CN104973093A - 计算铁路车辆在铁路轨道上的位置范围的方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本身请涉及一种计算铁路车辆(2)在铁路轨道(4)上的位置范围的方法及相关装置。在本方法中，所述位置范围对应于所述轨道(4)介于前端与后端之间的区段，其特征在于，所述方法包括以下步骤：由所述轨道上的传感器(8)来识别被所述铁路车辆(2)占用的所述铁路轨道(4)的区块(6)；向地面计算机(12)发送被占用的区块(6)的标识符；以及由所述地面计算机(12)考虑到与所述被占用的区块(6)的标识符相关联的所述被占用的区块(6)的地理位置来计算所述铁路车辆(2)的位置范围(Sd)。

Description

计算铁路车辆在铁路轨道上的位置范围的方法及相关装置
技术领域
本发明涉及一种计算铁路车辆在铁路轨道上的位置范围的方法及相关装置，所述位置范围对应于前端与后端之间的轨道区段。
背景技术
本发明应用在铁路安全领域中，特别定应用在用于控制铁路交通的自动系统中。这样的系统例如为所谓的基于通信的火车控制系统(communication basedtrain control system,CBCTC系统)。
通常，对于在铁路轨道上环行的铁路车辆，车辆在该铁路轨道上的位置范围由该车辆上的车载计算机来确定。然后，车辆的位置范围例如经由无线电波被发送至地面上的中央计算机。地面上的计算机适用于接收多个铁路车辆的位置范围以及根据其他车辆的位置范围和轨道上存在的其他限制点对每个车辆的行驶或停止加以控制。例如，放置不当的开关将使得地面上的计算机对接近该开关的火车的停止加以控制。
本发明意义上的“位置范围”是指铁路轨道中可以以小于预定阈值的不确定度发现铁路车辆的区段。
车载计算机适于例如根据放置在铁路轨道上的信标来确定车辆的位置，并且信标在铁路轨道上的位置是事先已知的。更具体地，车载计算机根据上一个经过的信标的位置和车辆相对于该上一个信标的位移来确定铁路车辆的位置范围，所述位移例如由里程计来测量。
在某些情况下，车载计算机不能够以足够的精确度来计算铁路车辆的位置范围。这则被称为定位丧失。例如，在铁路车辆从上一个被检测信标起已经行进了大于或等于预定阈值的距离时，如果仍未检测到新的信标，则发生定位丧失。出于安全的原因，铁路车辆的控制系统会命令车辆停止。
在铁路车辆停止的情况下，已知可让操作员进行干预以手动操纵停止的铁路车辆并将其运送至下一个工作的信标，以使得车载计算机能够再次确定车辆的位置从而使得能够恢复到铁路车辆的自主及自动运行。
同样已知的是，在操作员已经检查到在他/她想要运送铁路车辆的方向上不存在障碍物时，允许远程操作员调遣铁路车辆。如前所述，一旦铁路车辆经过工作的信标，就进入自动运行。
然而，这样的方法无法完全令人满意。
实际上，这样的方式需要操作员的干预，这会导致与人为失误相关的意外。进一步地，这样的方法涉及铁路车辆的长时间停滞，例如停滞长达操作员进行干预的时间，这对于无驾驶员运输系统更为不利。这对交通的质量不利，尤其是对城市交通网络更是如此。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种对铁路车辆进行定位的方法，该方法使得铁路车辆能够安全且自动地运行，并且使得在定位丧失的情况下能够快速恢复铁路交通。
为此，本发明的目的为一种上述类型的方法，其中所述方法包括以下步骤：
由轨道上的传感器来识别被铁路车辆占用的铁路轨道的区块；
向地面计算机发送被占用的区块的标识符；以及
由地面计算机在考虑到与所述被占用的区块的标识符相关联的被占用的区块的地理位置的情况下计算铁路车辆的位置范围。
实际上，由地面上的计算机根据轨道上的传感器所提供的信息来计算铁路车辆的位置范围，使得即使在车载计算机不能计算定位时也能够对铁路车辆进行安全且自动的定位。
