CN104821093A - 一种公路高速轨道交通系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路高速轨道交通系统，包括车道、车载行驶控制器，车道的中心线上间隔设置多个引航道钉，车道两侧均设置导航道钉，车道两侧的导航道钉与车道中心线的距离相等，载行驶控制器通过CAN总线与车辆的方向机和电子控制单元连接，车载行驶控制器可向引航道钉和车道两侧的导航道钉发射无线电信号，并接收引航道钉和两侧的导航道钉反馈的无线电信号，它从根本上解决了现有公路车道标线和铁护栏由光学反射原理受人的因素和天气的可见度因素造成的交通事故的问题，并极大的提高了行驶速度，增强了安全性能，减少了公路建设的投资成本。

Description

一种公路高速轨道交通系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种道路交通设施和交通信号领域的公路交通系统，具体地说是一种公路高速轨道交通系统及实现方法。

背景技术

现有公路设施交通管理系统和安全保障系统主要是通过车道标线和铁护栏和反光发光道钉和轮廓标反光和反光路牌指示司机和路段限速等来预防交通事故的发生。但是，交通事故和交通堵塞一直是制约公路交通运输能力和安全的大问题，公路交通一方面受天气影响较大，在大雾、雨雪等能见度较差的天气条件下，驾驶员的可视距离大幅缩小，运输速率及运输安全性均会有所降低，另一方面，驾驶员抢行、超速、疲劳驾驶等主观因素也会对公路交通的运输速率和安全性带来潜在威胁。 为解决上述问题，技术人员提出了多种实现汽车自动驾驶的技术方案，这些技术方案有的借助公路标线实现车道自动保持、有的借助激光及反光设备实现自动纠正行驶方向、有的借助雷达设备检测前车距离实现自动车距保持、有的借助GPS导航设备实现自动沿预设路线行驶等，但这些技术方案均是对单一车辆的行驶状态进行控制，虽然在一定程度上能够避免车辆驶出车道、追尾等事故，但从根本上讲，这些技术方案仅是保障车辆行驶安全的辅助手段，无法从根本上避免交通事故的发生，也无法解决交通拥堵问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有公路车道标线和铁护栏由光学反射原理受人的因素和天气的可见度因素造成交通事故的问题，提供一种公路高速轨道交通系统及其实现方法，它能够在低可见度天气条件下，把道路设施产生的公路和车辆动态数据提供给行驶的车辆，使车辆按高速轨道交通规则生成车辆高速行驶曲线，也就是使各个车辆在保持安全车距和车速的配合下高速通行，从根本上避免交通事故的发生，并彻底解决交通拥堵问题，提高现有公路的运输能力。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种公路高速轨道交通系统，包括车道、车载行驶控制器，车道的中心线上间隔设置多个引航道钉，车道两侧均设置导航道钉，车道两侧的导航道钉与车道中心线的距离相等，载行驶控制器通过CAN总线与车辆的方向机和电子控制单元连接，车载行驶控制器可向引航道钉和车道两侧的导航道钉发射无线电信号，并接收引航道钉和两侧的导航道钉反馈的无线电信号，同时分析引航道钉和两侧导航道钉的无线电信号的场强大小，引航道钉内安装第一信息存储器，第一信息存储器上设置近场通讯单元，车载行驶控制器进入近场通讯单元的有效范围后，第一信息存储器可通过近场通讯单元向信息读取模块发送数据，车道外侧沿车道长度方向设置多个分段分组控制器，相邻分段分组控制器之间可进行数据传输，车载行驶控制器与临近的分段分组控制器之间可进行数据传输。车载行驶控制器和分段分组控制器内均嵌入数据储存器和非易失性内存器，数据储存器中存储了规则数据库，非易失性储存器存储了规则数据库的规则数据。车载行驶控制器通过数据线与显示模块连接。车载行驶控制器设置角速度传感模块，角速度传感模块通过数据线与数据处理模块连接。本发明所述车载行驶控制器的优选结构如下：车载行驶控制器包括数据处理模块和天线模组，天线模组包括信息读取模块、数据通讯模块、指令通讯模块、无线信号收发和场强分析模块。天线模组通过车辆CAN总线与数据处理模块连接，数据处理模块通过CAN总线与车辆的方向机和电子控制单元连接，无线信号收发和场强分析模块向车道两侧和中心的电子道钉发送无线电信号、接收车道两侧和中心的电子道钉反馈的无线电信号、分析两侧无线电信号的场强大小、进行数据预处理并将结果通过汽车CAN总线发送到数据处理模块，同时天线模组将引航道钉的电子轨道占用数据预处理结果直接通过数据通讯模块向临近的分段分组控制器发送数据，分段分组控制器将运算的结果通过天线模组的指令通讯模块向数据处理模块发送指令。

