CN104228883A - 一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，所述控制方法采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作，当RFID标签/应答器主机和GPS/BD两模块均正常工作或GPS/BD双模定位系统失效时，以RFID标签/应答器主机读取的数据为控制数据；当RFID标签/应答器主机工作模式失效时以GPS/BD双模定位系统的数据为控制数据；所述控制数据用于控制道岔和红绿灯。本发明采用两种定位方法保证了在自动驾驶模式下系统控制的安全性和可靠性。

Description

一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法

技术领域

本发明涉及一种有轨电车的控制方法，尤其涉及一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化水平的不断提高，城市交通面临的压力越来越大，轨道交通在城市交通体系中扮演着越来越重要的角色。但是轻轨地铁的巨额造价和漫长的建设周期，限制了其在中小城市的发展。面对目前迫切的交通需求，造价低、建设周期短的现代有轨电车作为一种单位能耗少、无污染、运输能力大的交通方式受到了城市的认可。现代有轨电车在欧洲的复兴也应正了有轨电车在缓解城市交通压力方面的卓越能力。现代有轨电车在我国也呈现出了整体发展的趋势。很多城市已经开通了有轨电车线路，也有很多城市将现代有轨电车积极纳入城市综合交通规划当中。现代有轨电车控制系统皆在为现代有轨电车的安全高效运营提供保证。

城市有轨电车是城市轨道交通的重要组成部分。电车不但在专用道路上行驶，而且也会通过其它车辆使用的交叉口。由于电车运行环境的复杂性，单纯的依靠司机驾驶电车会严重消耗精力，影响驾驶安全性。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供一种有轨电车的控制方法，有效的解决由于司机精力不足而带来的安全隐患，使得司机有充足的精力处理其他事务。

本发明提供的技术方案为：

一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，

所述控制方法采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作；当RFID标签/应答器主机和GPS/BD两模块均正常工作或GPS/BD双模定位系统失效时，以RFID标签/应答器主机读取的数据为控制数据；当RFID标签/应答器主机工作模式失效时以GPS/BD双模定位系统的数据为控制数据；所述控制数据用于控制道岔和红绿灯。

优选的是，所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，道岔前方和后方各一个，分别位于道岔的前方和后方各100米处；

所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，红绿灯前方和后方各一个，分别位于红绿灯的前方和后方各100米处；

标签应答器位于电车上。

优选的是，所述RFID标签/应答器主机的定位方法为电车行驶经过标签时，标签应答器自动扫描安装于轨道旁的标签，然后将标签ID通过串口传送给车载系统；

所述GPS/BD双模定位系统的定位方法为通过在数据库中建立每个RFID标签的唯一的位置信息，在电车行驶过程中，根据GPS/BD双模定位系统的位置信息实时判断当前电车位置是否处于标签范围之内；当行电车驶至标签范围内时，系统根据线路号和行驶方向通过查询数据库，查找此标签ID，然后将标签ID通过串口传送给车载系统。

优选的是，所述标签范围为±5米。计算方法为：车载系统扫描标签周期为：200ms；目前有轨电车最快速度为80KM/H；(80(km/h)/3.6(h))*(200(ms)/1000(ms))≈4.44取整数为5米。为提高成功查询出标签ID的成功率，此处设置一次冗余查询，即保证在有效范围内有两次查询，即此处设置标签前后5米范围以内为有效标签范围。

优选的是，所述控制道岔的方法为：

(1)电车获得标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统；

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，生成相应的控制命令；

(3)电车通过Zigbee无线传输向前方道岔设备发送控制信息，控制此道岔位于定位或者反位位置；

(4)信息发送后根据实时接收到的道岔设备反馈信息判断是否继续行驶；

(5)如果反馈信息表明电车已经成功控制该道岔并且该道岔已经处于电车所控制的位置且该位置处于锁闭状态，则电车继续向前行驶；如果反馈信息显示电车没有成功控制此道岔，电车则减速直至停止；

