CN100400353C

CN100400353C - 用于防止列车及相似运输系统之间相碰撞的装置

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Publication number: CN100400353C
Application number: CNB028290917A
Authority: CN
Inventors: 拉贾拉姆·博吉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: AU2002309244A1; GB2390465A; WO2003086833A1; EP1839991A1; GB0316267D0; CN1628048A; EP1494910A1

Abstract

一种用于车辆和相似的运输系统的防碰撞装置，包括：基于微处理器的命令和控制单元(CCU)；具有卫星信号天线的全球定位系统(GPS)；具有定向天线的所需容量/范围的工作人员接口；输入/输出子系统；与制动机构相连接的制动信号装置，用于列车头速度控制；具有声音和/或者视觉显示装置的消息显示单元；和电源系统，优选地包括电池和整流器，上述所有单元和系统功能性互连。

Description

用于防止列车及相似运输系统之间相碰撞的装置

技术领域

本发明涉及用于列车及其相似运输系统的防碰撞装置(ACD)。具体而言，本发明涉及ACD，主要工作在具有无线传输接收器的基于微处理器的系统，所述接收器工作在例如2Km的预定范围中并具有自己的电源系统，当安装到列车头、守车(brake van)、平交道拦路栅、火车站或者任何其它位置上时，自动产生用于转换并采纳到不同的安全措施中的信号，例如运行列车的刹车系统的启动、以将其速度降低到安全限度或者在安全距离内完全停止所述列车，所有类型的列车碰撞通过如下方式得以防止：通过激活在道路用户被警告和进行警戒的平交道拦路栅上的汽笛，通过激活声音/视觉信号，平交道拦路栅处的班组人员或者收票员被警告以通过记录和校正趋近的列车的位置、速度等信息而采取预防措施。

背景技术

列车的碰撞会对财产和生命带来损害，由于列车的碰撞而带来的这些事故会对人们留下精神创伤。不同种类的列车事故是迎头碰撞、侧面碰撞、列车的后端碰撞以及列车与诸如公车、汽车等其它的车辆在平交路口的相撞。

通常列车的迎头碰撞是由于人为错误才发生的。列车与其它车辆在有人或者无人看守的平交路口(LC)路栅处的碰撞是由于道路用户或者铁路员工的错误导致。由于人为错误所导致的这样的事故通常不能用现有的技术来加以防止。此种灾祸，即由于系统失效或者人为错误所引起的列车的碰撞可以使用现有可获取的技术来防止，即，防碰撞装置，所述防碰撞装置在所需的预定的距离范围内自动工作。

发明内容

本发明的主要目的是通过使用防碰撞装置防止事故(即列车碰撞)。当安装到列车头或者列车的守车(guard van)上时，此防碰撞装置防止以高于15kmph的速度上与另外的装有ACD的运行列车在闭塞区段和车站的运行线上相撞，而完全独立于现在盛行的信号和互锁系统，以及通过与其它在车站和平交路口安装的ACD形成网络，在平交路口与道路车辆的相撞可以被避免，这样而提供一种静态安全屏蔽。

本发明的另外的目的是提供一种自动运行的用于列车的防碰撞装置，其具有自己的电源并在预定的距离范围内主动操作，这样列车在彼此靠近时以安全速度运行而不碰撞，它们之间的距离减小，它们的相对速度可以被自动控制。

本发明的另外的目的是提供作为运行车组的警戒检查装置的防碰撞装置，并且也用作在列车靠近车站时司机用于发现第一停止信号的报警装置。

本发明的进一步目的是提供一种防碰撞装置，其通过使用远程控制而不涉及列车车组通过自动停止列车而防止列车迎头相撞，所述防碰撞装置也作为通勤员靠近平交路口的警告装置。

本发明的另外的目标是提供一种自动工作的防碰撞装置，其具有自己的动力源避过那在预定的距离的范围内主动操作，这样列车它们在这样的速度上一起运行而不碰撞的安全速度上移动，趋于减小速度的它们之间的距离可以被自动控制。