根据本发明的其他有利方面，本发明包括一个或多个以下特征，这些特征单独地或者根据任一技术上可能的组合进行考虑：
所述方法包括从所述铁路车辆的车载计算机向所述地面计算机发送由所述车载计算机确定的所述铁路车辆的位置范围的步骤，所述计算所述铁路车辆的位置范围的步骤也将由所述车载计算机确定的所述位置范围考虑在内；
用于计算位置范围的步骤包括：第一阶段和第二阶段，在第一阶段，将所述位置范围取值为由所述车载计算机确定的所述铁路车辆的位置范围，在第二阶段，所述位置范围的前端沿着所述铁路车辆的位移方向移动，直到到达所述被占用区块的一端为止，该端位于所述铁路车辆的前部；
所述位置范围的所述前端在多个连续的具有预定时长的计算周期期间移动一等于所述铁路车辆的速度与所述预定时长之积的距离；
所述方法还包括由所述地面计算机根据由所述车载计算机确定的所述铁路车辆的位置范围来计算所述铁路车辆的第二位置范围的步骤，该计算步骤包括：所述计算机对未授权所述铁路车辆超过的前极限位置进行确定的第一阶段，将所述第二位置范围取值为由所述车载计算机确定的所述位置范围的第二阶段，以及第二位置范围的前端移动直到到达所述前极限位置为止的第三阶段；
所述第二位置范围的所述前端在多个连续的具有预定时长的计算周期期间移动一等于所述铁路车辆的速度与所述预定时长之积的距离；
如果无法得到所述车辆的速度，则所述距离等于所述铁路车辆的最大速度与所述预定时长之积；以及
所述方法还包括计算所述铁路车辆的辅助范围的步骤，所述辅助范围等于第一位置范围与第二位置范围的交集。
进一步地，本发明的目的为提出一种用于计算铁路车辆在铁路轨道上的位置范围的装置，用于应用如上所限定的计算方法。
附图说明
通过以下仅作为非限定性示例并且参考附图给出的说明，本发明将被更好地理解，在附图中：
图1是能够应用根据本发明的定位方法的定位装置的示意图；
图2是铁路车辆的正常运行情况的示意图；
图3是根据本发明的定位方法的第一步骤的中间阶段的示意图；
图4是图3的步骤的最后阶段的示意图；
图5是根据本发明的定位方法的第二步骤的中间阶段的示意图；
图6是图5的步骤的最后阶段的示意图；
图7是定位装置的车载计算机重新服务之后用于定位铁路车辆的方法的第一步骤的示意图；
图8是图7中的步骤的后续步骤的示意图；
图9是图8中的步骤的后续步骤的示意图；以及
图10是图9中的步骤的后续步骤的示意图。
具体实施方式
在铁路轨道4上环行的铁路车辆2如图1所示。
通过一包括地面部件和车载部件的定位装置3来实现对铁路车辆2的定位。
“定位”是指计算铁路车辆2在铁路轨道4上的位置范围。
对于地面部件，铁路轨道4被细分为多个连续的区块6。每个区块用一标识符来标识，标识符与区块的地理位置相关联。
多个次级检测装置8也被称为轨道上的传感器，其沿铁路轨道4进行放置。每个次级检测装置8与一区块6相关联。例如，铁路轨道4包括第一区块6A、第二区块6B和第三区块6C，每个区块6A、6B、6C与一相应的次级检测装置8相关联。
每个次级检测装置8能够确定相应的区块6是空闲还是被占用。“被占用”是指至少部分地被铁路车辆2所占用的区块6。
次级检测装置8例如是轨道电路或车轴计数器。
每个次级检测装置8还被连接至地面计算机12用于向该地面计算机12发送与相应的区段6的被占用或空闲状态有关的信息。进一步地，每个次级检测装置8能够向地面计算机12发送相应的区块6的标识符。
对于车载部件，多个信标(未示出)沿铁路轨道4进行放置。信标沿铁路轨道4被连续地放置在预定的地理位置处。每个信标由单个信标标识符进行标识。
铁路车辆2包括至少一个信标传感器，即天线，其能够在接近信标时检测到信标的存在并且感测出与该检测到的信标有关的信息。优选地，信标能够将其信标标识符传达至铁路车辆2的信标传感器。
