CN105555636A - 用于确定轨道占用的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定轨道区段(B)的轨道占用的系统，包括第一和第二标签(1a，1b，2a，2b)，第一标签(1a，1b)安装在车辆(5)的前端(3)且第二标签(2a，2b)安装在后端(4)；第一和第二标签计数单元(8ˊ，9ˊ)，第一标签计数单元(8ˊ)安装在轨道区段(B)的一端且第二标签计数单元(9ˊ)安装在另一端，每个标签计数单元(8ˊ，9ˊ)包括两个标签读取器(10a，10b，11a，11b)以及计数装置(12a，12b，13a，13b)以用于增加或减少计数值；以及计轴评估器(ACE)，其连接至两个标签计数单元(8ˊ，9ˊ)的计数装置以取决于所述计数装置(12a，12b，13a，13b)的计数值而评估轨道区段(B)是空闲还是被占用。

Description

用于确定轨道占用的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定轨道内轨道区段的轨道占用的系统，所述系统包括第一标签和第二标签，每个标签包括转发器，例如RFID转发器，第一标签安装在车辆的前端并且第二标签安装在车辆的后端。

背景技术

这样的系统从文献US2011/0130899Al已知。

通常地，计轴系统被用于确定针对被导向车辆、例如列车的轨道占用。这样的计轴系统在http://www.thalesgroup.com/Portfolio/ Documents/FieldTrac6315AzLM/中公布，并且包括计轴评估器以及在轨道区段的每端处带有两个独立传感器的检测点。检测点的机构是基于电磁场被铁质车轮影响。检测点可通过时间序列检测车辆的方向，在所述时间序列中轴经过所述传感器。计数器取决于运动方向减少或增加。通过对随后检测点的计数值进行比较的安全关键计算机(计轴评估器)来确定轨道占用。现有的AzLM-Thales计轴系统能够进行轨道占用的安全检测。然而，该系统仅针对带有铁磁性车轮的车辆工作。

文献US2011/0130899Al公开了一种独立于车轮材料对被导向车辆的运动性质进行确定的系统。所述车辆包括至少四个成对布置的车载转发器。在轨道区段的每端处设置转发器读取器。地面计算器与转发器读取器通信并确定车辆的行驶方向和定向。由文献US2011/0130899Al已知的系统还适合于带有橡胶车轮的单轨以及并非在传统铁质车轮导轨上运动的车辆。然而，所描述的系统复杂并且耗成本，这是因为必须开发和授权新的评估软件以实现所需的安全完整性等级(SIL4或更佳)。

发明目的

因此本发明的目的是提供一种用于确定轨道占用的系统和方法，其能用于包括单轨的各种不同车辆并且在有关改进硬件和软件方面较省力。

发明内容

该目的通过根据权利要求1的系统以及根据权利要求10的方法实现。

本发明的系统包括第一标签计数单元和第二标签计数单元，所述第一标签计数单元安装在轨道区段的一端，所述第二标签计数单元安装在所述轨道区段的另一端。每个标签计数单元包括至少两个标签读取器用于检测转发器信号，所述标签读取器沿着轨道方向彼此分开。每个标签计数单元还包括至少一个计数装置，所述计数装置取决于所检测的转发器信号而增加或减少计数值。根据本发明，所述系统还包括计轴评估器，所述计轴评估器连接至两个标签计数单元的计数装置以取决于所述计数装置的计数值而评估所述轨道区段是空闲还是被占用。

本发明将标签检测与常用的计轴评估器结合，从而能够在针对不带有轴(例如悬浮铁路)车辆的系统中实施被证实的计轴评估程序和被证实的计轴评估硬件。这是通过本发明的对标准计轴系统的计数检测点进行模仿的标签计数单元实现的。

计轴评估器由现有的计轴系统、例如Thales的AzLM已知，并已被证实且构造成用于高安全完整性等级(SIL)。本发明对现有的工作部件进行使用从而减少有关改进和购买的成本。所述计轴评估器是安全计算机系统(尤其是SIL4系统)或重要的计算系统。计轴评估器接收来自标签计数单元的计数值。其构造成取决于针对随后轨道区段传递的计数值而确定轨道区段是否被占用。在随后轨道区段的标签计数单元的计数值相同的情况下，计轴评估器将轨道表示为“空闲”。在随后轨道区段的标签计数单元的计数值彼此不同的情况下，计轴评估器将轨道表示为“占用”。在故障的情况下(例如贯穿随后的轨道区段没有连续的计入或不计入)，计轴评估器将对应的轨道区段识别为“中断”。