在较早到达的列车离开车站区域时，离开时的偏差计数(deviationcount)被用于确定所述列车是否按照预期的线路离开。

偏差计数是指列车进入车站的线路的分配的数字与列车离开车站的线路的分配的数字之间的差异。

在任何给定的范围内，其可以从给定的开始线路计算出所需的偏差计数以到达特定的线路，车站ACD承载此信息，并与列车头ACD共享。附图1和2示出了如下的示例。

示例1

DC表示所限定的偏差计数，LDC表示左偏差计数，(左或右是参照进入车站区域的方向)，RDC是右偏差计数。

如果封闭区段类型在单线或者双线的车站的任一侧是相同的，当列车进入车站区域的LDC数目必须与离开时对列车运行在右轨道上的RDC数目相同。

但是如果双线封闭区段位于一侧上，并且单线区域位于另外一侧上，然后左或者右的剩余数目将对站场预先限定，以知道离开线路对离开车站区域的列车是正确的。

示例2

参照运动的方向，左或者右偏差计数逐渐指示从进入线路到左或者右(ACD到达的地方)的线路数。

例如，如果ACD只对即将到来的进入列车执行一个左偏差，然后，其滚动到上主线路的相邻并且左侧的线路上。

假设所述车辆现在离开右方上线路上的这条线路，它必须执行一个右偏差——如果其执行更多，那么显然列车没有进入正确的上离开线路，而是错误的一个。

本发明涉及用于列车和相似的运输系统的防碰撞装置(ACD)，其可以防止列车之间和列车与其它车辆之间的碰撞。相应地，此发明提供了用于车辆和相似的运输系统的防碰撞装置，防止在由在多个轨道上移动的多个列车头构成的铁路网络中发生碰撞的系统，所述轨道通过多个建筑物，例如车站、有人看管和无人看管的平交路口。所述系统包括：

(i)至少一个列车头防碰撞装置，固定在每一个列车头中用于接收和处理信号；

(ii)至少一个车站防碰撞装置，固定在每一个车站中用于接收和处理信号；

(iii)至少一个平交路口防碰撞装置，固定在每一个平交路口中用于接收和处理信号；

(iv)与所述固定到列车头中的列车头防碰撞装置协作的全球定位系统；

(v)与每个所述防碰撞装置协作的无线信号发射和接收装置；

所述列车头防碰撞装置适于(a)从所述全球定位系统接收信号并处理接收到的信号，(b)通过所述无线信号发射和接收装置实时地产生和发射列车头识别信号，识别每个列车头的位置和速度，和(c)接收信号以识别列车在哪个轨道上运行；

(vii)所述防碰撞装置被用于通过所述无线电信号发射和接收装置接收所述列车识别信号；

(viii)所述列车头防碰撞装置还被用于响应识别列车头识别信号的特定潜在碰撞而产生紧急信号；

(ix)刹车启动装置，所述刹车启动装置与固定在列车头中的列车头防碰撞装置协作，用于接收所述紧急信号并导致列车头在紧急的情况下刹车。

在上述铁路网络中防止碰撞的系统中，其中所述列车头防碰撞装置被进一步适用于基于偏差计数接收用于识别分配了唯一数字的轨道的信号，列车在所述轨道上、在网络的一个区段中移动，列车头防碰撞装置并将此分配的唯一的数字与移动在相同的区段中的其它列车所分配的数字进行比较。

当安装到列车头、守车、平交道拦路栅、车站或者任何其它位置时，此防碰撞装置将自动产生用于转换并采纳各种安全措施的信号，例如列车速度的启动和减小、将列车在安全距离内完全停止，从而防止两个列车之间的碰撞以及列车和其它车辆在平交路口上的碰撞。

附图说明

下面将参照附图详细说明本发明，其中：

图1和2显示了用于解释双线路封闭区段的偏差计数特征的本发明的示意图；

图3-1至3-5显示了本发明的另外的示意图，用于进一步解释可选实施例中的偏差计数特征。

具体实施方式

根据本发明的防碰撞装置主要包括作为命令和控制单元(CCU)的中央处理器，包括用于处理数据和从ACD产生命令的基于微处理器的模块，全球定位系统(GPS)接收器通过卫星拾取信号并将所述系统提供给CCU用于解码以获得与列车头运动相关的参数，诸如纬度、经度、速度、日期和时间等。GPS接收器的天线被固定到列车头的顶部上。

