CN103386993B - 采集列车运行信息的系统、光发射装置和光接收处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于采集列车运行信息的系统，包括光发射单元、光接收单元、处理单元，所述光发射单元和光接收单元中的一者沿列车运行要经过的轨道安装多个，另一者在所述列车上与前者在轨道安装位置相对应的位置安装预定数量，其中：所述光发射单元用于发送光信号；所述光接收单元用于接收来自光发射单元的光信号；所述处理单元用于根据所述光接收单元接收到的光信号确定所述光发射单元与所述光接收单元的物理位置正对时刻的时间信息，以获取代表所述列车运行的时间信息；本发明还公开了用于所述系统的光发射装置和光接收处理装置。利用本发明能提高获取列车运行通过确定地点瞬间对应时间信息的准确性和时间信息输出的及时性。

Description

采集列车运行信息的系统、光发射装置和光接收处理装置

技术领域

本发明涉及列车运行信息采集领域，具体涉及一种用于采集列车运行信息的系统、一种用于该系统的光发射装置和光接收处理装置。

背景技术

在轨道交通控制技术中，描述列车运行的时间、空间及列车识别属性等信息是对列车运行进行监视、控制、调度、追踪所需的重要数据，但是现有技术中用来采集这些列车运行信息尤其是采集列车运行时间信息的方案不具有较好的准确性和实时性，因而不利于满足交通实时控制的需要。

例如，《智能铁路运输系统ITS-R》(ISBN7-113-06226-1/U.1723，2004年10月出版)中提到列车运行控制系统需要最原始的“3W”(WHEN-什么时间、WHAT-什么列车、WHERE-在哪里)基础信息(见该书第8-9页)，在获得这些基础信息之后才能得出其他二次、三次等相关信息来用于列车运行控制。该书中涉及了大量列车控制相关技术信息，但是并没有深入论述具有高分辨率且可靠采集生成列车运行控制系统需要的最原始“3W”信息尤其是“WHEN-什么时间”的技术手段，书中(第31页、233-256页)所描述的查询-应答器法进行列车定位的技术手段虽能完成“WHAT-什么列车、WHERE-在哪里”信息采集，但应答器和查询器间单纯采用电磁耦合或RF相互作用，由于电磁场能量分布的弥散特性而难以准确地采集到“WHEN-什么时间”原始信息，而且采用这种方式还要考虑串扰(crosstalk)问题，而形成部署规划过程中约束应答器和查询器布放位置规划设计的限制因素。

《基于射频识别的列车精确定位技术分析》(《城市轨道交通研究》杂志2011年增刊1第30-33页)中介绍了在RFID阅读器中添加RFID标签卡信息场强峰值检测功能来确定采集“WHEN-什么时间”原始信息，但是该方案仅在每个标签卡的输出信号只有单个场强峰值的情形下使用效果比较好，如果存在不止一个场强峰值或者峰值顶端相对平坦，则难以可靠地判断采集到标签接近或位于阅读器中心位置的时刻信息；并且，在该方案中，为了防止误采集场强峰值时刻而设置了“延时后输出电平信号”，会使所采集时间信息经一定延时后再输出，影响了采集“WHEN-什么时间”原始测量信息输出利用的实时性。

发明内容

针对现有的列车运动信息采集方案不能准确及时地采集到列车运行通过确定地点的时间信息的问题，本发明提供了一种能够准确及时采集到列车运行通过确定地点的时间信息的采集列车运行信息的系统、用于该系统的光发射装置和光接收处理装置。

本发明提供一种用于采集列车运行信息的系统，该系统至少包括光发射单元、光接收单元、处理单元，该光发射单元和光接收单元中的一者沿列车运行要经过的轨道安装多个，另一者沿该列车上与前者在轨道安装位置相对应的位置安装预定数量；其中该光发射单元用于发送光信号，该光接收单元用于接收来自与该光接收单元物理位置正对的光发射单元发送的光信号；其中的处理单元用于根据该光接收单元接收到的光信号确定该光发射单元与该光接收单元的物理位置正对时刻的时间信息，以获取代表该列车运行的时间信息。

