CN109131449B - 故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统，包括RFID信息标签模块、RFID阅读器、红外发射器及红外传感器，通过使用RFID技术进行行驶区间内的车辆多重定位，不仅能够在列车行驶时检测到列车的位置信息、推算出行驶的速度、车辆行驶方向，还可以在列车通过后推算出列车行驶加速度，较为准确的评判出列车的动态运行状态，保证线路运输安全，实现列车安全间隔控制；同时采用红外感应技术和RFID技术共同完成停车定位操作，使列车在信号系统故障环境下能够及时将信息传给工作人员，降低信号系统故障带来的影响和损失，使列车停车进站较为准确，满足轨道交通企业对定位设备布设的实际需求。

Description

故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统及其方法

所属领域

本发明属于城市轨道交通智能化技术，具体涉及故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统及其方法。

背景技术

在城市轨道交通中，列车的运行主要依靠信号系统，它是保证线路运输安全、提高运输效率和改善劳动条件的重要系统，能实现列车安全间隔控制、精确定位和定点停车等功能。然而，信号系统作为机电系统，不可避免会出现故障。当信号设备或系统出现故障需要切除列车自动防护(Automatic Train Protection，ATP)运行模式时，列车运行完全依赖人工操作和管理，这大大降低了线路的运输效率，同时增加了发生事故的风险。

近年来，国内外的学者对信号系统故障后如何保证列车安全运行的问题设计了一些辅助定位系统方案，这些方案大体可分为两类：一类系统重点解决了列车在区间内运行的定位问题，但无法保证列车在车站的停车精度；另一类系统的功能与前者相反。虽然学者们在列车区间定位、停站精度等方面进行了深入研究，但尚缺乏对定位设备布设方法的研究。

由于地铁信号系统设计之初就定义在切除信号防护系统的后备模式下没有任何技术防护措施，列车的行车安全需要人工保证，因此存在多方面的不确定因素。在高峰时段，客流强度大、行车间隔短、行车组织调整困难，一旦某个站点或某条线路的行车安全受到影响，会迅速波及相邻线路甚至整个线网，造成巨大的经济损失、乘客伤亡，可能还将对整个城市的交通系统带来严重影响。因此，为列车设计一个独立于现有信号系统的辅助定位系统，使其在信号系统出现故障的情况下及时获取列车的位置信息，是避免列车追尾事故、减少人员伤亡和经济损失的重要前提，对保障列车安全、高效的运行具有十分重要的意义。

发明内容

本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统及其方法，克服了现有技术中若发生信号故障，列车安全性受到较大冲击的问题，通过使用RFID技术进行行驶区间内的车辆多重定位，使用红外传感技术进行停车定位的设备布设方法，降低信号系统故障带来的影响和损失，满足轨道交通企业对定位设备布设的实际需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统，包括：

RFID信息标签模块，所述信息标签模块有三个，分别位于列车的车头、车中及车尾，用于存储列车信息数据；

RFID阅读器，所述阅读器至少有三个，其中两个分别位于停车站台的两端，用来读取RFID信息标签模块中的信息；

红外发射器，所述红外发射器共有两个，分别位于停车站台的两端，与停车站台处RFID阅读器的位置相同；

红外传感器，所述红外传感器共有三个，分别位于列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块的相同位置，用来接收红外发射器的信号并作出相应分析。

作为本发明的一种改进，所述RFID信息标签模块存储的列车信息数据至少包括列车车体号、列车车身长度及列车位置信息，所述列车位置信息指该信息标签模块位于列车的车头或车中或车尾。

作为本发明的另一种改进，所述RFID阅读器位于列车行驶区间中，根据行驶区间及列车车身长度间隔设置。

为了实现上述目的，本发明还采用的技术方案是：一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位方法，包括如下步骤：

S1，将列车信息以数据形式存入RFID信息标签模块里的标签中，所述列车信息至少包括列车车体号、列车车身长度X及该标签位于列车的位置信息；

S2，将存有列车数据的RFID信息标签分别放置于列车的车头、车中及车尾，当列车经过时，设置在列车行驶区间中的RFID阅读器与RFID信息标签发生感应，所述车头标签与阅读器发生感应的时间为T1，车中标签与阅读器发生感应的时间为T2，车尾标签与阅读器发生感应的时间为T3；