使用公路高速轨道交通系统实现全局的公路交通管理和车辆安全保护的方法，包括下述步骤：

      各分段分组控制器之间建立公路数据链，公路数据链全局内的分段分组装置通电建立网络运行获取整个数据链上的无线电场强变化数据。

      车载行驶控制器4通电启动后与临近的分段分组控制器之间建立车载数据链，同时与引航道钉建立引航数据链，并获取全局的引航数据链上的电子轨道占用变化数据；

      通过步骤①和步骤②获得的全局的无线电场强变化数据和电子轨道占用变化数据都与储存在非易失性内存的数据库定义的规则数据进行比较，规则数据库里定义了由公路数据链和车载数据链触发数据库运算的条件和事件，根据这些事件和条件触发产生了计算交通管理模块的数据和安全保护模块的数据。

      规则数据库的规则定义可以定义不同的交通状态条件，来改变全局的公路移动区段和车辆移动区段的分布和长度和速度，并可以定义不同的触发事件来改变不同的条件，例如，需要提高公路行驶速度，可以通过定义车辆的移动安全区段的长度条件，触发数据库功能来运算车辆行驶曲线。

      各个分段分组控制器的交通管理模块得到规则数据库生成的数据后，计算局部公路移动安全区段和间隔数据，并广播出去供车辆行驶控制器接收。

      各个分段分组控制器的安全保护模块得到规则数据库生成的全局轨道占用数据后，计算局部车辆移动安全区段和间隔数据，并广播出去供车辆行驶控制器接收。

      各个车辆行驶控制器通过移动车载数据链接收到交通管理模块发来的局部公路移动安全区段和间隔的新数据和公路安全保护模块发来的局部车辆移动安全区段和间隔数据，并触发本地数据库比较运算，产生新的局部移动安全区段和间隔的数据和区段内的行驶曲线。

使用公路高速轨道交通系统实现局部的公路移动安全区段内车辆移动安全区段的自动控制方法，包括下述步骤：

①在车辆上安装车载行驶控制器，载行驶控制器通过CAN总线与车辆的方向机和电子控制单元连接，在车道的中心线上间隔设置多个引航道钉，在车道两侧均设置导航道钉，车道两侧的导航道钉与车道中心线的距离相等，在车道外侧沿车道长度方向设置多个分段分组控制器；

②在步骤①设置的各引航道钉和导航道钉内的存储设备中分别写入该引航道钉和导航道钉的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据，在步骤①设置的各分段分组控制器中写入该分段分组控制器的控制区段内各引航道钉和导航道钉的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据；

③车辆准备驶入车道时，车载行驶控制器从临近的分段分组控制器下载其段内的引航道钉和导航道钉的位置数据、车道占用数据到本地的车载行驶控制器的规则数据库中，以此形成并显示虚拟的电子轨道和车道的标线，以及车道的占用情况，同时车载行驶控制器还从临近的分段分组控制器下载临近的公路移动安全区段的标识号和空闲区位和到达的时刻和行驶的速度，同时收到的公路安全保护模块前方车辆移动安全区段的标识号和空闲区位数据，此事件触发本地数据库计算本地新的车辆移动安全区段和行驶曲线数据，如果和有空闲区位，自动申请入轨授权；

④车辆得到授权后，驶入车道时，车载行驶控制器向车道内的引航道钉发送无线电信号，并从车道起始端的引航道钉开始依次接收各引航道钉反射的无线电信号，同时对引航道钉反射的无线电信号场强进行分析，根据场强变化判断出场强信号增强的方向，并以该方向引导车辆行驶；

⑤车辆驶入车道后，车载行驶控制器向车道两侧的导航道钉发送无线电信号，并接收车道两侧的导航道钉反射的无线电信号，同时分析两侧接收到的无线电信号的场强大小，如两侧无线电信号的场强一致，则判断此时车辆正沿车道的中心线行驶；如两侧无线电信号的场强不一致，则判断车辆此时已偏离车道的中心线，此时车载行驶控制器根据两侧无线电信号的差别计算出偏移量，并生成控制指令，纠正车辆行驶方向；防止车辆偏移轨道；

⑥车辆经过引航道钉时，该引航道钉的近场功能开启将内部存储的识别号、地理位置、数据发给车辆上的车载行驶控制器规则数据库DB，车载行驶控制器并将上述数据发送至临近的分段分组控制器规则数据库DB；生成了车辆定位标志和轨道占用事件；

