CN103298679A - 用于早期列车检测的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种列车检测安全系统和方法，该列车检测安全系统包括传感器单元（2a,2b,...），所述传感器单元被布置以被固定到至少一个铁轨（10a,10b）上。传感器单元（2a,2b,...）被布置成用于检测由正在行驶的列车（6）引起的第一信号（s1）。每个传感器单元（2a,2b,....）被划分成至少第一腔室（21）和第二腔室（22），其中，第一和第二腔室（21，22）由电磁屏蔽（23）分离。第一腔室（21）包括被固定到所述第一腔室（21）的外壁（25）上的压电元件（24），及放大器（26）。报警信号基于接近的列车而在控制系统中被生成。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测在铁路轨道上开动的远程列车以及信号的随后生成的系统和方法，以用于早期对不安全的铁路十字路口或接近的列车可能导致危险的位置进行报警。根据本发明的该系统还可以被用于生成表示被检测的列车的特征的信号，诸如列车类型及其速度和方向。
背景技术
当车辆驾驶员、骑自行车的人或行人低估了铁路交叉口处的危险时，这些铁路十字路口通常是悲惨事故发生的地点。全球范围内，铁路十字路口是处的事故每年都会在不安全的十字路口导致几千的人员伤亡。来自英国轨道监管局的Http://www.rail-reg.gov.uk/upload/pdf/railsafety0304.pdf显示大不列颠铁路网在2004年独自具有18起公众死亡事件，其中的17起发生在不安全的十字路口处。
当需要在列车运行的轨道上执行铁路轨道维护时，手动检测和报警是最广泛使用的方法。通常，一个或多个维护工人需要监视远离维护点的位置处的轨道，并且如果列车出现就呼叫他们正在工作的同事。
已经开发了用于检测特定位置处的列车的多个系统。在这些系统中，当列车通过传感器时被检测到，而且输出的传感器信号被用来触发报警系统或自动级的道口闸。传感器能够通过电缆或无线电信号与报警系统或自动级道口通信。
美国专利5,924,651示出了用于向附近人员警告铁路轨道上正在靠近的列车的报警系统和方法。使用了用于响应于列车传感器检测到列车通过给定位置处的铁路轨道而传送报警信号的发射器。
通过监听轨道来早期检测远处的列车被美国印第安人所知。通过经过特定的时间周期的监听，印第安人能够确定列车是正在接近还是远离。
美国专利5,265,831描述了用于通过碰撞声音接收器来检测碰撞声音的方法和装置，所述声音为诸如由铁路车辆正在接近特定位置而导致，而且如果声音接收器的输出强度高于特定级，则在最小时间内触发报警信号。
发明内容
由于因不安全的铁路十字路口导致的悲惨事故数量很大，所以尽管许多人试图解决上面在背景技术部分中所描述的问题，但是显然用于安全系统的自动解决方案至今都尚未成功，而且与确保铁路十字路口处公众安全的相关问题仍然需要解决。
当在沿着轨道的任意位置处需要执行被调度或未被调度的轨道维护时，通常是使用手动报警系统来保护轨道上的工作人员。
在某些铁路位置处，存在着遭遇野生动物并脱离野生动物的伤害的巨大风险，这些事故对于运转车长而言是非常不愉快的，运转车长通常需要在继续行驶之前消除这些动物。本发明可以被用于在动物轨迹与铁路交叉的附近处在检测到正在到来的列车时用光和声音信号来吓唬动物。
本发明是早期预警系统和方法，其可以在上面描述的所有情况中使用以大大地减小铁路轨道上发生事故的风险。如将示出的，由于轨道和列车技术正在持续改进，列车的速度是逐渐增加的。因此，早期检测，即在距离报警位置更长距离处列车的检测变得日益重要。然而，早期检测和相应的早期预警并不是在所有情况中都是被期望的，因为一些列车会比其他列车慢很多，而且太早的报警会导致具有太长报警周期的低效系统。因此，本发明允许检测不同速度的列车，并且向平交路口发送信号以在列车通过之前的恒定时间关闭该平交路口。
根据本发明的系统和方法具有若干优点：
由于新的低噪声传感器技术以及传感器沿着铁轨轮廓的特定位置处的轨道（在这些位置处信噪比被最优化）的布置，本发明用于早期列车检测的系统和方法能够比背景技术中的技术更早地检测列车。
另外，本发明实施方式中的系统能够基于列车与报警位置的距离、方向、列车速度、列车到达该位置所需的时间等来计算一个或多个输出信号，诸如报警信号。
根据本发明，该系统是自主的，即其不会损害沿着轨道的现有系统或者铁路业务，而且仅需要少量的技术设施。
