一种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统及其方法，设有车头装置、车尾装置及轨旁装置，轨旁装置包括通信基站和网络节点构成的无线传感器网络，将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间，在每个闭塞区间内的中点位置设置通信基站，通信基站的两侧等分设置网络节点。通信基站设有无线通信模块、GSM-R无线设备、电源模块和轨道检测器，网络节点包括无线通信模块、电源模块和轨道检测器.。车头装置包括主控制器、无线通信模块、电源模块和制动模块。车尾装置包括无线通信模块和电源模块，电源模块输出连接无线通信模块，车头装置及车尾装置作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道列车运行中的防碰撞及追尾事故，尤其涉及一种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统及方法，属于网络传输及自动控制
技术介绍
随着国民生产、生活的需要不断扩大，交通运输业也在飞速地发展，其中轨道交通发展尤为迅速，如铁路客货运、地铁、轻轨等。轨道交通系统中一旦发生故障，必然会造成巨大的损害，尤其是在载人轨道车辆等发生碰撞或追尾时，造成的物质损失和精神创伤将是无法弥补的。造成轨道车辆发生碰撞或追尾事故的原因有很多，大致可以分为两类一类是人为因素，一类是环境因素。人为因素包括列车控制中心调度人员的操作失误，列车控制员对列车控制失误等；环境因素包括雨雪天气轨道路面情况复杂，雷电天气可能对列车控制系统产生影响等。这些灾祸都可以通过现有的技术加以预防和控制，这就需要设计相应的轨道车辆防碰撞系统来有效避免该类事故的发生。 目前，在轨道交通系统中防止轨道车辆间的碰撞或追尾可以采用的技术有很多。已有的系统中有采用信号灯系统、全球卫星定位系统(GPS)以及在轨道电路中传输相位连续的键控移频(FSK)信号进行区间闭塞等方法来避免碰撞事故的发生，我国铁路系统中列车运行主要依靠CTCS (Chinese train control system)来防止列车发生碰撞,该系统共分为五级，分别为CTCS-O 4。但是，这些方法有一个很重要的特点就是必须依赖列车控制中心的管理来实施区间闭塞，列车不能主动探测前方闭塞区间内是否有车辆行驶，这样一来只要列车控制中心出现失误将造成无法挽回的后果。
技术实现思路
由于轨道交通防碰撞的特点是要求在设计相应的系统时必须同时具有高可靠、高可用和高安全性等特性，防碰撞系统应该是具有多套冗余的方案，系统应该能够独立运行，不应该互相联锁，并且各套系统应采用不同的技术原理，以确保冗余的有效性。因此有必要提出一种主动式的轨道车辆防碰撞系统。现有的CTCS以及类似的系统中并没有相应的独立系统来防止轨道车辆发生碰撞，大多是依赖于控制中心的指挥。针对上述的现有技术之不足，本专利技术提出一种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统，该系统能够与现有的轨道控制系统相兼容，系统通过无线传感器节点组成的无线网络来传输信息，能够主动探测前方无线网络覆盖的闭塞区间的占用信息，并且能够实现对列车的实时定位，从而有效避免列车碰撞事故的发生。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的方案为—种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统，其特征在于设有车头装置、车尾装置及轨旁装置，其中轨旁装置包括通信基站和网络节点构成的无线传感器网络，将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间并予以有序编号，在每个闭塞区间内的中点位置设置通信基站，通信基站的两侧等分设置网络节点，通信基站设有无线通信模块、GSM-R无线设备、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块输出连接GSM-R无线设备，电源模块输出分别连接无线通信模块、GSM-R无线设备及轨道检测器，无线通信模块及GSM-R无线设备分别与各自的天线连接；网络节点包括无线通信模块、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线，电源模块输出分别连接无线通信模块和轨道检测器；每个区间的通信基站及其网络节点应保证能够大于覆盖本闭塞区间，两个相邻闭塞区间之间的区域能够同时被两个相邻区间的网络所覆盖；车头装置包括主控制器、无线通信模块、电源模块和制动模块，主控制器输出分别连接无线通信模块及制动模块，电源模块输出分别连接主控制器、无线通信模块及制动模块，无线通信模块连接天线；车头装置作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中；车尾装置包括无线通信模块和电源模块，电源模块输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线；车尾装置亦作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中。