CN106687352A - 具有无人驾驶车辆的引导铁路车辆以及方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于执行轨道养护操作的系统。所述系统包括引导车辆，所述引导车辆用于识别已经被预先标记进行轨道养护操作的铁轨区段。引导车辆进一步包括用于接收和发送预先标记的轨道区段的坐标的控制系统。所述系统进一步包括用于从控制系统接收所述坐标的至少一辆无人驾驶车辆，并且所述无人驾驶车辆具有用于对预先标记的轨道区段执行轨道养护操作的至少一个工作头部。

Description

具有无人驾驶车辆的引导铁路车辆以及方法

背景技术

铁路通常被构造为包括一对细长的基本上平行的铁轨，该对铁轨耦合到多个横向延伸的枕木。枕木设置在坚硬的颗粒材料(比如碎石)的道碴床上。随着时间的过去，铁路上的正常磨损需要养护，以使铁路可以被修复或更换。例如，道碴可能需要被夯实或压缩，以确保枕木(并且因此铁路)不会偏移并且正确安放。其他养护操作可能需要轨锁被拉紧或者枕木被更换或修复。

轨道养护操作目前需要受操作者控制的车辆来执行此类操作。例如，在枕木养护操作中，操作者视觉上识别将被工作的枕木，比如经由枕木上的涂料标记来识别。就这一点而论，需要人类操作者辨认需要被工作的枕木的随机图案。一旦将被工作的枕木已经被识别，操作者就启动与枕木修复操作相关联的工作头部。此类工作头部可以包括用于铁轨修复操作中的各种工作头部，包括道钉拔出器和轨锁挤压机。其他轨道养护操作类似地需要操作者识别将被工作的轨道区段。

考虑到每个机器都需要人类操作者，用于轨道养护操作中的受操作者控制的车辆是昂贵的。此外，在轨道养护操作中使用人类操作者是伴有安全风险的，因为在操作期间有时变得有必要让操作者从铁轨车辆上下来。因此，需要用于减少轨道养护操作所需的人类操作者的装置和方法。

发明内容

本公开涉及用于对铁路的区段或部分执行轨道养护操作(比如修复和/或更换操作)的轨道养护道班。在一个实施例中，轨道养护道班包括具有人类操作者的引导车辆以及用于执行轨道养护操作(比如枕木、轨锁和/或接头修复和夯实操作)的一辆或更多辆无人驾驶车辆。轨道的将被工作的部分是预先标记的，比如经由涂料等，操作者在操作期间视觉地识别轨道的此类部分。当识别到将被工作的轨道部分时，操作者以电子方式对将被工作的轨道部分进行标记，并且使用控制系统来将此类轨道部分的坐标发送到与引导车辆一起操作的一辆或更多辆无人驾驶车辆。无人驾驶车辆然后定位识别的轨道部分，并且执行轨道养护操作。

具体实施方式

根据本公开的具有无人驾驶铁路养护道班的引导铁轨车辆以及相关联的使用此类铁轨车辆对铁轨的部分进行工作的方法的各种实施方案被描述。然而，要理解，以下解释仅仅是示例性地描述本公开的装置和方法。因此，数种修改、改变和替换被构想。

参照图1，铁轨养护道班10被描述为包括引导车辆12以及用于执行轨道养护操作的一辆或更多辆无人驾驶车辆14。示例性轨道养护操作可以包括以下操作中的一个或更多个：道碴夯实、道钉拔出、道钉敲打、轨锁铺展、轨锁挤压、轨道稳定、枕盒悬吊、枕木抽取或其他养护操作。引导车辆12可以是被配置成沿着铁轨行进的任何类型的车辆。例如，引导车辆12可以具有简化的设计以降低成本。就这一点而言，在不需要液压装置的情况下，引导车辆12可以是小型的，并且只包括具有对车辆给予运动的传动装置和链传动轴的柴油机。在其他实施方案中，引导车辆12本身可以是具有执行轨道养护操作的工作头部的轨道养护车辆。虽然三辆无人驾驶车辆14被描绘，但是将意识到，一辆或更多辆无人驾驶车辆可以根据本公开与引导车辆12一起使用。

