本發(fā)明涉及地鐵列車控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國城市化進程的加快和經(jīng)濟的快速增長，對城市軌道交通行業(yè)的效率及其信號控制系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。地鐵信號控制系統(tǒng)中，高效地、安全地信息傳輸是保證列車正常運行的核心基礎(chǔ)。信息傳輸方式已經(jīng)由原先的軌道電路方式向射頻通信和無線通信方式發(fā)展?；跓o線通信的列車控制技術(shù)（CBTC）以其顯著優(yōu)勢，逐漸成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案，且得到了推廣和使用。目前無線通信普遍采用WiFi、漏纜等方式，WiFi無線通信由于抗干擾性弱容易影響設(shè)備的正常運行，漏纜無線通信存在設(shè)備成本昂貴等不足之處。

基于無線通信的列車運行控制CBTC系統(tǒng)，實現(xiàn)了列車與地面設(shè)備間的全雙工大容量雙向連續(xù)信息傳輸,通過地面設(shè)備為中介，后面列車能夠獲取前方列車的準(zhǔn)確位置，也能將自身的位置通過地面設(shè)備傳遞后后續(xù)列車。列車根據(jù)本身位置和前方列車的位置，通過車載計算機能夠?qū)α熊噷嵤└鼮榫_的運行速度控制,顯著提高了行車效率。

但是無線通信在實際應(yīng)用中也存在一些問題和限制：1）采用公共移動通信服務(wù)相同的公用頻道，使得車地通信與公共移動通信服務(wù)的相互干擾的事故時有發(fā)生，威脅到CBTC系統(tǒng)的正常工作；2）AP發(fā)送無線信號傳輸受到隧道結(jié)構(gòu)限制，受彎道和坡道影響較大，加之隧道內(nèi)的反射嚴(yán)重引起多徑干擾，因此AP的布設(shè)距離不能太遠；同時為了保證在AP故障的通信連續(xù)可靠性, 進一步要求縮短AP 布置間距達到高速運行的無縫切換的目的；3）AP通信采用開放信道，存在信息被竊取、轉(zhuǎn)發(fā)、偽造、干擾等可能，影響到列車的運行安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于可見光通信的CBTC系統(tǒng)，它具有通信安全可靠性高、設(shè)備投資少、便于工程實現(xiàn)，施工時間短等特點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于可見光通信的CBTC系統(tǒng)，包括設(shè)置在車上的設(shè)備：車載系統(tǒng)，還包括通過通信線連接在一起的設(shè)置在地面的設(shè)備：區(qū)域控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、線路側(cè)電子設(shè)備和LED信號機，設(shè)置在車上的設(shè)備還包括車載可見光通信模塊，車載可見光通信模塊與車載系統(tǒng)通信連接，設(shè)置在地面的各設(shè)備還包括沿行車軌道間隔設(shè)置軌旁可見光通信模塊，軌旁可見光通信模塊與設(shè)置在地面的各設(shè)備通信連接，車載可見光通信模塊與各軌旁可見光通信模塊結(jié)構(gòu)相同：包括用于接收和發(fā)送源信號的通信模塊、信號發(fā)射器和信號接收器；

信號發(fā)射器包括：

調(diào)制電路模塊，信號輸入端與通信模塊連接，用于對信號源進行載波調(diào)制，以轉(zhuǎn)換成高頻電信號；

驅(qū)動電路模塊，信號輸入端與調(diào)制電路模塊信號輸出端連接，用于對調(diào)制電路模塊所輸出的高頻電信號進行功率放大，以滿足LED光源對輸入信號的功率要求；