      车辆占用轨道的变化事件立刻导致了公路数据链路上的无线电场强数据变化事件，这两个事件分别触发了数据库的两个不同的条件比较运算，产生了新的公路移动安全区段数据和新的车辆移动安全区段数据。

车载行驶控制器通过角速度传感模块记录当前实际坡度及实际航角，车辆经过引航道钉时，车载行驶控制器将角速度传感模块记录的角度信息与引航道钉发来的数据做对比，验证车辆是否按标准路线行驶，如实际航角与标准航角没有偏差，则保持当前行驶方向；如实际航角与标准航角有偏差，则判断车辆有偏离车道中心线的趋势，此时车载行驶控制器根据偏移角度生成控制指令，纠正车辆行驶方向。车辆的CAN总线将车辆当前行驶速度发送至车载行驶控制器，车载行驶控制器将车辆当前行驶速度发送至分段分组控制器，分段分组控制器将根据步骤⑤的位置数据及间隔时间得出的车辆行驶速度与CAN总线测得的车辆行驶速度进行加权计算，得到车辆精确的速度数据，该速度数据与引航道钉确定的精确地理位置数据通过计算可得到车辆当前准确的位移量，分段分组控制器通过该位移量可得到车辆当前的精确位置信息，并根据车辆当前的精确位置信息调整控制指令。

本发明的优点在于：从根本上解决了现有公路车道标线和铁护栏由光学反射原理受人的因素和天气的可见度因素造成的交通事故的问题，并极大的提高了行驶速度，增强了安全性能，减少了公路建设的投资成本；与现有的轨道交通相比，本发明从根本上改变了现有公路铁轨轨道交通和城市轨道交通轮轨式的机械原理单一模式，创造了一种无铁轨的公路电子轨道交通系统，他在不改变现有公路道路基础的前提下，半导体芯片代替了铁轨，且普通车辆代替了专用车辆，以极低成本，实现了普通车辆按轨道交通的高速行驶，极大的提高了运输能力，并避免了撞车、撞护栏、堵车事故和大雾天气等低可见度天气的影响，现有的城市轨道列车技术是不能脱离铁轨停站的，而电子公路轨道上的车辆是可以随时离开电子轨道停站，随时编组入轨，所以，在此方面电子公路轨道比轮轨轨道有更高的效率。

附图说明

图1是本发明的结构及连接关系示意图；

图2是本发明所述公路高速轨道交通系统的结构示意图；

图3是本发明所述公里高速轨道交通数据流程图。

具体实施方式

本发明所述的一种公路高速轨道交通系统包括车道1、车载行驶控制器4，车道1的中心线上间隔设置多个引航道钉2，车道1两侧均设置导航道钉3，车道1两侧的导航道钉3与车道1中心线的距离相等，载行驶控制器4通过CAN总线12与车辆的方向机和电子控制单元连接，车载行驶控制器4可向引航道钉2和车道1两侧的导航道钉3发射无线电信号，并接收引航道钉2和两侧的导航道钉3反馈的无线电信号，同时分析引航道钉2和两侧导航道钉3的无线电信号的场强大小，引航道钉2内安装第一信息存储器9，第一信息存储器9上设置近场通讯单元11，车载行驶控制器4进入近场通讯单元11的有效范围后，第一信息存储器9可通过近场通讯单元11向信息读取模块6发送数据，车道1外侧沿车道1长度方向设置多个分段分组控制器5，相邻分段分组控制器5之间可进行数据传输，车载行驶控制器4与临近的分段分组控制器5之间可进行数据传输。

车辆准备驶入车道1时，车载行驶控制器4与临近的分段分组控制器5之间建立车载数据链D2，车载数据链D2使车载行驶控制器4从临近的分段分组控制器5下载其控制区段内的公路移动安全区段A11数据和车辆移动安全区段B11数据，

车辆驶入车道1时，车载行驶控制器4向车道1内的引航道钉2发送无线电信号，并从车道1起始端的引航道钉2开始依次接收各引航道钉2反射的无线电信号，构成引航数据链D3，同时对引航道钉2反射的无线电信号场强进行分析，根据场强变化判断出场强信号增强的方向，并以该方向引导车辆行驶；