铁路车辆2还包括测量该铁路车辆2的位移、速度或加速度的仪器。测量仪器例如为里程计或加速度计。
进一步地，铁路车辆2包括车载计算机10。
测量仪器和信标传感器被连接至车载传感器10。
信标传感器能够向车载计算机10发送与检测到的信标有关的数据。特别地，信标传感器在铁路车辆2沿铁路轨道4进行位移期间能够向车载计算机10发送每个检测到的信标的信标标识符。
车载计算机10包括存储器，该存储器中存储有铁路轨道4的每个信标的信标标识符和地理位置。
车载计算机10能够将测量仪器实施的测量转化为铁路车辆2的位移和/或速度的测量值。例如，对于适于测量铁路车辆2的位移的测量仪器，车载计算机10能够通过位移相对于时间的微分来确定铁路车辆2的速度。例如，对于适于测量铁路车辆2的瞬时位移速度的测量仪器，车载计算机10能够通过铁路车辆2的速度相对于时间的积分来计算铁路车辆2所行进的距离。例如，对于适于测量铁路车辆2的瞬时加速度的测量仪器，车载计算机10能够通过铁路车辆2的加速度相对于时间的连续积分(successive integrations)来计算铁路车辆2的速度进而计算铁路车辆2所行进的距离。
车载计算机10还能够计算铁路车辆2的位置范围S0。如图2所示，范围S0对应于前端A0与后端Z0之间的区段。特别地，车载计算机10能够根据信标检测器所检测到的上一个信标的位置计算出铁路车辆2的范围S0。特别地，车载计算机10能够根据上一个检测到的信标的位置以及根据铁路车辆相对于所述上一个检测到的信标的位移来确定铁路车辆2的范围S0，位移由铁路车辆2的测量仪器进行测量或者由车载计算机10根据铁路车辆2的测量仪器所实施的测量加以计算。有利地，车载计算机10在计算范围S0的过程中能够考虑到与所使用的测量仪器的精确度有关的潜在误差容限，从而实现对位置范围S0的安全计算。例如，对于里程计，误差容限考虑到了铁路车辆2的车轮与铁路轨道4的铁轨之间的粘附系数，该系数不为100％。
车载计算机10还进一步能够在定位丧失的情况下产生警报信号。“定位丧失”是指根据车载计算机10所接收的数据无法以低于预定阈值的误差确定出铁路车辆2的位置范围S0的情形。车载计算机10例如被配置为，如果发现被检测到的信标的位置位于车载计算机10此时所计算的铁路车辆的位置范围S0之外时，生成警报信号。车载计算机10例如被配置为，在与检测到的上一个信标相距预定长度的位移的末端处未检测到信标时，生成警报信号。进一步地，车载计算机10例如被配置为，在同一时刻不同测量仪器的位移或速度测量值彼此不同时，生成警报信号。例如，当火车上有多个里程计装置时，如果一个里程计表明火车停止而另一里程计表明火车正在移动，则有可能生成警报。
有利地，车载计算机10还被配置为，在小于预定时长的时间间隔时长内铁路车辆2的完整性检测器检测到铁路车辆2丧失完整性时，生成警报信号。铁路车辆2在其位移过程中未丢失任何车厢，则认为该铁路车辆2是完整的。优选地，车载计算机10被配置为，在被从待机模式或熄灭模式设置为运行之后，发出警报信号。在这种情况下，当将车载计算机10设置为待机模式或熄灭模式时，地面计算机12将铁路车辆2相对于铁路轨道4的取向存储在存储器中，即，地面计算机12将铁路车辆2的行驶方向存储在存储器中。
车载计算机10能够与地面计算机12进行通信。车载计算机10和地面计算机12例如能够经由无线电波相互通信。
车载计算机10能够向地面计算机12发出车载计算机10计算出的铁路车辆2的上一位置范围S0。
车载计算机10能够向地面计算机12发出测量和/或计算出的位移值和速度值。
车载计算机10还能够向地面计算机12发出警告信号，该警告表明定位的丧失。
地面计算机12包括一存储器(未示出)，其中存储有与每个区段6的地理位置相关联的区段6的标识符。
