一种基于可见光通信的CBTC系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可见光通信的CBTC系统，涉及地铁列车控制技术领域。包括设置在车上的设备及设置在地面的设备，设置在车上的设备设有车载可见光通信模块，设置在地面的各设备包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块，车载可见光通信模块与各轨旁可见光通信模块结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块、信号发射器和信号接收器；信号发射器包括：调制电路模块，驱动电路模块，LED光源；信号接收器包括：滤光片，光电探测器，前置放大电路模块，解码电路模块，在列车行驶过程中，车载可见光通信模块与轨旁可见光通信模块建立不间断通信连接。它具有通信安全可靠性高、设备投资少、便于工程实现，施工时间短等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地铁列车控制

技术介绍
近年来，随着我国城市化进程的加快和经济的快速增长，对城市轨道交通行业的效率及其信号控制系统的安全性提出了更高的要求。地铁信号控制系统中，高效地、安全地信息传输是保证列车正常运行的核心基础。信息传输方式已经由原先的轨道电路方式向射频通信和无线通信方式发展。基于无线通信的列车控制技术（CBTC）以其显著优势，逐渐成为城市轨道交通信号系统的首选方案，且得到了推广和使用。目前无线通信普遍采用WiFi、漏缆等方式，WiFi无线通信由于抗干扰性弱容易影响设备的正常运行，漏缆无线通信存在设备成本昂贵等不足之处。基于无线通信的列车运行控制CBTC系统，实现了列车与地面设备间的全双工大容量双向连续信息传输,通过地面设备为中介，后面列车能够获取前方列车的准确位置，也能将自身的位置通过地面设备传递后后续列车。列车根据本身位置和前方列车的位置，通过车载计算机能够对列车实施更为精确的运行速度控制,显著提高了行车效率。但是无线通信在实际应用中也存在一些问题和限制：1）采用公共移动通信服务相同的公用频道，使得车地通信与公共移动通信服务的相互干扰的事故时有发生，威胁到CBTC系统的正常工作；2）AP发送无线信号传输受到隧道结构限制，受弯道和坡道影响较大，加之隧道内的反射严重引起多径干扰，因此AP的布设距离不能太远；同时为了保证在AP故障的通信连续可靠性, 进一步要求缩短AP 布置间距达到高速运行的无缝切换的目的；3）AP通信采用开放信道，存在信息被窃取、转发、伪造、干扰等可能，影响到列车的运行安全。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于可见光通信的CBTC系统，它具有通信安全可靠性高、设备投资少、便于工程实现，施工时间短等特点。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于可见光通信的CBTC系统，包括设置在车上的设备：车载系统，还包括通过通信线连接在一起的设置在地面的设备：区域控制系统、联锁系统、列车自动监控系统、线路侧电子设备和LED信号机，设置在车上的设备还包括车载可见光通信模块，车载可见光通信模块与车载系统通信连接，设置在地面的各设备还包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块，轨旁可见光通信模块与设置在地面的各设备通信连接，车载可见光通信模块与各轨旁可见光通信模块结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块、信号发射器和信号接收器；信号发射器包括：调制电路模块，信号输入端与通信模块连接，用于对信号源进行载波调制，以转换成高频电信号；驱动电路模块，信号输入端与调制电路模块信号输出端连接，用于对调制电路模块所输出的高频电信号进行功率放大，以满足LED光源对输入信号的功率要求；LED光源，信号输入端与驱动电路模块信号输出端连接，用于将驱动电路模块输出的有一定功率的高频电信号转换成高频光通信信号；信号接收器包括：滤光片，用于接收LED光源所发出的高频光通信信号，其对LED光源穿透性好，对其它光源有一定的阻挡作用，以对高频光通信信号进行过滤；光电探测器，信号输入端接收滤光片所透过的高频光通信信号，用于将高频光通信信号转换成高频电信号；前置放大电路模块，信号输入端与光电探测器信号输出端连接，用于对光电探测器输出的微弱的高频电信号进行前置电压放大；解码电路模块，信号输入端与前置放大电路模块信号输出端连接，信号输出端与通信模块连接，用于对高频电信号去除载波还原成信号源；在列车行驶过程中，车载可见光通信模块与轨旁可见光通信模块建立不间断通信连接。本专利技术进一步改进在于：信号接收器还包括滤波器，滤波器的信号输入端于前置放大电路模块的信号输出信号，滤波器的信号输出端与解码电路模块的信号输入端连接，用于对前置放大电路模块所输出的高频电信号中的无用信号进行滤除。各轨旁可见光通信模块安装于各LED信号机内，各轨旁可见光通信模块中的LED光源采用各LED信号机中的LED光源。车载可见光通信模块中的LED光源采用列车车灯中的LED光源。LED光源前方设有电动变焦镜头。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术通过可见光通信模块发出LED冷光源为传输媒介，代替传统电磁波传输媒介。可见光频谱的宽度是射频频谱的1万倍，使用频段是高于3THz的空白频谱，不受许可限制，解决频谱不够、与移动频率交叉干扰的问题；可见光通信的传输距离大于无线电传播距离，采用大功率低束散角的LED光源，使得以可见光为载体的通信信号传输距离远，这样可以使得相邻LED信号机的布置距离很远，相邻LED信号机所发信号不会相互干扰，提高了车地通信的连续性和可靠性；可见光通信系统安全性高，保密性好，并且不会对周围环境造成影响；可见光技术的发展迅速，已经达到吉比特每秒(GB/s)，超过了目前无线移动通信速率，高速通信使得增加车地通信数据量扩展，实时性快速提高，能够满足未来地铁信号控制系统的发展需求。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）利用可见光通信模块通信具有安全节能、避免电磁干扰、通信速率高以及精确定位等优势;（2）复用了系统原有的LED信号机设备，与传统CBTC系统相比，避免了大量仪器设备的安装，便于工程实现，缩短了工程时间，节省了工程经费，具有重要的实践意义。