(6)当电车经过道岔检测到岔道后方的标签时，电车释放当前已经控制的道岔；

优选的是，所述道岔控制为独占控制，当一辆电车得到道岔控制权且没有释放之前，其余电车不能得到此道岔的控制权；当道岔处于未被控制的状态时，电车有权控制该道岔；

优选的是，在电车扫描到道岔前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道岔设备持续发送控制信息；在扫描到道岔后方的RFID标签后，电车持续向道岔发送释放命令，当电车接收到成功释放道岔的信号后停止发送释放命令。

优选的是，所述控制红绿灯的方法为：

(1)电车获得标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统；

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，生成要求通过道口的控制命令并且通过Zigbee设备向道口红绿灯设备发送控制信息；

(3)电车自动判断道口红绿灯设备发回的反馈信息，如果此时反馈信息显示电车所控制的信号灯处于绿灯状态，则继续向前行驶；如果，此时电车所控制的信号灯处于红灯状态，系统发出减速停车的警告，此时人工干预减速停车等待；

在电车扫描到道口前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道口设备持续发送控制信息；在扫描到道口后方的RFID标签后，电车持续向道口发送离去命令，当电车接收到道口设备反馈的成功离去信号后停止发送离去命令。

本发明的有益效果：本发明通过自动模式下自动通过道岔和红绿灯，有效地降低了司机的工作强度，可以有效的解决由于司机精力不足而带来的安全隐患，使得司机有充足的精力处理其余事务。在自动驾驶模式下减少了人工对于道岔以及红绿灯的控制，大大减少了由于人为操作带来的违规驾驶，提高行车的安全系数。便于调度室对于整体有轨交通的控制，只需控制地面设备即可完成对于特定路线的调度，提高了调度工作效率。系统自动判断行驶区段速度限制情况，避免人为驾驶带来的电车超速现象，影响交通安全。

附图说明

图1为本发明的RFID标签/应答器主机的工作流程示意图；

图2为本发明的GPS/BD双模定位系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对面本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明目的主要是为了解决有轨电车在自动驾驶中自动控制地面设备的命令操作；采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作来完成，保证了由于其中一个模块失效带来的安全性问题。

此方法主要是在有轨电车自动驾驶模式下，电车根据位置或者标签信息自动控制道岔或者道口红绿灯设备。解决电车的停止、运行以及转向等操作，实现无人工干预驾驶的目的；

有轨电车在行驶过程中的控制操作主要包括：控制命令的生成和发送、地面控制设备状态分析处理以及电车运行状态的自动控制。控制命令的生成和发送主要依靠GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作来完成，或者当其中一个模块失效时只取其中一个模块即可完成此项工作。

所述控制方法采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作；当RFID标签/应答器主机和GPS/BD两模块均正常工作或GPS/BD双模定位系统失效时，以RFID标签/应答器主机读取的数据为控制数据；当RFID标签/应答器主机工作模式失效时以GPS/BD双模定位系统的数据为控制数据；所述控制数据用于控制道岔和红绿灯。

所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，道岔前方和后方各一个，分别位于道岔的前方和后方各100米处；所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，红绿灯前方和后方各一个，分别位于红绿灯的前方和后方各100米处；标签应答器位于电车底部与车载系统电连接。

所述RFID标签/应答器主机的定位方法为电车行驶经过标签时，标签应答器自动扫描安装于轨道旁的标签，然后将标签ID通过串口传送给车载系统。

所述GPS/BD双模定位系统的定位方法为通过在数据库中建立每个RFID标签的唯一的位置信息，在电车行驶过程中，根据GPS/BD双模定位系统的位置信息实时判断当前电车位置是否处于标签范围±5米之内；计算方法为：车载系统扫描标签周期为：200ms；目前有轨电车最快速度为80KM/H；(80(km/h)/3.6(h))*(200(ms)/1000(ms))≈4.44取整数为5米。为提高成功查询出标签ID的成功率，此处设置一次冗余查询，即保证在有效范围内有两次查询，即此处设置标签前后5米范围以内为有效标签范围。当行电车驶至标签范围内时，系统根据线路号和行驶方向通过查询数据库，查找此标签ID，然后将标签ID通过串口传送给车载系统。车载系统对于接收到的GPS/BD定位信息进行实时分析，根据定位信息查询此位置区间内是否有标签部署；如果有，则将此标签ID取出，根据此ID表示的电车行驶方向、行驶线路号查找数据库，得到相应控制命令并且发送。并且在发送数据以后判断是否已经控制成功，如果发送失败则继续发送；如果接收到允许继续行驶的信息则认为已经发送成功，此时停止发送信息，继续向前行驶。