S3，根据步骤S1及S2获取的数据，该列车车头经过阅读器时，速度为：

当车尾经过阅读器时，速度为：

故该列车在经过此阅读器过程中的加速度为：

以此检测到列车行驶速度、行驶方向及通过此检测点后的行驶速度变化情况，做好列车定位；

S4，停车站台的两端设有红外发射器，列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块处设有红外接收器，列车驶向站台时，车头处红外接收器接收到站台开始端的红外发射器信息，发出入站提醒，站台监控处通过判断设置在站台开始端的RFID阅读器是否与RFID信息标签产生感应进行入站确认；

S5，列车驶入站台时，重复步骤S2-S3，分别获取车头及车尾经过停车站台处RFID阅读器的速度信息，若车尾经过阅读器的速度V2小于车头经过阅读器的速度V1，则列车处于刹车状态，正在停车；

S6，直至车尾RFID信息标签经过站台一端RFID阅读器时，刹车操作完成，完成定点停车。

作为本发明的一种改进，还包括警报系统，所述步骤S5中，若车尾经过阅读器的速度V2不小于车头经过阅读器的速度V1，则启动警报系统，发出警报。

与现有技术相比，本发明提出了一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统及其方法，具有的有益效果是：通过在每个城市轨道交通列车上安置3个RFID信息标签，使用RFID技术进行行驶区间内的车辆多重定位，不仅能够在列车行驶时检测到列车的位置信息、推算出行驶的速度、车辆行驶方向，还可以在列车通过后推算出列车行驶加速度，如此可以推出列车通过此检测点以后的行驶速度的变化情况，可以较为准确的评判出列车的动态运行状态，保证线路运输安全、提高运输效率和改善劳动条件，实现列车安全间隔控制；同时采用红外感应技术和RFID技术共同完成停车定位操作，使列车在信号系统故障环境下能够及时将信息传给工作人员，降低信号系统故障带来的影响和损失，使列车停车进站较为准确，满足轨道交通企业对定位设备布设的实际需求。

附图说明

图1为本发明辅助定位系统的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

实施例1

故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位系统，包括：

RFID信息标签模块，所述信息标签模块有三个，分别位于列车的车头、车中及车尾，用于存储列车信息数据，RFID信息标签模块存储的列车信息数据至少包括列车车体号、列车车身长度及列车位置信息，所述列车位置信息指该信息标签模块位于列车的车头或车中或车尾；

RFID阅读器，所述阅读器至少有三个，其中两个分别位于停车站台的两端，用来读取RFID信息标签模块中的信息，其余位于列车行驶区间中，根据行驶区间及列车车身长度间隔设置；

红外发射器，所述红外发射器共有两个，分别位于停车站台的两端，与停车站台处RFID阅读器的位置相同；

红外传感器，所述红外传感器共有三个，分别位于列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块的相同位置，用来接收红外发射器的信号并作出相应分析。

将列车信息以数据形式存入RFID信息标签模块里的标签中，并将存有列车数据的RFID信息标签分别放置于列车的车头、车中及车尾，当列车经过时，设置在列车行驶区间中的RFID阅读器与RFID信息标签发生感应，所述车头标签与阅读器发生感应的时间为T1，车中标签与阅读器发生感应的时间为T2，车尾标签与阅读器发生感应的时间为T3。

由于列车运行时，相邻的两个标签经过阅读器时的车身速度变化不大，因而认为该列车车头经过阅读器时，速度为：

当车尾经过阅读器时，速度为：

故该列车在经过此阅读器过程中的加速度为：

以此检测到列车行驶速度、行驶方向及通过此检测点后的行驶速度变化情况，做好列车定位；使用RFID技术进行行驶区间内的车辆多重定位，不仅能够在列车行驶时检测到列车的位置信息、推算出行驶的速度、车辆行驶方向，还可以在列车通过后推算出列车行驶加速度，如此可以推出列车通过此检测点以后的行驶速度的变化情况，可以较为准确的评判出列车的动态运行状态，保证线路运输安全、提高运输效率和改善劳动条件，实现列车安全间隔控制。

同时，停车站台的两端设有红外发射器，列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块处设有红外接收器，列车驶向站台时，车头处红外接收器接收到站台开始端的红外发射器信息，发出入站提醒，站台监控处通过判断设置在站台开始端的RFID阅读器是否与RFID信息标签产生感应进行入站确认。

当列车驶入站台时，分别获取车头及车尾经过停车站台处RFID阅读器的速度信息，若车尾经过阅读器的速度V2小于车头经过阅读器的速度V1，则列车处于刹车状态，正在停车；若车尾经过阅读器的速度V2不小于车头经过阅读器的速度V1，则启动警报系统，发出警报，站台工作人员启动手刹模式及其他防护措施。