安装有光发射单元和光接收单元中的一者的列车因运动而经过轨道上安装有光发射单元和光接收单元中的另一者所在轨道位置时，在光发射单元与光接收单元的物理位置正对瞬间光接收单元会接收到来自光发射单元的光信号，优选地，可以采用高指向性发光器件和高指向性光接收器件以产生更“陡”的接收光信号强度的上升沿或下降沿曲线，从而有利于更准确可靠地触发处理单元输出列车上所述安装位置通过轨道上所述安装位置所对应时刻的时间信息(即前述内容中3W信息之一的“WHEN-什么时间”信息)。为降低外部环境光能量对所述系统工作效果的影响，在其中所述光接收单元加装有滤光窗，该滤光窗器件用于滤除所述光发射单元发出的光信号以外的其他光信号。

在上述系统基础上可以进一步添加调制单元，该调制单元用于把代表所述光发射单元在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元被安装所在的所述列车的识别属性信息调制到所述光发射单元所发送的光信号上；所述处理单元进一步用于对所述光接收单元接收到的光信号进行解调，以获取代表所述光发射单元在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元被安装所在的所述列车的识别属性信息。

在上述系统基础上还可以更进一步添加输出单元，该输出单元基于所述处理单元所采集的代表该列车运行的时间信息、代表所述光发射单元在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元被安装所在的所述列车的识别属性信息，加上代表所述光接收单元被安装所在的所述列车的识别属性信息或所述光接收单元在轨道上被安装所在位置的信息，而输出前文所述最原始的“3W”(WHEN-什么时间、WHAT-什么列车、WHERE-在哪里)基础信息或基于基础信息的其它组合信息给其它系统，比如输出列车运行的时间信息、列车运行的位置信息以及列车识别属性信息中的至少一者发送给目标系统，例如发送给地面列车控制系统等。

下述表格说明系统中光发射单元、光接收单元、处理单元、调制单元和输出单元根据各场景下各自安装位置的差异所代表的信息含义(即能够提供的信息含义)的差异：

本发明还提供用于上述任一所述系统的光发射装置，该装置包括光发射单元、调制单元和供电单元，其中的光发射单元用于发送光信号，其中的调制单元用于把代表所述光发射单元被安装所在位置相关信息调制到所述光发射单元所发送的光信号上，其中的供电单元用于依靠自身储存能量或接收外来电磁能量而向所述光发射单元和所述调制单元供电。为了进一步提高所采集时间信息的准确性和可靠性，其中的光发射单元采用高指向性发光器件。

本发明还提供用于前述任一所述系统的光接收处理装置，该装置包括光接收单元和处理单元。其中的光接收单元用于接收来自外部的光信号；其中的处理单元根据所述光接收单元接收到的光信号强度的上升沿或下降沿触发采集时间信息，还解调所述光接收单元接收到的光信号以获取被调制传送的信息。为了进一步提高所采集时间信息的准确性和可靠性，其中的光接收单元采用高指向性光电接收器件。为了进一步降低环境光等不必要的光能量对本装置正常工作带来干扰，可在光接收单元的光接收窗口加装带有用于滤除预定波长或预定频段之外的光信号的滤光片或其它类似功能器件，所述预定波长或预定频段可以为预先设定的，例如为上述光发射器件发出的光信号对应的波长或频段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图作进一步说明。