与由文献US2011/0130899Al已知的系统相反，不需要标签的识别信息来确定轨道区段的状态。由于计轴单元仅增加或减少计数值，所以简单的系统设计就足够了。

在本发明的优选实施例中，标签计数单元的每个标签读取器设有单独的计数装置，并且计轴评估器连接至每个标签计数单元的所有计数装置。

优选地，每个标签读取器与所有计数装置连接以对所有计数装置的报告所有标签读取器处的标签检测。标签读取器其中之一一旦检测到标签，就通知相对应的标签计数单元的所有标签计数装置。一旦标签已被标签计数单元的所有标签读取器检测，标签就被计数，即计数值取决于标签的运动方向增加或减少。引发的计数值然后被传递至计轴评估器。标签计数装置由于冗余原因而优选经由单独的链路(例如以太网链路)将信息传递至计轴评估器。在计轴评估器内可执行一致性检查。

标签读取器沿着轨道、即沿着车辆在所述轨道上运动的运动方向彼此分开，但优选彼此接近，即几米或更少，优选是少于2米，优选在60厘米与100厘米之间。标签读取器沿着车辆运动方向的分开确保了经过标签的时移检测。藉此能确定标签是否进入或离开特定的轨道区段。两个标签读取器之间的最小距离由标签读取器的读取波瓣(readlobe，标签读取器能够检测到标签的区域)限定。两个标签读取器的读取波瓣和距离必须选择成使得读取波瓣不会完全地重叠，即两个标签读取器一定不会在同一时间点读取标签。应注意的是读取波瓣可被外部作用、例如天气条件影响，其已被考虑以确定标签读取器的距离。第一和第二标签读取器的读取波瓣的重叠应尽可能小以便确保被检测信号的分辨率，即区分哪个标签读取器首先检测到标签。两个标签读取器之间的距离可以如下方式固定，即经过两个标签读取器的一个车辆标签以以下方式检测：

·第一标签读取器将检测到所述标签同时第二标签读取器将不会检测到所述标签；

·第二标签读取器将检测到所述标签同时第一标签读取器仍检测到所述标签(重叠)；

·第二标签读取器仍将检测到所述标签同时第一标签读取器已失去所述标签。

经由该机构可分配运动标签的方向(从左至右或反过来)。所述方向限定了计数器将减少或增加。例如对于最大速度为60km/h的车辆而言，标签计数单元内标签读取器之间的距离为0.5米是适当的。

然而，如果每个标签设有能够有标签计数装置检查的个体代码(ID)则不必需要重叠。其使得标签计数装置能够确定标签的运动方向。因而，在本发明的特别实施例中，个体代码、例如个体数被分派给每个标签。所述代码可用于标签的注册和示踪。

优选的是，计数装置包括检查标签是否有效的器件。例如，如果标签已被注册，其可分类为“有效标签”。由外部干扰所产生的不期望的检测信号(例如由在车辆内传送的非系统标签引起的信号)可被识别且针对进一步处理被忽略。仅仅有效标签被计数。

在本发明系统的特别实施例中，刚好一个标签安装在前端且刚好一个标签安装在车辆的后端。然而，为了冗余性原因，另外的(冗余的)标签可设置在车辆的每端处。尽管如此本发明还可用于车辆每端处仅仅一个标签的情况。

优选的是，所述标签安装在车辆的同一侧。藉此标签读取器的读取波瓣可保持较小。因而，标签计数单元还可保持紧凑。

优选地，每个标签读取器的读取波瓣小于5米，尤其是小于1米。通过使用小的读取波瓣，可以将标签读取器彼此靠近地放置而没有损失所检测信号分辨率风险(读取波瓣没有完全重叠)地运行。也就是说，尽管一个标签计数单元的标签读取器靠近地放置，也能确定哪个标签读取器首先检测到所述标签。