车辆驶入车道1后，车载行驶控制器4向车道1两侧的导航道钉3发送无线电信号，并接收车道1两侧的导航道钉3反射的无线电信号，构成两个导航数据链D4，D5，同时分析两侧接收到的无线电信号的场强大小，如两侧无线电信号的场强一致，则判断此时车辆正沿车道1的中心线行驶；如两侧无线电信号的场强不一致，则判断车辆此时已偏离车道1的中心线，此时车载行驶控制器4根据两侧无线电信号的差别计算出偏移量，并生成控制指令，纠正车辆行驶方向；防止车辆偏离轨道。

车辆经过引航道钉2时，车载行驶控制器4通过近场通讯单元11与引航道钉2建立定位数据链D6，该引航道钉2的近场功能开启将内部存储的识别号、地理位置、数据发给车辆上的车载行驶控制器4规则数据库DB，车载行驶控制器4并将上述数据发送至临近的分段分组控制器5规则数据库DB；生成了车辆定位标志和轨道占用事件101。车辆占用轨道的变化事件101立刻导致了公路数据链D1路上的无线电场强数据变化的事件100，这两个事件分别触发了数据库DB的两个不同的条件比较运算，产生了新的公路移动安全区段A11数据104和新的车辆移动安全区段B11数据103。

本发明通过无线电信号的场强大小判断车辆行驶位置，并及时对车辆行驶方向进行调整，可确保车辆始终沿着车道1的中心线行驶，避免车辆偏离车道，其中用于检测场强大小的无线电信号源也可用磁场信号源等通过信号大小能够判断距离的信号源替代，但无线电信号具有传输距离长、有较大的感应提前量、不容易受天气或物体干扰、可快速传输数据等优点，这是磁场信号源等其它信号源所不具备的，因此本发明所述导航道钉3通过无线电信号实现对车辆行驶轨迹的导航，并且在提供场强信号的同时，还能在无线电信号中携带导航道钉3的识别码、地理位置及路口位置等信息，便于车载行驶控制器4获得更多的路况和行驶数据，并帮助驾驶员选择行驶路线。

本发明中公路高速轨道交通系统存储器组成关系如下：车载行驶控制器4和分段分组控制器5内均嵌入数据储存器M1和非易失性内存器M2，数据储存器M1中的存储了电子轨道交通规则规则数据库DB，非易失性储存器M2存储了则数据库DB的规则数据RD。

本发明为了便于驾驶人员随时掌握道路实际交通状况、行驶指令等信息，可使车载行驶控制器4通过数据线与显示模块13连接。

本发明为增强分段分组控制器5的信号覆盖能力，可采用下述结构：相邻分段分组控制器5的数据接收范围和数据发送范围均至少有一半范围相互重叠。这种结构可确保车道1内任一位置均至少被2个分段分组控制器5的信号所覆盖，车辆可同时与临近的两个分段分组控制器5进行数据交换，避免车辆与分段分组控制器5进行数据交换过程中，车辆驶出分段分组控制器5的覆盖区域而导致信号丢失。

本发明为了进一步对车辆行驶方向实现精确控制，可在车载行驶控制器4设置角速度传感模块14，角速度传感模块14通过数据线与数据处理模块15连接。车载行驶控制器4通过角速度传感模块14记录当前实际坡度及实际航角，车辆经过引航道钉2时，车载行驶控制器4将角速度传感模块14记录的角度信息与引航道钉2发来的数据做对比，验证车辆是否按标准路线行驶，如实际航角与标准航角没有偏差，则保持当前行驶方向；如实际航角与标准航角有偏差，则判断车辆有偏离车道1中心线的趋势，此时车载行驶控制器4根据偏移角度生成控制指令，纠正车辆行驶方向。该结构可有效增加车辆行驶方向的校正频率和校正速度，及时防止车辆行驶方向出现大的偏差。

本发明所述车载行驶控制器4的优选结构如下：车载行驶控制器4包括数据处理模块15和天线模组20，天线模组20包括信息读取模块6、数据通讯模块7、指令通讯模块8、无线信号收发和场强分析模块10。天线模组20通过车辆CAN总线12与数据处理模块15连接，数据处理模块15通过CAN总线12与车辆的方向机和电子控制单元连接，无线信号收发和场强分析模块10向车道1两侧和中心的电子道钉发送无线电信号、接收车道1两侧和中心的电子道钉反馈的无线电信号、分析两侧无线电信号的场强大小、进行数据预处理并将结果通过汽车CAN总线12发送到数据处理模块15，同时天线模组20将引航道钉2的电子轨道占用数据预处理结果直接通过数据通讯模块7向临近的分段分组控制器5发送数据，分段分组控制器5将运算的结果通过天线模组20的指令通讯模块8向数据处理模块15发送指令。该结构可直接在现有车辆上安装，不需改变车辆结构的优点，当然本发明所述的车载行驶控制器4也可将各功能模块分散至车辆电路中的各个部分，集成在车辆的电子控制单元中，但需对现有车辆的电路结构进行改造。