图1是根据本发明提供的用于采集列车运行信息的系统的一种实施方式的框图；

图2是根据本发明提供的用于采集列车运行信息的系统的一种实施方式的示意图；

图3是根据本发明提供的用于采集列车运行信息的系统的另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明提供一种用于采集列车运行信息的系统，如图1所示，该系统至少包括光发射单元10、光接收单元20、处理单元30，所述光发射单元10和光接收单元20中的一者沿列车运行要经过的轨道安装多个，另一者在所述列车上与前者在轨道安装位置相对应的位置安装预定数量，该预定数量可以根据需要设定，例如可以在列车上与前者在多个轨道安装位置中的某一个安装位置相对应的位置安装一个，也可以在前者在多个轨道安装位置中的一些安装位置相对应的位置分别安装一个，其中：所述光发射单元10用于发送光信号；所述光接收单元20用于接收来自与所述光接收单元20物理位置正对的光发射单元10发送的光信号；所述处理单元30用于根据所述光接收单元20接收到的光信号确定所述光发射单元10与所述光接收单元20的物理位置正对时刻的时间信息，以获取代表所述列车运行的时间信息。例如可以将光发射单元10与光接收单元20的物理位置正对时刻的时间作为描述列车上具体安装位置点运行通过具体轨道上具体安装位置点的时刻所对应的时间信息。列车运行导致安装有光发射单元10和光接收单元20中的一者的列车经过安装有光发射单元10和光接收单元20中的另一者被安装所在的轨道具体位置点时，光发射单元10与光接收单元20的物理位置正对，在二者正对瞬间光接收单元20会接收到来自光发射单元10的光信号，根据此信号判断列车上具体安装点通过轨道中具体安装点位置，处理单元30根据光接收单元20接收到的光信号触发来获取列车运行通过该轨道位置瞬间时刻的时间信息(同前文中“WHEN-什么时间”)。

具体场景一：光发射单元10安装在轨道上，光接收单元20安装在列车上，二者具体安装位置的选择以列车运行携带光发射单元10所发光信号能被光接收单元20接收到为基本要求。列车携带光接收单元20沿着轨道行驶过程中，当列车携带光接收单元20经过轨道上安装了光发射单元10的位置时，在光发射单元10与光接收单元20物理位置正对瞬间，光接收单元20可以接收到光发射单元10所发送的光信号，处理单元30可以根据该光信号强度变化的上升沿或下降沿得到光发射单元10与光接收单元20的物理对正对时刻的时间，得知列车上光接收单元20具体安装位置点经过轨道中安装了所述光发射单元10的具体安装位置点的时间信息。

具体场景二：光发射单元10安装在列车上、光接收单元20安装在轨道上，二者具体安装位置的选择以列车运行携带光发射单元10所发光信号能被光接收单元20接收到为基本要求。列车携带光发射单元10沿着轨道行驶过程中，当列车携带光发射单元10经过轨道上安装了光接收单元20的位置时，在光发射单元10与光接收单元20物理位置正对瞬间，光接收单元20可以接收到光发射单元10所发送的光信号，处理单元30可以根据该光信号强度变化的上升沿或下降沿得到光发射单元10与光接收单元20的物理对正对时刻的时间，得知列车上光发射单元10具体安装位置点经过轨道中安装了所述光接收单元20的具体安装位置点的时间信息。

上述任一场景，其中所述光发射单元10可以采用红外线、可见光或激光等光发射器件，优选采用高指向性光发射器件，例如发光二极管或激光二极管；所述光接收单元20可以采用能够感测光发射单元10所发送光信号的各种光接收器件，优选采用高指向性光接收器件，用于接收相应的位置正对的光发射单元10所发出的光信号，例如采用光电二极管作为光接收器件。

所述处理单元30根据光接收单元20所接收到光信号强度变化来确定列车上的具体安装位置点经过轨道中的具体安装位置点的时间信息，比如所述处理单元30可以根据所述光接收单元20接收到的光信号有无、或强度变化的上升沿或下降沿对应的时间来获取所述时间信息。

为了降低外界其他光信号的对光接收单元20的工作干扰，优选地，所述光接收单元20可以带有滤光器件，该滤光器件用于滤除光发射单元10发出的光信号以外的其他光信号，比如选择能够滤除光发射单元10发出的光信号对应的波长或频段之外的光信号的滤光片或其它功能类似器件，使得光接收单元20仅接收到光发射单元10所发光信号对应的波长或频段内的信号，从而提高光接收单元20接收光发射单元10的光信号的抗环境光干扰性。

所述光发射单元10和所述光接收单元20可以安装在列车或列车运行要经过的轨道中的合适位置，以列车运行经过安装有光发射单元10或光接收单元20的轨道时、光接收单元20能够接收到与其位置正对的光发射单元10发出的光信号为准。