直至车尾RFID信息标签经过站台一端RFID阅读器时，刹车操作完成，完成定点停车。采用红外感应技术和RFID技术共同完成停车定位操作，使列车在信号系统故障环境下能够及时将信息传给工作人员，降低信号系统故障带来的影响和损失，使列车停车进站较为准确，满足轨道交通企业对定位设备布设的实际需求。

实施例2

一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位方法，包括

Step1、将列车的基本信息存入RFID标签中

将待运行城市轨道交通列车的基本信息以数据形式存入RFID标签中。

RFID标签中存入的城市轨道交通列车的信息包括：列车的车体号编号、列车的车身长度、以及此标签固定在对应列车的位置信息。其中，标签所在列车的位置信息包括：车头，车中，车尾，这三种位置分别以CT,CZ,CW字母形式存入RFID标签中。

Step2、安置RFID标签和RFID阅读器

1)安置RFID标签：

将存有相应列车数据的RFID标签固定在对应的城市轨道交通列车车头，车中，车尾各一个，其中存有列车车头信息(CT)的标签固定在车头，存有列车中信息(CZ)的标签固定在车中央，存有列车车尾信息(CW)的标签固定在车尾。

2)安置RFID阅读器

(1)在列车行驶区间安装RFID阅读器：由于每个行驶区间间距都有所不同，应当根据车站间据和列车车身长度选取合适的安置间距，行驶区间内每隔一个安置间距安装一个RFID阅读器。例如某一个车站区间内选取的安置间距为1公里，那就在此车站区间内每隔1公里就安装一个RFID阅读器。

(2)在车站站台安装RFID阅读器：将RFID阅读器安装在停车站台前后各一个，RFID阅读器应与车辆欲停位置的车头和车尾所安置的RFID标签对应。

Step3、安装红外传感器和红外发射器

1)安装红外传感器

将红外传感器安装在待运行的城市轨道交通列车车头，车中，车尾各一个。与RFID标签位置为同一位置。红外传感器可接收到红外发射器的信号并作出相应的分析。

2)安装红外发射器

将红外发射器安装在停车站台前后各一个，红外发射器应与车辆欲停位置的车头和车尾所安置的红外传感器位置对应。即与车站站台内安装的RFID阅读器位置相同。

Step4、对阅读器采集到的数据以及红外感应器的响应进行分析，并建立模型

1)车在区间内行驶时：通过RFID阅读器与RFID标签发生感应得以实现。由于列车有车头，车中，车尾三处安放RFID标签，即列车通过此处的RFID阅读器后会产生三次感应信息。设定此处位置信息为Z，车身的长度为X，车头标签(CT)与阅读器发生感应时时间为T1，车中标签(CZ)与阅读器发生感应时时间为T2，车尾标签(CW)与阅读器发生感应时时间为T3。

由于列车运行时，相邻的两个标签经过阅读器时的车身速度变化不大，可认为当车中经过阅读器时，速度为：

当车尾经过阅读器时，速度为：

此车在经过此阅读器过程中的加速度为：

2)列车在车站站台内停车时：通过红外传感器接收到红外发射器发出的红外信号得以实现。由于列车有车头，车中，车尾三处安放红外传感器，列车车头进入传感检测区域后，进行入站预警操作，列车员进行刹车操作，站台工作人员通过判断安置在站台的RFID阅读器是否与标签产生感应进行入站确认，确认通过以后现场工作人员进行入站准备操作；车中标签经过阅读器时，应通过v1确认下是否进行了刹车操作，如果速度未有降低，进行刹车警报，车尾标签经过阅读器时，刹车操作完成，完成定点停车。

以列车的车长，以及列车行驶地点，时间，速度，加速度为参照，模型表述如下：

Z

x

T1

T2

T3

Step5、分析并进行相应工作安排

1)车在区间内行驶时：

(1)假设一辆列车编号为NJDT2的列车通过位置信息为Z处的场景：

车头通过此Z处阅读器时，阅读器接收到的信息有：NJDT2，X，CT，T1。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车头(CT)于T1时刻到达Z处，车身长度为X。

(2)车中通过此处阅读器时，阅读器接收到的信息有：NJDT2，X，CZ，T2。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车中(CT)于T2时刻到达Z处，车身长度为X，此时列车行驶速度为：