引导车辆12包括用于识别需要被无人驾驶车辆14工作的轨道区段的人类操作者。将被工作的轨道区段可能以前已经被识别，就这一点而论，包括帮助操作者识别将被无人驾驶车辆12工作的轨道区段的标记。例如，在图1中，某些枕木16已经被标记识别(被图示为加阴影的枕木)。在图1的实施方案中，涂料可能以前已经被涂覆到枕木16中的一些以向操作者提供将被工作的枕木的视觉指示。在其他轨道养护操作中，轨锁和其他轨道区段可以被标记以供无人驾驶车辆12工作。

引导车辆12包括一个或更多个轨道区段定位器18以及用于标测将被工作的轨道区段的编码器轮20。轨道区段定位器18可以为经由与枕木16或其他轨道区段相关联的金属枕木板或金属区段来识别该枕木或其他轨道区段的金属检测器的形式。编码器轮20提供可以用于确定引导车辆12行进的距离和/或车辆的速度的信息。在一些实施方案中，编码器轮20对每次旋转生成具有已知数量或模式的脉冲的信号。该信息可以被发送到控制系统，并且被用来确定特定引导车辆12从特定地点行进的距离或速度。

引导铁路车辆12包括操作者可以用来识别将被工作的轨道区段的计算机19，比如触摸屏计算机。在一个实施方案中，触摸屏计算机19包括显示器，并且提供供操作者与将进一步讨论的控制系统进行交互的用户界面。

引导车辆12进一步包括安放在操作者与轨道区段定位器18之间的识别器21(例如相机或传感器)，并且与操作者的视野(在以上实例中被描绘为“FOV”)基本上一致。识别器21可以是相机系统、激光测量系统或可以获得表示轨道区段的数据集的任何其他的系统。该数据集可以参照轨道的特定位置被记录，该特定位置是参照耦合到铁路的编码器轮20的。当识别器21与显示器上的轨道区段识别标识一致时，操作者可以以电子方式使用控制系统对该轨道区段进行标记。标记的轨道区段，例如枕木16，由此将被分配其坐标，这些坐标可以被控制系统保存，并且被无线地发送到引导车辆12后面的无人驾驶车辆14中的一辆或更多辆。

无人驾驶车辆14在接收器处接收坐标，该接收器可以形成引导车辆上所包括的控制系统的一部分。无人驾驶车辆14可以使用接收的坐标来识别引导车辆识别的将被工作的轨道区段。为了辅助此类识别，无人驾驶车辆14可以被配备一个或更多个轨道区段寻找器22以及编码器轮24。如以上所讨论的，当编码器轮24使用编码器轮的旋转识别行进的距离时，编码器轮24提供定位信息。以这种方式，无人驾驶车辆14能够识别引导车辆12传送的将被工作的轨道区段。

如可以意识到的，多辆无人驾驶车辆14可以与引导车辆12一起进行操作，由此形成执行轨道区段工作操作的无人驾驶轨道养护道班。通过提供具有多辆无人驾驶车辆14的一辆引导车辆12，引导车辆可以控制生产率，分配任务，并且将有效地利用一个操作者来监视并且控制一组无人驾驶车辆。因此，根据本公开的原理，可以以低成本、高效的方式执行轨道养护操作。

图2-3图示说明根据本公开的用于执行轨道养护操作的示例性无人驾驶车辆14。车辆14包括车辆主体32、推进装置34、工作头部组件36、定位器38以及相关联的编码器40。车辆主体32包括框架42以及耦合到车辆框架的多个铁轨轮44。车辆铁轨轮44被进一步构造为在铁轨上方行进。车辆推进装置34被构造为沿着铁轨推进车辆14。

在一些实施方案中，车辆编码器40可以被固定到车辆主体32(如图1中所描绘的那样)，并且被作为被构造为或者被耦合到在铁轨之一上方滚动的轮来提供(如图2-3中所描绘的那样)。用于编码器40的其他部位被构想，比如在铁轨轮44之一的轮毂内，或者被安放成在铁轨轮33之一上方滚动，被附连到车辆14的轴。车辆编码器40提供可以被用来确定无人驾驶车辆14移动的距离和/或无人驾驶车辆的速度的信息。车辆编码器40生成与车辆14的距离或速度具有使得该距离和/或速度可以被确定的关系的信号。例如，编码器40可以具有已知直径，并且为每次旋转生成具有已知数量或模式的脉冲的信号。由此，通过对脉冲进行分析，车辆主体32从特定地点行进的距离和/或速度可以被确定。因为铁路轮44的直径一般是固定的，所以如果车辆主体行进的距离或速度是已知的，则另一个参数可以被确定。