光发射单元10和光接收单元20安装举例：光发射单元10和光接收单元20中的一者可以安装在列车的底面、侧面和/或顶面上，另一者安装在列车运行要经过的轨面上、或周围环境中的对应物体上，二者具体安装位置的选择以列车运行时导致光发射单元10所发光信号能被光接收单元20接收到为基本要求；优选地，光发射单元10和光接收单元20中的一者是垂直于列车运行要经过的轨面安装的，另一者是垂直于列车底面安装的，从而当光发射单元10和光接收单元20正对时，光接收单元20能够及时准确地接收到光发射单元10发出的光信号，提高列车运行通过相应轨道位置瞬间的时间信息采集的准确性和可靠性。

上述系统还可以包括调制单元40，该调制单元40用于把代表所述光发射单元10在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元10被安装所在的所述列车的识别属性信息调制到所述光发射单元10所发送的光信号上；所述处理单元30还用于对所述光接收单元20接收到的光信号进行解调，以获取代表所述光发射单元10在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元10被安装所在的所述列车的识别属性信息。从而在获得列车运行的时间信息的同时，在场景一情形下还可以获取列车运行的位置信息(同前文中“WHERE-在哪里”)或者在类似场景二情形下还可以获取列车识别属性信息(同前文中“WHAT-什么车辆”)。

系统还可以进一步包括输出单元50，该输出单元基于所述处理单元30所采集的代表该列车运行的时间信息、代表所述光发射单元10在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元10被安装所在的所述列车的识别属性信息，加上代表所述光接收单元20被安装所在的所述列车的识别属性信息或所述光接收单元20在轨道上被安装所在位置的信息，而输出前文所述最原始的“3W”(WHEN-什么时间、WHAT-什么列车、WHERE-在哪里)基础信息或基于基础信息的其它组合信息给目标系统，比如输出列车运行的时间信息、列车运行的位置信息以及列车识别属性信息中的至少一者以发送给其它系统，例如发送给地面列车控制系统等。

图2是根据本发明的系统方案用于改造目前已安装应答器、RFID(射频识别)标签卡和相应的查询器、RFID阅读器采集列车运行信息系统的实施方式。类似前文中的场景一：光发射单元10加装在轨道上已安装的应答器或RFID(射频识别)标签卡60的表面中心位置，光接收单元20加装在列车上已安装的相应的查询器、RFID阅读器80的表面中心位置；或者类似前文中的场景二：光发射单元10加装在列车上已安装的应答器或RFID(射频识别)标签卡60的表面中心位置，光接收单元20加装在轨道上已安装的相应的查询器、RFID阅读器80的表面中心位置。此两种场景中的任一种，所述光发射单元10和光接收单元20可以被单独供电，例如使用如图2中供电电路70来供电(供电电路70可以采用依靠自身储存能量如电池供电或接收外来电磁能量如通过感应线圈耦合获取外部供应的电磁能的而向所述光发射单元10供电)，也可以与安装在一起的应答器、RFID标签卡60或者相应的查询器、RFID阅读器80共用原有电源电路。当列车运动导致安装有光接收单元20的查询器或RFID阅读器80通过安装有光发射单元10的应答器或RFID标签卡60的安装位置点瞬间，在光发射单元10与光接收单元20物理位置正对瞬间，光接收单元20可以接收到光发射单元10所发送的光信号，处理单元30可以根据该光信号强度变化的上升沿或下降沿得到光发射单元10与光接收单元20的物理对正对时刻的时间，得知列车上光发射单元10具体安装位置点经过轨道中安装了所述光接收单元20的具体安装位置点的时间信息。图2所示方案的进一步改进方案与图1描述中的改进方案类似，这里不再重复描述。