工作人员接口和数据输入键盘协助司机输入数据，例如在列车开始运行时的诸如车号、运行方向(上或者下)以及运行在正确或者错误的轨道(这可以在任何车站进行改变，如果有这样的情况时)。当其位于无线范围内时(大约1.5至2km或者更大)，所需容量/范围的无线电发射接收器用于发射通过相似的ACD(包括车站ACD)发送的信息和命令。无线电发射接收器5的定向天线被固定到列车头厢的外部。将信号传递给制动信号单元的I/O子系统启动对列车头速度进行控制的制动机构(未示出)，以及设置了具有声音和/或者视觉显示装置的消息显示信号单元。具有整流器的电池用作ACD的电源系统。显示单元8通常具有屏幕MD和其他显示装置，例如SOS信号显示、声音警报显示A、视觉警报显示V和肯定应答显示器ACK。SOS显示器是SOS信号发生器，也能立刻将最重要的SOS信号发给区域中所有类似装置。肯定应答显示器ACK用于由工作人员应答警报信号并用于重设其他警报显示器。用于机车速度控制的刹车机构

作为从其它ACD的所接收的信息的处理的结果，命令和控制单元根据情况决定普通刹车或者是紧急刹车。然后通过出于此目的的列车头厢中的适当的螺旋管式接口施加电气刹车。

列车头以及那些施加在无人以及有人的非互连平交道拦路栅上的ACD在它们位于彼此的无线范围内时将相关的数据通过数字化编码数据包进行路由而交换它们的识别信息。基于LC路栅或者哨岗车中的数据的分析然后启动必要的动作。

功能要求规范

对各类型的ACD独立进行功能要求说明书的描述，即

列车头ACD

车站ACD

警卫ACD

平交路口ACD

列车头ACD

列车头ACD必须在3km范围内检测或者识别所有ACD，不管是列车头或者车站或者警卫或者平交路口ACD，清楚和唯一地识别相同类型的多个数目。

从各类型的ACD中，所接收到的数据包必须被分析用于确定另外的ACD是否是列车头：如果都是是列车头ACD，列车头ACD基于从GPS接收到的信息检测是否它们之间的相对距离在减小以及检测是否移动在相同的轨道上，如果是这样的话，启动操作以通过声音视觉指示来警告司机，并当相对距离减小时，自动启动适当的刹车动作以避免相撞，当其不是车站区域而是在右轨道线上时，列车头ACD也检测另外ACD非正常停止，并检测其它的ACD是否存在的常态信号；如果不存在，处理器可以采取的一个矫正步骤是使列车减速至25kmph或者更小运行并发出声音一视觉显示。列车头ACD还应该在3-4km内检测的任何ACD所传输的SOS信号，必须立即施加适当的刹车，同时警告车站区域中的司机其它的ACD是否是错轨。

如果另外的ACD是车站ACD，列车头ACD应当：获得车站主线占据的情况；获得当前和前部车站的第一停止信号位置的信息，以在靠近其时，通过声音视觉警告需求应答来提醒司机；检测任何SOS并用于停止获取前部的封闭区段的类型信息；就偏差计数的数字获取关于当前和前部车站运行线路识别的信息；检测任何列车的后端是否从车站ACD故障；获取后部中封闭区段中的关于有缺陷的路栅ACD的信息

如果另外的ACD是具有人看守的路栅的平交路口ACD，列车头ACD应当：检测路栅是否打开并将速度减小到25kmph；检测SOS并停止列车；检测路栅ACD是否有缺陷；当靠近路栅时自动启动列车头的鸣笛。

如果另外的ACD是无人看守的平交路口，列车头ACD应当：在靠近路栅时自动鸣笛；

检测轨道可能的阻塞并将列车的速度减缓到25kmph；并检测路栅是否有缺陷。

如果另外的ACD是警卫ACD，列车头ACD应当：识别自己的列车警卫ACD；如果检测到道岔继续，检测是否继续列车保持统一性，应当警告司机；在车站区域中检测警卫ACD在后部之上是否清楚十字以及故障标记；检测警卫ACD是否有缺陷；从警卫ACD检测SOS并停止列车头；

