CN105936284B

CN105936284B - 铁路车辆的操作

Info

Publication number: CN105936284B
Application number: CN201610091386.0A
Authority: CN
Inventors: 河野敏明; 佐佐木浩人
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2036-02-18
Also published as: GB2536002B; US9937939B2; CN105936284A; JP6154929B2; JP2016159904A; US20160257324A1; GB2536002A; GB201503482D0

Abstract

提供了一种在形成一个或多个车辆路线的轨道网络上操作铁路车辆的方法，所述方法包括如下步骤：提供包括车辆的目前的轨道位置的车辆状态信息；提供将被车辆采取的路线；提供将车辆操作建议和/或要求与轨道位置和车辆路线关联起来的操作配置信息；根据车辆状态信息、将被车辆采取的路线和操作配置信息确定车辆的操作风险，每个操作风险为在给定的轨道区段或路线上的给定位置处未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性；以及基于操作风险为车辆的驾驶员生成报告通知，每个报告通知在其被驾驶员采取行动时减小未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性。

Description

铁路车辆的操作

技术领域

本发明涉及一种用于操作铁路车辆的方法和系统。

背景技术

高效的铁路车辆的操作强烈地受到铁路基础设施条件以及铁路网络上的其它因素影响。车辆驾驶员需要遵循为轨道的不同区段确定的操作要求或建议，并且由于例如轨道坡度降低了制动效率、滑的铁轨、由于恶劣天气导致的低能见度、暂时的速度限制等等，有时驾驶员需要特别注意特定的位置。该信息可被看作基于位置的操作配置信息。

通常地，为了提高车辆操作效率，已知类型的驾驶员辅助系统(Driverassistance systems，DAS)可被用来为铁路车辆的驾驶员提供驾驶速度建议。然而，即使使用这种系统，如果驾驶员不遵循这些建议，仍然有驾驶员出错的可能。此外，这种系统没有解决与车辆操作效率无关的由驾驶员导致的操作失误的更广泛的问题。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种在形成一个或多个车辆路线的轨道网络上操作铁路车辆的方法，所述方法包括如下步骤：

提供包括车辆的目前的轨道位置的车辆状态信息；

提供将被车辆采取的路线；

提供将车辆操作建议和/或要求与轨道位置和车辆路线关联起来的操作配置信息；

根据车辆状态信息、将被车辆采取的路线和操作配置信息确定车辆的操作风险，每个操作风险为在给定的轨道区段或路线上的给定位置处未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性；以及

基于操作风险为车辆的驾驶员生成报告通知，每个报告通知在其被驾驶员采取行动时减小未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性，其中报告通知可包括将来驾驶员可能导致的车辆操作故障和/或错误的风险。

因而，所述方法将基于位置的报告通知提供给铁路车辆的驾驶员，这可以辅助提高例如铁路操作的安全性、可靠性和乘客舒适度。

第一方面的方法可以具有下述可选的特征中的任一个特征，或者在它们是兼容的意义上具有下述可选的特征的任意组合。

车辆状态信息还可以包括车辆的目前的速度和/或车辆的目前的行进方向。

车辆状态信息还可以包括确认车辆控制的驱动(例如，车辆制动器、门等等的驱动)的指示器和/或车辆传感器的测量。

车辆操作建议可以包括沿车辆路线的优选的速度配置，例如为能量效率优化的。车辆操作要求可以包括例如对应于车站的网络上的位置处的车辆的门操作的要求。

所述方法还可以包括如下步骤：提供包括目前的网络信号位置和目前的网络速度限制的网络状态信息；其中当报告通知如果被驾驶员采取行动会与目前的网络信号位置和目前的网络速度限制冲突时，所述报告通知的生成被抑制。

所述方法还可以包括如下步骤：提供将前一次车辆操作的记录与轨道位置和车辆路线关联起来的过去的操作信息；其中还根据过去的操作信息确定车辆的操作风险。以这种方式，所述方法可以从在网络上运行车辆操作的累积的经验中获益。