轨道区段定位器38被设于无人驾驶车辆14的向前行进方向上、工作头部36的前面，并且可以被设于无人驾驶车辆的前端。在一些实施方案中，轨道区段定位器38被设在在车辆主体32的前面延伸的延伸部分上。两个轨道区段定位器38可以被安放在无人驾驶车辆14上，例如，其中，一个被安放在每个铁轨上方以使得轨道区段定位器38可以检测轨道区段是否是歪斜的。轨道区段定位器38离车辆主体32、更具体地说离车辆工作头部36具有可确定的距离。在一些实施方案中，在轨道区段定位器38与工作头部36之间的距离已知的情况下，轨道区段定位器38可以具有固定距离。在其他实施方案中，轨道区段定位器38可以具有相对于工作头部36的相对位置。例如，轨道区段定位器38和/或工作头部36可以适于升高和降低。通过紧靠具有已知几何特性的一个限位器或多个限位器安放轨道区段定位器38和/或工作头部36，所述距离可以被确定。在所述距离基于轨道区段定位器38和/或工作头部36的位置的测量(比如来自换能器的测量)确定的情况下，所述距离也可以是可变的。

轨道区段定位器38可以是可以定位轨道区段的任何装置，比如可以检测枕木板或其他轨道区段的金属检测器或者可以识别枕木板或其他轨道区段的光检测器或雷达。就金属检测器来说，当此类检测器在枕木板(并且因此枕木12)的中间上时，该检测器可以记录峰值，因为枕木板16可以从枕木12的向前的一侧延伸到枕木12的向后的一侧。

因为轨道区段定位器38与工作头部36之间的距离可以被确定并且无人驾驶车辆14的速度可以被确定，所以工作头部36相对于枕木的地点由此可以被确定。在一些实施方案中，使用部件(比如无人驾驶车辆14)与将被工作的轨道区段之间的相对位置，而不参考无人驾驶车辆的速度。无人驾驶车辆14因此可以在来自操作者的输入很少或者在没有来自操作者的输入的情况下确定工作头部36何时被安放在轨道区段上方来执行轨道操作。

在一些实施方案中，无人驾驶车辆14包括设置在车辆的前部或者车辆的前部附近以用于对铁路的堵塞进行扫描的附加仪器，比如雷达。以这种方式，此类雷达可以识别堵塞，并且用信号向无人驾驶车辆通知停止操作，直到此类堵塞被清除为止。

参照图4，用于实现本公开的原理的示例性处理流程图被指定为标号50。在步骤52，预先标记将被工作的轨道区段(比如使用涂料等)以向引导车辆12的操作者提供识别将被无人驾驶车辆14工作的铁轨区段的视觉识别标识。一旦轨道区段被预先标记，就在步骤54中，使引导车辆12沿着铁轨前进，并且操作者使用视觉识别标识、连同识别器21来识别将被工作的轨道区段。当识别器21与显示器上的轨道区段识别标识一致时，操作者可以以电子方式使用控制系统对轨道区段进行标记。标记的轨道区段，例如枕木16，由此将被分配它的坐标(步骤56)，这些坐标可以被控制系统保存，并且被无线地发送到引导车辆12后面的无人驾驶车辆14中的一辆或更多辆(步骤58)。使用该信息，引导车辆12后面的无人驾驶车辆14然后可以执行引导车辆指示的适当的轨道养护操作(步骤60)。

参照图5，如本文中所描述的控制系统70可以采取包括处理器71的计算机或数据处理系统的形式，处理器71被配置成执行存储在存储器72中的用于执行本文中所公开的处理中的一个或更多个的目的的至少一个程序。处理器70可以被耦合到通信接口74以接收远程感测数据并且将指令发送到分布在全部无人驾驶车辆14上的接收器，包括与工作头部相关联的接收器。处理器70还可以经由输入/输出块76接收和发送数据。除了存储用于所述程序的指令，存储器72还可以存储本文中所描述的技术所涉及的初始数据集、中间数据集和最终数据集。除了其其他特征之外，控制系统可以包括显示接口78以及与引导车辆12相关联的显示器80，显示器80显示如本文中所描述的那样产生的各种数据。将意识到，图5所示的控制系统本质上仅仅是示例性的，而非本文中所描述的系统和方法的限制。

