CN109166328A - 一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法 - Google Patents

一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于公共交通技术领域，具体提供了一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法，列车通过图像识别道路上的虚拟轨道标识进行自动寻迹驾驶，并与交通灯控制系统进行通信，在路口的公共交通信号灯处设置列车信号灯，当列车即将到达路口时，列车向交通灯控制系统发出优先通过请求，交通灯控制系统根据当时的车流量或者预设的优先通过时间段来调整列车信号灯与公共交通信号灯的时序。该方案避免了钢轮钢轨运输系统对于路面公共资源的占用和依赖，可降低工程的土建投资并缩短工期，节约成本，在不影响正常公共交通的情况下，最大化列车在路口的通过效率，提高了智能化程度及列车的运营效率。

Description

一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法
技术领域
本发明属于公共交通技术领域，具体涉及一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法。
背景技术
为了缓解城市交通拥挤，提高城市交通运输效率，现有的城市交通系统包括公交车、快速公交系统(Bus Rapid Transit，简称BRT)和新型有轨电车系统。BRT快速公交系统一般采用开放路权形式，仅仅通过交通管理手段对BRT运行区段进行时间上的交通管制，早晚高峰期不允许社会车辆占用BRT运行道路；完全人工驾驶方式，司机保障行车安全；BRT车辆与普通公交车结构类似，均为胶轮无轨结构，一般采用单模块或双模块编组形式；以路口的公共交通信号灯作为行车凭证。综上，由于路权的开放性，BRT车辆必须依靠人工驾驶保障行车安全，存在一定的事故风险概率；BRT的编组较少，运量较低；没有独立的信号控制系统，在路口没有优先通过的机制，行车效率受公共交通影响较大，运营效率较低。
新型有轨电车系统属于钢轮钢轨的运输体系，一般采用半开放路权形式，在平交道口与社会车辆、行人共用公共交通路面，具备独立的信号控制体系，在路口时可以向公共交通信号灯系统请求“优先通过”，具备路口优先策略，提高运营效率；有轨电车一般具备超速防护、平交道口防护、道岔防护功能；编组较为灵活，车站一般设置站台门，有轨电车车门与站台门可以实现联动功能。然而新型有轨电车在平交道口以外的区域，一般为独立路权，由于钢轮钢轨的系统体系，需占用公共交通道路路面或绿化带来敷设电车钢轨，相对于BRT而言，有轨电车的投资较大、工期较长，占用公共资源较多。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中传统有轨电车占用公共资源多的问题。
为此，本发明提供了一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于，包括：虚拟轨道寻迹控制子系统、虚拟轨道、超速防护子系统、路口优先控制子系统、运营调度子系统、车载控制子系统及自动避障子系统；
所述车载控制子系统根据所述虚拟轨道寻迹控制子系统的信息控制所述列车依据所述虚拟轨道行驶；
所述超速防护子系统用于预设不同区域的道路限速值，当车速接近相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统减小车辆牵引力，当车速超过相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统切断车辆牵引力并施加制动；
当所述列车即将到达路口时，所述路口优先控制子系统用于提示所述列车是否优先通过所述路口；
所述运营调度子系统用于接收并处理所述列车的信息及所述路口优先控制子系统的信息；
所述自动避障子系统包括超声波传感器及激光雷达传感器，所述自动避障子系统用于所述列车在自动驾驶过程中的自动避障，或者在人工驾驶时对司机提示障碍物报警信息。
优选地，所述虚拟轨道包括对公共交通路面所作的标识，所述标识包括线条或图案。
优选地，所述虚拟轨道寻迹控制子系统包括车载控制子系统及图像识别模块，所述图像识别模块对所述虚拟轨道进行图像识别，所述车载控制子系统根据所述图像识别模块的信息控制所述列车的车速及方向。