操作配置信息可以包括沿车辆路线的优选的速度配置。在这种情况下，所述方法还可以包括：根据目前的轨道位置和优选的速度配置确定车辆的目前的速度目标；以及与报告通知的生成分开地将目前的速度目标显示给车辆的驾驶员。

可以在地面侧位置处确定操作风险，所述方法还可以包括将操作风险传送给车辆，并且可以在车辆上生成报告通知。

在第二方面中，本发明提供一种用于在形成一个或多个车辆路线的轨道网络上改善铁路车辆的操作的系统，所述系统包括：

获得包括车辆的目前的轨道位置的车辆状态信息的测量子系统；

存储将被车辆采取的路线的路线数据库；

存储将车辆操作建议和/或要求与轨道位置和车辆路线关联起来的操作配置信息的操作配置数据库；

第一处理器单元，用于根据目前的轨道位置、将被车辆采取的路线和操作配置信息确定车辆的操作风险，每个操作风险为在给定的轨道区段或路线上的给定位置处未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性；

第二处理器单元，用于基于操作风险为车辆的驾驶员生成报告通知，每个报告通知在其被驾驶员采取行动时减小未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性，其中报告通知可包括将来驾驶员可能导致的车辆操作故障和/或错误的风险；以及

驾驶员接口设备，用于将报告通知呈现给驾驶员。

因而，第二方面的系统与第一方面的方法对应。第一方面的方法的可选的特征形成第二方面的系统中的对应的可选的特征。

附图说明

现在将参照所附的附图通过示例描述本发明的实施例，在附图中：

图1示意性地示出用于铁路车辆的驾驶员的基于位置的报告系统的总览；

图2更详细地示出图1的系统的元件；

图3示出用于一轨道区段的理想的和实际的速度配置；

图4示意性地示出在相邻的轨道区段上的两个铁路车辆A和B；

图5示出当沿图4的轨道区段行进时车辆A的理想的和实际的速度配置；

图6示出通过图1和2的系统的基于位置的风险生成器进行风险的生成的流程图表；以及

图7示出通过图1和2的系统的报告生成器进行报告通知的实时的生成的流程图表。

具体实施方式

接下来的描述仅仅提供优选的示例性的实施例(或多个实施例)，并且并不意在限制本发明的范围、适用范围或构造。而是，对优选的示例性的实施例(或多个实施例)的接下来的描述将为本领域技术人员提供用于实施本发明的优选的示例性的实施例的可行性描述，应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以在元件的功能和设置方面作出各种改变。

在下面的描述中给出了具体的细节以提供对实施例的全面理解。然而，本领域技术人员应当理解，在没有这些具体细节的情况下可以实施所述实施例。例如，公知的电路、步骤、算法、结构和技术可以在没有不必要的细节的情况下示出，以避免使实施例含糊。

另外，应当注意实施例可以被描述为被图示为流程图表、流程图、数据流程图、结构图或方框图的步骤。虽然流程图表可以将操作描述为顺序的步骤，然而许多操作可以被平行地或同时地执行。此外，可以重新设置操作的顺序。当步骤的操作完成时步骤被终止，但是可以具有不包含在图中的附加的步骤。步骤可以对应于方法、功能、进程、子例程、子程序等等。当步骤对应于功能时，其终止对应于功能返回至调用功能或主功能。

如本文公开的，术语“计算机可读介质”可以表示用于存储数据的一个或多个设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性RAM、磁芯存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或用于存储信息的其它机器可读介质。术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定式存储设备、光存储设备、无线信道和能够存储、容纳或承载指令(或多个指令)和/或数据的各种其它介质。

此外，实施例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或它们的任意组合实施。当在软件、固件、中间件或微码中实施时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的机器可读介质中。处理器(或多个处理器)可以执行所述必要任务。代码段可以表示进程、功能、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类或指令、数据结构或程序语句的任意组合。代码段可以通过传递和/或接收信息、数据、命令行参数、参数或存储内容而与另一个代码段或硬件电路耦接。信息、命令行参数、参数、数据等等可以通过任何合适的方式传递、转递或传输，包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等等。