地面计算机12能够计算针对铁路车辆2的前极限位置Amax和后极限位置Zmax。前极限位置Amax和后极限位置Zmax分别为：铁路车辆2下游的铁路轨道4的点和铁路车辆2上游的铁路轨道4的点，由地面计算机12给出的移动命令不允许铁路车辆2经过该两个点。在正常运行中，铁路车辆2的瞬时位置总是介于前极限位置Amax至后极限位置Zmax之间。
地面计算机12能够将前极限位置Amax和后极限位置Zmax重新发送至车载计算机10和/或铁路车辆2的控制系统(未示出)。极限位置Amax、Zmax对应于给予火车的最大移动授权。车载计算机10能够安全地确保这些位置从不会被铁路车辆2所超越。
前极限位置Amax取决于与在相关铁路车辆2下游发现的铁路车辆之间的间距。前限定位置Amax有利地位于铁路车辆2的下游，并且相对于铁路车辆2的前部的距离大于100m，优选地大于200m，优选地等于500m。
后限定位置Zmax有利地位于铁路车辆2的上游，并且相对于铁路车辆2的前部的距离小于100m，优选地小于50m，例如等于20m。
地面计算机12能够根据从车载计算机10、次级检测装置8接收的信息以及实际的地面计算机12所提供的极限位置Amax、Zmax来计算铁路车辆2的被称为“辅助范围”Sx的位置范围。如图1所述，辅助范围Sx包括前端Ax和后端Zx。
例如，地面计算机12能够在从车载计算机10处接收到警报信号的情况下计算铁路车辆2的辅助范围Sx。地面计算机12能够根据由车载计算机10所计算的铁路车辆2的上一位置、根据来自次级测量装置8的测量和/或计算出的位移和/或速度以及根据地面计算机12自身所提供的限制位置Amax和Zmax来计算铁路车辆2的辅助范围Sx。
地面计算机12能够向车载计算机10发送铁路车辆2的辅助范围Sx。
定位装置3能够根据车载计算机10和/或地面计算机12接收的数据来确定铁路车辆的范围S0和/或辅助范围Sx。
现在将描述定位装置3的操作。
在铁路车辆2的初始正常操作步骤期间，车载计算机不会丧失定位并且不会发送发出警报。车载计算机10确定铁路车辆2的位置范围S0。区间S0被称为铁路车辆2的“初始”范围。
在图2所示的示例中，铁路车辆2占用第二区块6B。因此，第二区块6B被占用而第一和第三区块6A、6C空闲。
在初始步骤结束时，发生了定位丧失。然后，车载计算机10发出针对地面计算机12的错误信号。车载计算机10还向地面计算机12发送定位丧失发生之前铁路车辆2的初始范围S0。进一步地，车载计算机10向地面计算机12发送铁路车辆2的位移的值和/或速度的值，该位移的值和/或速度的值分别通过位移测量仪器以及通过速度测量仪器进行测量。
然后，地面计算机12在方法的第一步骤期间计算第一辅助范围Sp，以及在定位方法的第二步骤期间计算第二辅助范围Sd。然后，地面计算机12计算辅助范围Sp和Sd的交集以确定辅助范围Sx，如图1所示。
在图4和图6中可分别看到第一辅助范围和第二辅助范围。第一辅助范围Sp包括前端Ap和后端Zp。第二辅助范围Sd包括前端Ad和后端Zd。
如图3和图4所示，地面计算机12根据初始范围S0以及根据前极限位置Amax和后极限位置Zmax来计算第一辅助范围Sp。
然后，将前端Ap取值为范围S0的前端A0。在多个连续的时长为T的计算周期内，地面计算机12对第一辅助范围Sp的点Ap的新位置进行(多轮)计算。特别地，在多个连续的计算周期期间，点Ap(在每个计算周期)在铁路轨道4上沿铁路车辆2的位移方向产生位移，位移的量等于计算时刻铁路车辆2的速度v乘以时长T。例如，在图3中，以及对于恒定速度为v的铁路车辆2，在为严格正整数的N个计算周期结束时，点Ap位于沿铁路车辆2的位移方向相对于范围S0的前端A0距离为N*v*T处。有利地，在由于铁路车辆2的不同测量仪器之间的测量不一致导致的定位丧失的情况下，所使用的速度v为铁路车辆2可达到的最大速度。