该系统可以是永久的或者临时的，即该系统可以被永久地建立在铁路十字路口附近，或者其能够由维护队用来建立临时用于每个维护工程的系统。
由于根据本发明的系统的机械和功能方面，其容易安装和操作，因此降低了与永久或临时报警系统相关联的成本。因此，有利的设计使其同样适用于远程铁路十字路口，在该远程铁路十字路口处，根据现有技术成本/效益已经阻碍了报警系统。
附图说明
通过参照附图来进一步描述本发明，其中在附图中示出了本发明的实施方式。
图1示意性地示出了本发明的实施方式，其中来自列车的信号（S1），即在轨道中传播的波被检测和分析。
图2示意性地示出了本发明的实施方式，其中来自列车的信号（S1）和被地震地（seismically）传播的信号（S2）被检测和分析。
图3示出了根据本发明的传感器单元的实施方式。
图4在截面图中示出了传感器单元的一些机械元件的实施方式以及该传感器单元通过使用夹具固定到铁轨上。
具体实施方式
所提出的用于早期列车检测的系统和方法基于多个传感器装置，该多个传感器装置能够检测在铁路轨道上行驶的列车的各种特性并在沿着正在行驶的列车的附近的铁路轨道的特定位置处发射报警信号或信息信号的。本发明的主要目的是提供简单且安全的系统以检测不安全的铁路十字路口处的列车。
然而，本发明还可以在任意位置处被使用，其中，在该任意位置处，正在行驶的列车的早期检测是至关重要的，诸如，在铁路轨道维护位置处。
由正在接近的列车生成的波通过两个铁轨和地下来传播，且由位于安全位置（诸如平交路口）处的传感器所记录，以确保安全。这些列车的早期检测因参照图1描述的下述原理而能够实现：
第一信号（S1）（即在铁轨中传播的声波）的传播速度比正在行驶的列车（6）的行驶速度快。因此，列车引起的波在列车（6）自身之前能够更早地到达观察点处。
由于质量大，所以正在行驶的列车（6）生成高振幅的波（10a，10b）。这些波的传播距离非常长，因为其衰减效应小。因此，这些波列的特定模式能够被识别，即使在大的距离处（其增加了报警前置时间）。通常，铁轨的行为类似于波的波导，因此，这些波具有比地震波更高的振幅。
假设当铁路路堤系统的边界条件维持稳定时，类似列车的传播波在幅度、频率含量和信号特性方面仅经历非常小的变化。这允许对特性“波图像”进行定义或对不同的列车类型进行标记（signature）。
声音和地震记录中的特性特征允许在检测算法中使用的不同信号处理技术（波形相关性、小波分析和信号卷积方法）的应用。
一旦通过实时分析确认了列车的检测，就立即向现有信号装置（闪光灯、信号钟）或收费公路控制器发送触发信号。从列车检测获取的信号（包括列车方向、速度、到达时间等）在一个实施方式中也可以被发送给控制中心以用于分析和记录日志。
在下文中，将参照附图进行描述本发明和本发明的实施方式。
在图1中示意性地示出了本发明的一个实施方式，其中，列车检测系统（1）包括被布置以被固定到铁路轨道的至少一个铁轨（10a,10b）上的一个或多个传感器单元（2a,2b,...），
其中，传感器单元（2a,2b,...）中的每个传感器单元被布置成用于检测由正在行驶的列车（6）引起的并通过铁轨（10a，10b）传播的第一信号（S1），
其中，传感器单元（2a,2b,...）中的每个传感器单元被至少划分成第一腔室（21）和第二腔室（22），其中，第一和第二腔室（21，22）由电磁屏蔽（23）分离，所述第一腔室（21）包括：
压电元件（24），该压电元件（24）被固定到所述第一腔室（21）的外壁（25）上，
放大器（26），该放大器（26）被布置以放大第一元件输出信号（s1eo），该第一元件输出信号（s1eo）表示由所述压电元件（25）检测到的所述第一信号（s1），其中，所述第一传感器输出信号（s1'）是来自所述放大器（26）的放大后输出信号，所述电磁屏蔽（23）包括被布置以将所述第一传感器输出信号（s1'）从所述第一腔室（21）传递至所述第二腔室（22）的一个或多个馈通装置（27）。
在一个实施方式中，第一腔室和/或第二腔室由位于传感器单元（2a,2b,...）内部的一个或多个金属箱（21a,22a...）构成。金属箱将进一步使得低噪声放大器（26）不受传感器单元（2a,2b,...）外部的外部噪声的影响。在该实施方式中，用于分离腔室的电磁屏蔽（23）可以由金属箱（21a,22a,...）的壁构成。
在检测第一信号（s1）时，压电元件（24）的位置和布置对于实现最佳可能的信噪比而言是重要的。
