CN103303339A - 一种小型快速运输系统及其进路控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型快速运输系统，包括导轨和在导轨上运行的机车，导轨沿线每隔一定距离安设一有源RFID，有源RFID的编码中至少包含以下信息：所在导轨线路的编号，用于表征当前路段运行特性的类型号，该RFID的ID编号；该机车包括一控制系统，用以控制机车的运行，控制系统还包括一数据库，该数据库中预先存储导轨沿线部分或者所有有源RFID的编码信息；机车上安装有RFID读卡器，用以读取机车前进方向上所述有源RFID的信息并反馈给所述控制系统。本发明还提供了一种进路控制方法。本发明可实现准移动闭塞模式下的安全无人驾驶。

Description

一种小型快速运输系统及其进路控制方法

技术领域

本发明涉及一种小型快速运输系统(PRT，personal rapid transit)及其进路(即前进路线)控制方法，尤其涉及准移动闭塞模式下的小型快速运输系统和进路控制方法。

背景技术

传统的固定闭塞模式下，机车控制中心无法知道机车在分区内的具体位置，因此机车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全，必须在两机车间增加一个防护区段，这使得机车间的安全间隔较大，影响了线路的使用效率。

准移动闭塞在控制机车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息，信息量大；可以告知后续机车继续前行的距离，后续机车可根据这一距离合理地采取减速或制动，机车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点，从而可改善机车速度控制，缩小机车安全间隔，提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续机车的最大目标制动点仍必须在先行机车占用分区的外方，因此它并没有完全突破轨道电路的限制。

在CBTC系统(Communication Based Train Control System，以通信技术为基础的机车运行控制系统)中，一旦轨旁设备(如AP，Access Point，轨旁无线接入点)与机车失去通讯，机车将无法获得前方进路的信息，在传统的准移动闭塞模式下，此时需要机车司机根据轨旁信号机来驾驶，从而无法实现自动驾驶。其中一个重要的原因是机车只能在布置有有源信标的窗口内获取前方进路的状态，而无法连续接收到轨旁设备的信息，从而无法确定进路方向上的设备状态。

中国专利申请CN201110295270.6中描述了PRT系统中，机车如何获得自身的位置信息。如果在准移动闭塞模式下，机车既能获得自身的位置信息，又能从轨道沿线的设备自行获取前方道路的路况信息且能对这些路况信息进行有效性验证，则机车就能实现更安全的无人驾驶。但目前，尚未有其他公司或者个人提出这样的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于解决准移动闭塞模式下，当轨旁设备与机车失去通讯后，机车在线路上能够连续接收到进路方向上路况状态的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种小型快速运输系统，包括导轨和在导轨上运行的机车，导轨沿线每隔一定距离安设一有源RFID，该有源RFID的编码中至少包含所在导轨线路的编号，用于表征当前路段运行特性的类型号，以及该RFID的自身ID编号；

该机车包括一控制系统，用以控制机车的运行；

该控制系统还包括一数据库，数据库中预先存储导轨沿线部分或者所有有源RFID的编码信息；

机车上安装有RFID读卡器，用以读取机车前进方向上有源RFID的信息并反馈给控制系统。

其中，有源RFID通过计算机联锁系统实现统一上电或者断电；

其中，当前路段运行特性包括：常速、减速、低速；

其中，导轨沿线各有源RFID之间的间距为3-10米；

其中，RFID读卡器能够读取机车前进方向上4个有源RFID的编码信息。

本发明还提供一种小型快速运输系统的进路控制方法，包括步骤：

S1、判断机车上的RFID读卡器在预设周期内是否接收到导轨沿线前进方向上有源RFID发射的信号，如果为是，进入步骤S2；如果为否，机车进行紧急制动；

S2、判断接收到的有源RFID信号的数量；

S3、根据接收到的有源RFID信号调整机车运行速度；

S4、重复步骤S1。

其中，步骤S3包括以下步骤：

S301、如果接收到4个有源RDID发射的信号，则机车常速前进；

S302、如果仅接收到3个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V3前进；

S303、如果仅接收到2个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V2前进；

S304、如果仅接收到1个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V1前进。

其中，V3、V2、V1的速度为依次降低，且此三者的速度可由机车控制系统预先设定并根据实际情况进行调整。

其中，步骤S2和S3之间还包括步骤S230：

将接收到的每一有源RFID编码与机车数据库中预存的有源RFID编码进行比对，判断该接收到的有源RFID信号是否有效，如果比对一致，则该有源RFID信号有效，进入步骤S3；如果比对不一致，则该有源RFID信号为无效，将其舍弃。