采用两种定位模式有效的保证了定位的精度以及整个系统的连续性。两种定位方式最终都需要通过标签ID的信息获得电车的位置信息，并通过位置信息控制道岔和红绿灯。其中

控制道岔的方法为：

(1)电车距离道口约100米处，扫描到并获得第一个标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统；

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，根据获得的相应数据如标签ID、对应道岔编号或者对应道口编号、对应行驶方向、所在线路号、标签坐标等信息，生成相应的控制命令；

(3)电车通过Zigbee无线传输向前方道岔设备发送控制信息，控制此道岔位于定位或者反位位置；

(4)信息发送后根据实时接收到的道岔设备反馈信息判断是否继续行驶；

(5)如果反馈信息表明电车已经成功控制该道岔并且该道岔已经处于电车所控制的位置且该位置处于锁闭状态，则电车继续向前行驶；如果反馈信息显示电车没有成功控制此道岔，电车则减速直至停止；

(6)当电车经过道岔检测到岔道后方的标签时，电车释放当前已经控制的道岔；

本发明所述的道岔控制为独占控制，当一辆电车得到道岔控制权且没有释放之前，其余电车不能得到此道岔的控制权；当道岔处于未被控制的状态时，电车有权控制该道岔。独占控制保证了道岔的安全，让电车对道岔用于绝对的控制力。

在电车扫描到道岔前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道岔设备持续发送控制信息；在扫描到道岔后方的RFID标签后，电车持续向道岔发送释放命令，当电车接收到成功释放道岔的信号后停止发送释放命令。即在电车扫描到第一个标签开试，到接收到成功释放岔道的信号结束为一个完整的控制过程。

本发明的控制红绿灯的方法为：

(1)电车获得标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统；

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，生成要求通过道口的控制命令并且通过Zigbee设备向道口红绿灯设备发送控制信息；

(3)电车自动判断道口红绿灯设备发回的反馈信息，如果此时反馈信息显示电车所控制的信号灯处于绿灯状态，则继续向前行驶；如果，此时电车所控制的信号灯处于红灯状态，系统发出减速停车的警告，此时人工干预减速停车等待；

在电车扫描到道口前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道口设备持续发送控制信息；在扫描到道口后方的RFID标签后，电车持续向道口发送离去命令，当电车接收到道口设备反馈的成功离去信号后停止发送离去命令。

依据最大限度节约系统开销的原则，本方法使用占用资源较少的Access数据库。在数据库中配置有：标签ID、对应道岔编号或者对应道口编号、对应行驶方向、所在线路号、标签坐标(此坐标为历程坐标，即距起始点的距离)。

数据库使用：系统根据当前电车行驶的里程坐标找到与此坐标相对应的一系列标签；根据行驶方向和电车所行驶的线路号筛选出唯一的合格标签；查找出此标签对应的命令(对于道岔：定位、反位或者是释放操作；对于道口：电车行驶的东西南北四个方向的接近以及远离)；生成一帧数据发送出去(帧数据由车次号、数据长度、控制设备编号、具体控制命令、校验码等十六进制字节组成)。

电车显示的内容包括：

机车运行方向：机车运行分为上行和下行两个方向。当机车上行时界面提示“上行”字符标示，并且图示为上行标志；当机车上行时界面提示“下行”字符标示，并且图示为下行标志；