计算和实验已经表明，在铁轨的端头（head）一侧上检测信号是有利的。在一个实施方式中，传感器单元（2a,2b,...）因此被布置成被安装在铁轨（10a,10b）的端头的基本垂直侧上，而且其中传感器单元（2a,2b,...）内部的压电元件（24）被布置成面向铁轨（10a,10b）的端头的垂直侧。在一个实施方式中，传感器单元（2a,2b,...）进一步包括第二压电元件（24a）（在附图中未示出），被布置成面向所述铁轨（10a,10b）的端头（10h）的底部。
根据可替换的实施方式，传感器单元（2a,2b,...）包括各自面向铁轨的两个或更多个压电元件。这些压电元件可以都面向铁轨的端头一侧、铁轨的连结板（web）或者端头、连结板与底座（foot）的结合。在该实施方式中，来自压电元件的信号可以在传感器单元中被结合，或在处理之前被单独地放大。
根据一个实施方式，列车检测安全系统（1）包括包含信号处理器（31）的控制单元（3），该控制单元（3）被布置成接收来自一个或多个传感器单元（2a,2b,....）中的每个传感器单元的表示第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'）、处理第一传感器输出信号（s1'）并基于第一传感器输出信号（s1'）的特性生成表示正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
上面和下面描述的实施方式能够以不同的配置进行结合，以便一些腔室由金属箱构成，而其他腔室不由金属箱构成。不同的传感器实施方式及其配置也能够与用于生成报警信号的不同控制系统配置计算相结合。
在一个实施方式中，本发明是用于早期检测在铁路轨道上行驶的列车（6）的方法，该方法通过使用列车检测安全系统（1）来进行检测，该列车检测安全系统包括被布置以被固定到至少一个铁轨（10a,10b）上的一个或多个传感器单元（2a,2b,...），该方法包括以下步骤：
将一个或多个所述传感器单元（2a,2b,...）固定到至少一个铁轨（10a,10b）上，
由所述传感器单元（2a,2b,...）检测通过铁轨（10a,10b）从列车（6）进行声音传播的一个或多个第一信号（s1），
在信号处理器（31）中接收表示所述第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'），
在所述信号处理器（31）中处理所述第一传感器输出信号（s1'），并基于所述第一传感器输出信号（s1'）来生成表示正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
在一个实施方式中，用于早期检测行驶的列车（6）的方法包括以下步骤：
由被固定到每个所述传感器单元（2a,2b,...）的第一腔室（21）的外壁（25）上的两个或更多个压电元件（24）来检测所述一个或多个第一信号（s1），
在所述第一腔室（21）的放大器中放大用于表示由所述压电元件（25）所检测的所述第一信号（s1）的所述第一元件输出信号（s1eo），
通过每个所述传感器单元（2a,2b,...）的电磁屏蔽的馈通装置（27）将每个所述传感器单元（2a,2b,...）的第一传感器输出信号（s1'）从所述第一腔室（21）馈送到第二腔室（22），以及
将所述第一传感器输出信号（s1'）或修改后的第一传感器输出信号（s1'）从所述传感器单元（2a,2b,...）传递给所述控制系统（3）的所述信号处理器（31）。在一个实施方式中，在被传递给控制系统之前，所述第一传感器输出信号（s1'）在所述第二腔室（22）中被修改或转换成更适用于信号传递的格式。
在本发明的可替换实施方式中，列车检测系统（1）包括控制单元（3）和被布置成被固定到铁路轨道的至少一个铁轨（10a,10b）上的一个或多个传感器单元（2a,2b,...）。
每个传感器单元（2a,2b,...）被布置成用于检测由正在行驶的列车（6）引起并通过铁轨（10a，10b）传播的第一信号（S1）。
包括信号处理器（31）的控制单元（3）被布置成接收来自一个或多个传感器单元（2a,2b,....）中的每个传感器单元的表示第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'）、持续处理第一传感器输出信号（s1'）并基于第一传感器输出信号（s1'）的特性生成表示正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