由于IT和通信系统的演变，铁路车辆状态监测系统(condition monitoringsystems，CMS)正在被更广泛地使用。然而，CMS也能够监测基础设施和驾驶员动作，不仅仅是车辆状态。此外，来源于CMS的数据允许识别操作和基础设施的风险，使得可以产生基于位置的风险数据库。可以以各种方式利用这种数据库以在铁路操作过程中提高安全性、可靠性和乘客舒适度。

特别地，能够根据由(i)车辆状态信息和(ii)将车辆操作建议和/或要求与轨道位置和车辆路线关联起来的操作配置信息产生的操作风险数据库为驾驶员提供基于位置的报告或教育系统。

图1示意性地示出所述系统的总览。左侧为系统的安装在铁路车辆上的元件。这些元件可以被复制在另一辆车辆上。右侧为系统的安装在地面侧的元件。图2更详细地示出系统的元件。

首先参考机载的元件，图1所示的控制单元1包括图2中的下述元件，即：报告生成器2、机载的基于位置的风险数据库(DB)3、机载的通信单元4和路线DB 5。

报告生成器2为驾驶员生成报告通知9，并且将它们发送给报告终端6。通知包括将来驾驶员可能导致的操作故障或错误的潜在风险。通知9由机载的基于位置的风险DB 3保持的信息形成。通知的形成还考虑诸如车辆的位置以及由路线DB 5获得的路线数据的信息。还可以考虑车辆的速度和方向以及来自信号指示和感知系统的限制。

定位器7确定车辆在其路线上的位置，例如通过GPS、基于轨道的应答器、摄像机、里程表或任何其它位置估计装置。CMS 10记录来自车辆的机载信息，例如感知数据、驾驶员操作数据、CCTV数据等等。定位器7和CMS 10的组合可被看作车辆状态信息测量子系统。报告终端6通过视觉显示或通过声音向驾驶员发出报告通知9。其还可以接受驾驶员的输入作为通知的接收确认。机载的基于位置的风险DB 3存储由系统的地面侧部分发送的基于位置的风险数据。机载的通信单元8在系统的机载部分和地面侧部分之间传送数据。信号指示和安全子系统向报告生成器2发送诸如速度限制和停止信号的操作限制。该限制可以通过包括在传统的信号指示和安全子系统中的传感器或通信系统获得。

转向地面侧元件，通信系统12与机载的通信单元8通信。状态监测DB 13保存由机载的CMS 10采集的状态数据和来自定位器7的位置信息。交通DB 14保存在目标区域内和附近的车辆的识别和移动记录以及该区域的信号指示和安全数据。其还可以存储过去的轨道网络记录。例如，记录可以包括诸如车辆类型、前一次的车辆位置、前一次的网络信号和限制等等的信息。在交通DB 14中的数据可以被定期地更新。操作配置DB 15存储将车辆操作建议和/或要求与轨道位置和车辆路线关联起来的数据。特别地，该DB可以存储理想的或正确的车辆操作的模式，例如在不同时期沿路线的最优模式。轨道DB 16存储路线和基础设施数据，例如信号位置。路线DB 17存储目标区域内的车辆的路线。来自该DB的对应的路线信息被发送给车辆的自身的机载路线DB 5。图1中所示的车辆状态和操作配置DB 20包括图2中的如下元件：状态监测DB 13、操作配置DB 15、轨道DB 16和路线DB 17。

基于位置的风险生成器18根据对应的车辆状态信息和对应的操作配置信息确定目标区域内的车辆的操作风险，操作风险为未来的车辆操作偏离操作配置DB 15中的操作配置信息的可能性。特别地，对于每个车辆，基于位置的风险生成器18可以使用来自状态监测DB 13、交通DB 14、轨道DB 16和路线DB 17的信息计算风险。然后该风险数据可以保存在可选的基于位置的风险DB 19中，以向前传输给机载的基于位置的风险DB 3。替代地，该风险数据可以被直接传输给机载的基于位置的风险DB 3。