优选地，所述路口优先控制子系统包括列车信号灯、无线终端设备及路口优先控制设备，所述路口优先控制设备与所述列车之间通过车载无线设备进行通信，所述路口优先控制设备控制所述列车信号灯，所述路口优先控制设备与交通灯控制系统之间电连接。
优选地，所述运营调度子系统包括信号接收端、后台处理器、操作平台及显示器，所述列车及所述路口优先控制设备均与所述信号接收端通信连接，所述后台处理器用来处理所述接收端接收到的信息，所述操作平台用来控制所述列车及路口优先控制设备，所述显示器实时显示所述列车的状态信息及所述路口列车信号灯的状态信息。
优选地，所述车载控制子系统包括定位模块及处理器，所述定位模块对所述列车实时定位并将所述列车的定位信息实时传递给运营调度子系统，所述处理器用来接收并处理所述虚拟轨道寻迹控制子系统、所述超速防护子系统、所述路口优先控制子系统、所述运营调度子系统及所述自动避障子系统的信息。
优选地，所述图像识别模块包括多个高清红外摄像头，多个所述高清红外摄像头分别设置在所述列车的前端及后端，各所述高清红外摄像头实时获取所述虚拟轨道的图像信息并将所述图像信息传递给车载控制子系统。
优选地，所述激光雷达传感器设在所述列车的前端及后端，所述超声波传感器设在所述列车的前端及后端。
本发明还提供了一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制方法，包括如上所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，还包括：
所述图像识别模块实时获取所述公共交通路面的虚拟轨道的图像信息，所述车载控制子系统接收所述图像识别模块的信息并控制所述列车自动寻迹驾驶；
所述超速防护子系统预设有不同区域的道路限速值并根据所述定位模块获取列车的位置信息，所述车载控制子系统根据所述道路限速值或所述运营调度子系统下达的临时限速指令控制所述列车的行驶速度；
当所述列车行即将驶至路口时，所述车载控制子系统根据所述路口优先控制子系统的信息控制所述列车停在所述路口或优先通过所述路口。
优选地，当所述列车接近路口时，列车与所述路口优先控制子系统建立无线链路的可靠连接，所述路口优先控制子系统向所述交通灯控制系统发出“优先通过请求”及“优先通过策略”，若交通灯控制系统遵循所述“优先通过请求”并同意所述“优先通过策略”，则列车信号灯显示允许通过信号，并控制公共交通信号灯延迟变灯时序；若交通灯控制系统拒绝所述“优先通过策略”，则所述列车信号灯与公共交通信号灯的显示保持同步。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法，列车通过图像识别道路上的虚拟轨道标识进行自动寻迹驾驶，并与交通灯控制系统进行通信，在路口的公共交通信号灯处设置列车信号灯，当列车即将到达路口时，列车向交通灯控制系统发出优先通过请求，交通灯控制系统根据当时的车流量或者预设的优先通过时间段来调整列车信号灯与公共交通信号灯的时序。该方案避免了钢轮钢轨运输系统对于路面公共资源的占用和依赖，可降低工程的土建投资并缩短工期，节约成本，在不影响正常公共交通的情况下，最大化列车在路口的通过效率，提高了智能化程度及列车的运营效率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统的示意图；
图2是本发明基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统的列车自动寻迹原理示意图；
图3是本发明基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制方法的路口优先通过的流程图。
附图说明：列车1，虚拟轨道2，虚拟轨道寻迹控制子系统3，超速防护子系统4，车载无线设备5，路口优先控制子系统6，交通灯控制系统7，列车信号灯8，公共交通信号灯9，无线中继器10，运营调度子系统11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
本发明实施例提供了一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，包括：
虚拟轨道寻迹控制子系统3、虚拟轨道2、超速防护子系统4、路口优先控制子系统6、运营调度子系统11、车载控制子系统及自动避障子系统；
所述车载控制子系统根据所述虚拟轨道寻迹控制子系统3的信息控制所述列车1依据所述虚拟轨道2行驶；
所述超速防护子系统4用于预设不同区域的道路限速值，当车速接近相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统减小车辆牵引力，当车速超过相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统切断车辆牵引力并施加制动；