在一个实施方式中，本发明是用于早期检测在铁轨（10a,10b）上正在行驶的列车（6）的方法，该方法通过使用如上所述的列车检测安全系统（1）进行检测，该方法包括以下步骤：
将一个或多个所述传感器单元（2a,2b,...）固定到铁路轨道的至少一个铁轨（10a,10b）上，
由所述传感器单元（2a,2b,...）检测由正在行驶的列车（6）引起并通过铁轨（10a,10b）的一个或多个第一信号（s1），
在计算机实施的信号处理器（31）中接收表示所述第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'），
在所述计算机实施的信号处理器（31）中持续处理所述第一传感器输出信号（s1'），并基于来自所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少两个传感器单元的所述第一传感器输出信号（s1'）来生成表示正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
根据本发明的实施方式，所述信号处理器（31）是被计算机实施的。信号处理器（31）可以使用计算机上的一个或多个物理处理器来执行如上所述的计算。在一个实施方式中，信号处理器（31）被部分地嵌入到被专门设计成用于如上所述的任务的硬件中。
根据本发明的实施方式，列车检测系统（1）包括两个或更多个传感器单元（2a,2b,...）。
该系统的其中一个优点在于通过接收并比较来自多个传感器单元（2a,2b,...）的信号来确定正在行驶的列车（6）的各种特性（诸如方向、速度等）的能力。然而，由于沿着该系统的铁轨并位于两个传感器之间的小信号多样性（diversity），可能很难从接收到的信号中获取一些特性，诸如列车的方向。根据一个实施方式，为了改善被布置在相同铁轨上的传感器之间的信号多样性，布置用于抑制第一信号（s1）的声音阻尼器（7）被布置与被固定到同一铁轨（10a,10b）上的所述传感器单元（2a,2b,...）中的两个传感器单元之间的铁轨（10a,10b）物理接触。该阻尼器可以是通常被用于列车橡胶平交路口的仪表盘（gauge pad）或任意其他适当的声音阻尼器。该阻尼器可由例如橡胶、树、橡胶与木头的组合、或具有良好的声音阻尼属性的任意其他材料制成。
在本发明的实施方式中，信号处理器（31）包括包络检测器（32）和包络信号比较器（33），其中，包络检测器被布置用于持续地检测来自每个传感器单元（2a,2b,...）的第一传感器输出信号（s1'）的包络信号（sl'e），包络信号比较器被布置用于持续地将从来自传感器单元（2a,2b,...）的至少一个传感器单元的第一传感器输出信号（s1'）检测到的一时间段（T）的包络信号（s1'e）与预定义包络信号（s1'p）进行比较，其中，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于当在时间段（T）上包络信号（s1'e）与预定义包络信号（p1'e）相比具有越来越高的振幅时生成指示正在接近的列车（6）的列车报警信号（s10）。在图1和2中所示的信号（s1'）和（s2'）以及包络信号（s1'e）仅用于说明的目的，而且这些信号和包络可以具有不同的形状。信号（s1'）和（s2'）将通常由多个频率分量组成，而且它们的振幅将根据例如列车的速度、距离和列车类型而变化。
被用于进行比较的预定义包络信号（p1'e）可以是专用于在轨道网络中运行的每个列车类型的。然而，为了改善列车检测系统（1）的灵敏度，更被专门定义的包络信号可以通过记录针对在其处安装列车传感器（2a,2b,...）的特定位置的这种信号来获得。这些被记录的信号之后可以被分析，以获得被用作预定义包络信号的特征包络。
根据本发明，还能够通过例如向预定义包络信号（p1'e）的集合中持续地添加每次列车经过传感器（2a,2b,...）时被测量的包络信号（s1'e）来训练列车检测系统（1）。根据本发明的实施方式，还可以通过应用统计分析或卷积技术，诸如被持续测量的包络信号（s1'e）的平均值、中间值，来改善现有的预定义包络信号（p1'e）。训练可以在列车检测系统（1）操作之前或期间执行。
根据本发明的实施方式，包络信号比较器（33）被布置用于将来自被固定到相同轨道（10a,10b）上的传感器单元（2a,2b,...）的至少两个传感器单元的第一传感器输出信号（s1'）的包络信号（s1'e）进行比较，并且进一步被布置用于检测正在行驶的列车（6）的方向（s11），其中列车报警信号（s10）包括列车（6）的方向（s11）。