就其本身，列车头ACD应当：在车站区域中检测其位于那条线路上；在离开时确定是否实际上移动在正确或者错误的线路上，而不管车站工作人员写明的声明；检测车站区域中安装ACD的列车头是否弄错了任何轨道；检测在封闭区段中普通运行中的列车头上的运行车组的警觉性并在没有警告信号时其靠近第一小站时必须降低列车的速度；进行自检并建议是否没有按照规范工作；必须检测列车头上的运行车组是否被挟持。

车站ACD：

在3km范围内，车站ACD应当能够识别ACD的类型，即列车头、警卫，并当存在多于一个ACD时唯一识别它们之一。在本发明的优选实施例中车站ACD应当基于偏差计数检测所述ACD以及其占据的线路，并应当建议来自封闭区段的进入线路对车站中的线路数字的偏差计数；应当具有偏差计数用于由任何派遣线路对来自任何车站的离开线路进行校正；应当对前面的车站建议如上所述信息的偏差计数；应当对当前和前面的下一站建议第一停止信号的位置；建议前部的两个封闭区段的类型；建议到前部两个封闭区段中的固定ACD的平交道拦路栅的位置；应当检测弄错场中的任何线路的列车头/警卫ACD；如果警卫ACD被检测返回到车站中，应当开始警报或者鸣笛；必须检测主线路上的任何对向道岔(facing point)是否被设置为环路；必须进行自检并建议是否没有根据规范工作。根据本发明，此信息由车站ACD发射至列车头ACD，在列车头ACD连续处理此信息。

警卫ACD

警卫ACD应当唯一地识别3km范围内或者所需的两倍的紧急刹车距离内的ACD；应当从所声称的列车号的指定列车的列车头ACD获得自己的身份；应当监控警卫的警觉性；应当检测是否发生列车分离；如果发生列车分离，应当产生SOS信号；应当允许人为产生SOS；应当具有单独的长时间电源系统，所述系统可以超过12小时工作；便携并具有公文包大小以在守车上或者SLR上固定反偷窃框架上。

平交道拦路栅ACD：

平交道拦路栅ACD应当识别靠近列车ACD并用声音视觉信号来警告道路用户；如果其设有路栅，应当检测路栅的打开条件，并警告靠近的列车；应当进行自检并报告是否有缺陷不能通过列车头ACD；应当检测道路是否可能被阻塞并建议靠近的列车ACD。

当输入从标准的数字转速计上设置时，ACD能够与或者不与GPS的输入一起作用，所述数字转速计通常在列车头中可获得，并相对列车头体的纵向轴对转向车的角度测量相连接。

上述输入使得对ACD替换从GPS获得的输入成为可能，并与上述相同的方式工作。

根据本发明具有其动作中不同的情况的ACD的工作如下述：

ACD如何被激活：

如果3km范围内的两个ACD发现彼此靠近，它们检测是否位于相同的线路上，如果是，开始动作以在两个列车头上进行刹车。如果3km范围内或者根据刹车距离所规定的范围的两个ACD发现彼此靠近，但是位于不同的线路上并且以通常的速度运行，然后它们只是彼此安全通过。但是如果其一减速并且司机没有按下常态按钮，以指示他已经停止，但是对相邻的线没有任何严重问题，那么在通常的速度上运行的ACD将继续它们的过程。

在另外的情况下，即司机有一个问题或者他不是很确定，所以他没有按下常态按钮，靠近列车的速度根据规定被降低到25或者15kmph，以使得司机在他检测任何对他的阻碍的情况下迅速停止。

如果这两个ACD的任一启动SOS信号，由于已经检测到出轨，相邻的轨道需要保护，刹车应用自动开始，列车开始停止以避免碰撞。

将说明碰撞的类型和ACD如何动作以防止在危险的速度上发生碰撞：

1.迎头碰撞：如果所有现有的信号系统和其它所规定的规则被工作人员严格遵守，头部的碰撞通常不会发生。但是当规则没有被遵守或者未得到重视，例如司机未注意危险信号或者站长不仔细地给出了包括事实的备忘录，这样就会涉及到两个或者三个人失职，这样碰撞的确发生。ACD可以在此阶段独立于工作人员的操作而加以注意。每种类型的头部碰撞被描述以及ACD如何保护：