当所述列车1即将到达路口时，所述路口优先控制子系统6用于提示所述列车1是否优先通过所述路口；
所述运营调度子系统11用于接收并处理所述列车1的信息及所述路口优先控制子系统6的信息；
所述自动避障子系统包括超声波传感器及激光雷达传感器，，所述自动避障子系统用于所述列车1在自动驾驶过程中的自动避障，或者在人工驾驶时对司机提示障碍物报警信息。
由此可知，如图1至图2所示，通过在路面上设置虚拟轨道2，即在既有的公共交通路面进行标识，具体地在地面或者道路建筑物上进行喷涂从而形成线条或图案，类似公共交通的路面警告标线；列车1上设有虚拟轨道寻迹控制子系统3，包括车载控制子系统图像识别模块，图像识别模块包括多个CCD/CMOS相机，CCD/CMOS相机分布在列车的前端和后端，通过CCD/CMOS相机对沿路的标识进行识别，车载控制子系统获取CCD/CMOS相机的信息从而对列车的方向和速度进行控制，完成自动寻迹驾驶功能，在自动寻迹驾驶的过程中，列车1上还设有自动避障子系统，通过在列车1的四周设置超声波传感器及激光雷达传感器，激光雷达属于光学传感器，超声波检测透明玻璃等光学传感器无法监测的物品，但超声波传感器的测距精度和检出障碍物的方位精度远低于激光雷达，二者配合使用，再加上图像识别，即可完成自动寻迹驾驶及自动避障的功能。
列车1上安装有定位模块，如北斗定位系统或GPS定位系统，运营调度子系统11通过无线网接收列车1上的信息，从而对列车1进行实时定位，运营调度子系统11预设有轨道交通路线，
列车1上还设有超速防护子系统4，超速防护子系统4在列车1的线路上的每个区域都设有道路限速值，或者接收运营调度子系统11发送的临时限速指令，超速防护子系统4将道路限速值实时发送给列车1上的车载控制子系统，车载控制子系统根据每个区域对应的道路限速值来控制列车1的速度值。
当路口优先控制子系统6里的无线终端设备检测到列车1的位置即将靠近该路口时，路口优先控制设备像交通灯控制系统发出列车优先通过请求，若优先通过请求被执行，列车信号灯8持续显示允许通过信号；若优先通过请求被拒绝，列车信号灯则与公共交通信号灯9同步显示。具体地，公共交通灯控制系统7根据当时的路口车流量或者预设的时间段来控制公共交通信号灯9及列车信号灯8的延迟，若是预设的时间段或者车流量较少，则控制列车道路的公共交通信号灯9的快速变绿或者都变红，列车信号灯8显示通过，则列车1顺利通过，否则，列车信号灯8则与公共交通信号灯9同步显示。
优选地方案，所述车载控制子系统包括定位模块及处理器，所述定位模块对所述列车1实时定位并将所述列车1的定位信息实时传递给运营调度子系统11，所述处理器用来接收并处理所述虚拟轨道寻迹控制子系统3、所述超速防护子系统4、所述路口优先控制子系统6、所述运营调度子系统11及所述自动避障子系统的信息。由此可知，如图1所示，列车1、路口优先控制子系统6与运营调度子系统11之间通过无线中继器10形成无线通信，因此彼此间的信息都是共享的，便于运营调度子系统11的工作人员实时掌握列车1的状态，或者向列车1下达指令信息。
优选地方案，所述图像识别模块包括多个高清红外摄像模块，所述高清红外摄像模块分别设置在所述列车1的前端及后端，各所述高清红外摄像模块实时获取所述虚拟轨道的图像信息并将所述图像信息传递给车载控制子系统。如图2所示，其中，高清红外摄像模块可以自动实现“日夜切换功能”，弥补了CCD/CMOS摄像机图像识别的不足，无论白天光线充足还是晚上光线昏暗均能对路面的虚拟轨道进行高清图像识别，车载控制子系统包括列车车载计算模块、方向控制算法及列车方向控制模块，列车车载计算模块获取图像信息，通过方向控制算法对图像信息进行解析，最后列车方向控制模块控制列车运行方向。
优选地方案，所述虚拟轨道寻迹控制子系统3及所述超速防护子系统4设在所述列车上，所述运营调度子系统11设在远程控制中心，所述列车1与所述远程控制中心之间通过无线网通信。由此可知，运营调度子系统11处于后台，也可以是云端，实时通过无线网监控列车状态。
优选地方案，所述激光雷达传感器设在所述列车1的前端及后端，所述超声波传感器设在所述列车1的前端及后端。由此可知，列车1既能向前行驶也能倒车，当采用无人驾驶状态时，需要考虑到自动避障，超声波传感器和激光雷达传感器设在列车1的前端和后端，车载控制子系统通过自动避障子系统的信息来对列车1进行纠偏；也可以采用人工驾驶，此时，自动避障系统仅仅提供障碍无报警提示的功能。