该方向应当优选地相对于铁轨（10a,10b）或相对于方位基点（cardinalpoint）。
在一个实施方式中，根据本发明的列车检测安全系统（1）被布置用于通过将包络信号（s1'e）与针对不同列车类型的预定义包络信号（p1'e）进行比较来检测正在行驶的列车的类型。针对不同列车类型的预定义包络信号（p1'e）的包络长度应当足够用于将特定的列车类型与其他类型进行区分，但是并不是必须包括用于一个或多个整个列车组的包络。在该实施方式中，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于在包络信号比较器（33）检测到包络信号（s1'e）在时间段（T）上等于预定义包络信号（p1'e）时，生成表示正在行驶的列车（6）的类型（s12）的列车报警信号（s10）。
在本发明的实施方式中，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于通过在包络信号比较器（33）中将包络信号（s1'e）幅度的增加或减小与预定义包络信号（p1'e）进行比较来生成表示与正在接近的列车的距离（s13）的列车报警信号（s10）。
根据一个实施方式，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于生成表示直到正在行驶的列车（6）到达传感器（2a,2b,...）被布置的位置处或在已知的相对于传感器位置的位置中沿着铁轨（10a,10b）的另一位置处的时间的列车报警信号（s10）。
根据本发明的实施方式，列车检测安全系统（1）用于确保列车平交路口的安全。在该实施方式中，所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少两个传感器单元被布置在位于列车平交路口的对立侧上的相同铁轨（10a,10b）上。然而，传感器单元（2a,2b,...）还可以位于列车平交路口的相同侧上，如果发现对于特定安装而言这更为方便的话。
根据本发明的实施方式中，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于生成列车报警信号（s10），该列车报警信号包括针对车辆等待穿过平交路口而将提供的等待时间。该等待时间可以是直到列车已经通过安全裕度的剩余时间。该等待时间对于驾驶员而言是有用的信息，并且能够避免危险状况，其中在危险状况中，驾驶员有机会穿过轨道因为没有轨道位于视野内。等待时间指示器是该系统正在运行以及鼓励驾驶员等待直到列车已经通过的指示。
根据本发明的实施方式，列车检测安全系统（1）包括音频信号比较器（34），被布置用于将来自传感器单元（2a,2b,...）的至少两个传感器单元的第一传感器输出信号（s1'）的高达50kHz的频率分量进行比较。
根据本发明的实施方式，可以通过在将所得到的信号与预定义包络信号（p1'e）进行比较之前将来自两个或更多个传感器单元（2a,2b,...）的第一传感器输出信号（s1'）或包络信号（s1'e）进行结合来改善列车检测系统的灵敏度。
根据本发明的实施方式，结合信号是包络信号（s1'e）的平均值。第一传感器输出信号（s1'）可以在各种频率分量被结合之前被进行傅里叶变换。在该实施方式中，相比于其他频率分量，一些频率分量可以被不同的加权。带通滤波器、高通滤波器或低通滤波器也可以用来减小表示主要噪声的频率分量的贡献。如上所述的信号的结合将改善信噪比，而且使得其能够更早地检测列车。其还可以更精确地计算表示例如距离、速度、方向、到达时间等的输出报警信号。
在本发明的实施方式中，列车检测系统（1）包括四个传感器单元（2a,2b,...），其中，两个传感器单元位于轨道（10b,10b）方向上声音阻尼器（7）的每一侧上。在该实施方式中，位于一侧上的两个传感器能够作为一对来运行，以通过应用如上所述的卷积技术或其他相关的信号处理技术来改善所得到的信噪比。当从每一对中得到的信号被与来自传感器单元（2a,2b,...）的另一对的信号进行比较时，正在行驶的列车（6）及其方向、速度等可以通过持续地将它们的信号包络彼此进行比较以及持续地将它们的信号包络与针对公知列车类型的预定义信号包络进行比较而从有效信号中获得。