1.2在单线路封闭区段中：

在传统系统中，如果预先封闭区段已经被运行列车所占据，但是纸上线路被清除，对封闭工具的分路指令可能被站长错误发出，从而允许另外的列车进入相同的封闭区段，或者司机弄错了一些信号并通过危险信号而进入封闭区段，或者车站没有互锁，并且站长犯了错误，这意味着将发生两个或者三个错误，在这样的情况下，如果列车彼此靠近，可能发生对头碰撞。

根据本发明，当ACD被安装时，由于ACD独立于站长以及互锁或者车站的信号而工作，它们没有被这些错误或者失败所影响。当两个列车头ACD在3km范围内彼此检测，并且两个位于相同的线路上，由于这是一种减小它们之间距离的情况，将开始刹车，列车将彼此停止。

1.3双线路区段：

在传统系统中，通常当出于一些操作上的原因，如果列车从其通常的正确的轨道上转移，其必须通过转线轨道(cross-over)以改变线路。在这样的情况下，纸上线路当局对司机提供服务——将处理到“错误”的线路上。在站长犯了错误的情况下，这在车站也工作在临时的非互锁基础上可能发生，并且在没有转移的情况下认为司机运行在正确的线上，也许认为是这样的，忘了正确设置转线轨道，然后列车在“错误”的线路上运行并可能与按照正确的程序在相对的方向中进入的另外的列车相撞。

根据本发明，当ACD被提供时，由于列车头ACD被这样构造，其可以基于来自车站ACD的信息检测偏差计数，自动发现列车被转移到错误的线路上，并一旦它们彼此检测到位于3km内而对两个列车刹车，从而不允许相同的线路上的另外的列车ACD碰撞。

1.4车站区域在任一侧上的单线路区域：

在传统系统中，如果主线上接收的列车被停止以对信号进一步处理，根据规则，另外的列车被允许从相对侧靠近车站。信号没有给出路径的未决设定。靠近的列车必须根据规则的信号停止。但是司机可能犯了一个错误，并忽略了危险信号，这样发生头部碰撞。

根据本发明，当ACD被安置时，位于主线路上并在车站中接收到的列车的列车头ACD，通过其结构识别偏差计数是0，由此线识别被传输到另外的列车头ACD。

从封闭区段靠近车站区域的列车从车站ACD了解到对向道岔没有设置或者没有设置为环路。如果没有设置为环路，靠近的列车的列车头ACD将进行刹车以停止检测相同线上另外的列车头ACD的列车。如果车站ACD传播对向道岔被设置为环路，那么，即使靠近的列车检测列车头ACD位于相同的线上，将只将速度减小到15kmph以进入到环路中。在此阶段，司机具有足够的时间来停止。如果他进一步发现环路也被另外的列车所占据的话，由于列车头ACD被这样构造从而知道3km范围内，如果它们中的两个在相同的线路上彼此靠近，刹车自动施加，由此不会发生碰撞。

2.0后端碰撞

在传统系统中，诸如在主线路上的列车被接收等待进一步线路的清楚化。同时另外的列车从后部的封闭区域靠近车站。站长没有取消靠近车站的信号是正确的，因为他需要时间来设置路线并希望列车看到信号时停止。司机犯了一个错误，并忽略了危险信号并撞入到静止的列车上。根据本发明，当安装有ACD时，

随着列车靠近车站区域靠近的列车头的ACD提醒司机注意遵守第一停止信号，并在如果司机没有警觉的情况下采取措施来将列车的速度降低到15kmph以下。在司机也声明他是警觉的情况下，并仍然犯了一个错误而没有遵守信号，ACD将进一步动作；由于车站ACD建议靠近的列车头，例如对向道岔没有设置为环路，那么一旦另外的车站区域中的列车头ACD被检测到位于与靠近的列车相同的线路上时自动施加刹车。此外，警卫ACD也将动作以停止靠近的列车。由此可以避免相撞。