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中车载可见光通信模块及轨旁可见光通信模块的结构示意图。在附图中：VOBC、车载系统；ZC、区域控制系统；CI、联锁系统；ATS、列车自动监控系统；LEU、线路侧电子设备；VCL1、车载可见光通信模块；VCL2、轨旁可见光通信模块。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。由图1-2所示的实施例可知，本实施例包括设置在车上的设备：车载系统VOBC，还包括通过通信线连接在一起的设置在地面的设备：区域控制系统ZC、联锁系统CI、列车自动监控系统ATS、线路侧电子设备LEU和LED信号机，设置在车上的设备还包括车载可见光通信模块VCL1，车载可见光通信模块VCL1与车载系统VOBC通信连接，设置在地面的各设备还包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块VCL2，轨旁可见光通信模块VCL2与设置在地面的各设备通信连接，车载可见光通信模块VCL1与各轨旁可见光通信模块VCL2结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块（采用以太网卡通讯）、信号发射器和信号接收器；信号发射器包括：调制电路模块（采用模拟乘法器），信号输入端与通信模块连接，采用模拟乘法器对数字信号进行载波调制，以转换成高频电信号；驱动电路模块（即功率放大电路），信号输入端与调制电路模块信号输出端连接，用于对调制电路模块所输出的高频电信号进行功率放大，以满足LED光源对输入信号的功率要求；LED光源，信号输入端与驱动电路模块信号输出端连接，用于将驱动电路模块输出的高频电信号转换成高频光通信信号；信号接收器包括：滤光片（针对LED光源颜色选择绿光滤波片或者红光滤波片），用于接收LED光源所发出的高频光通信信号，其对LED光源穿透性好，对其它光源有一定的阻挡作用，以对高频光通信信号进行过滤；光电探测器（采用Amazon IMB-7011G高速CCD相机），信号输入端接收滤光片所透过的高频光通信信号，用于将高频光通信信号转换成高频电信号；前置放大电路模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的CBTC系统，包括设置在车上的设备：车载系统(VOBC)，还包括通过通信线连接在一起的设置在地面的设备：区域控制系统(ZC)、联锁系统(CI)、列车自动监控系统(ATS)、线路侧电子设备(LEU)和LED信号机，其特征在于：所述设置在车上的设备还包括车载可见光通信模块(VCL1)，所述车载可见光通信模块(VCL1)与车载系统(VOBC)通信连接，所述设置在地面的各设备还包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块(VCL2)，所述轨旁可见光通信模块(VCL2)与设置在地面的各设备通信连接，所述车载可见光通信模块(VCL1)与所述各轨旁可见光通信模块(VCL2)结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块、信号发射器和信号接收器；所述信号发射器包括：调制电路模块，信号输入端与通信模块连接，用于对信号源进行载波调制，以转换成高频电信号；驱动电路模块，信号输入端与调制电路模块信号输出端连接，用于对调制电路模块所输出的高频电信号进行功率放大，以满足LED光源对输入信号的功率要求；LED光源，信号输入端与驱动电路模块信号输出端连接，用于将驱动电路模块输出的有一定功率的高频电信号转换成高频光通信信号；所述信号接收器包括：滤光片，用于接收LED光源所发出的高频光通信信号，其对LED光源穿透性好，对其它光源有一定的阻挡作用，以对高频光通信信号进行过滤；光电探测器，信号输入端接收滤光片所透过的高频光通信信号，用于将高频光通信信号转换成高频电信号；前置放大电路模块，信号输入端与光电探测器信号输出端连接，用于对光电探测器输出的微弱的高频电信号进行前置电压放大；解码电路模块，信号输入端与前置放大电路模块信号输出端连接，信号输出端与通信模块连接，用于对高频电信号去除载波还原成信号源；在列车行驶过程中，所述车载可见光通信模块(VCL1)与所述轨旁可见光通信模块(VCL2)建立不间断通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的CBTC系统，包括设置在车上的设备：车载系统(VOBC)，还包括通过通信线连接在一起的设置在地面的设备：区域控制系统(ZC)、联锁系统(CI)、列车自动监控系统(ATS)、线路侧电子设备(LEU)和LED信号机，其特征在于：所述设置在车上的设备还包括车载可见光通信模块(VCL1)，所述车载可见光通信模块(VCL1)与车载系统(VOBC)通信连接，所述设置在地面的各设备还包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块(VCL2)，所述轨旁可见光通信模块(VCL2)与设置在地面的各设备通信连接，所述车载可见光通信模块(VCL1)与所述各轨旁可见光通信模块(VCL2)结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块、信号发射器和信号接收器；所述信号发射器包括：调制电路模块，信号输入端与通信模块连接，用于对信号源进行载波调制，以转换成高频电信号；驱动电路模块，信号输入端与调制电路模块信号输出端连接，用于对调制电路模块所输出的高频电信号进行功率放大，以满足LED光源对输入信号的功率要求；LED光源，信号输入端与驱动电路模块信号输出端连接，用于将驱动电路模块输出的有一定功率的高频电信号转换成高频光通信信号；所述信号接收器包括：滤光片，用于接收LED光源所发出的高频光通信信号，其对LED光源穿透性好，对其它光源有一定的阻挡作用，以对高频光通信信号进行过滤；光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄康，冯浩楠，刚建雷，段宏伟，李智，范楷，王鲲，尹逊正，姜庆阳，王芃，张德明，李亮，李铮，方力一，张素阳，郭戬，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京市华铁信息技术开发总公司，北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11