进一步地，将后端Zp取值为后极限点Zmax。
当第一辅助范围的点Ap达到前极限点Amax时，计算停止。
可替换地，一经第一计算周期，第一辅助范围Sp的前端和后端Zp就分别取值为前极限点Amax和后极限点Zmax。
如图5和图6所示，地面计算机12根据初始范围S0以及根据由次级检测装置8发送的并且与区块6的被占用或空闲状态有关的信息来计算第二辅助范围Sd。
在图2所示的示例中，在初始步骤结束时，第二区块6B被占用而第一和第三区块6A、6C空闲。
然后，将前端Ad取值为初始范围S0的前端A0。在多个连续的时长为T的计算周期内，地面计算机12计算第二辅助范围Sd的点Ad的新位置。特别地，在连续的计算周期内，点Ad在铁路轨道4上沿铁路车辆2的位移方向产生位移，位移的量等于计算时刻铁路车辆2的速度v乘以时长T。例如，在图5中，以及对于恒定速度为v的铁路车辆2，在为严格正整数的N个计算周期结束时，点Ad位于沿铁路车辆2的位移方向相对于初始范围S0的前端A0距离为N*v*T处。有利地，在由于铁路车辆2的不同测量仪器之间的测量不一致导致的定位丧失的情况下，所使用的速度v为铁路车辆2可达到的最大速度。
当第二辅助范围Sd的前端Ad达到当前被占用的区段与前方空闲区段的过渡时，即，在本示例中，处于第二区段6B与第三区段6C的过渡处时，计算停止。后端位置Zd被取值为当前被占用的区段与前方空闲区段的过渡，即，在本示例中，处于第二区段6B与第一区段6A的过渡处。
根据发生定位丧失的时刻铁路车辆2的瞬时位置，第二辅助范围Sd的计算结束时被占用的区段6与第二辅助范围Sd的计算开始时被占用的区段6相同或不同。
优选地并且如图6所示出的那样，在先前限定的计算结束时，前端Ad朝向前方被移动第一预定移位DA并且后端Zd朝向后方被移动第二预定移位DZ。对于每个次级检测装置8，在对铁路车辆2进入相应的区段2或者铁路车辆2离开相应的区段6进行检测的过程中，第一移位DA和第二移位DZ使得有可能考虑到可能的延迟。
第一移位DA有利地介于10m至400m之间，优选地介于50m至300m之间，例如介于100m至200m之间。
第二移位DZ有利地介于10m至200m之间，优选地介于20m至150m之间，例如介于30m至100m之间。
然后，地面计算机12计算辅助范围Sx。辅助范围Sx是第一辅助范围Sp与第二辅助范围Sd的交集。特别地，
Ax＝min(Ap,Ad)
Zx＝max(Zp,Zd)
然后，地面计算机12向车载计算机10发送辅助范围Sx。
一旦接收到辅助范围Sx，车载计算机10假定辅助范围Sx即为其当前的位置范围S0。车载计算机10不再发出任何警报信号。然后，铁路车辆2被允许重新在铁路轨道4上行驶。
有利地，车载计算机10向地面计算机12发出警报信号与车载计算机10从地面计算机12接收辅助范围Sx之间的时间段小于20秒，优选地小于10秒，优选地小于5秒。
如图7所示，在将处于待机模式或熄灭模式的车载计算机10被重新设置为运行的情况下，车载计算机10发出针对地面计算机12的表明定位丧失的警报信号。地面计算机12的存储器中事先已经存储了铁路车辆2相对于铁路轨道4的取向，即铁路车辆2的头部车厢(又被称为“前部”)关于尾部车厢的位置(又被称为“后部”)的相对位置。
在如图8所示的接下来的步骤中，地面计算机12根据之前描述的方法计算第二辅助范围Sd。特别地，第二辅助范围Sd的前端Ad的位置被取值为当前被占用的区段与前方空闲区段的过渡，即，在本示例中，处于第二区段6B与第三区段6C的过渡处。接下来，前端朝前移动第一预定移位DA。
在如图9所示的下一步骤中，地面计算机12确定铁路轨道4的点P的位置。根据铁路车辆2的取向，点P为位于第二辅助范围Sd的后端Zd的下游的点。点P在距后端Zd一距离L处，距离L等于铁路车辆2的长度。点P是铁路轨道4上可发现铁路车辆2的车头的最上游的点。