根据本发明具有其动作中不同的情况的ACD的工作如附图3-1至3-5所示的图表和表格所述。

9.从相邻封闭区段划分车站区段

车站ACD将在两个连续的封闭区段之间划分车站区段。车站ACD将连续地将其第一停止信号(室内或者外部，根据情况可以设置在任一端)的位置信息(经度和纬度)传送到所有靠近列车的列车头ACD。基于所接收到的信息，“列车头ACD”然后将点亮“车站靠近”灯指示并且也给出声音指示以警告司机。如果司机在30秒内没有注意到，“列车头ACD“将施加通常的刹车以停止，而不管第一停止信号时在“开”或者“关闭”位置的这方面。

10.车站区段内的列车头-

一旦列车头发现自身处于车站区段内(基于车站ACD所接收的信息)，它们的速度也是15Kmph或者更小，它们可以自动切换到“只接收”模式。但是，在紧急的情况下，这样的ACD将在位静止以将“SOS”信号发送到它们的无线范围内的其它ACD。

11.在车站区段中或者移动离开车站区段在大于15Kmph的速度上移动的列车头(包括调车列车头)

当其在站场中的速度超过15Kmph或者列车头来客车站区段(通过车站ACD划分)出于对附近的其它ACD的利益，列车的列车头ACD将允许重获自己发射的信息。

12.从车站区段在“错误”的线上派遣列车-

在保证错误线上的第一列车已经被限制在25Kmph的速度上发送之后，通过自动将这样的信息通过无线通讯传输到列车头ACD，车站ACD将允许错误线上的后续列车的列车头的ACD出于通常的速度上。在这样的情况下，司机将能够在开始适当的必要措施之前，在列车头ACD的屏幕上看见这样的信息。

13.在车站上对非互锁工作的额外安全特征

在这样的车站上进行非互锁工作，并且车站ACD通过对在岗站长提出了这样的建议，车站ACD将采取下述额外的措施。

车站ACD通过预先将非互锁工作传输到它们各列车头ACD而将全部靠近列车的速度限制到15Kmph。

作为一种防护措施，车站ACD将自动强制将所有靠近列车的列车头ACD上的指定轨道改变到错误线路上。由于从这样的非互锁车站离开的所有列车的此缺省设置将是“错误”线路，除非在岗站长通过他/她的车站ACD将其改变。这将减小迎头相撞的可能性，即使任一这样的列车实际在封闭区段上躲开了由于人为错误(设计上或者偶尔)的缘故所导致的错误线路。

14.对车站ACD失效的处理

由于任何原因导致的车站ACD的失效将导致车站区段的“标记”的提高，否则将是相邻的封闭区段的权限。这种失效的结果，即使在车站区段的情况下，将应用封闭区段的逻辑意义。由于移动在15Kmph或者更小上的列车的ACD的接收器处于“只接收”的模式中，另外的列车可以它们通常的速度通过车站。站场中的实际安全将通过其中设置的信号系统和互锁而保证。此外，站场中任一列车通过ACD按下“SOS”将迫使所有其它的列车的ACD将它们各自的列车停止。

当连接到GPS的输入以及来自转速计和转向车的角度测量的输入，所述装置的可获取性和可靠性增加很多倍，结果是可以在任何工作铁路上引入移动阻塞系统，而废弃了现在可获得的信号和轨道循环系统。

不管它们是自动的阻塞系统或者工作在当前现存的最老式系统的记号上的封闭区段上，ACD都可以工作在所有的信号地形中——这意味着从最老的分类到最复杂的分类，ACD独立作用并保证在高于15Kmph的速度上不会发生碰撞，只要两个运动物体都安装有ACD。

上述给出的说明只是为了更好地理解而不是为了限制其范围。此处所参照的ACD也可以对任何其它的运输系统相似地采纳。

Claims

1.一种防止在由在多个轨道上移动的多个列车头构成的铁路网络中发生碰撞的系统，所述轨道通过多个建筑物，所述系统包括：

(v)与每个所述防碰撞装置协作的无线信号发射和接收装置；

2.根据权利要求1所述的在铁路网络中防止碰撞的系统，其中所述列车头防碰撞装置被进一步适用于基于偏差计数接收用于识别分配了唯一数字的轨道的信号，列车在所述轨道上、在网络的一个区段中移动，列车头防碰撞装置并将此分配的唯一的数字与移动在相同的区段中的其它列车所分配的数字进行比较。