实时速度值：显示当前机车的行驶速度；通过分析GPS/BD系统数据，分析出当前电车的速度并显示；

当前区段限速值：此值指示允许当前机车行驶的最高速度；

当前里程坐标：有轨电车系统统一规定机车上行出发点为里程坐标零点，当前历程坐标显示机车实时距离出发点的距离；

超速报警：当机车当前速度超过规定的最高速度后，此信息将变为“已超速”字样，并且变为红色，提醒司机谨慎驾驶并减速行驶；

驾驶模式：显示当前电车处于何种驾驶模式之下；

命令执行状态：显示当前电车正在执行何种命令；

无线通信状态：显示3G和2.4G无线微波通信的连接状态；

日期信息：显示实时日期，格式为：年‐月‐日时：分：秒；

电车编号：显示本电车的车次，本车次对应唯一的电车编码(供数据筛选使用)；

本发明主要通过采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作保证了系统的安全性和可靠性。

Claims (8)

1.一种有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述控制方法采用GPS/BD双模定位系统和RFID标签/应答器主机两种方式协同工作；当RFID标签/应答器主机和GPS/BD两模块均正常工作或GPS/BD双模定位系统失效时，以RFID标签/应答器主机读取的数据为控制数据；当RFID标签/应答器主机工作模式失效时以GPS/BD双模定位系统的数据为控制数据；所述控制数据用于控制道岔和红绿灯。 

2.根据权利要求1所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，道岔前方和后方各一个，分别位于道岔的前方和后方各100米处； 

所述RFID标签位于电车运行侧轨道旁，红绿灯前方和后方各一个，分别位于红绿灯的前方和后方各100米处； 

标签应答器位于电车底部。 

3.根据权利要求2所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述RFID标签/应答器主机的定位方法为电车行驶经过标签时，标签应答器自动扫描安装于轨道旁的标签，然后将标签ID通过串口传送给车载系统； 

所述GPS/BD双模定位系统的定位方法为通过在数据库中建立每个RFID标签的唯一的位置信息，在电车行驶过程中，根据GPS/BD双模定位系统的位置信息实时判断当前电车位置是否处于标签范围之内；当行电车驶至标签范围内时，系统根据线路号和行驶方向通过查询数据库，查找此标签ID，然后将标签ID通过串口传送给车载系统。 

4.根据权利要求3所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述标签范围为±5米。 

5.根据权利要求3所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述控制道岔的方法为： 

(1)电车获得标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统； 

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，生成相应的控制命令； 

(3)电车通过Zigbee无线传输向前方道岔设备发送控制信息，控制此道岔位于定位或者反位位置； 

(4)信息发送后根据实时接收到的道岔设备反馈信息判断是否继续行驶； 

(5)如果反馈信息表明电车已经成功控制该道岔并且该道岔已经处于电车所控制的位置且该位置处于锁闭状态，则电车继续向前行驶；如果反馈信息显示电车没有成功控制此道岔，电车则减速直至停止； 

(6)当电车经过道岔检测到岔道后方的标签时，电车释放当前已经控制的道岔。 

6.根据权利要求5所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述道岔控制为独占控制，当一辆电车得到道岔控制权且没有释放之前，其余电车不能得到此道岔的控制权；当道岔处于未被控制的状态时，电车有权控制该道岔。

7.根据权利要求5所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

在电车扫描到道岔前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道岔设备持续发送控制信息；在扫描到道岔后方的RFID标签后，电车持续向道岔发送释放命令，当电车接收到成功释放道岔的信号后停止发送释放命令。 

8.根据权利要求3所述的有轨电车自动驾驶模式下的控制方法，其特征在于： 

所述控制红绿灯的方法为： 

(1)电车获得标签ID信息，然后将标签ID通过串口传送给车载系统； 

(2)车载系统根据标签ID查询数据库，生成要求通过道口的控制命令并且通过Zigbee设备向道口红绿灯设备发送控制信息； 

(3)电车自动判断道口红绿灯设备发回的反馈信息，如果此时反馈信息显示电车所控制的信号灯处于绿灯状态，则继续向前行驶；如果，此时电车所控制的信号灯处于红灯状态，系统发出减速停车的警告，此时人工干预减速停车等待；如果，电车在经过道口时，信号灯由绿灯变为红灯， 电车继续行驶； 

在电车扫描到道口前方的RFID标签后，系统通过Zigbee设备向道口设备持续发送控制信息；在扫描到道口后方的RFID标签后，电车持续向道口发送离去命令，当电车接收到道口设备反馈的成功离去信号后停止发送离去命令。