优选地方案，所述路口优先控制子系统6预存有虚拟轨道2上的路口信息，所述路口优先控制子系统6与所述定位模块之间通信连接。由此可知，路口优先控制子系统6根据定位模块的对列车1的定位信息来给定相应的区域道路限速值，车载控制子系统获取该道路限速值来对列车1进行速度限制。
实施例2：
本实施例提供了一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制方法，本实施例包括了实施例1的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，还包括：
所述图像识别模块实时获取所述公共交通路面的虚拟轨道2的图像信息，所述车载控制子系统接收所述图像识别模块的信息并控制所述列车1自动寻迹驾驶；
所述超速防护子系统4预设有不同区域的道路限速值并根据所述定位模块获取列车的位置信息，所述车载控制子系统根据所述道路限速值或所述运营调度子系统11下达的临时限速指令控制所述列车1的行驶速度；
当所述列车1行即将驶至路口时，所述车载控制子系统根据所述路口优先控制子系统6的信息控制所述列车停在所述路口或优先通过所述路口。
优选地方案，如图3所示，当所述列车1接近路口时，列车1通过车载无线通信及定位子系统与所述路口优先控制子系统6建立无限链路的可靠连接，告知路口优先控制子系统列车接路口信号，所述路口优先控制子系统6的优先请求模块向所述交通灯控制系统7发出“优先通过请求”及“优先通过策略”，若交通灯控制系统7遵循所述“优先通过请求”并同意所述“优先通过策略”，则列车信号灯8显示允许通过信号，并控制公共交通信号灯9延迟变灯时序，列车1顺利通过；若交通灯控制系统7拒绝所述“优先通过策略”，则所述列车信号灯8与公共交通信号灯9的显示保持同步。列车1停在路口等待同行。
优选地方案，所述图像识别模块包括CCD/CMOS摄像模块及高清红外摄像模块，所述CCD/CMOS摄像模块及高清红外摄像模块对所述虚拟轨道2的标识进行实时识别，并反馈给所述车载控制系统。通过CCD/CMOS摄像模块及高清红外摄像模块对虚拟轨道2进行识别，提高精度，也可以白天开启CCD/CMOS摄像模块，晚上开启红外摄像模块，节约成本。
优选地方案，当所述列车1接近路口时，所述路口优先控制子系统6向所述交通灯控制系统7发送列车优先通过请求，所述道路交通信号灯控制系统通过所述列车优先通过请求，所述道路交通信号灯系统控制道路信号灯时序产生延时，所述路口列车信号灯则显示通过信号，所述列车路口优先控制设备检测到所述通过信号，所述车载控制子系统获取所述列车路口优先控制设备的信息并控制所述列车继续行驶通过路口。由此可知，优先通过，包含“绝对优先”和“相对优先”两种策略，“绝对优先”是无论什么时候，只要列车到达路口，那么交通灯控制系统都要做出合理的判断，第一时间让步列车控制信号；“相对优先”是当列车到达路口，向交通灯控制系统发出请求后，交通灯控制系统根据当前的交通灯实时显示情况及路况信息，合理的延长列车控制灯允许信号，或者是合理的提前终结交通灯当前显示，让列车控制灯转变为允许信号。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统及方法，列车通过图像识别道路上的虚拟轨道标识进行自动寻迹驾驶，并与交通灯控制系统进行通信，在路口的公共交通信号灯处设置列车信号灯，当列车即将到达路口时，列车向交通灯控制系统发出优先通过请求，交通灯控制系统根据当时的车流量或者预设的优先通过时间段来调整列车信号灯与公共交通信号灯的时序。该方案避免了钢轮钢轨运输系统对于路面公共资源的占用和依赖，可降低工程的土建投资并缩短工期，节约成本，在不影响正常公共交通的情况下，最大化列车在路口的通过效率，提高了智能化程度及列车的运营效率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于，包括：虚拟轨道寻迹控制子系统(3)、虚拟轨道(2)、超速防护子系统(4)、路口优先控制子系统(6)、运营调度子系统(11)、车载控制子系统及自动避障子系统；
所述车载控制子系统根据所述虚拟轨道寻迹控制子系统(3)的信息控制所述列车(1)依据所述虚拟轨道(2)行驶；
所述超速防护子系统(4)用于预设不同区域的道路限速值，当车速接近相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统减小车辆牵引力，当车速超过相应区域所对应的道路限速值时，所述车载控制子系统切断车辆牵引力并施加制动；