接下来，解释系统的功能。CMS 10使用定位器7采集并记录车辆是如何被操作的，例如实际的速度、制动点、控制杆和按钮操作，车辆是如何与位置和时间信息关联的。位置数据包括行进方向和在轨道上的位置。地面侧的系统还可以被用于决定车辆的位置。CMS数据还可以包括来自信号指示和安全子系统11的信号指示和安全数据，对于不同的操作所述数据可以不同，即使位置相同。

采集的机载状态数据(例如，位置、行进方向、CMS数据)被通过机载的通信单元8发送给系统的地面侧的部分，所述机载的通信单元8可以基于例如移动电话通信、因特网、无线电和/或依靠存储卡或硬盘的离线数据采集。采集的速度数据的示例示出在表1中，并且采集的事件数据的示例示出在表2中(门释放操作)。

表1来自车辆的速度数据

表2来自车辆的事件数据

地面侧的系统从不同的车辆上接收采集的机载的状态数据，并将它保存在状态监测DB 13中。

与此同时，操作配置DB 15存储理想的或正确的车辆操作的模式。例如，该DB可以保存例如为能量效率而最优化的沿路线的优选的速度配置。示例示出在图3中。然而，例如由于驾驶员非理想的操作或者单独地强加的操作限制，在实践中可能没有实现这些配置。

表3操作配置数据(能量最优化的速度配置)

操作配置DB 15还可以存储其它操作配置，例如在车站处门的操作的模式，例如在表4中所示的。因而，在操作配置DB 15中，这些配置与轨道位置和路线有关。

表4操作配置数据(事件配置)

位置	操作
		车站A(线路A 31020-31120，向上)	释放门(左侧)
车站A(线路A 31020-31120，向上)	打开门(左侧)
		车站A(线路A 31020-31120，向上)	关闭并锁止门(左侧)

可以凭经验地或者不凭经验地确定该操作配置数据。因而，一种选择是手动地输入配置。例如，在车站处门释放的模式必须遵从可被手动地输入的固定的原则。另一种选择是通过机器学习确定配置数据。例如，可从实际的车辆运行结果获得能量有效的速度配置(例如参见WO2012/117070，在此通过引用并入本文中)。操作配置也可以以CMS数据为基础获得。例如，由于驾驶员的故障率通常较低，过去的操作的统计分析可以帮助确定正确的操作配置和/或可以从CMS数据自动提取正确的操作状态的顺序。

当车辆的操作偏离理想的或正确的操作被记录在操作配置DB 15中时，可以确定操作故障。此时，操作风险是操作故障的可能性。通过对比操作配置DB 15中的数据和记录在状态监测DB 13中的实际的操作，基于位置的风险生成器18为每一个类型的操作故障计算路线的区段的该风险。

一个示例为操作速度配置相对于理想的配置的偏离(超速)。表1示出用于实际车辆的运行的存储在状态监测DB 13中的速度配置。表3为鼓励驾驶员遵循的最优化的配置。能够计算这两种模式之间的差异。如图3所示，轨道可被分成小的区段(例如长度10m)和每个区段的理想速度组。通过插值采集的速度数据可以为每个区段绘制实际的速度数据。然后，每个区段的偏差可以被定义为理想速度和实际速度之间的速度差。图3中显示了在11600m区段处的偏差。可以为车辆的每个行程计算类似的偏差数据。然后可以为每个区段计算在时间窗口(例如最后一个月)上的平均偏差。能够排除在某些特殊的速度限制下的平均的采样车辆行程，例如由于天气条件、操作条件(例如，早前的火车的延误)、紧急制动的应用、车辆故障或其它原因。可以从信号指示和安全子系统11和/或记录在交通DB 14中的数据获得该排除数据。

如果偏差相对较大，那么能够推断给定区段具有较高的超速风险。例如，能够将平均偏差/理想速度的比率定义为超速风险的分数。以这种方式，我们可以定义如图5所示的超速风险。

