赘述了。
至于列车位置同步装置及列车位置检测装置可有多种实现方案，例如列车位置同步装置可以是短距离或具有方向性的无线发射装置，例如红外线、微波、DSRC、超声波发射装置等，可发射包含其ID信息的无线信号。此外也可以采用RFID技术来实现列车与中继单元的信息交换/位置同步。对于列车位置同步可以是单向的(可用单向无线发射器将中继单元的ID信息传送给列车)，也可以是双向的(例如用DSRC、RFID手段等进行信息交换)，对于双向的信息交换有一个好处就是所述的中继单元可以通过信息交换而知道列车的存在，由此可以对外发送列车轨道占用的信息，或停止其无线通行信号的发送，令下一级中继单元自动发送代表通行信号链长度为零的再生无线通行信号，由此实现自动化的轨道闭塞功能，对于这个功能可参考前述图5的有关说明。
根据上述图3-10，我们可以进一步总结/提炼出一种列车可行距离检测方法，包括以下步骤：
于前方车站或前方列车(通过通行信号链终点设置单元)发射无线通行信号(或向轨道一方定向发射无线通行信号)；
通过沿轨道配置的通行信号链中继单元转发所述无线通行信号(或定向转发所述无线通行信号)，从而形成一条通行信号链；于后方列车接收所述无线通行信号；
当后方列车行经通行信号链中继单元时，进行列车位置同步(对于无方向性的无线通行信号链***)；
于后方列车根据所接收的无线通行信号(或结合列车位置同步信号)计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离；
所述通行信号链中继单元在转发所述无线通行信号时，于所述无线通行信号中添加上与上一级中继单元的间距信息；
当所述通行信号链中继单元于特定位置上检测到有列车或障碍物存在时，自动停止所述无线通行信号的转发；
当所述通行信号链中继单元检测不到有信号链终点设置单元或上一级中继单元发送的无线通行信号时，会再生及发送代表通行信号链长度为零的新的无线通行信号，所述信号可用于临时通行信号链终点的设置；
若所述通行信号链中继单元同时检测到有两个或两个以上认可的无线通行信号存在时，只选择转发距离最短的无线通行信号。
同时以上本文所述的装置及方法仅是本发明的部分优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种列车信号***装置，其特征在于，包括通行信号链终点设置单元，通行信号链中继单元，通行信号链检测单元；
所述通行信号链终点设置单元，其为行驶列车设置终点位置及发射无线通行信号；
所述通行信号链中继单元，沿轨道沿线配置，转发所述无线通行信号，使所述无线通行信号形成包含有列车前方可行距离信息的通行信号链；
所述通行信号链检测单元，令行驶列车实现对所述通行信号链的信息接收及对前方可行距离的计算。
2.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链终点设置单元包括以下单元至少之一：
固定通行信号链终点设置单元，安装于车站或路边设备上；
移动通行信号链终点设置单元，安装于所述行驶列车上。
3.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链中继单元包括：轨道限速设置单元，为于该段轨道行驶的列车设置速度限制，所述速度限制信息包含在通行信号链的无线通行信号之中。
4.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链中继单元具有双向通信能力。
5.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链中继单元有多级。
6.如权利要求5所述的列车信号***装置，其特征在于，下一级中继单元仅接收上一级中继单元发送的无线通行信号。
7.如权利要求5所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链中继单元包括：
列车及障碍物检测单元，用于当于特定范围内检测到有列车或障碍物存在时，停止对所述通行信号链的无线通行信号转发；
再生通行信号链终点设置单元，用于当检测不到有上一级中继单元发送的无线通行信号存在时，发送再生的无线通行信号。
8.如权利要求5所述的列车信号***装置，其特征在于：所述通行信号链中继单元包括ID设置单元，用于设置本级ID信息及上一级中继单元ID信息；
中继间距设置单元，用于设置与上一级中继单元的间距信息；
信号链长度累加单元，用于逐级累加每一中继单元的间距。
9.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于：
所述通行信号链包括第一无线通行信号和第二无线通行信号；
所述通行信号链中继单元包括第一无线接收装置和第二无线接收装置，用于分别接收所述第一无线通行信号和第二无线通行信号，从而形成第一无线通行信号链和第二无线通行信号链。
10.如权利要求9所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链中继单元包括：信号链长度比较单元，用于比较接收到的第一无线通行信号链和第二无线通行信号链的长度，所述通行信号链中继单元根据比较结果选择转发长度较短的信号链的无线通行信号。
11.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链检测单元包括：显示前方列车或停车站的位置或距离的可行距离显示单元，显示本列车与前行列车之间的相对速度的相对车速显示单元，按列车的不同危险情况给出不同的提示的危险提示单元，制动行驶列车的自动制动单元。
12.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于，所述通行信号链终点设置单元向轨道一方定向发射无线通行信号；所述通行信号链中继单元定向转发所述无线通行信号。
13.如权利要求1所述的列车信号***装置，其特征在于：
所述通行信号链中继单元包括列车位置同步装置，为行驶经过的列车提供位置同步信号，令所述列车定位其于通行信号链中的确切位置，并由此有效获知列车前方的可行距离。
14.一种列车可行距离检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
于前方车站或前方列车发射无线通行信号；
通过沿轨道配置的通行信号链中继单元转发所述无线通行信号，从而形成一条通行信号链；
于后方列车接收所述无线通行信号；
于后方列车根据所接收的无线通行信号计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离。
15.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述通行信号链中继单元在转发所述无线通行信号时，于所述无线通行信号中添加上与上一级中继单元的间距信息。
16.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当所述通行信号链中继单元于特定位置上检测到有列车或障碍物存在时，自动停止所述无线通行信号的转发。
17.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当所述通行信号链中继单元检测不到有信号链终点设置单元或上一级中继单元发送的无线通行信号时，再生及发送代表通行信号链长度为零的无线通行信号，所述无线通行信号用于临时通行信号链终点设置。
18.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
若所述通行信号链中继单元同时检测到两个或两个以上认可的无线通行信号时，只选择转发距离最短的无线通行信号。
19.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于：
所述于前方车站或前方列车发射无线通行信号的步骤为于前方车站或前方列车向轨道一方定向发射无线通行信号；及
所述通过沿轨道配置的通行信号链中继单元转发所述无线通行信号的步骤为通过沿轨道配置的通行信号链中继单元定向转发所述无线通行信号。
20.如权利要求14所述的列车可行距离检测方法，其特征在于：
包括当列车行驶经过所述通行信号链中继单元时，从所述通行信号链中继单元中获取列车位置同步信息，从而定位所述列车于通行信号链中的确切位置，并由此有效获知列车前方的可行距离的步骤；及
所述后方列车根据所接收的无线通行信号计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离的步骤为所述后方列车根据所接收的列车位置同步信息及无线通行信号计算出与所述前方车站或前方列车之间的可行距离。
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Addressee: Huang Jianfang

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Granted publication date: 20150520

Termination date: 20200910