优选地，读取波瓣选择成使得仅仅安装在车辆面向标签读取器那侧处的标签被检测。

在优选的实施例中，标签计数单元安装在轨道背离邻近导轨的那侧上。藉此确保一个轨道的转发器信号不被邻近轨道的轨道读取器检测。

被导向的车辆经常在线路A内运动，所述“线路”包括多个在允许车辆进入线路之前已被(例如通过互锁模块)评级为“空闲”的连续的轨道区段。在进入线路之前，建议检查标签是否恰当地工作。因此本发明系统的优选实施例包括至少三个测试计数单元，所述测试计数单元限制两个连贯的测试轨道区段，其中连贯的测试计数单元之间的距离小于第一标签和第二标签的距离。测试计数单元为如上所述的标签计数单元，其用于测试标签的成功操作。由于对测试计数单元距离的限制，后端处的标签和前端处的标签可在同一时间被分开地检查。

本发明还涉及一种使用根据前述权利要求中之一的系统来确定轨道内轨道区段的轨道占用的方法。本发明的方法包括：

·通过第一标签读取器和第二标签读取器检测处于轨道区段的第一端处标签的转发器信号，所述第一标签读取器和第二标签读取器在第一标签计数单元内彼此分开，

·借助于所述第一标签计数单元的计数装置确定被检测的转发器信号的时序，

·取决于被检测的转发器信号在时间上的顺序借助于所述计数装置增加或减少计数值，

·将增加或减少的计数值传递至计轴评估器，以及

·取决于安装在所述轨道区段第一端处的第一标签计数单元的被传递的计数值以及安装在所述轨道区段另一端处的第二标签计数单元的又一计数值而评估所述轨道区段是被占用还是空闲。

所述又一计数值在所述轨道区段另一端处的又一标签计数单元与所述第一标签计数单元的计数值类似地获得。

本发明的方法允许在不用确定车辆定向的情况下(与文献US2011/0130899A1已知的仅在区段每端包括一个读取器的系统相反，而是两对标签)评估轨道区段是空闲还是被占用。本发明只是独立于车辆定向地确定标签沿哪个方向运动(是进入还是移出轨道区段)。取决于哪个标签读取器首先检测到所述标签，计数器增加或减少。万一两个标签读取器在同一时间检测到标签(读取波瓣完全重叠)，则报告错误。

每次计数器增加或减少可执行计数值至计轴评估器的传递(触发式传递)。替代地，计数值可周期性地、例如每200毫秒地传递。

如果第一标签计数单元的计数值与第二标签计数单元的又一计数值一致(同样数量的标签已被计入特定的轨道区段并离开同一轨道区段)，则计轴评估器输出“轨道区段空闲”的信息。如果针对特定轨道区段的计数比随后(相对于车辆的运动方向)轨道区段的计数大(已被计入特定轨道区段的标签数量比已被计数离开同一轨道区段的标签数量大)，则计轴评估器输出“轨道区段被占用”的信息。如果针对特定轨道区段的计数比随后轨道区段的计数小，则计轴评估器为了安全原因而输出“轨道区段中断”的信息。

在本发明方法优选的变型中，执行验证程序以确定标签是否有效且无效标签被忽略以用于进一步处理。

有利地，为了评估所述轨道区段是被占用还是空闲，仅仅车辆的刚好一个第一标签和刚好一个第二标签的被检测标签信号可被考虑。尽管原则上对于本发明的方法而言需要车辆每端处仅仅一个标签的标签信号，但是为了冗余性原因可在车辆的每端处设置多个标签。

本发明的系统和方法设计成最大程度地使用现有的计轴评估器硬件和软件以便将针对电子互锁系统的研究和改进花费最小化。

进一步的优点可从说明书以及所附附图获得。上文和下文提及的特征可依据本发明地单独地或以任何组合集合地使用。提到的实施例不应理解为详尽的列举，而是具有针对本发明说明的示例性特征。