(3)车尾通过此处阅读器时，阅读器接收到的信息有：NJDT2，X，CW，T3。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车尾(CW)于T3时刻到达Z处，车身长度为X，此时列车行驶速度为：

列车加速度计算为：

根据加速度的正负，可以判断出此时列车正在加速还是减速，根据加速度的大小判断出列车加减速大小状态。

工作人员可根据这些数据判断此车辆的状态，并可结合其他车辆的数据进行分析，如若分析以后发现车辆情况不正常，即刻进行紧急处理。

2)列车在车站站台内停车时：

由于站台两端都有阅读器，并装有红外发射器。车辆无论从哪一处进站都会触发感应，并且从开始进站到进站完成有三次感应记录，假设NJ两个阅读器分别在Z1处，Z2处。

下面仅假设一辆列车编号为NJDT2的列车从Z1进入NJ站的场景：

(1)车头通过此NJ站Z1处阅读器时，阅读器接收到的信息有L：NJDT2，X，CT，T1。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车头(CT)于T1时刻即将从Z1处进入NJ站，车身长度为X。

同时列车车头处的红外感应器收到红外发射器发出的信号，通知列车驾驶员列车开始进站。

(2)车中通过此处阅读器时，阅读器接收到的信息有：NJDT2，X，CZ，T2。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车中(CZ)于T2时刻即将从Z1处进入NJ站，即车辆已进站一半，车身长度为X，此时列车行驶速度为：

工作人员通过判断此速度大小来对车辆行驶状态是否正常进行判断，如不正常，立即进行紧急处理。

同时列车车中处的红外感应器收到红外发射器发出的信号，通知列车驾驶员列车进站完成一半。

(3)车尾通过此处阅读器时，阅读器接收到的信息有：NJDT2，X，CW，T3。分析以后可将接收到的信息描述为：NJDT2编号列车车尾(CW)于T3时刻到达Z1处，车身长度为X，此时NJ站Z2处阅读器与车头标签产生感应，结合这辆车的信息，可将信息描述为：NJDT2编号列车于T3时刻完成NJ站进站。

同时列车车尾处的红外感应器收到红外发射器发出的信号，以及列车车头处红外感应器也收到了Z2处红外发射器发出的信号，通知列车员进站完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位方法，包括RFID信息标签模块，所述信息标签模块有三个，分别位于列车的车头、车中及车尾，用于存储列车信息数据；RFID阅读器，所述阅读器至少有三个，其中两个分别位于停车站台的两端，用来读取RFID信息标签模块中的信息；红外发射器，所述红外发射器共有两个，分别位于停车站台的两端，与停车站台处RFID阅读器的位置相同；红外传感器，所述红外传感器共有三个，分别位于列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块的相同位置，用来接收红外发射器的信号并作出相应分析，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将列车信息以数据形式存入RFID信息标签模块里的标签中，所述列车信息至少包括列车车体号、列车车身长度X及该标签位于列车的位置信息；

S2，将存有列车数据的RFID信息标签分别放置于列车的车头、车中及车尾，当列车经过时，设置在列车行驶区间中的RFID阅读器与RFID信息标签发生感应，所述车头标签与阅读器发生感应的时间为T1，车中标签与阅读器发生感应的时间为T2，车尾标签与阅读器发生感应的时间为T3；

S3，根据步骤S1及S2获取的数据，该列车车头经过阅读器时，速度为：

当车尾经过阅读器时，速度为：

故该列车在经过此阅读器过程中的加速度为：

以此检测到列车行驶速度、行驶方向及通过此检测点后的行驶速度变化情况，做好列车定位；

S4，停车站台的两端设有红外发射器，列车车头、车中及车尾处RFID信息标签模块处设有红外接收器，列车驶向站台时，车头处红外接收器接收到站台开始端的红外发射器信息，发出入站提醒，站台监控处通过判断设置在站台开始端的RFID阅读器是否与RFID信息标签产生感应进行入站确认；

S5，列车驶入站台时，重复步骤S2-S3，分别获取车头及车尾经过停车站台处RFID阅读器的速度信息，若车尾经过阅读器的速度V2小于车头经过阅读器的速度V1，则列车处于刹车状态，正在停车；

S6，直至车尾RFID信息标签经过站台一端RFID阅读器时，刹车操作完成，完成定点停车。

2.如权利要求1所述的一种故障环境下城市轨道交通列车的辅助定位方法，其特征在于：还包括警报系统，所述步骤S5中，若车尾经过阅读器的速度V2不小于车头经过阅读器的速度V1，则启动警报系统，发出警报。