所说将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间，每个闭塞区间的长度是相邻轨旁装置之间的轨道距离的偶数倍，取值为大于等于10倍，小于等于20倍。所说轨旁装置中的轨道检测器为磁阻传感器。所说车头装置、车尾装置及轨旁装置中的无线通信模块均包含有无线射频模块和微控制器模块，各无线射频模块之间组成无线网络，微控制器模块控制无线射频模块进行组网和收发数据并处理轨道检测器的检测结果，微控制器模块中包括一个硬件的飞行时间TOF引擎，测量无线电信号在两个节点之间的飞行时间。上述基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于闭塞区间内同一时刻、同一轨道只能有一辆列车行驶，由于整个闭塞区间都被区间内无线传感器网络覆盖，列车要想进入闭塞区间内行驶，首先要将车头装置的无线通信模块加入到无线传感器网络中，当列车车头驶入无线传感器网络覆盖范围内时，车头装置的主控制器将控制无线通信模块以网络节点的形式加入到该无线传感器网络中，并立即从该无线传感器网络中获取闭塞区间内列车所行驶轨道的占用信息；如果车头装置的无线通信模块从无线传感器网络中获得该闭塞区间内该条轨道已被占用，则由车头装置的主控制器控制制动模块使列车立即停止行驶，停留在闭塞区间前等待，此时车尾装置仍然占用之前的闭塞区间内列车所行驶的轨道，直到闭塞区间内列车所行驶的轨道恢复到空闲状态时列车才能继续行驶；如果车头装置的无线通信模块从网络中获得该闭塞区间内该条轨道未被占用，则列车将按计划继续行驶，车尾装置同时退出之前占用的闭塞区间内的该条轨道；当列车车头装置加入到无线传感器网络并允许进入闭塞区间时，通信基站便向无线网络中转发该闭塞区间内该条轨道已被该车占用的信息，并利用无线传感器网络对列车进行实时定位，当列车车尾装置退出无线传感器网络时，通信基站便向无线网络中转发该闭塞区间内该条轨道已经空闲的信息；列车在闭塞区间内行驶时，通信基站便向各网络节点发送无线测距命令，各网络节点向列车发送无线测距信号，当列车车头装置接收到某网络节点的无线测距信号便立即响应返回测距信号到该网络节点，再利用飞行时间T0F)引擎测量出无线测距信号在网络节点和车头装置之间的飞行时间，从而计算出网络节点与车头装置的距离，然后网络节点再结合自身的坐标位置进行计算得到列车的无线定位结果，利用无线传感器网络将该定位结果转发给基站，基站再利用GSM-R设备将定位结果发送给列车控制中心；当列车车头行驶至轨道检测器处时则利用轨道检测器对列车精确定位，并利用轨道检测器的精确定位结果对无线定位的结果进行校准。本专利技术与现有技术相比具有如下优点及显着效果I、本专利技术是一个主动式的防碰撞系统，而且能够实现对列车的实时定位，可以作为一种确实可行的冗余系统，确保轨道交通车辆高效、安全地运行。2、缩短了现有闭塞区间的长度，提高了列车行驶的密度，增强了运行效率.3、利用无线传感器网络对列车进行实时定位，并利用轨道检测器对无线定位结果进行校准，提高了列车实时定位的精度.。4、利用无线传感器网络来控制列车在闭塞区间的运行，避免了由于人为操作失误 而引起的列车事故的发生。5、该系统为独立的冗余闭塞系统，能够有效防止列车碰撞事故发生，提高了列车行驶的安全性。附图说明图I是防碰撞系统示意图；图2是轨旁装置示意图，(a)为网络节点，(b)为通信基站；图3是车头装置示意图；图4是车尾装置示意图；图5是闭塞区间和无线传感器网络的范围示意本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的轨道列车防碰撞系统，其特征在于：设有车头装置、车尾装置及轨旁装置，其中：轨旁装置包括通信基站和网络节点构成的无线传感器网络，将轨道沿线分成若干等分的闭塞区间并予以有序编号，在每个闭塞区间内的中点位置设置通信基站，通信基站的两侧等分设置网络节点，通信基站设有无线通信模块、GSM?R无线设备、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块输出连接GSM?R无线设备，电源模块输出分别连接无线通信模块、GSM?R无线设备及轨道检测器，无线通信模块及GSM?R无线设备分别与各自的天线连接；网络节点包括无线通信模块、电源模块和轨道检测器，轨道检测器输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线，电源模块输出分别连接无线通信模块和轨道检测器；每个区间的通信基站及其网络节点应保证能够大于覆盖本闭塞区间，两个相邻闭塞区间之间的区域能够同时被两个相邻区间的网络所覆盖；车头装置包括主控制器、无线通信模块、电源模块和制动模块，主控制器输出分别连接无线通信模块及制动模块，电源模块输出分别连接主控制器、无线通信模块及制动模块，无线通信模块连接天线；车头装置作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中；车尾装置包括无线通信模块和电源模块，电源模块输出连接无线通信模块，无线通信模块连接天线；车尾装置亦作为移动节点加入上述轨旁装置的无线传感器网络中。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，李建清，于忠洲，徐高志，毛志鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。