用于机车无线数字综合预警系统的数字通讯设备及方法

摘要

本发明公开了一种数字通讯设备及其所涉及的通讯方法，该设备和方法用在机车上的无线数字综合预警系统中。本发明通过采用800MHz数字车载综合电台(其接收频率为821.2375MHz，发送频率866.2375MHz)，解决了出现同频干扰和与无线列调相互串扰的问题，且由于800M无线传输的穿透力强，消除了弱场强区域的信号覆盖问题，使列车首尾之间能够最大限度地实现正常的数据传输，本发明的数字通讯设备可按照广播的方式发送各种预警信息和报警信息，从而避免列车行车事故，并减少人员的伤亡事故。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机车无线数字综合预警系统的数字通讯设备及其方法，更具体来讲，本发明涉及有关铁路行车安全及人身安全的预警设备。

背景技术

在铁路领域，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(车长)后，列车尾部车厢脱节而对铁路安全运行造成的重大隐患。在中国专利文件CN 1142454A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CN CN1118319A、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设备不能在复线和传播条件不好的区段使用；再者，这样的设备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)警通讯设备，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。

如果无线传输采用800M数传电台，则传输通道就会不受限制，且传输速率更快，从而可解决上述弊端。同时增加了列车报警防护、道口接近报警防护等功能，形成集多种功能于一体的数字列车无线预警系统。

发明内容

鉴于上述的考虑，本发明提出了一种数字通讯设备，其用在机车上的无线数字综合预警系统中，同时，本发明还提出了该设备所涉及的通讯方法。本发明通过采用800MHz数字车载综合电台(其接收频率为821.2375MHz，发送频率866.2375MHz)，解决了出现同频干扰和与无线列调相互串扰的问题，且由于800M无线传输的穿透力强，消除了弱场强区域的信号覆盖问题，使列车首尾之间能够最大限度地实现正常的数据传输，因此，该设备可在铁路复线和无线传播条件不好的区段使用，从而扩大了列车尾部风压报警设备的使用范围。另外，针对铁路提速后出现的安全问题，本发明的车载综合电台可按照广播的方式发送各种预警信息和报警信息，从而避免列车行车事故，并减少人员的伤亡事故。

根据本发明的第一方面，本文提供了一种数字通讯设备，其用在机车上的无线数字综合预警系统中，该设备包括：数据传输电台，其工作在某一频段上，且为数字工作模式；一控制电路，其可执行控制，并实现数据存储；一个天线，其与数传传输电台相连接，用于发射或接收信号；两个数字式列尾控制盒，它们与控制电路进行电路连接；语音存储电路，其用于存储预定的语音信息；接口电路，用于与机车上的其它系统进行数据通讯；以及用于向该设备供电的电源，其中，所述数据传输电台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。

根据本发明的另一方面，所述数据传输电台的工作频段为800MHz，其中，发送频率为866.2375MHz，而发送频率则为821.2375MHz。

根据本发明的又一方面，所述数据传输电台采用了DSP技术。

根据本发明的另一方面，所述数据传输电台采用了前向纠错技术和相干解调技术。

根据本发明的另一方面，所述数据传输电台采用标准异步通信协议。

根据本发明的另一方面，所述列尾控制盒包括按键电路、功放电路、接口电路以及扬声器。

根据本发明的再一方面，本文提出了一种用在列车行车过程执行通讯的方法，该方法包括步骤：在机车上设置一数字通讯设备，其工作在不同于无线列调的频段上，且为数字工作模式，该设备包括工作在所述频段上的数字式传输电台、可执行控制和数据存储的控制电路、一个与数字传输电台相连接的天线、设置在机车上的两个数字式列尾控制盒、用于存储预定语音信息的语音存储电路、用于与机车上的其它系统进行数据通讯的接口电路、以及用于向该设备供电的电源；在列车的尾部设置数字式列尾主机，其可通过无线电台与所述数字通讯设备进行通讯，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；在轨道沿线设置相应的通讯设备，这些设备通过无线电台以数字方式与所述数字通讯设备进行通讯，其中，数字通讯设备可按照广播的方式、以一定的时间间隔向轨道沿线的通讯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；轨道沿线的通讯设备可在必要时向数字通讯设备发送预警提示信息；列尾主机在检测到异常情况时，可向所述数字通讯设备发送报警信息。