传感器单元（2a,2b,...）的特性对于列车检测安全系统（1）早期检测列车的能力而言是重要的。根据本发明，每个传感器单元（2a,2b,....）被划分成至少第一腔室（21）和第二腔室（22），其中，第一和第二腔室（21，22）由电磁屏蔽或EMC、电磁兼容屏蔽（23）分离，所述第一腔室（21）包括：
压电元件（24），该压电元件（24）被固定到所述第一腔室（21）的外壁（25）上，
放大器（26），该放大器（26）被布置用于放大第一元件输出信号（s1eo），该第一元件输出信号表示由所述压电元件（25）检测到的所述第一信号（s1），其中，所述第一传感器输出信号（s1'）是来自所述放大器（26）的放大后输出信号，所述电磁屏蔽（23）包括用于将来自所述第一腔室（21）的所述第一传感器输出信号（s1'）传递给所述第二腔室（22）的一个或多个馈通装置（27），所述第二腔室（22）包括穿过该第二腔室的其中一个外壁（29）的一个或多个套管（28），所述套管被布置成用于携带所述第一传感器输出信号（s1'）的电线。根据本发明的传感器单元（2a,2b,...）能够检测并放大来自正在行驶的列车（6）的所述第一信号（s1），其中因传感器元件被直接固定到所述传感器单元的外壁上而使得所述第一传感器输出信号（s1'）具有低信噪比。在一个实施方式中，传感器单元（2a,2b,...）的外壁（25）被直接粘到铁轨（10a,10b）上。粘胶的类型依赖于该系统的应用。持续时间长的胶或螺钉可以用于永久性安装。对于在维护位置处使用的列车检测系统（1），非永久性粘胶可用来允许在使用后容易地移除。具有馈通电容器（27）的双腔室传感器单元减小了被引入到第一腔室（21）中的噪声，因而改善了该系统的信噪比。在本发明的一个实施方式中，传感器元件可以是被直接粘到或螺钉固定到外壁（25）上的压电元件（24）。
作为粘胶或螺钉的替换，在一个实施方式中，可以有利地将传感器单元（2a,2b,...）夹到铁轨（10b,10b）上，如图4所示，其中，夹具（50）被布置用于将传感器单元（2a,2b,...）夹到铁轨（10b,10b）上。
由于轨道中安装尺寸的限制，传感器的物理尺寸应当小。
在本发明的实施方式中，传感器是基于加速计技术的，其中，传感器单元（2）包括压电元件（24）和无噪声放大器。压电元件（24）可以被固定到传感器单元（2）壳体的底部上，以确保压电元件（24）与该壳体之间的良好的声音接触。
其他传感器也可以被用在根据本发明的系统和方法中。重要参数是鲁棒性和灵敏度，其中，候选传感器可以是基于半导体技术的地震检波器或MEMS传感器。小尺寸传感器可以被直接附着到铁轨上，例如通过使用针对该目的的粘胶以给出期望的声音连接性，或者可以在铁轨轮廓中钻孔以通过螺钉将传感器固定到铁轨的外部，或者设计夹具系统。可替换的传感器固定用于将传感器附着到接近或位于铁轨之间的混凝土轨枕。
根据本发明的实施方式，为了能够应用相关性和卷积方法来进行数据分析，若干传感器可以被安装在两个铁轨上。依赖于所使用的信号处理算法，传感器可以被放置在沿着轨道的等距离间隔处，或者放置在不同间隔处。
在本发明的实施方式中，地震信号与声音信号相结合而被使用以如图2所示那样检测正在行驶的列车。一个或多个传感器单元（2a,2b,...）被布置用于检测通过地自列车（t）而被地震地传播的第二信号（s2），其中，计算机实施的信号处理器（31）被布置用于接收来自一个或多个传感器单元（2a,2b,...）的表示第二信号（s2）的第二传感器输出信号（s2'），持续地处理第二传感器输出信号（s2'）并基于第一传感器输出信号（s1'）和第二传感器输出信号（s2'）的特性来生成表示正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
在本发明的实施方式中，分离的传感器单元（2a,2b,...）用于检测声音和地震信号。进一步地，来自每个传感器单元（2a,2b,...）的传感器电缆可以与从每个传感器至控制单元（3）的电缆完全分离。在该实施方式中，控制单元（3）可以使用不同的算法来处理来自各个地震和声音检测器的信号（s1'）和（s2'）。
在本发明的优选实施方式中，传感器靠近控制系统或中央获取系统，而且传感器电缆是非常短的。然而，在本发明的实施方式中，能够使用长达100米的传感器电缆来将信号从传感器携带至中央获取系统。尽管这些电缆很有抵抗性（resistant），但是在几个月的永久安装情况中它们可以被覆盖管所覆盖以避免损坏电缆。