使用公路高速轨道交通系统实现全局的公路交通管理和车辆安全保护的方法，包括下述步骤：

      各分段分组控制器5之间建立公路数据链D1，公路数据链D1全局内的分段分组装置5通电建立网络运行获取整个数据链上的无线电场强变化数据100。

      车载行驶控制器4通电启动后与临近的分段分组控制器5之间建立车载数据链D2，同时与引航道钉2建立引航数据链D3，并获取全局的引航数据链D3上的电子轨道占用变化数据101；

      通过步骤①和步骤②获得的全局的无线电场强变化数据100和电子轨道占用变化数据101都与储存在非易失性内存器M2的数据库定义的规则数据RD进行比较102，规则数据库DB里定义了由公路数据链D1和车载数据链D2触发数据库运算的条件和事件，根据这些事件和条件触发产生了计算交通管理模块S3的数据和安全保护模块S1的数据103。

      规则数据库DB的规则定义可以定义不同的交通状态条件，来改变全局的公路移动区段A11和车辆移动区段B11的分布和长度和速度，并可以定义不同的触发事件来改变不同的条件，例如，需要提高公路行驶速度，可以通过定义车辆的移动安全区段的长度条件，触发数据库功能来运算车辆行驶曲线。

      各个分段分组控制器5的交通管理模块S3的得到规则数据库DB生成的数据后，计算局部公路移动安全区段A11和间隔A01数据，并广播出去供车辆行驶控制器4接收。

      各个分段分组控制器5的安全保护模块S1得到规则数据库DB生成的全局轨道占用数据后，计算局部车辆移动安全区段B11和间隔B21数据，并广播出去供车辆行驶控制器4接收。

      各个车辆行驶控制器4通过移动车载数据链D2接收到交通管理模块S3发来的局部公路移动安全区段A11和间隔A01的新数据和公路安全保护模块S1发来的局部车辆移动安全区段B11和间隔B21数据，并触发本地数据库DB比较运算，产生新的局部移动安全区段B11和间隔B21的数据和区段内的行驶曲线VM1。

本发明是基于电子轨道的双系统管理，安全保护模块和交通管理模块同时嵌入在车载行驶控制器和分段分组控制器内。规则数据库分别嵌入这两个模块，并相互备份。在车载控制器上，当一个模块失效后，另一个模块仍能保存车辆正常控制行驶。

使用公路高速轨道交通系统实现局部的公路移动安全区段内车辆移动安全区段的自动控制方法，包括下述步骤：

①在车辆上安装车载行驶控制器4，载行驶控制器4通过CAN总线12与车辆的方向机和电子控制单元连接，在车道1的中心线上间隔设置多个引航道钉2，在车道1两侧均设置导航道钉3，车道1两侧的导航道钉3与车道1中心线的距离相等，在车道1外侧沿车道1长度方向设置多个分段分组控制器5；

②在步骤①设置的各引航道钉2和导航道钉3内的存储设备中分别写入该引航道钉2和导航道钉3的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据，在步骤①设置的各分段分组控制器5中写入该分段分组控制器5的控制区段内各引航道钉2和导航道钉3的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据；

③车辆准备驶入车道1时，车载行驶控制器4从临近的分段分组控制器5下载其段内的引航道钉2和导航道钉3的位置数据、车道占用数据到本地的车载行驶控制器4的规则数据库DB中，以此形成并显示虚拟的电子轨道和车道的标线，以及车道的占用情况，同时车载行驶控制器4还从临近的分段分组控制器5下载临近的公路移动安全区段A11的标识号和空闲区位和到达的时刻和行驶的速度，同时收到的公路安全保护模块S1前方车辆移动安全区段B11的标识号和空闲区位数据，此事件触发本地数据库DB计算本地新的车辆移动安全区段B11和行驶曲线数据VM1， 如果A11和B11有空闲区位，自动申请入轨授权；

④车辆得到授权后，驶入车道1时，车载行驶控制器4向车道1内的引航道钉2发送无线电信号，并从车道1起始端的引航道钉2开始依次接收各引航道钉2反射的无线电信号，同时对引航道钉2反射的无线电信号场强进行分析，根据场强变化判断出场强信号增强的方向，并以该方向引导车辆行驶；