根据本发明的另一方面，所述通讯方法采用的工作频段为800MHz，其中，发送频率为866.2375MHz，而发送频率则为821.2375MHz。

附图说明

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是根据本发明的数字通讯设备的结构框图；以及

图2是数字式列尾控制盒的功能模块示意图。

具体实施方式

图1为本发明的数字通讯设备的功能方框图，从图中可看出，该设备包括数字式传输电台、控制与数据存储电路、天线、两个数字式列尾控制盒、语音存储电路、接口电路、以及电源，其中，天线为800MHz天线，其工作频率的范围为：815MHz～875MHz。天线安装在机车顶部。数字列尾控制盒1和数字列尾控制盒2分别安装在机车的两个驾驶室内。其余部分为该设备中数字车载综合电台的组成部分，该电台安装在机车设备室内，其所带有的电源电路引接机车的110V直流电源，并将其转变为13.8V直流电，然后向控制与存储电路、电台、两个数字列尾控制盒供电。该设备所包括的TAX2箱接口电路定时(时间间隔为50ms)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)，作为设备的基本数据信息。

图2为列尾控制盒的功能模块图，其带有按键电路、功放电路、接口电路以及扬声器。其中的按键电路分为报警键、确认键、查询键和排风键。

其中的数字车载综合电台采用的是800MHz数据传输电台，与模拟车载综合电台相比，其技术更加先进、性能也更可靠。另外，数据传输电台采用了DSP技术，抗干扰能力强，环境影响小；且该数传电台采用了前向纠错技术、相干解调技术，因而无须其它纠错手段，易于编程，误码率低，系统可靠性高；同时，数传电台采用标准异步通信协议，接口简单，外围电路少，易于连接；最后，由于数传电台数据吞吐量大，实行全透明异步实时传输，所以便于扩展功能。

下面的表1中列出了模拟传输系统和数字传输系统在功能和性能上的比较：

                         表1

    比较内容    模拟系统    数字系统    传输速率(bps)    1200    9600    发送启动方式    PTT    数据直接控发    发送启动时间    ＜50ms    ＜2ms    信息发送时长    ＞200ms    ＜20ms    发送延时    ＞200ms    ＜10ms    误码率    高，需纠错    10^-6    信元开销    大    小    信号碰撞概率    高    低    作业人员接近报警    有    有    作业人员道路报警    无    有    道口列车接近报警    有    有    道口故障报警    有    有    施工现场接近报警    无    有    施工现场故障报警    无    有    列车防护报警    有    有    列车车次号传送    无    有    尾部风压报警    有    有

从表1可看出，相比于现有技术中采用的模拟系统，本发明所采用数字传输系统具有更多的功能，性能优良，工作也更可靠。

下面对根据本发明的数字通讯设备所实现的功能以及具体的工作方法进行描述：

1、以广播的方式发送有关列车运行的预警信息：通讯设备通过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(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)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。接收设备收到数字综合电台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，数字车载综合电台收到后将TAX2箱发送来的数据组成二次报警帧格式，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，接收距离大于5公里，满足列车制动所需距离(2公里)，附近列车收到事故列车发送的二次报警信息，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：数字综合电台接收到事故列车发送的列车二次报警信息后，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(快速移频键控)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。车载综合电台接收到道口设备发送的道口障碍预警信息后，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，数字综合电台接收后，向数字列尾主机发送“确认”信息，数字列尾主机收到后，回送确认应答信息，数字车载综合电台接收后，控制语音存储器播出“XXXX机车，确认完毕”。此时完成数字车载综合电台与数字列尾主机间“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，数字车载综合电台向数字列尾主机发送尾部风压查询信息，数字列尾主机接收后，将列车尾部风压值回送给数字车载综合电台，数字车载综合电台接收后，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，数字车载综合电台向数字列尾主机发送尾部风压查询信息，数字列尾主机接收后，回送排风应答信息，然后打开电磁阀进行排风，数字车载综合电台收到排风应答信息后，控制语音存储器播出“XXXX机车，排风”。数字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，数字车载综合电台与数字列尾主机需解除“一对一”联络关系，同时按下数字列尾控制盒上的“确认”键和“查询”键，数字车载综合电台向数字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，数字车载综合电台接收消号应答信息后，控制语音存储器播出“XXXX机车，消号成功”。此时数字车载综合电台与数字列尾主机解除“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)，自动向数字综合电台发送风压报警信息，数字综合电台接收后，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数字式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，数字列尾主机自动向数字综合电台发送电压报警信息，数字车载综合电台接收后，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。

6、数据记录存储：数字车载综合电台能够存储电台故障、TAX2箱通信故障等状态数据和发送二次报警、接收二次报警、接收道口障碍预警等报警数据，数据内容包括启始时间，启始时列车车次、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。

尽管上文中对本发明的具体实施例进行了描述，但这仅是示例性的，本发明还可以有多种其它的实施方式，且所有基于本发明设计思想的实施例都在本发明的范围内。