在本发明的实施方式，由能够处理来自多通道的数据的获取系统以连续模式进行声音和/或地震数据的处理、数字转换和存储。如本领域技术人员所理解的，用于传统声音和/或地震应用的标准设备适用于这些需求。
根据本发明的实施方式，包括轨道异常信号（s14）的列车报警信号（s10）在在铁轨（10a,10b）中检测到异常时被生成。轨道异常信号（s14）可以在在铁路轨道上没有列车时而噪声特性不同于常规状况时被生成。其可以是因为接收到的来自在运载同一列车的铁路轨道的两个铁轨上的列车的信号的不期望的差异，诸如信号包络差异或者频率分量差异。在类似的实施方式中，列车异常信号还可以在接收到的信号指示列车异常（诸如具有损坏的车轮的问题）时被生成。
Claims (16)
1.一种列车检测安全系统（1），该列车检测安全系统包括被布置以被固定到铁路轨道的至少一个铁轨（10a,10b）上的一个或多个传感器单元（2a,2b,...），
其中，所述传感器单元（2a,2b,...）中的每个传感器单元被布置成用于检测由正在行驶的列车（6）引起并通过所述铁轨（10a，10b）传播的第一信号（S1），
其中，所述传感器单元（2a,2b,....）中的每个传感器单元被划分成至少第一腔室（21）和第二腔室（22），其中，所述第一腔室（21）和所述第二腔室（22）由电磁屏蔽（23）分离，所述第一腔室（21）包括：
压电元件（24），该压电元件被固定到所述第一腔室（21）的外壁（25）上，
放大器（26），该放大器（26）被布置以放大第一元件输出信号（s1eo），该第一元件输出信号（s1eo）表示由所述压电元件（25）检测到的所述第一信号（s1），其中，所述第一传感器输出信号（s1'）是来自所述放大器（26）的放大后输出信号，所述电磁屏蔽（23）包括被布置以将所述第一传感器输出信号（s1'）从所述第一腔室（21）传递至所述第二腔室（22）的一个或多个馈通装置（27）。
2.根据权利要求1所述的列车检测安全系统（1），其中，所述第一腔室和/或所述第二腔室由一个或多个金属箱（21a,22a,...）构成。
3.根据权利要求1所述的列车检测安全系统（1），其中，所述传感器单元（2a,2b,...）被布置成被安装在所述铁轨（10a,10b）的端头（10h）的基本垂直侧上，而且其中所述传感器单元（2a,2b,...）内部的所述压电元件（24）被布置成面向所述铁轨（10a,10b）的所述端头（10h）的所述垂直侧。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的列车检测安全系统（1），其中，所述传感器单元（2a,2b,…）进一步包括用于面向所述铁轨（10a,10b）的所述端头（10h）的底侧的第二压电元件（24a）。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的列车检测安全系统（1），该列车检测安全系统包括被布置成将所述传感器单元（2a,2b,...）夹到所述铁轨（10a,10b）上的夹具（50）。
6.根据权利要求1所述的列车检测安全系统（1），其中，所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少两个传感器单元被布置在位于列车平交路口的对立侧上的相同铁轨（10a,10b）上。
7.根据权利要求1所述的列车检测安全系统（1），其中，被布置用于抑制所述第一信号（s1）的声音阻尼器（7）被布置成与所述传感器单元（2a,2b,...）中的两个传感器单元之间的所述铁轨（10a,10b）物理接触，该两个传感器单元都被固定到所述铁轨（10a,10b）上。
8.根据权利要求1所述的列车检测安全系统（1），该列车检测安全系统包括包含信号处理器（31）的控制单元（3），该控制单元（3）被布置成接收来自所述一个或多个传感器单元（2a,2b,....）中的每个传感器单元的表示第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'）、处理所述第一传感器输出信号（s1'）并基于所述第一传感器输出信号（s1'）的特性生成表示所述正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