本发明通过在线路上布置有源RFID装置，在机车上安装读卡器，根据一定的预设规则，实现了机车自动获取进路信息的功能。这样，机车在线路上运行时可以实时接收到轨旁的设备状态，从而实现准移动闭塞模式下的无人驾驶。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种小型快速运输系统的示意图；

图2为本发明一实施例中安全制动模型示意图；

图3为本发明一实施例中机车运行的处理流程图；

图4为本发明一实施例中机车读卡器读取进路上RFID信号的示意图；

图5为本发明一实施例中RFID设置流程图；

图6为本发明一实施例中机车状态变化的示意图；

具体实施方式

下面结合附图给出本发明一个实施例，以详细说明本发明的技术方案。对于本领域技术人员来说，在不必付出创造性劳动的情况下，还可以得出其他的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种PRT系统，包括机车1和导轨2，机车1上安装有RFID读卡器4，导轨2的沿线按一定的间隔设置有若干有源RFID3(在这里，之所以采用有源RFID是因为有源RFID是主动式的，可以通过开启或者断开RFID的电源来控制设备是否发送信息；而无源RFID则是被动式的，当读卡器位于该设备的一定区域后，该设备才会发送信息。本发明中，需要的是前方有进路可供机车通行时该RFID设备主动发送信息；而前方没有进路不能通行时则该RFID设备不发送信息，而不依赖于RFID读卡器的位置，所以必须采用有源RFID设备)。由计算机联锁系统为所有的有源RFID3实行统一上电或者断电(在其他的实施例中，也可以采用为各有源RFID3单独上电或者断电的方式)。

机车1包括一控制系统，用于控制机车的运行，该控制系统中还包括一数据库，预存了导轨线路上所有有源RFID的编码值(在其他的实施例中，也可以采用数个数据库，每个数据库中分别包含分段路线的有源RFID的编码值的形式)。

为更好地实现本发明，本实施例中采用的有源RFID，可以达到100米的接收距离，其编码符合EPC(Electronic Product Code，电子产品编码)标准，其采用频段为860-960MHz(在其他的实施例中，也可以采用其他频段)。

有源RFID3安装在导轨沿线，按照规定方向发射RF信号，由于PRT中的导轨2采用完全封闭或者半封闭的环境，故能减少外部环境对有源RFID的影响，从而提高机车定位的可靠性和安全性。而RFID读卡器4则安装在机车1上，可以实时读取轨旁的有源RFID信号，从而了解前方进路信息。

当有源RFID3断电或者故障时，机车1将接收不到来自于该设备的信息，机车1将按照前方没有进路来处理；而当有源RFID3上电时，机车1将能接收到设备信息，判断前方进路信息。

本实施例中，有源RFID3的编码中包含如下信息：导轨线路编号，用于表征当前路段运行特性的类型号以及RFID的自身ID编号。有源RFID3的编码表如表1所示：

表1

例如，某个路段的某有源RFID编码为080340012，其中08表示当前导轨的编号(如表示8号线)，03表示当前路段接近进站，提醒机车要低速运行，40012表示该RFID自身的ID号(一个RFID，其自身的ID是全球唯一的)。

为便于说明，本实施例中，机车1的参数主要参照业界通用的小型车辆的参数，但最大负载和最大空载比小型车辆要小(在满足安全制动的前提下，机车1的参数也可由生产厂家自行设定)，如表2所示：

机车参数名称	机车参数值	参数单位
			机车最大速度	40	公里/小时
机车进站速度	10	公里/小时
			机车转弯速度	25	公里/小时
最大加速度(a)	1.5	米/秒2
			最大制动率(aeb)	4	米/秒2
常用制动率	3	米/秒2
			最大坡度(α)	10	％
机车反应时间(treact)	0.2	秒
			失控时间(tcutoff)	0.2	秒
机车最大空载	850	千克
			机车最大负载	450	千克

表2

根据以上参数，在考虑最不利情况下的制动模型(模型参考IEEE1474.1-2004第34页)，可以得到不同速度下的机车制动距离：

在以40公里/小时运行时，机车制动距离为21.21米；

在以25公里/小时运行时，机车制动距离为9.61米；

在以10公里/小时运行时，机车制动距离为2.43米。

具体计算方式如下：

根据图2的机车制动模型(此图即IEEE1474.1-2004第34页的图)和表二：

当机车以40公里/小时(换算成米/秒，则为11.1米/秒)运行时：

机车失控加速阶段行驶的距离： $v^0{t}^{\mathrm{cutoff}}+{\mathrm{at}}^{\mathrm{cutof}{f}^2}/2=11.1*0.2+1.5*\left(0.2\right)$ $2/2=2.27m$ (其中v⁰表示机车初始速度；t^cutoff表示失控时间，表二中为0.2秒；a表示最大加速度，表二中为1.5米/秒)；