表5基于位置的风险数据

另一个示例是门操作故障发生的风险(例如，错误的门被打开)。当车辆停在车站时，应该打开哪个门根据站台和车辆的布局(例如，站台在车辆的左/右侧，站台和车辆的长度)是预定的。但是偶尔驾驶员可能控制错误的门打开。由于对乘客有坠落到轨道上的危险，因而这是安全危机事故。通常地，现代火车具有阻止打开错误的门的系统，但是尽管如此过失地控制错误的门打开仍然不令人满意，因为它可能使驾驶员混乱并导致操作延迟。

这种过失有时由与位置有关的原因导致，例如相比路线上的其它车站短的站台、混乱的车站布局或在路线上仅有一个车站具有不同的打开侧。能够提前提供风险预警可以阻止安全危机事故或操作延迟。

通过对比表2中所示的事件数据和表4中所示的操作配置数据，能够计算在给定的轨道位置内的操作故障率。有各种方法来辨认操作故障。一种简单的方法将状态监测DB 13中的位置数据和事件数据关联，并将其与数据操作配置DB 15中的对应的操作配置进行对比。如果在操作配置中描述了相同的操作，那么系统将该事件归类为正确的。如果相反，那么系统将其归类为操作故障。通过计算在该位置的操作故障率，系统生成针对特定操作的基于位置的风险。表5在其最后一排包括了该结果。

对于速度配置，另一个示例是延迟与速度偏差之间的关系。与超速形成对照，比目标低的速度也可能成为问题，因为它可能导致延迟。

图4和5图示了该示例。考虑来自图4中的车辆A的数据。因为车辆B位于21000m和22000m之间，所以红色停止信号设置在21000m处。这迫使车辆A停在间距20000m至21000m之间。在21000m之后，对于车辆A，可以在间距21000m至22000m之间设置速度限制。表6示出来自状态监测DB 13的对应数据，表7示出来自轨道DB 16的对应数据，并且表8示出来自交通DB 14的对应数据。

表6位置和速度数据的示例

表7轨道数据的示例

表8交通数据的示例

图6示出通过基于位置的风险生成器18进行风险的生成的流程图表。前一个示例可以遵循相似的进程。在步骤4中，与超速的示例类似，用采集的车辆状态数据和操作配置数据计算距离目标速度的偏差。在步骤5中，风险生成器18引用状态监测DB 13和交通DB 14来确定是否有任何交通限制可能正在影响记录在状态监测DB 13中的数据，并且如果是，那么风险生成器18将这些采样从后续的处理中移除，因为它们的偏差不是由于驾驶员的错误。例如，当诸如由火车B导致的红色信号导致车辆在20000m至21000m的区段中欠速时采样可以被移除。所述采样可以或者通过来自火车B的状态数据被辨认出，或者被直接认作来自交通DB 14的红色信号的记录。

为了保持风险DB 19更新，当新的数据被记录在状态监测DB 13中、以定期的时间间隔和/或当路线或轨道的改变发生时实施所述计算。

风险数据被保存在基于位置的风险DB 19中，并且还被传输给车辆用于存储在机载的基于位置的风险DB 13中。根据服务计划预定车辆的路线。驾驶员在开始车辆操作之前输入该路线(或者通常地，仅仅从路线的选项中选择)，该路线被存储在机载的路线DB 5中。因此，能够预测何时和何地车辆将是沿着预定的路线，并且报告生成器2为驾驶员产生合适的并且及时的报告通知，以便减小车辆操作偏离操作配置信息的可能性。

图7示出通过报告生成器2进行报告通知(例如，过速)的实时的生成的流程图表。可以以定期的时间间隔执行该进程，例如每秒。在步骤1中，通过使用来自定位器7的当前位置和机载的路线DB 5中的路线数据获得路线的风险数据。在步骤2中，报告生成器2检查哪个风险数据需要报告通知。即，它检查是否车辆将在预定的时间或距离内经过风险位置。这些时间或距离可以通过报告生成器2的设置确定。在步骤3中，报告生成器2排除可能与目前的网络信号位置和目前的网络速度限制冲突的报告通知，如由信号指示和安全子系统11确定的。例如，如果速度限制在应有的位置上，那么超速风险的报告通知是无意义的。然后报告通知以视觉显示或声音的格式被生成，并且通过机载的计算机系统或其它驾驶员接口设备提供给驾驶员。能够将相邻轨道区段的风险组合成一个报告通知。