9.根据权利要求8所述的列车检测安全系统（1），其中，所述信号处理器（31）包括包络检测器（32）和包络信号比较器（33），其中，所述包络检测器（32）被布置成检测来自每个所述传感器单元（2a,2b,...）的所述第一传感器输出信号（s1'）的包络信号（s1'e），所述包络信号比较器（33）被布置成将一时间段（T）的从所述第一传感器输出信号（s1'）检测到的所述包络信号（s1'e）与预定义包络信号（s1'p）进行比较，所述第一传感器输出信号（s1'）来自所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少一个传感器单元，其中，所述计算机实施的信号处理器（31）被布置成用于当在所述时间段（T）上所述包络信号（s1'e）与所述预定义包络信号（s1'p）相比具有越来越高的振幅时生成指示正在接近的列车（6）的列车报警信号（s10）。
10.根据权利要求9所述的列车检测安全系统（1），其中，所述包络信号比较器（33）被布置成用于将来自所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少两个传感器单元的所述第一传感器输出信号（s1'）的所述包络信号（s1'e）进行比较，该至少两个传感器单元被固定在相同轨道（10a,10b）上，并且进一步被布置成用于检测所述正在行驶的列车（6）的方向（s11），其中所述列车报警信号（s10）包括所述列车（6）的所述方向（s11）。
11.根据权利要求10所述的列车检测安全系统（1），其中，所述计算机实施的信号处理器（31）被布置成用于在所述包络信号比较器（33）检测到所述包络信号（s1'e）在所述时间段（T）上等于预定义包络信号（s1'p）时，生成表示所述正在行驶的列车（6）的列车类型（s12）的列车报警信号（s10）。
12.根据权利要求8所述的列车检测安全系统（1），其中，所述计算机实施的信号处理器（31）被布置成用于通过在所述包络信号比较器（33）中将所述包络信号（s1'e）所述振幅的增加或减小与所述预定义包络信号（s1'p）进行比较以生成表示与正在接近的列车的所述距离（s13）的列车报警信号（s10）。
13.根据权利要求8所述的列车检测安全系统（1），其中，所述计算机实施的信号处理器（31）被布置成用于生成列车报警信号（s10），该列车报警信号包括针对等待穿过所述平交路口的车辆而将呈现的等待时间。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的列车检测安全系统（1），所述列车检测安全系统（1）包括音频信号比较器（34），该音频信号比较器（34）被布置成用于将来自所述传感器单元（2a,2b,...）中的至少两个传感器单元的所述第一传感器输出信号（s1'）的高达200kHz的频率分量进行比较。
15.一种用于通过使用列车检测安全系统（1）早期检测在铁路轨道上行驶的列车（6）的方法，该列车检测安全系统（1）包括被布置以成被固定到至少一个铁轨（10a,10b）上的一个或多个传感器单元（2a,2b,...），该方法包括以下步骤：
将一个或多个所述传感器单元（2a,2b,...）固定到至少一个铁轨（10a,10b）上，
由所述传感器单元（2a,2b,...）检测来自列车（6）通过所述铁轨（10a,10b）进行声音传播的一个或多个第一信号（s1），
在信号处理器（31）中接收表示所述第一信号（s1）的第一传感器输出信号（s1'），
在控制系统（3）的所述信号处理器（31）中处理所述第一传感器输出信号（s1'），并基于所述第一传感器输出信号（s1'）的特性生成表示所述正在行驶的列车（6）的特性的列车报警信号（s10）。
16.根据权利要求15所述的用于早期检测正在行驶的列车（6）的方法，该方法包括：
由被固定到每个所述传感器单元（2a,2b,...）的第一腔室（21）的外壁（25）上的两个或更多个压电元件（24）来检测所述一个或多个第一信号（s1），
在所述第一腔室（21）的放大器中，放大所述第一元件输出信号（s1eo），所述第一元件输出信号（s1eo）表示由所述压电元件（25）所检测的所述第一信号（s1），
通过每个所述传感器单元（2a,2b,...）的电磁屏蔽的馈通装置（27）将每个所述传感器单元（2a,2b,...）的第一传感器输出信号（s1'）从所述第一腔室（21）馈送到第二腔室（22），以及
将所述第一传感器输出信号（s1'）或修改后的第一传感器输出信号（s1'）从所述传感器单元（2a,2b,...）传递给所述控制系统（3）的所述信号处理器（31）。
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