⑤车辆驶入车道1后，车载行驶控制器4向车道1两侧的导航道钉3发送无线电信号，并接收车道1两侧的导航道钉3反射的无线电信号，同时分析两侧接收到的无线电信号的场强大小，如两侧无线电信号的场强一致，则判断此时车辆正沿车道1的中心线行驶；如两侧无线电信号的场强不一致，则判断车辆此时已偏离车道1的中心线，此时车载行驶控制器4根据两侧无线电信号的差别计算出偏移量，并生成控制指令，纠正车辆行驶方向；防止车辆偏移轨道；

⑥车辆经过引航道钉2时，该引航道钉2的近场功能开启将内部存储的识别号、地理位置、数据发给车辆上的车载行驶控制器4规则数据库DB，车载行驶控制器4并将上述数据发送至临近的分段分组控制器5规则数据库DB；生成了车辆定位标志和轨道占用事件101；

      车辆占用轨道的变化事件101立刻导致了公路数据链D1路上的无线电场强数据变化事件100，这两个事件分别触发了数据库DB的两个不同的条件比较运算，产生了新的公路移动安全区段A11数据104和新的车辆移动安全区段B11数据103。

整个全局系统就如此变化更新再变化再更新的运行。

本发明为了进一步对车辆行驶方向实现精确控制，可车载行驶控制器4通过角速度传感模块14记录当前实际坡度及实际航角，车辆经过引航道钉2时，车载行驶控制器4将角速度传感模块14记录的角度信息与引航道钉2发来的数据做对比，验证车辆是否按标准路线行驶，如实际航角与标准航角没有偏差，则保持当前行驶方向；如实际航角与标准航角有偏差，则判断车辆有偏离车道1中心线的趋势，此时车载行驶控制器4根据偏移角度生成控制指令，纠正车辆行驶方向。

本发明为使车载行驶控制器4能够获得更为精确的车辆位置信息，可采用下述方法：车辆的CAN总线将车辆当前行驶速度发送至车载行驶控制器4，车载行驶控制器4将根据步骤⑤的位置数据及间隔时间得出的车辆行驶速度与CAN总线测得的车辆行驶速度进行加权计算，得到车辆精确的速度数据，该速度数据与引航道钉2确定的精确地理位置数据通过计算可得到车辆当前准确的位移量，分段分组控制器5通过该位移量可得到车辆当前的精确位置信息，并根据车辆当前的精确位置信息调整控制指令。上述方法可使车载行驶控制器4在车辆行驶过程中持续判断车辆当前位置，提高车辆控制指令的精确程度，并且车辆每经过一个引航道钉2时就可对车辆速度信息进行一次精确修正，避免因精度问题带来的累计误差。

本发明本发明所述公路高速轨道交通系统通过利用公路数据链D1上的移动车载数据链D2的变化和无线电场强变化与电子道钉轨道占用空闲变化对比，以及其两者的时间差，通过这些变化的结果再与规则数据库DB综合运算实现的。是先在公路上虚拟出一种电子轨道，又再其上虚拟出移动行驶的安全区段实现了车辆按轨道规则运行的交通系统。他使整个路段全局的全部车辆按照设定的交通规则，生成多个虚拟的移动安全区段A11，使多组的车辆行驶在多个移动安全区段A11上，并统一他们的轨迹、分组、间隔，还要促使他们争用空闲空间，以达到即安全又高速的交通管理效果。

本发明所述公路高速轨道交通系统，简称为“高速轨道”，在技术上也称为“公路电子轨道交通”，代码符号为“HRT” (High-speed Rail Transit )。

Claims (9)

1.一种公路高速轨道交通系统，其特征在于：包括车道（1）、车载行驶控制器（4），车道（1）的中心线上间隔设置多个引航道钉（2），车道（1）两侧均设置导航道钉（3），车道（1）两侧的导航道钉（3）与车道（1）中心线的距离相等，载行驶控制器（4）通过CAN总线（12）与车辆的方向机和电子控制单元连接，车载行驶控制器（4）可向引航道钉（2）和车道（1）两侧的导航道钉（3）发射无线电信号，并接收引航道钉（2）和两侧的导航道钉（3）反馈的无线电信号，同时分析引航道钉（2）和两侧导航道钉（3）的无线电信号的场强大小，引航道钉（2）内安装第一信息存储器（9），第一信息存储器（9）上设置近场通讯单元（11），车载行驶控制器（4）进入近场通讯单元（11）的有效范围后，第一信息存储器（9）可通过近场通讯单元（11）向信息读取模块（6）发送数据，车道（1）外侧沿车道（1）长度方向设置多个分段分组控制器（5），相邻分段分组控制器（5）之间可进行数据传输，车载行驶控制器（4）与临近的分段分组控制器（5）之间可进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种公路高速轨道交通系统，其特征在于：车载行驶控制器（4）和分段分组控制器（5）内均嵌入数据储存器（M1）和非易失性内存器（M2），数据储存器（M1）中存储了规则数据库（DB），非易失性内存器（M2）存储了规则数据库（DB）的规则数据（RD）。