在如图10所示的下一步骤中，地面计算机12根据点P的位置来计算前极限Amax的位置。然后，地面计算机12向车载计算机10发送第二辅助范围Sd以及前极限Amax。
一旦接收到第二辅助范围Sd，车载计算机10将第二辅助范围Sd当作其当前的位置范围S0。车载计算机10不再发出任何警报信号。然后，铁路车辆2被允许在铁路轨道4上移动。

Claims (8)

1.一种用于计算铁路车辆(2)在铁路轨道(4)上的位置范围的方法，所述位置范围对应于所述轨道(4)介于前端与后端之间的区段，所述方法包括以下步骤：
由所述轨道上的传感器(8)来识别被所述铁路车辆(2)占用的所述铁路轨道(4)的区块(6)；
向地面计算机(12)发送被占用的区块(6)的标识符；以及
由所述地面计算机(12)在考虑到与所述被占用的区块(6)的标识符相关联的所述被占用的区块(6)的地理位置的情况下计算所述铁路车辆(2)的位置范围(Sd)，
其中，所述方法包括从所述铁路车辆(2)的车载计算机(10)向所述地面计算机(12)发送由所述车载计算机(10)确定的所述铁路车辆(2)的位置范围(S0)的步骤，所述计算所述铁路车辆(2)的位置范围(Sd)的步骤也将由所述车载计算机(10)确定的位置范围(S0)考虑在内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于计算位置范围(Sd)的步骤包括：第一阶段和第二阶段，在第一阶段，将所述位置范围取值为由所述车载计算机(10)确定的所述铁路车辆(2)的位置范围(S0)，在第二阶段，所述位置范围(Sd)的前端(Ad)沿着所述铁路车辆(2)的位移方向移动，直到到达所述被占用区块(6)的一端为止，该端位于所述铁路车辆(2)的前部。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述位置范围(Sd)的所述前端(Ad)在多个连续的具有预定时长(T)的计算周期期间移动一等于所述铁路车辆(2)的速度与所述预定时长(T)之积的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括由所述地面计算机(12)根据由所述车载计算机(10)确定的所述铁路车辆(2)的位置范围(S0)来计算所述铁路车辆(2)的第二位置范围(Sp)的步骤，该计算步骤包括：所述计算机(12)对未授权所述铁路车辆(2)超过的前极限位置(Amax)进行确定的第一阶段，将所述第二位置范围(Sp)取值为由所述车载计算机(10)确定的所述位置范围(S0)的第二阶段，以及第二位置范围(Sp)的前端(Ap)移动直到到达所述前极限位置(Amax)为止的第三阶段。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二位置范围(Sp)的所述前端(Ap)在多个连续的具有预定时长(T)的计算周期期间移动一等于所述铁路车辆(2)的速度与所述预定时长(T)之积的距离。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，如果无法得到所述车辆的速度，则所述距离等于所述铁路车辆(2)的最大速度与所述预定时长(T)之积。
7.根据权利要求2和4所述的方法，其中，所述方法还包括计算所述铁路车辆(2)的辅助范围(Sx)的步骤，所述辅助范围(Sx)等于第一位置范围(Sd)与第二位置范围(Sp)的交集。
8.一种用于计算铁路车辆(2)在铁路轨道(4)上的位置范围(S0)的装置(3)，用于应用根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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