LED光源，信號輸入端與驅(qū)動電路模塊信號輸出端連接，用于將驅(qū)動電路模塊輸出的有一定功率的高頻電信號轉(zhuǎn)換成高頻光通信信號；

信號接收器包括：

濾光片，用于接收LED光源所發(fā)出的高頻光通信信號，其對LED光源穿透性好，對其它光源有一定的阻擋作用，以對高頻光通信信號進行過濾；

光電探測器，信號輸入端接收濾光片所透過的高頻光通信信號，用于將高頻光通信信號轉(zhuǎn)換成高頻電信號；

前置放大電路模塊，信號輸入端與光電探測器信號輸出端連接，用于對光電探測器輸出的微弱的高頻電信號進行前置電壓放大；

解碼電路模塊，信號輸入端與前置放大電路模塊信號輸出端連接，信號輸出端與通信模塊連接，用于對高頻電信號去除載波還原成信號源；

在列車行駛過程中，車載可見光通信模塊與軌旁可見光通信模塊建立不間斷通信連接。

本發(fā)明進一步改進在于：

信號接收器還包括濾波器，濾波器的信號輸入端于前置放大電路模塊的信號輸出信號，濾波器的信號輸出端與解碼電路模塊的信號輸入端連接，用于對前置放大電路模塊所輸出的高頻電信號中的無用信號進行濾除。

各軌旁可見光通信模塊安裝于各LED信號機內(nèi)，各軌旁可見光通信模塊中的LED光源采用各LED信號機中的LED光源。

車載可見光通信模塊中的LED光源采用列車車燈中的LED光源。

LED光源前方設(shè)有電動變焦鏡頭。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明通過可見光通信模塊發(fā)出LED冷光源為傳輸媒介，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電磁波傳輸媒介?？梢姽忸l譜的寬度是射頻頻譜的1萬倍，使用頻段是高于3THz的空白頻譜，不受許可限制，解決頻譜不夠、與移動頻率交叉干擾的問題；可見光通信的傳輸距離大于無線電傳播距離，采用大功率低束散角的LED光源，使得以可見光為載體的通信信號傳輸距離遠，這樣可以使得相鄰LED信號機的布置距離很遠，相鄰LED信號機所發(fā)信號不會相互干擾，提高了車地通信的連續(xù)性和可靠性；可見光通信系統(tǒng)安全性高，保密性好，并且不會對周圍環(huán)境造成影響；可見光技術(shù)的發(fā)展迅速，已經(jīng)達到吉比特每秒(GB/s)，超過了目前無線移動通信速率，高速通信使得增加車地通信數(shù)據(jù)量擴展，實時性快速提高，能夠滿足未來地鐵信號控制系統(tǒng)的發(fā)展需求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）利用可見光通信模塊通信具有安全節(jié)能、避免電磁干擾、通信速率高以及精確定位等優(yōu)勢;（2）復(fù)用了系統(tǒng)原有的LED信號機設(shè)備，與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)相比，避免了大量儀器設(shè)備的安裝，便于工程實現(xiàn)，縮短了工程時間，節(jié)省了工程經(jīng)費，具有重要的實踐意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中車載可見光通信模塊及軌旁可見光通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

在附圖中：VOBC、車載系統(tǒng)；ZC、區(qū)域控制系統(tǒng)；CI、聯(lián)鎖系統(tǒng)；ATS、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)；LEU、線路側(cè)電子設(shè)備；VCL1、車載可見光通信模塊；VCL2、軌旁可見光通信模塊。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。

由圖1-2所示的實施例可知，本實施例包括設(shè)置在車上的設(shè)備：車載系統(tǒng)VOBC，還包括通過通信線連接在一起的設(shè)置在地面的設(shè)備：區(qū)域控制系統(tǒng)ZC、聯(lián)鎖系統(tǒng)CI、列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS、線路側(cè)電子設(shè)備LEU和LED信號機，設(shè)置在車上的設(shè)備還包括車載可見光通信模塊VCL1，車載可見光通信模塊VCL1與車載系統(tǒng)VOBC通信連接，設(shè)置在地面的各設(shè)備還包括沿行車軌道間隔設(shè)置軌旁可見光通信模塊VCL2，軌旁可見光通信模塊VCL2與設(shè)置在地面的各設(shè)備通信連接，車載可見光通信模塊VCL1與各軌旁可見光通信模塊VCL2結(jié)構(gòu)相同：包括用于接收和發(fā)送源信號的通信模塊（采用以太網(wǎng)卡通訊）、信號發(fā)射器和信號接收器；