该系统可以与传统的DAS系统结合使用，用于为铁路车辆的驾驶者提供驾驶速度建议。在这种情况下，当操作配置信息包括沿车辆路线的优选的速度配置时，DAS系统可以从目前的轨道位置和优选的速度配置中确定车辆的目前的速度目标。目前的速度目标可以被传送给车辆。然后，目前的速度目标可以与报告通知的生成分开地被显示给车辆的驾驶者。

Claims

1.一种在形成一个或多个车辆路线的轨道网络上操作铁路车辆的方法，所述方法包括如下步骤：

提供包括车辆的目前的轨道位置的车辆状态信息；

提供将被车辆采取的路线；

基于操作风险为车辆的驾驶员生成报告通知，每个报告通知在其被驾驶员采取行动时减小未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性，其中报告通知包括将来驾驶员可能导致的车辆操作故障和/或错误的风险。

2.根据权利要求1所述的方法，其中车辆状态信息还包括车辆的目前的速度和/或车辆的目前的行进方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括如下步骤：

提供包括目前的网络信号位置和目前的网络速度限制的网络状态信息；

其中当报告通知如果被驾驶员采取行动会与目前的网络信号位置和目前的网络速度限制冲突时，所述报告通知的生成被抑制。

4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括如下步骤：

提供将前一次车辆操作的记录与轨道位置和车辆路线关联起来的过去的操作信息；

其中还根据过去的操作信息确定车辆的操作风险。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中操作配置信息包括沿车辆路线的优选的速度配置，并且所述方法还包括：

根据日前的轨道位置和优选的速度配置确定车辆的目前的速度日标；以及

与报告通知的生成分开地将目前的速度目标显示给车辆的驾驶员。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在地面侧位置处确定操作风险，所述方法还包括将操作风险传送给车辆，并且在车辆上生成报告通知。

7.一种用于在形成一个或多个车辆路线的轨道网络上改善铁路车辆的操作的系统，所述系统包括：

存储将被车辆采取的路线的路线数据库；

第二处理器单元，用于基于操作风险为车辆的驾驶员生成报告通知，每个报告通知在其被驾驶员采取行动时减小未来的车辆操作偏离操作配置信息的可能性，其中报告通知包括将来驾驶员可能导致的车辆操作故障和/或错误的风险；以及

驾驶员接口设备，用于将报告通知呈现给驾驶员。

8.根据权利要求7所述的系统，其中车辆状态信息还包括车辆的日前的速度和/或车辆的日前的行进方向。

9.根据权利要求7或8所述的系统，还包括：

提供包括目前的网络信号位置和目前的网络速度限制的网络状态信息的信号指示和安全子系统；

其中当报告通知如果被驾驶员采取行动会与目前的网络信号位置和目前的网络速度限制冲突时，所述报告通知的生成被第二处理器单元抑制。

10.根据权利要求7或8所述的系统，还包括：

存储将前一次车辆操作的记录与轨道位置和车辆路线关联起来的过去的操作信息的交通数据库；

其中第一处理器单元还根据过去的操作信息确定车辆的操作风险。

11.根据权利要求7或8所述的系统，其中操作配置信息包括沿车辆路线的优选的速度配置，并且所述系统还包括：

用于根据目前的轨道位置和优选的速度配置确定车辆的目前的速度目标的子系统；以及

用于与报告通知分开地将目前的速度目标显示给车辆的驾驶员的显示器。

12.根据权利要求7或8所述的系统，其中操作配置数据库和第一处理器单元位于地面侧，并且第二处理器单元位于车辆上，所述系统还包括用于将操作风险传送给车辆的通信装置。