虽然上面已经描述了具有无人驾驶车辆的引导铁轨车辆以及相关的使用车辆的方法的各种实施方案，但是应理解，它们仅仅是作为实例呈现的，而非限制。例如，虽然从引导车辆接收指令的车辆被描述为无人驾驶车辆，但是在一些实施方案中，一辆或更多辆后面的车辆可以是可以基于从引导车辆接收的指令自动地停止和执行轨道养护操作的受操作者控制的车辆。此外，虽然将被工作的轨道区段上的涂料或其他视觉标记已经被描述为对于引导车辆的操作者是可见的，但是在一些实施方案中，RFID标签可以被放置在此类轨道区段上。在此类实施方案中，RFID标签对于操作者可以是不可见的，而是被设置在引导车辆上的RFID标签读取器检测。由此，本公开的广度和范围不应由上述任一示例性实施方案限制，而是应仅根据权利要求书及其等同形式限定。而且，以上优点和特征是在所描述的实施方案中提供的，但不应使权利要求书的应用限于实现以上优点中的任何一个或全部的处理和结构。

此外，本文的段落标题是被提供来与根据37CFR 1.77的建议的一致性，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个发明。具体地并且作为示例，尽管标题指“技术领域”，但是权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的技术领域。进一步，“背景技术”部分中的技术的描述不是要被解读为承认该技术是该公开中的任意一个或多个发明的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个发明的特征描述。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个发明，以及它们的等同形式。在所有例子中，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文中所列的标题限制。

Claims (16)

1.一种用于执行轨道养护操作的系统，所述系统包括：

引导车辆，所述引导车辆用于识别已经被预先标记进行轨道养护操作的铁轨区段，所述引导车辆具有用于接收和发送所述预先标记的轨道区段的坐标的控制系统；以及

至少一辆无人驾驶车辆，所述至少一辆无人驾驶车辆用于从所述控制系统接收所述坐标，所述无人驾驶车辆具有用于对所述预先标记的轨道区段执行轨道养护操作的至少一个工作头部。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述引导车辆进一步包括轨道区段定位器以及设置在所述轨道区段定位器与所述引导车辆的操作者之间的识别器，所述识别器与所述操作者的视野基本上一致。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述识别器是相机或传感器。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括用于从所述控制系统接收所述坐标的接收器。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括多辆无人驾驶车辆，每辆无人驾驶车辆从所述控制系统接收识别将被工作的轨道区段的坐标。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述引导车辆包括用于确定所述引导车辆行进的速度或距离的编码器轮。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括用于确定所述无人驾驶车辆行进的速度或距离的编码器轮。

8.一种用于执行轨道养护操作的系统，所述系统包括：

引导车辆，所述引导车辆用于识别已经被预先标记进行轨道养护操作的铁轨区段，所述引导车辆具有用于接收和发送所述预先标记的轨道区段的坐标的控制系统，其中所述引导车辆进一步包括轨道区段定位器以及设置在所述轨道区段定位器与所述引导车辆的操作者之间的识别器，所述识别器与所述操作者的视野基本上一致；以及

至少一辆无人驾驶车辆，所述至少一辆无人驾驶车辆用于从所述控制系统接收所述坐标，所述无人驾驶车辆具有用于对所述预先标记的轨道区段执行轨道养护操作的至少一个工作头部。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述识别器是相机或传感器。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括用于从所述控制系统接收所述坐标的接收器。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括多辆无人驾驶车辆，每辆无人驾驶车辆从所述控制系统接收识别将被工作的轨道区段的坐标。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述引导车辆包括用于确定所述引导车辆行进的速度或距离的编码器轮。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一辆无人驾驶车辆包括用于确定所述无人驾驶车辆行进的速度或距离的编码器轮。

14.一种用于执行轨道养护操作的方法，所述方法包括：

预先标记将被工作的轨道区段；

使引导车辆沿着所述轨道前进，所述引导车辆具有用于识别预先标记的将被工作的所述轨道区段的识别器；

识别将被工作的所述轨道区段的坐标；以及

将所述坐标无线地发送到所述引导车辆后面的一辆或更多辆无人驾驶车辆。

15.如权利要求14所述的方法，其中识别将被工作的轨道区段的坐标的步骤包括当来自所述识别器的输入指示在预先标记的轨道区段上方存在指示器时使用计算机分配坐标。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括在所述引导车辆上提供轨道区段定位器，其中所述识别器被设置在所述引导车辆的操作者与所述轨道区段定位器之间，并且与所述操作者的视野基本上一致。