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一种列车通过预警系统及方法

阅读：260发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种列车通过预警系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种列车通过预警系统及方法，其中系统包括位于列车上的车载装置和由本地用户携带的本地装置，车载装置包括发送端控制器，以及均与发送端控制器连接的GSM接收模块和GPS发射模块，本地装置包括接收端控制器、GSM发送模块、GPS接收模块和显示器；GSM发送模块对外发送第一请求，GSM接收模块接收到第一请求后，发送端控制器控制GPS发射模块持续发送GPS 位置数据，GPS接收模块接收到GPS位置数据后由显示器进行跟踪显示。与现有技术相比，本发明成本低廉，有利于市场推广与布局，且针对行业痛点设计，实用性强。，下面是一种列车通过预警系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种列车通过预警系统，其特征在于，包括位于列车上的车载装置和由本地用户携带的本地装置，所述车载装置包括发送端控制器，以及均与发送端控制器连接的GSM接收模块和GPS发射模块，所述本地装置包括接收端控制器，以及均与接收端控制器连接的GSM发送模块、GPS接收模块和显示器；
所述GSM发送模块对外发送第一请求，GSM接收模块接收到第一请求后，发送端控制器控制GPS发射模块持续发送GPS位置数据，所述GPS接收模块接收到所述GPS位置数据后由所述显示器进行跟踪显示。
2.根据权利要求1所述的一种列车通过预警系统，其特征在于，所述车载装置还包括用于发送第一预警信号的第一RS485无线通信发送模块、以及用于发送第二预警信号的第二RS485无线通信发送模块，所述本地装置包括用于接收第一预警信号的第一RS485无线通信接收模块和用于接收第二预警信号的第二RS485无线通信接收模块，其中，所述第一预警信号的最大传输距离大于第二预警信号的最大传输距离。
3.根据权利要求2所述的一种列车通过预警系统，其特征在于，所述本地装置还包括用于在接收到第二预警信号发出报警的报警器。
4.根据权利要求2所述的一种列车通过预警系统，其特征在于，所述第一预警信号的最大传输距离为5千米，所述第二预警信号的最大传输距离为3千米。
5.根据权利要求1所述的一种列车通过预警系统，其特征在于，所述车载装置还包括GPS定位模块，该GPS定位模块包括解调器，由依次连接的鉴相器、第一环路滤波器、压控震荡器组成的锁相环，由依次连接的鉴频器、第二环路滤波器、数控震荡器组成的锁频环，以及卡尔曼滤波器，所述解调器的输入端分别与数字中频信号源和卡尔曼滤波器的输出侧连接，输出端分别与鉴相器和鉴频器的输入端连接，所述压控震荡器和数控震荡器均分别与卡尔曼滤波器的输入端连接；
接收到的数字中频信号首先和本地生成的载波相乘解调，然后把信号同时送入鉴相器和鉴频器中，鉴相器通过比较输入信号与输出信号的相位差，得到一个包含高频分量和带宽噪声在内的误差信号，通过第一环路滤波器，滤除高频信号和带宽噪声，得到一个控制信号，再经过压控振荡器以后产生频率偏移，使输出信号相位发生改变，不断地调整输出信号的相位，直到输入与输出信号的相位时刻保持一致；输入信号与输出信号的载波相位差经过鉴频器，鉴频结果再通过第二环路滤波器后，控制数控振荡器产生本地载波，然后对接收信号进行解调，最终实现频率锁定，所述卡尔曼滤波器基于锁相环和锁频环输出的信号对载波频率和伪码相位进行转换调整，直至实现本地载波与接收信号的载波相一致。
6.一种如权利要求2所述的系统的预警方法，其特征在于，包括：
步骤S1：接收到启动信号后，接收端控制器控制GSM发送模块发送预先编码好的第一请求；
步骤S2：任意列车上搭载的车载装置的GSM接收模块接收到所述第一请求后，发送端控制器激活GPS发射模块；
步骤S3：GPS发射模块被激活后持续发送列车的当前的GPS位置数据；
步骤S4：GPS接收模块接收到由GPS发射模块持续发送的GPS位置数据，由所述显示器进行跟踪显示。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S5：当列车通过本地装置所处的位置后，接收端控制器控制GSM发送模块发送预先编码好的第二请求，所述GSM接收模块接收到该第二请求后，发送端控制器控制GPS发射模块退出工作。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，发送端控制器激活GPS发射模块时，同步激活第一RS485无线通信发送模块和第二RS485无线通信发送模块，所述第一RS485无线通信发送模块和第二RS485无线通信发送模块在被激活后分别持续发送第一预警信号和第二预警信号，
所述第一RS485无线通信接收模块接收到第一预警信号后，接收端控制器进行第一次预警，
所述第二RS485无线通信接收模块接收到第二预警信号后，接收端控制器进行第二次预警。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述第一预警信号的最大传输距离为5千米，所述第一次预警的内容为：预警列车距用户5千米；
所述第二预警信号的最大传输距离为3千米，所述第二次预警的内容为：预警列车距用户3千米。