当所述列车(1)即将到达路口时，所述路口优先控制子系统(6)用于提示所述列车(1)是否优先通过所述路口；
所述运营调度子系统(11)用于接收并处理所述列车(1)的信息及所述路口优先控制子系统(6)的信息；
所述自动避障子系统包括超声波传感器及激光雷达传感器，所述自动避障子系统用于所述列车(1)在自动驾驶过程中的自动避障，或者在人工驾驶时对司机提示障碍物报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述虚拟轨道(2)包括对公共交通路面所作的标识，所述标识包括线条或图案。
3.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述虚拟轨道寻迹控制子系统(3)包括车载控制子系统及图像识别模块，所述图像识别模块对所述虚拟轨道进行图像识别，所述车载控制子系统根据所述图像识别模块的信息控制所述列车(1)的车速及方向。
4.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述路口优先控制子系统(6)包括列车信号灯(8)、无线终端设备及路口优先控制设备，所述路口优先控制设备与所述列车(1)之间通过车载无线设备(5)进行通信，所述路口优先控制设备控制所述列车信号灯(8)，所述路口优先控制设备与交通灯控制系统(7)之间电连接。
5.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述运营调度子系统(11)包括信号接收端、后台处理器、操作平台及显示器，所述列车(1)及所述路口优先控制设备均与所述信号接收端通信连接，所述后台处理器用来处理所述接收端接收到的信息，所述操作平台用来控制所述列车及路口优先控制设备，所述显示器实时显示所述列车的状态信息及所述路口列车信号灯的状态信息。
6.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述车载控制子系统包括定位模块及处理器，所述定位模块对所述列车(1)实时定位并将所述列车(1)的定位信息实时传递给运营调度子系统(11)，所述处理器用来接收并处理所述虚拟轨道寻迹控制子系统(3)、所述超速防护子系统(4)、所述路口优先控制子系统(6)、所述运营调度子系统(11)及所述自动避障子系统的信息。
7.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述图像识别模块包括多个高清红外摄像头，多个所述高清红外摄像头分别设置在所述列车(1)的前端及后端，各所述高清红外摄像头实时获取所述虚拟轨道的图像信息并将所述图像信息传递给车载控制子系统。
8.根据权利要求1所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于：所述激光雷达传感器设在所述列车(1)的前端及后端，所述超声波传感器设在所述列车(1)的前端及后端。
9.一种基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制方法，包括如权利要求1至8任一一项所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制系统，其特征在于，还包括：
所述图像识别模块实时获取所述公共交通路面的虚拟轨道(2)的图像信息，所述车载控制子系统接收所述图像识别模块的信息并控制所述列车(1)自动寻迹驾驶；
所述超速防护子系统(4)预设有不同区域的道路限速值并根据所述定位模块获取列车的位置信息，所述车载控制子系统根据所述道路限速值或所述运营调度子系统(11)下达的临时限速指令控制所述列车(1)的行驶速度；
当所述列车(1)行即将驶至路口时，所述车载控制子系统根据所述路口优先控制子系统(6)的信息控制所述列车停在所述路口或优先通过所述路口。
10.根据权利要求9所述的基于胶轮虚拟轨道列车的运行控制方法，其特征在于：当所述列车(1)接近路口时，列车(1)与所述路口优先控制子系统(6)建立无线链路的可靠连接，所述路口优先控制子系统(6)向所述交通灯控制系统(7)发出“优先通过请求”及“优先通过策略”，若交通灯控制系统(7)遵循所述“优先通过请求”并同意所述“优先通过策略”，则列车信号灯(8)显示允许通过信号，并控制公共交通信号灯(9)延迟变灯时序；若交通灯控制系统(7)拒绝所述“优先通过策略”，则所述列车信号灯(8)与公共交通信号灯(9)的显示保持同步。
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