图3为根据本发明系统方案的另一个实施例图示：其中光发射单元10与供电电路70、调制单元40连接而构成一个整体称为光发射装置或第一类整体单元，其中光发射单元10用于发送光信号，调制单元40用于把代表所述光发射单元10被安装所在位置相关信息调制到所述光发射单元10所发送的光信号上，供电单元70用于依靠自身储存能量(如装配电池供电)或接收外来电磁能量(如通过装配感应线圈耦合获取外部供应的电磁能)而向所述光发射单元10和所述调制单元40供电；光接收单元20与处理单元30连接而构成一个整体称为光接收处理装置或第二类整体单元，其中的光接收单元20用于接收来自外部的光信号，其中的处理单元30根据所述光接收单元20接收到的光信号强度的上升沿或下降沿触发采集时间信息，还解调所述光接收单元10接收到的光信号以获取被调制传送的信息。上述两类整体单元采用类似于场景一或场景二的方式构成用于采集列车运行信息的系统，在任一类似场景下，列车运动导致光发射单元10与光接收单元20物理位置正对时，调制单元40用于把代表所述光发射单元10被安装所在位置相关信息调制到所述光发射单元10所发送的光信号上，由光发射单元10将光信号发送给光接收单元20，处理单元30根据所述光接收单元20接收到的光信号强度的上升沿或下降沿触发采集时间信息，处理单元30还解调所述光接收单元20接收到的光信号以获取被调制传送的代表所述光发射单元10被安装所在位置相关信息。图3所示方案的进一步改进方案与图1和图2描述中的改进方案类似，这里不再重复描述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于采集列车运行信息的系统，

所系统包括光发射单元、光接收单元、处理单元，所述光发射单元和光接收单元中的一者沿列车运行要经过的轨道安装多个，另一者在所述列车上与前者在轨道上的安装位置中的一个安装位置相对应的位置安装一个，或在所述列车上与前者在轨道上的安装位置中的多个安装位置相对应的位置安装多个；

其中：

所述光发射单元用于发送光信号；

所述光接收单元用于接收来自与所述光接收单元物理位置正对的光发射单元发送的光信号；

所述处理单元用于根据所述光接收单元接收到的光信号的强度变化确定所述光发射单元与所述光接收单元的物理位置正对时刻的时间信息，以获取代表所述列车运行的时间信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述光发射单元为高指向性发光器件，所述光接收单元为高指向性光接收器件。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述处理单元用于根据所述光接收单元接收到的光信号强度的上升沿或下降沿对应时刻的时间信息来获取列车运行的时间信息。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述光接收单元带有滤光器件，该滤光器件用于滤除所述光发射单元发出的光信号以外的其他光信号。

5.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统还包括调制单元，

所述调制单元用于把代表所述光发射单元在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元被安装所在的所述列车的识别属性信息调制到所述光发射单元所发送的光信号上；

所述处理单元还用于对所述光接收单元接收到的光信号进行解调，以获取代表所述光发射单元在轨道上被安装所在位置的信息或所述光发射单元被安装所在的所述列车的识别属性信息。

6.根据权利要求5所述的系统，所述系统还包括输出单元，所述输出单元基于所述处理单元所采集的信息和代表所述光接收单元被安装所在的所述列车的识别属性信息或所述光接收单元在轨道上被安装所在位置的信息，将列车运行的时间信息、列车运行的位置信息以及列车识别属性信息中的至少一者发送给目标系统。

7.一种用于权利要求1-6中任一权利要求所述系统的光发射装置，该装置包括光发射单元、调制单元和供电单元，

所述光发射单元用于发送光信号，

所述调制单元用于把代表所述光发射单元被安装所在位置相关信息调制到所述光发射单元所发送的光信号上，

所述供电单元用于依靠自身储存能量或接收外来电磁能量而向所述光发射单元和所述调制单元供电。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述光发射单元为高指向性发光器件。

9.一种用于权利要求1-6中任一权利要求所述系统的光接收处理装置，该装置包括光接收单元、处理单元，

所述光接收单元用于接收来自外部的光信号；

所述处理单元根据所述光接收单元接收到的光信号强度的上升沿或下降沿触发采集时间信息，还解调所述光接收单元接收到的光信号以获取被调制传送的信息。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述光接收单元为高指向性光电接收器件。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述光接收单元带有用于滤除预定波长或预定频段之外的光信号的滤光器件。