附图说明

本发明在附图中示出。

图1示出本发明系统的实施例；

图2示出本发明系统带有冗余计数装置的另一实施例；

图3示出本发明系统的实施例，其带有两个测试轨道区段以在进入路线之前测试标签。

具体实施方式

图1示出本发明系统的简单实施例，包括第一标签1和第二标签2，所述第一标签和第二标签分别安装在车辆5的前端3和后端4。在附图中，车辆5为在轨道6上沿轨道方向7运动的架空单轨，因而标签1、2安装在车辆5的顶部。应注意的是本发明的系统和方法也可实施于在包括两个导轨的轨道上运行的车辆，还实施于任何其它被导向的车辆。在列车于轨道的顶部上运动的情况下，标签优选安装在列车的底部或侧部。

在轨道6旁边安装多个标签计数单元8、9，每个标签计数单元8、9限制轨道区段A、B、C的一端。每个标签计数单元8、9包括两个标签读取器10a、10b、11a、11b，所述标签读取器沿着轨道方向7彼此分开一距离。当车辆5经过标签计数单元8、9的其中之一时，标签1、2被相继地检测，即首先被第一标签读取器10a、11a检测，接下来被各个标签计数单元8、9的第二标签读取器10b、11b检测。检测信息被发送至对应标签计数单元8的标签计数装置12、13。取决于所检测转发器信号的时序，标签计数装置使得计数值增加或减少。经由数据链路18，例如IP/UDP，标签计数装置12、13与计轴评估器ACE连接，所述计轴评估器基于不同标签计数单元的计数值而评估轨道区段是空闲还是被占用。

在图1中，车辆5的两个标签1、2经过第一标签计数单元8并且因此离开区段A且进入区段B。两个标签已经首先被第一标签读取器10a跟着被第二标签读取器10b检测。标签计数装置12因此为区段B增加计数值两次(替代地为区段A减少计数值)，表示两个标签已进入区段B并将计数值传递至计轴评估器ACE。从标签计数装置12至计轴评估器ACE的传递可例如经由IP/UDP在闭合网络内完成。由于两个相邻的区段A/B被标签计数单元8分开，所以计数值对于区段B而言被认为是“计算在内”的值且对区段A而言被认为是“不计算在内”的值。

为了评估轨道区段B的占用状态，计轴评估器ACE将第一标签计数单元8与第二标签计数单元9的限制了轨道区段B的计数值比较。针对图1中所示的示例，标签1、2还没有被第二标签计数单元13的标签读取器11a、11b检测。因而，第一标签计数单元12和第二标签计数单元13的计数值彼此不同并且计轴评估器ACE将占用消息发送至互锁模块IM。

图2示出本发明系统的优选实施例，其带有各自包括两个计数装置12a、12b、13a、13b的计数单元8'、9'。附加地，车辆设有冗余的标签1a、1b、2a、2b，即为了冗余原因在车辆的每端3、4安装两个标签1a、1b、2a、2b。因而，不论丢失或缺陷的标签，车辆5进入轨道区段A、B、C都能被检测。

标签la、lb、2a、2b的检测与图1类似地执行。一旦标签la、lb、2a、2b被第一标签计数单元8'的第一标签读取器10a检测，检测信号就被传递至第一标签计数单元8'的两个计数装置12a、12b。两个计数装置12a、12b确定是增加还是减少计数值(即在每个标签计数单元处每个标签被计数两次)。为此目的，两个标签计数模块(标签读取器和计数装置)经由内部链路14通信。于是形成两个计数值并传递至计轴评估器ACE。所述传递经由两个独立的数据链路18a、18b执行。计轴评估器ACE将标签计数单元8'的被接收的计数值在一致性方面相对彼此地比较。在不一致的情况下，标签计数单元被处理为故障并将状态设定至“占用”或“中断”。所述区段然后将被锁定用于进一步交通。为第二标签计数单元9'执行同一程序。

所述标签的基于标签计数单元8、8'、9、9'的硬件和软件可以安全完整性等级SIL0实现，而计轴评估器ACE和互锁模块IM必须符合SIL4要求。符合SIL4要求的计轴评估器和互锁模块已由计轴系统已知并且因此对于本发明的基于标签系统而言可以是再利用的。

由于标签计数单元被实施为SIL0模块，应考虑系统差错。有利地，执行以下差错处理：

·所使用的错误标签计数单元地址(ID)