3.根据权利要求1所述的一种公路高速轨道交通系统，其特征在于：车载行驶控制器（4）通过数据线与显示模块（13）连接。

4.根据权利要求1所述的一种公路高速轨道交通系统，其特征在于：车载行驶控制器（4）设置角速度传感模块（14），角速度传感模块（14）通过数据线与数据处理模块（15）连接。

5.根据权利要求1、2、3或4任一项所述的一种公路高速轨道交通系统，其特征在于：本发明所述车载行驶控制器（4）的优选结构如下：车载行驶控制器（4）包括数据处理模块（15）和天线模组（20），天线模组（20）包括信息读取模块（6）、数据通讯模块（7）、指令通讯模块（8）、无线信号收发和场强分析模块（10），天线模组（20）通过车辆CAN总线（12）与数据处理模块（15）连接，数据处理模块（15）通过CAN总线（12）与车辆的方向机和电子控制单元连接，无线信号收发和场强分析模块（10）向车道（1）两侧和中心的电子道钉发送无线电信号、接收车道（1）两侧和中心的电子道钉反馈的无线电信号、分析两侧无线电信号的场强大小、进行数据预处理并将结果通过汽车CAN总线（12）发送到数据处理模块（15），同时天线模组（20）将引航道钉（2）的电子轨道占用数据预处理结果直接通过数据通讯模块（7）向临近的分段分组控制器（5）发送数据，分段分组控制器（5）将运算的结果通过天线模组（20）的指令通讯模块（8）向数据处理模块（15）发送指令。

6.使用公路高速轨道交通系统实现全局的公路交通管理和车辆安全保护的方法，其特征在于：包括下述步骤：

各分段分组控制器（5）之间建立公路数据链（D1），公路数据链（D1）全局内的分段分组装置（5）通电建立网络运行获取整个数据链上的无线电场强变化数据（100）；

车载行驶控制器4通电启动后与临近的分段分组控制器（5）之间建立车载数据链（D2），同时与引航道钉（2）建立引航数据链（D3），并获取全局的引航数据链（D3）上的电子轨道占用变化数据（101）；

通过步骤①和步骤②获得的全局的无线电场强变化数据（100）和电子轨道占用变化数据（101）都与储存在非易失性内存（M2）的数据库定义的规则数据（RD）进行比较（102），规则数据库（DB）里定义了由公路数据链（D1）和车载数据链（D2）触发数据库运算的条件和事件，根据这些事件和条件触发产生了计算交通管理模块（S3）的数据和安全保护模块（S1）的数据（103）；

规则数据库（DB）的规则定义可以定义不同的交通状态条件，来改变全局的公路移动区段（A11）和车辆移动区段（B11）的分布和长度和速度，并可以定义不同的触发事件来改变不同的条件，例如，需要提高公路行驶速度，可以通过定义车辆的移动安全区段的长度条件，触发数据库功能来运算车辆行驶曲线；

各个分段分组控制器（5）的交通管理模块（S3）的得到规则数据库（DB）生成的数据后，计算局部公路移动安全区段（A11）和间隔（A01）数据，并广播出去供车辆行驶控制器（4）接收；

各个分段分组控制器（5）的安全保护模块（S1）得到规则数据库（DB）生成的全局轨道占用数据后，计算局部车辆移动安全区段（B11）和间隔（B21）数据，并广播出去供车辆行驶控制器（4）接收；

各个车辆行驶控制器（4）通过移动车载数据链（D2）接收到交通管理模块（S3）发来的局部公路移动安全区段（A11）和间隔（A01）的新数据和公路安全保护模块（S1）发来的局部车辆移动安全区段（B11）和间隔（B21）数据，并触发本地数据库（DB）比较运算，产生新的局部移动安全区段（B11）和间隔（B21）的数据和区段内的行驶曲线（VM1）。

7.使用公路高速轨道交通系统实现局部的公路移动安全区段内车辆移动安全区段的自动控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

①在车辆上安装车载行驶控制器（4），载行驶控制器（4）通过CAN总线（12）与车辆的方向机和电子控制单元连接，在车道（1）的中心线上间隔设置多个引航道钉（2），在车道（1）两侧均设置导航道钉（3），车道（1）两侧的导航道钉（3）与车道（1）中心线的距离相等，在车道（1）外侧沿车道（1）长度方向设置多个分段分组控制器（5）；