说明书全文

一种列车通过预警系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种预警系统，尤其是涉及一种列车通过预警系统及方法。

背景技术

[0002] 为了保障铁路正常运营，需要维护人员对铁路线路、设备进行检修。在抢修过程中由于客观原因可能会产生列车通过而维修人员来不及躲避从而造成灾难性的后果发生。

[0003] 早期，工务段现场施工时，往往会配一个专门的预警人员用于报告是否有列车通过，但是这种方式不能很好的保证施工现场人员的安全。已有的事故调查就有预警人员上厕所结果导致列车撞向正在施工的工作人员。

[0004] 后来，有现有技术公开一种方案是遥感式隧道列车通过预警系统。主要包括列车信息接收部分、以及与其无线连接的多个手持终端设备，列车信息接收部分安装在列车隧道的壁面上，列车信息接收部分包括供电电源、以及分别与其相连接的信号采集设备、微控制器、无线信号发射模块，信号采集设备依次与微控制器以及无线信号发射模块相连接；手持终端设备设置在列车隧道旁边的工作人员身上，其包括充电电池、以及与其相连接的UHF收发器、上位机与报警处理模块，UHF收发器依次与上位机以及报警处理模块相连接。当列车来临前，向列车隧道旁边的工作人员发出提示信息，以使工作人员有充足的时间从列车的行驶路线上撤离，然而该预警系统具有以下缺陷：1、该定位方式只能在隧道定位，不能在其他地方定位；2、该定位方式没有冗余设计，不能保证安全性；3、没有自检的设计，当设备故障时不能及时发现。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种列车通过预警系统及方法。

[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0007] 一种列车通过预警系统，包括位于列车上的车载装置和由本地用户携带的本地装置，所述车载装置包括发送端控制器，以及均与发送端控制器连接的GSM接收模块和GPS发射模块，所述本地装置包括接收端控制器，以及均与接收端控制器连接的GSM发送模块、GPS接收模块和显示器；

[0008] 所述GSM发送模块对外发送第一请求，GSM接收模块接收到第一请求后，发送端控制器控制GPS发射模块持续发送GPS位置数据，所述GPS接收模块接收到所述GPS位置数据后由所述显示器进行跟踪显示。

[0009] 所述车载装置还包括用于发送第一预警信号的第一RS485无线通信发送模块、以及用于发送第二预警信号的第二RS485无线通信发送模块，所述本地装置包括用于接收第一预警信号的第一RS485无线通信接收模块和用于接收第二预警信号的第二RS485无线通信接收模块，其中，所述第一预警信号的最大传输距离大于第二预警信号的最大传输距离。

[0010] 所述本地装置还包括用于在接收到第二预警信号发出报警的报警器。

[0011] 所述第一预警信号的最大传输距离为5千米，所述第二预警信号的最大传输距离为3千米。

[0012] 所述车载装置还包括GPS定位模块，该GPS定位模块包括解调器，由依次连接的鉴相器、第一环路滤波器、压控震荡器组成的锁相环，由依次连接的鉴频器、第二环路滤波器、数控震荡器组成的锁频环，以及卡尔曼滤波器，所述解调器的输入端分别与数字中频信号源和卡尔曼滤波器的输出侧连接，输出端分别与鉴相器和鉴频器的输入端连接，所述压控震荡器和数控震荡器均分别与卡尔曼滤波器的输入端连接；