失控后的速度为：v^cutoff＝v⁰+at^cutoff＝11.1+1.5*0.2＝11.4m/s；

机车反应时间阶段行驶的距离：v^cutoff t^react＝11.4*0.2＝2.28m；(t^react表示反应时间，表二中为0.2)

机车制动阶段行驶的距离： $v^{{\mathrm{cutoff}}^2}/(2*(a^{\mathrm{eb}}-g*\sin \mathrm{\α})={11.4}^2/(2*(4-0.1))=$ $16.66m;$ (aeb表示最大制动率，表二中为4；g是重力加速度；α是坡度，即表二中的10，sin值即是0.1)

上述距离相加得到：2.27+2.28+16.66＝21.21m

同理可知，当机车以25公里/小时行驶时，制动距离为9.61m：

机车失控加速阶段： $v^0{t}^{\mathrm{cutoff}}+{\mathrm{at}}^{{\mathrm{cutoff}}^2}/2=6.95*0.2+1.5*{\left(0.2\right)}^2/2=1.42m$

失控后的速度为：v^cutoff＝v⁰+at^cutoff＝6.95+1.5*0.2＝7.25m/s

机车反应时间阶段：v^cutoff t^react＝7.25*0.2＝1.45m

机车制动阶段： $v^{{\mathrm{cutoff}}^2}/(2*(a^{\mathrm{eb}}-g*\sin \mathrm{\α})={7.25}^2/(2*(4-0.1))=6.74m$

上述距离相加得到：1.42+1.45+6.74＝9.61m

同理可知，当机车以10公里/小时行驶时，制动距离为2.43米，

机车失控加速阶段： $v^0{t}^{\mathrm{cutoff}}+{\mathrm{at}}^{{\mathrm{cutoff}}^2}/2=2.78*0.2+1.5*{\left(0.2\right)}^2/2=0.59m$

失控后的速度为：v^cutoff＝v⁰+at^cutoff＝2.78+1.5*0.2＝3.08m/s

机车反应时间阶段：v^cutoff t^react＝3.08*0.2＝0.62m

机车制动阶段： $v^{\mathrm{cutof}{f}^2}/(2*(a^{\mathrm{eb}}-g*\sin \mathrm{\α})={3.08}^2/(2*(4-0.1))=1.22m$

上述距离相加得到：0.59+0.62+1.22＝2.43m。

根据以上的计算结果，结合PRT机车的特征及设计要求，可以明白：当速度为40公里/小时时，制动距离小于22米；速度为15公里/小时时，制动距离小于6米。为了达到PRT可用性与安全性的统一，提高运营性能，在本实施例中，设定导轨上有源RFID3的间隔距离为6米(在其他的实施例中，略少于或者略大于6米都是可以的，3-10米的范围内都基本能满足安全运行的需求)，并且机车的RFID读卡器4可以同时接收到前方至少4个有源RFID的信号(在此情形下，由于机车能收到前方第4个RFID的信息，所以机车离该第四个RFID的距离至少有24米，即使当时是以40公里/小时的速度前进，也能在到达该第四RFID之前完全停止运行，因而是安全的)。

本实施例同时还提供了一种进路控制方法，通过机车上RFID读卡器读取的有源RFID信息来判断前进方向上的路况信息。包括步骤：S1、判断是否接收到有效的RFID信号；S2、根据接收到的有效RFID信号的数量，调整机车的运行速度。

步骤S1的判断过程如图3所示，具体包括步骤：(101)机车上电自检正常，等待接收前方有源RFID发射的信号；(102)如果在预定周期内接收到有源RFID信号，则将该信号的RFID编码值与机车控制系统的数据库中预存的RFID编码值进行对比，如果该编码值与数据库中的某个值相一致，则认定该有源RFID信号有效；如果该编码值与数据库中的任何一个值均不相同，则认为该有源RFID信号无效，将其舍弃；如果在预定周期内没有接收到有源RFID信号，则机车进行制动操作。步骤(102)中所说的“预定周期”与机车控制系统处理RFID信号的周期相关联，在本实施例中，该“预定周期”设定为控制系统处理RFID信号的周期的2倍。为保证行驶安全，控制系统处理RFID信号的周期一般为50-100ms(此周期可由控制系统的软件进行设定，其实现过程较为简单，本领域技术人员容易知悉，故不赘述)。