每个标签计数单元设有独特的ID，所述ID与计数值一起传递至计轴评估器ACE。万一由于差错，标签计数单元使用另一标签计数单元的ID，则错误的轨道占用状态被分配。为了防止该情况，标签计数单元的ID可例如以CAE-时间加密。万一讹用的标签计数单元ID被计轴评估器接收，那么在将标签计数单元设定为故障状态之前可允许固定小数量的重新尝试。

·错误的标签计数

如果标签暂时地未启用或是标签计数单元没有正确地工作，那么会发生错误的标签计数。每个被标签计数单元N计数但没有被标签计数单元N+1计数的标签将导致与已计数标签的差别。即由标签计数单元N和N+1限制的轨道区段保持在“占用”状态。如果下一个标签计数单元N+2继而将检测完全数量的标签，则计轴评估器ACE会优选地将轨道区段N+1设定至“中断”状态，是因为相比于已被计入轨道区段n+1而言更多的标签已被计入轨道区段n+2。结果由标签计数单元N和N+2限制的轨道区段将保持在“占用/中断”状态。这将导致特别由车辆运动遵循的的操作行为以便再次检查恰当的计数。.

·丢失标签

另一种故障的情形会是标签丢失。这将导致一个轨道区段的剩余占用(假设所有标签已被读取至少一次)。运行器将通过认识到仅仅一个轨道区段保持占用而接下来的轨道区段通过车辆运动而变得空闲来识别这种情况。仍被占用的轨道可仅通过特别的程序、例如通过重新设定内部计数器并且执行测试车辆运动来释放。

·非有效标签读取

标签将在车辆上靠近标签读取器地安装。为了防止检测到非系统标签(例如在车辆内)，标签读取器的物理量(尤其是读取波瓣)可选择成仅仅读取与标签和标签读取器之间最小距离相对应距离内的标签。

替代地，标签可设有独特的代码。标签计数单元于是设置成验证所检测的标签是否处于有效标签代码的列表内。如果这是真的，那么标签将被处理(计数)；如果这并非是真的，那么标签将被忽略且标签计数单元将优选地进入故障模式，该故障模式将导致被对应标签计数单元分开的轨道区段的中断。不会有运行这些轨道区段的“线路”被允许释放。

图3示出了使用本发明的系统来测试标签的技术状况。在进入线路R之前，例如如果车辆5离开保持轨道H，则应确保标签la、lb、2a、2b恰当工作。因此建议的是提供至少两个连贯的测试轨道区段T1、T2，车辆5在所述测试轨道区段上运行以便进入线路R。每个测试轨道区段Tl、T2被测试计数单元15、16、17限制。在进入线路R之前，车辆5在信号/信标18上停止。测试轨道区段Tl、T2的长度配置成使得车辆5的前端3和后端4在同一时间无法定位在同一测试轨道区段T1、T2内(尤其是每个测试轨道区段T1、T2的长度小于前端标签1a、1b与后端标签2a、2b之间的距离)。运行器(或互锁模块IM)现在可检查计轴评估器ACE是否将两个测试轨道区段T1、T2都报告为被占用。如果这是真的，那么车辆5可开始运动进入线路R。万一没有测试轨道区段T1、T2或仅仅一个测试轨道区段T1、T2被报告为被占用，那么车辆5一定不可进入线路R。线路R的进入仅仅在两个测试轨道区段都被占用的情况下才被允许。为了确定测试轨道区段T1、T2是否被占用，检测车辆5前端3处的一个标签1a、1b以及后端4处的一个标签2a、2b就足够了。

附图标记列表

A、B、C轨道区段

ACE计轴评估器

IM互锁模块

Tl、T2测试轨道区段

1、la、lb第一标签

2、2a、2b第二标签

3前端

4后端

5车辆

6轨道

7轨道方向

8、8'标签计数单元

9、9'标签计数单元

10a、11a第一标签读取器

10b、11b第二标签读取器

12、12a、12b标签计数装置

13、13a、13b标签计数装置

14内部链路

16、16、17测试计数单元

18、18a、18b数据链路

Claims (13)