[0013] 接收到的数字中频信号首先和本地生成的载波相乘解调，然后把信号同时送入鉴相器和鉴频器中，鉴相器通过比较输入信号与输出信号的相位差，得到一个包含高频分量和带宽噪声在内的误差信号，通过第一环路滤波器，滤除高频信号和带宽噪声，得到一个控制信号，再经过压控振荡器以后产生频率偏移，使输出信号相位发生改变，不断地调整输出信号的相位，直到输入与输出信号的相位时刻保持一致；输入信号与输出信号的载波相位差经过鉴频器，鉴频结果再通过第二环路滤波器后，控制数控振荡器产生本地载波，然后对接收信号进行解调，最终实现频率锁定，所述卡尔曼滤波器基于锁相环和锁频环输出的信号对载波频率和伪码相位进行转换调整，直至实现本地载波与接收信号的载波相一致。

[0014] 一种如所述的系统的预警方法，包括：

[0015] 步骤S1：接收到启动信号后，接收端控制器控制GSM发送模块发送预先编码好的第一请求；

[0016] 步骤S2：任意列车上搭载的车载装置的GSM接收模块接收到所述第一请求后，发送端控制器激活GPS发射模块；

[0017] 步骤S3：GPS发射模块被激活后持续发送列车的当前的GPS位置数据；

[0018] 步骤S4：GPS接收模块接收到由GPS发射模块持续发送的GPS位置数据，由所述显示器进行跟踪显示。

[0019] 所述方法还包括：

[0020] 步骤S5：当列车通过本地装置所处的位置后，接收端控制器控制GSM发送模块发送预先编码好的第二请求，所述GSM接收模块接收到该第二请求后，发送端控制器控制GPS发射模块退出工作。

[0021] 所述步骤S2中，发送端控制器激活GPS发射模块时，同步激活第一RS485无线通信发送模块和第二RS485无线通信发送模块，

[0022] 所述第一RS485无线通信发送模块和第二RS485无线通信发送模块在被激活后分别持续发送第一预警信号和第二预警信号，

[0023] 所述第一RS485无线通信接收模块接收到第一预警信号后，接收端控制器进行第一次预警，

[0024] 所述第二RS485无线通信接收模块接收到第二预警信号后，接收端控制器进行第二次预警。

[0025] 所述第一预警信号的最大传输距离为5千米，所述第一次预警的内容为：预警列车距用户5千米；

[0026] 所述第二预警信号的最大传输距离为3千米，所述第二次预警的内容为：预警列车距用户3千米。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0028] 1)本发明成本低廉，有利于市场推广与布局，且针对行业痛点设计，实用性强。

[0029] 2)人性化设计，用户不仅可以直观的在屏幕上看到列车位置，而且还具有报警功能。

[0030] 3)提出了两种定位方式共同工作，弥补了利用一种定位方式的局限性，大大提高了系统的可用性。

[0031] 4)考虑到GPS定位的局限性，提出增加RS458无线远程通信模块来弥补这种不足。

[0032] 5)针对列车运行速度较快，传统定位方式不准确的现象，提出一种新的GPS定位方式，可进一步提升定位精度。附图说明

[0033] 图1本发明的结构框图；

[0034] 图2本发明的工作流程图；

[0035] 图3为GPS定位模块的示意图；

[0036] 其中：1、车载装置，2、本地装置，11、GSM接收模块，12、GPS发射模块，13、第一RS485无线通信发送模块，14、第二RS485无线通信发送模块，15、电池，16、发送端控制器，21、GSM发送模块，22、GPS接收模块，23、第一RS485无线通信接收模块，24、第二RS485无线通信接收模块，25、显示器，26、报警器，27、开关，28、电池，29、接收端控制器。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0038] 为了保证铁路线路正常运营，工务段人员或者铁路巡线工作人员常常要冒着有列车通过的危险对线路进行检修。由于工作时有列车通过躲避不及造成的事故也时有发生。为了避免这种事故发生，本申请提出一种列车通过预警系统，在列车与工作人员有一定距离时提前预警，保证工作人员安全。

[0039] 本申请通过提供一种列车通过预警系统实现，如图1所示，包括位于列车上的车载装置1和由本地用户携带的本地装置2，车载装置1包括发送端控制器16，以及均与发送端控制器16连接的GSM接收模块11和GPS发射模块12，本地装置2包括接收端控制器29、GSM发送模块21、GPS接收模块22和显示器25；

[0040] GSM发送模块21对外发送第一请求，GSM接收模块11接收到第一请求后，发送端控制器16控制GPS发射模块12持续发送GPS位置数据，GPS接收模块22接收到GPS位置数据后由显示器25进行跟踪显示。