对RFID读卡器中接收到的每个RFID信号均进行步骤S1的判断，从而得到接收到的有效RFID信号的数量。前已述及，机车在导轨线路上能收到前方4个有源RFID的信息。

为了提高导轨的运行效能，在保证安全的前提下减少行车间隔，本实施例中提出了一种根据接收到的有源RFID信号的数量来调整车速的方法。

本实施例中根据表3来调节车速。表3中，RFID1表示机车前进方向上第一个有源RFID，RFID2表示机车前进方向上第二个有源RFID；RFID3表示机车前进方向上第三个有源RFID；RFID4表示机车前进方向上第四个有源RFID。“收到”表示机车上的RFID读卡器能收到该有源RFID发送的信息；“未收到”表示机车上的RFID读卡器未能收到该有源RFID发送的信息。为了对图3进行进一步的说明，本实施例还提供了图4，图4中，机车1表示当前行使的机车，机车2表示在准闭塞区间中前一区间内行驶的机车，RFID1、RFID2、RFID3、RFID4的含义与表3一致，符号

表示机车1上的读卡器能接收到前方RFID信号，

表示机车1上的读卡器不能接收到前方RFID信号。

表3

本实施例中有源RFID的安设处理流程如图5所示：先设计获取导轨线路上的土建数据，包括坡度、弯道、出入库线、分路器、站台的位置及限速信息；按照准移动闭塞原则将上述线路数据划分为不同的区段；在进行初步的数据优化工作后布置有源RFID；现场经过测试可以达到设计需求后完成有源RFID的布置，否则继续进行数据优化的操作，直至达到设计需求。该处理流程并非本发明的关键，故在此不予赘述。

机车运行时，可能发生前方进路信息没有开放或者轨旁设备发生故障，为了保证机车的安全可靠性，机车在一定时间内没有获得前方RFID的信息，将进行紧急制动的安全操作。

图6表明了机车在线处理RFID的状态变迁过程，机车在一开始上电自检通过后，将进入等待接受前方RFID信息的状态；如果获得了前方RFID信息后，进入更新进路信息的状态，并根据获得的RFID类型调整机车速度；在前方RFID信息丢失后的三个周期内继续监控RFID信息，并减速操作，如果超时，则采用紧急制动，并切换状态到等待前方RFID状态中。表4详细列举了各状态变迁的条件。

表4

以上是本发明一种具体实施方式。本领域的技术人员应当理解，这些仅为举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型快速运输系统，包括导轨和在导轨上运行的机车，其特征在于：

所述导轨沿线每隔一定距离安设一有源RFID，所述有源RFID的编码中至少包含以下信息：所在导轨线路的编号，用于表征当前路段运行特性的类型号，该RFID的ID编号；

所述机车包括一控制系统，用以控制机车的运行；

所述机车的控制系统还包括一数据库，该数据库中预先存储导轨沿线部分或者所有有源RFID的编码信息；

所述机车上安装有RFID读卡器，用以读取机车前进方向上所述有源RFID的信息并反馈给所述控制系统。

2.如权利要求1所述的小型运输系统，其特征在于，所述有源RFID通过计算机联锁系统实现统一上电或者断电。

3.如权利要求1所述的小型运输系统，其特征在于，所述当前路段运行特性包括：常速、减速、低速。

4.如权利要求1所述的小型运输系统，其特征在于，所述导轨沿线各有源RFID之间的间距为3-10米。

5.如权利要求5所述的小型运输系统，其特征在于，所述RFID读卡器能够读取机车前进方向上4个有源RFID的编码信息。

6.一种如权利要求1-6所述小型快速运输系统的进路控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、判断机车上的RFID读卡器在预设周期内是否接收到机车前进方向上导轨沿线有源RFID发射的信号，如果为是，进入步骤S2；如果为否，机车进行紧急制动；

S2、判断接收到的有源RFID信号的数量；

S3、根据接收到的有源RFID信号调整机车运行速度；

S4、重复步骤S1。

7.如权利要求7所述的进路控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S301、如果接收到4个有源RDID发射的信号，则机车常速前进；

S302、如果仅接收到3个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V3前进；

S303、如果仅接收到2个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V2前进；

S304、如果仅接收到1个有源RDID发射的信号，则机车减速，以一预先设定的速度V1前进。

8.如权利要求8所述的进路控制方法，其特征在于：所述步骤S2和S3之间还包括步骤S230：

将接收到的每一有源RFID的编码与机车数据库中预存的有源RFID编码进行比对，判断该接收到的有源RFID信号是否有效，如果比对一致，则该有源RFID信号有效，进入步骤S3；如果比对不一致，则该有源RFID信号为无效，将其舍弃。

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