②在步骤①设置的各引航道钉（2）和导航道钉（3）内的存储设备中分别写入该引航道钉（2）和导航道钉（3）的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据，在步骤①设置的各分段分组控制器（5）中写入该分段分组控制器（5）的控制区段内各引航道钉（2）和导航道钉（3）的识别号、地理位置、道路坡度、行驶标准航角数据；

③车辆准备驶入车道（1）时，车载行驶控制器（4）从临近的分段分组控制器（5）下载其段内的引航道钉（2）和导航道钉（3）的位置数据、车道占用数据到本地的车载行驶控制器（4）的规则数据库（DB）中，以此形成并显示虚拟的电子轨道和车道的标线，以及车道的占用情况，同时车载行驶控制器（4）还从临近的分段分组控制器（5）下载临近的公路移动安全区段（A11）的标识号和空闲区位和到达的时刻和行驶的速度，同时收到的公路安全保护模块（S1）前方车辆移动安全区段（B11）的标识号和空闲区位数据，此事件触发本地数据库（DB）计算本地新的车辆移动安全区段（B11）和行驶曲线数据（VM1）， 如果（A11）和（B11）有空闲区位，自动申请入轨授权；

④车辆得到授权后，驶入车道（1）时，车载行驶控制器（4）向车道（1）内的引航道钉（2）发送无线电信号，并从车道（1）起始端的引航道钉（2）开始依次接收各引航道钉（2）反射的无线电信号，同时对引航道钉（2）反射的无线电信号场强进行分析，根据场强变化判断出场强信号增强的方向，并以该方向引导车辆行驶；

⑤车辆驶入车道（1）后，车载行驶控制器（4）向车道（1）两侧的导航道钉（3）发送无线电信号，并接收车道（1）两侧的导航道钉（3）反射的无线电信号，同时分析两侧接收到的无线电信号的场强大小，如两侧无线电信号的场强一致，则判断此时车辆正沿车道（1）的中心线行驶；如两侧无线电信号的场强不一致，则判断车辆此时已偏离车道（1）的中心线，此时车载行驶控制器（4）根据两侧无线电信号的差别计算出偏移量，并生成控制指令，纠正车辆行驶方向；防止车辆偏移轨道；

⑥车辆经过引航道钉（2）时，该引航道钉（2）的近场功能开启将内部存储的识别号、地理位置、数据发给车辆上的车载行驶控制器（4）规则数据库DB，车载行驶控制器（4）并将上述数据发送至临近的分段分组控制器（5）规则数据库DB；生成了车辆定位标志和轨道占用事件（101）；

车辆占用轨道的变化事件（101）立刻导致了公路数据链（D1）路上的无线电场强数据变化事件（100），这两个事件分别触发了数据库（DB）的两个不同的条件比较运算，产生了新的公路移动安全区段（A11）数据（104）和新的车辆移动安全区段（B11）数据（103）。

8.根据权利要求7所述的使用公路高速轨道交通系统实现局部的公路移动安全区段内车辆移动安全区段的自动控制方法，其特征在于：车载行驶控制器（4）通过角速度传感模块（14）记录当前实际坡度及实际航角，车辆经过引航道钉（2）时，车载行驶控制器（4）将角速度传感模块（14）记录的角度信息与引航道钉（2）发来的数据做对比，验证车辆是否按标准路线行驶，如实际航角与标准航角没有偏差，则保持当前行驶方向；如实际航角与标准航角有偏差，则判断车辆有偏离车道（1）中心线的趋势，此时车载行驶控制器（4）根据偏移角度生成控制指令，纠正车辆行驶方向。

9.根据权利要求7所述的使用公路高速轨道交通系统实现局部的公路移动安全区段内车辆移动安全区段的自动控制方法，其特征在于：车辆的CAN总线将车辆当前行驶速度发送至车载行驶控制器（4），车载行驶控制器（4）将车辆当前行驶速度发送至分段分组控制器（5），分段分组控制器（5）将根据步骤⑤的位置数据及间隔时间得出的车辆行驶速度与CAN总线测得的车辆行驶速度进行加权计算，得到车辆精确的速度数据，该速度数据与引航道钉（2）确定的精确地理位置数据通过计算可得到车辆当前准确的位移量，分段分组控制器（5）通过该位移量可得到车辆当前的精确位置信息，并根据车辆当前的精确位置信息调整控制指令。