[0041] 即通过列车上和本地两个通信模块相互通信来判断列车距本地的距离。当达到一定距离时本地模块会报警，提示工作人员撤离危险地段。当有定位需求时本地GSM发送模块21会发送一个请求信号，列车上的GSM接收模块11接收到请求信号后开始工作，首先GPS定位模块会启动工作并通过GPS发送模块发送GPS位置数据，本地GPS接收模块22接收到位置信息后会将位置信息显示出来。

[0042] 为了避免GPS数据的不可靠性，本申请在列车上同时还安装有两个RS485远距离无线通信模块，分别在列车距本地5公里和3公里时开始工作，从而保证预警的有效性。即增加了车载装置1还包括用于发送第一预警信号的第一RS485无线通信发送模块13、以及用于发送第二预警信号的第二RS485无线通信发送模块14，本地装置2包括用于接收第一预警信号的第一RS485无线通信接收模块23和用于接收第二预警信号的第二RS485无线通信接收模块24，其中，第一预警信号的最大传输距离大于第二预警信号的最大传输距离。对应的，本地装置2还包括用于在接收到第二预警信号发出报警的报警器26。另外，第一预警信号的最大传输距离为5千米，第二预警信号的最大传输距离为3千米，这样可以实现很好的预警效果。

[0043] 本申请具体应用时，当用户启动开关后，接收端控制器29接收到启动信号后会控制GSM发送模块21发送事先编码好的请求应答信号，附近十公里范围内列车上的GSM接收模块11会收到该请求信号。然后将接收到的请求信号发送到发送端控制器16中，发送端控制器16此时会激活GPS发送模块，此时GPS发送模块会持续工作，这时GPS接收模块22会接收到实时变化的列车位置信息，并将该信息反馈到接收端控制器29中，控制器把处理过的列车位置信息显示到显示器25上。

[0044] 发送端控制器16激活GPS发送模块的同时也会激活RS485无线通信发送模块1和RS485无线通信发送模块2。当列车距离用户5公里时RS485无线通信接收模块1会接收到RS485无线通信发送模块1发来的编码信息。并将该信息反馈到接收端控制器29中。同理，当距离3公里时，RS485无线通信接收模块2也会收到RS485无线通信发送模块2发来的编码信息，并将该信息反馈到接收端控制器29中。接收端控制器29处理结合时间、位置、速度等信息经过计算会在显示器25上显示列车的位置。当列车距离3公里内时控制报警器26报警，提醒工作人员避让列车。

[0045] 当列车通过后接收端控制器29会控制GSM发送模块21发送编码信息给GSM接收模块11，GSM接收模块11将编码信息转发给发送端控制器16，发送端控制器16接收到编码信息后使整个模块停止工作，等待下一次激活命名。

[0046] 报警系统工作流程如图2所示，考虑到在高动态环境下GPS信号跟踪性能不理想，提出一种基于锁相环(PIL)和锁频环(FIL)技术的GPS定位系统。见图3。

[0047] 数字中频信号首先和本地生成的载波相乘解调，然后把信号同时送入锁相环和锁频环中，图3中的鉴相器、环路滤波、压控震荡三个模块构成了锁相环，鉴相器通过比较输入信号与输出信号的相位差，得到一个包含高频分量和带宽噪声在内的误差信号，通过环路滤波器，滤除高频信号和带宽噪声，得到一个控制信号，再经过压控振荡器以后产生频率偏移，使输出信号相位发生改变，不断地调整输出信号的相位，直到输入与输出信号的相位时刻保持一致。图3中的鉴频器、环路滤波、数控震荡构成了锁频环，锁频环的工作原理和锁相环相似，输入信号与输出信号的载波相位差经过鉴频器，鉴频结果再通过环路滤波器后，控制数控振荡器(NCO)产生本地载波，然后对接收信号进行解调，最终实现频率锁定。

[0048] 因为载体的径向速度会产生一个多普勒频率增加到载波上，使载波频率发生偏移，从而影响GPS信号的跟踪，故提出了一个Kalman滤波器，通过卡尔曼(Kalman)滤波器对多个通道中频信号进行综合处理。然后对载波频率和伪码相位进行转换调整，最后实现本地载波与接收信号的载波相一致。最终与输入的数字中频信号进行相乘解调。

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