信號發(fā)射器包括：

調(diào)制電路模塊（采用模擬乘法器），信號輸入端與通信模塊連接，采用模擬乘法器對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，以轉(zhuǎn)換成高頻電信號；

驅(qū)動電路模塊（即功率放大電路），信號輸入端與調(diào)制電路模塊信號輸出端連接，用于對調(diào)制電路模塊所輸出的高頻電信號進行功率放大，以滿足LED光源對輸入信號的功率要求；

LED光源，信號輸入端與驅(qū)動電路模塊信號輸出端連接，用于將驅(qū)動電路模塊輸出的高頻電信號轉(zhuǎn)換成高頻光通信信號；

信號接收器包括：

濾光片（針對LED光源顏色選擇綠光濾波片或者紅光濾波片），用于接收LED光源所發(fā)出的高頻光通信信號，其對LED光源穿透性好，對其它光源有一定的阻擋作用，以對高頻光通信信號進行過濾；

光電探測器（采用Amazon IMB-7011G高速CCD相機），信號輸入端接收濾光片所透過的高頻光通信信號，用于將高頻光通信信號轉(zhuǎn)換成高頻電信號；

前置放大電路模塊（采用高頻放大電路），信號輸入端與光電探測器信號輸出端連接，用于對光電探測器輸出的微弱的高頻電信號進行前置電壓放大；

解碼電路模塊（采用高頻解調(diào)電路），信號輸入端與前置放大電路模塊信號輸出端連接，信號輸出端與通信模塊連接，用于對高頻電信號去除載波還原成信號源；

在列車行駛過程中，車載可見光通信模塊VCL1與軌旁可見光通信模塊(VCL2)建立不間斷通信連接。

信號接收器還包括濾波器（采用帶通濾波器），濾波器的信號輸入端于前置放大電路模塊的信號輸出信號，濾波器的信號輸出端與解碼電路模塊的信號輸入端連接，用于對前置放大電路模塊所輸出的高頻電信號中的無用信號進行濾除。

各軌旁可見光通信模塊VCL2安裝于各LED信號機內(nèi)，各軌旁可見光通信模塊VCL2中的LED光源采用各LED信號機中的LED光源。

車載可見光通信模塊VCL1 中的LED光源采用列車車燈中的LED光源。

LED光源前方設(shè)有電動變焦鏡頭。

工作原理：

車載可見光通信模塊VCL1中的通信模塊經(jīng)通信線與車載系統(tǒng)VOBC進行雙向數(shù)據(jù)傳輸；軌旁可見光通信模塊VCL2中的通信模塊經(jīng)通信線與設(shè)置在地面的各設(shè)備進行雙向數(shù)據(jù)傳輸；

車載可見光通信模塊VCL1向軌旁可見光通信模塊VCL2發(fā)射信號及軌旁可見光通信模塊VCL2接收信號過程如下：

由車載可見光通信模塊VCL1中的通信模塊接收的車載系統(tǒng)VOBC所發(fā)送的信號源經(jīng)調(diào)制電路模塊對信號源進行載波調(diào)制，以轉(zhuǎn)換成高頻電信號；該高頻電信號經(jīng)驅(qū)動電路模塊進行功率放大，驅(qū)動LED光源發(fā)出高頻光通信信號；該高頻光通信信號經(jīng)軌旁可見光通信模塊VCL2的濾光片對高頻光通信信號進行過濾并接收；由光電探測器將高頻光通信信號轉(zhuǎn)換成電信號；再經(jīng)前置放大電路模塊對電信號進行前置（電壓）放大，再由濾波器對前置放大電路模塊所輸出的電信號中的無用信號進行濾除，還原成高頻電信號，再由解碼電路模塊對高頻電信號去除載波還原成信號源；源信號經(jīng)通信模塊傳輸至地面的各設(shè)備，由相應(yīng)的設(shè)備接收。

反之，軌旁可見光通信模塊VCL2向車載可見光通信模塊VCL1發(fā)射信號及車載可見光通信模塊VCL1接收信號過程如上所述，不再贅述。