1.一种用于确定轨道(6)内轨道区段(B)的轨道占用的系统，所述系统包括：

第一标签(1，la，lb)和第二标签(2，2a，2b)，每个标签(1，la，lb，2，2a，2b)包括转发器，所述第一标签(1，la，lb)安装在车辆(5)的前端(3)并且所述第二标签(2，2a，2b)安装在所述车辆(5)的后端(4)；

第一标签计数单元(8，8')和第二标签计数单元(9，9')，所述第一标签计数单元(8，8')安装在所述轨道区段(B)的一端，所述第二标签计数单元(9，9')安装在所述轨道区段(B)的另一端，

每个标签计数单元(8，8'，9，9')包括至少两个标签读取器(10a，10b，11a，11b)以检测转发器信号，所述标签读取器(10a，10b，11a，11b)沿着轨道方向(7)彼此分开，

每个标签计数单元(8，8'，9，9')包括至少一个计数装置(12，12a，12b，13，13a，13b)以取决于所检测的转发器信号的时序增加或减少计数值；以及

计轴评估器(ACE)，其连接至两个标签计数单元(8，8'，9，9')的计数装置(12，12a，12b，13，13a，13b)以取决于所述计数装置(12，12a，12b，13，13a，13b)的计数值评估所述轨道区段(B)是空闲还是被占用。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，标签计数单元(8'，9')的每个标签读取器(10a，10b，11a，11b)设有单独的计数装置(12a，12b，13a，13b)，并且所述计轴评估器(ACE)连接至每个标签计数单元(8'，9')的两个计数装置(12a，12b，13a，13b)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每个标签读取器(10a，10b，11a，11b)与两个连接装置(12a，12b，13a，13b)连接以将在两个标签读取器(10a，10b，11a，l1b)处标签(1，la，lb，2，2a，2b)的检测报告给两个连接装置(12a，12b，13a，13b)。

4.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，每个标签(1，la，lb，2，2a，2b)已被分配个体代码。

5.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，所述计数装置(12，12a，12b，13，13a，13b)包括检查标签(1，la，lb，2，2a，2b)是否有效的器件。

6.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，刚好一个标签(1)安装在所述车辆的上游并且刚好一个标签(2)安装在所述车辆(5)的下游。

7.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，所述标签(1，la，lb，2，2a，2b)安装在所述车辆(5)的同一侧。

8.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，每个标签读取器(10a，10b，11a，l1b)的读取波瓣小于5米，尤其是小于1米。

9.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，所述标签计数单元(8，8'，9，9')安装在轨道(6)的背离邻近轨道的那一侧。

10.根据前述权利要求中任一所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少三个测试计数单元，所述测试计数单元限制两个连贯的测试轨道区段，其中连贯的测试计数单元之间的距离比第一标签和第二标签的距离小。

11.一种使用根据前述权利要求中任一所述的系统确定轨道(6)内轨道区段(B)的轨道占用的方法，所述方法包括：

通过第一标签读取器(10a)和第二标签读取器(10b)检测所述轨道区段(B)第一端处标签(1，la，lb，2，2a，2b)的转发器信号，所述第一标签读取器和第二标签读取器(10a，10b)在第一标签计数单元(8，8')内彼此分开，

借助于所述第一标签计数单元(8，8')的计数装置(12，12a，12b)确定被检测的转发器信号的时序，

取决于被检测的转发器信号的所述时序借助于所述计数装置(12，12a，12b)增加或减少计数值，

将增加或减少的计数值传递至计轴评估器(ACE)，以及

取决于在所述轨道区段第一端处安装的第一标签计数单元的被传递计数值和在所述轨道区段(B)另一端处安装的第二标签计数单元(9，9')的又一计数值而评估所述轨道区段是被占用还是空闲。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，执行验证程序以确定标签(1，la，lb，2，2a，2b)是否有效并且针对进一步处理忽略无效标签。

13.根据权利要求11至12的方法，其特征在于，为了评估所述轨道区段(B)是被占用还是空闲，仅仅车辆(5)的刚好一个第一标签(1，la，lb)以及刚好一个第二标签(2，2a，2b)的被检测标签信号被考虑。