CN110239597A - 一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,车载感知模块对列车行进中的线路信息及障碍物信息进行采集,传输至车载控制处理模块,自定位模块结合地图存储模块将列车的位置信息传输至车载控制处理模块,车载控制处理模块将采集到的信息及列车位置信息传输至列车控制管理系统,由列车管理系统对列车的行驶状态进行控制;通过数据通讯模块实现与其他列车的通讯。通过车载感知模块采集的信息传送至车载控制处理模块进行融合计算,得出计算结果,输出列车控制指令;通过数据传输模块其它列车通讯,实现与同一线路运行其他列车、线路轨旁设备形成信息交互,根据所交互信息,主动发出列车控制指令,从而实现主动式全自动无人驾驶。

Description

一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统
技术领域
本发明涉及轨道交通单轨车辆技术领域,尤其是涉及一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统。
背景技术
随着城市轨道交通事业的蓬勃发展,列车全自动无人驾驶技术已成为当前轨道交通自动化领域的研究热点之一。无人驾驶系统是以信息通信及控制自动化提升运营服务,增强系统装备功能和智能化水平的新一代轨道交通系统。全自动无人驾驶可进一步提升轨道交通运行系统的自动化水平,提高运营系统应急处置水平,降低整体人员劳动强度。
传统无人驾驶系统包括车载信号、地面信号和轨旁信号设备三部分组成,采用传统车地车通信方式,通过地面中央域控制器ZC来实现对车辆无人驾驶控制;传统无人驾驶系统内外部接口众多,地面轨旁复杂,建设和维护成本高,并不适合新型跨坐式单轨中小运量列车的特点。此外,基于车-地-车通信的传统无人驾驶方案,车辆处于被动式执行牵引和制动命令,无法实现主动式无人驾驶的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,它既实现车-地-车通信,也同时实现车-车、地-地之间的通讯,实现列车之间信息的交换,更好实现线路之间的规划,能够主动发出控制指令,实现主动式无人驾驶。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,与列车管理系统通讯,所述的无人驾驶系统包括车载感知模块、自定位模块、数据通讯模块、地图存储模块以及车载控制处理模块,所述的车载感知模块对列车行进中的线路信息以及障碍物信息进行采集,并通过数据通讯模块将采集到的信息传输至车载控制处理模块,自定位模块结合地图存储模块通过数据通讯模块将列车的位置信息传输至车载控制处理模块,车载控制处理模块通过数据通讯模块将采集到的信息以及列车位置信息传输至列车控制管理系统,由列车管理系统对列车的行驶状态进行控制;通过数据通讯模块实现与其他列车的通讯。
进一步具体的,所述的车载感知模块包括设置在轨道旁的定位识别柱、多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头,所述的多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头均设置在列车上并与定位识别柱配合使用。
进一步具体的,所述的车载控制处理模块将采集到的信息分别进行雷达算法处理、图像算法处理,相应得到雷达信号以及图像信号并进行融合计算,最后得到列车运行过程中的位置信息、前方通行信息、障碍物信息及脱轨信息并结合列车运行状态进行控制决策。
进一步具体的,所述的定位识别柱内存储当地的环境信息以及路况信息并能进行自动收集更新。
进一步具体的,所述的自定位模块采用卫星定位系统以及惯性定向定位导航系统配合使用。
进一步具体的,所述的地图存储模块内预先存储高精地图先验信息。
进一步具体的,所述的高精地图先验信息通过对前期列车运行线路特征的提取,形成一套具有完备先验信息的地图。
进一步具体的,所述的车载控制处理模块将高精地图先验信息提供给车载感知模块,辅助车载感知模块对线路信息以及障碍物信息进行采集。
进一步具体的,所述的数据通讯模块包括由多个无线AP组成的无线网络以及列车内部的有线网络。
进一步具体的,所述的无人驾驶系统包括云端服务模块,所述的云端服务模块与数据通讯模块进行通讯,所述的云端服务模块实现列车与列车之间的通讯并实现远程控制。
本发明的有益效果是:通过车载感知模块结合地图存储模块实现对环境信息、位置信息、障碍物信息以及脱轨信息的采集,将其采集的信息传送至车载控制处理模块进行融合计算,并结合地图存储模块及自定位模块,得出计算结果,进而输出列车控制指令;同时通过数据传输模块实现与其它列车的通讯,实现与同一线路运行其他列车、线路轨旁设备形成信息交互,根据所交互信息,主动发出列车控制指令,从而实现主动式全自动无人驾驶;上述系统因其接口简单、平台批量化应用的特点,建设和维护成本与传统信号厂家设备相比具有优势,有利于实现简洁、高效、安全、可靠的全自动无人驾驶。
附图说明
图1是本发明跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统组成示意框图;
图2是本发明跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,与列车管理系统通讯,所述的无人驾驶系统包括车载感知模块、自定位模块、数据通讯模块、地图存储模块以及车载控制处理模块。
车载感知模块包括设置在轨道旁的定位识别柱、多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头,对列车运行线路环境进行检测,实现不同类别的传感器协同工作,结合其本身特定的性质,取长补短将线路信息精确度最优化。
其中,定位识别柱需要根据多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头的有效范围进行设置,具有绝对定位的坐标信息,向车载控制处理模块提供可靠的地面固定信息和可变信息;定位识别柱具有以下功能,1、可同时提供不同颜色的指示灯供摄像头进行扫描,来提示前方的路况;2、可供多线激光雷达以及毫米波雷达扫描,进行测距定位;3、可供超声波雷达近距离扫描精确定位;4、向车载控制处理模块提供线路的基本参数、速度信息、临时限速信息、岔道信息、特殊定位信息;例如线路坡度、轨道区段等基本参数,线路最大允许速度、列车最大允许速度等速度信息;由于施工等原因引起的对列车运行速度限制的临时限速信息;岔道允许通行的岔道信息;进出隧道定位的特殊定位信息。上述功能可以由同一个定位识别柱来提供,也可以根据需要将不同功能分配给不同的定位识别柱来实现;进一步,可以通过增加定位识别柱来增加相应的功能,可以为后续补充新功能提供便利。
多线激光雷达与定位识别柱配合进行测距及定位,同时用于检测列车运行过程中所可能出现在前进方向上的障碍物的参数,例如坐标、大小以及运行速度。毫米波雷达与定位识别柱配合进行测距及定位,主要用于在夜间或恶劣天气环境下对列车的测距与定位,同时检测较远区域障碍物的参数。超声波雷达与定位识别柱配合进行近距离的扫描并精确定位。
自定位模块内置卫星定位系统(GPS、北斗)以及惯性定向定位导航系统(IMU),结合它们功能互补的特点,将两者组合使用来提高整体导航精度及导航性能,以及空中对准和在对准的能力。
数据通讯模块包括由多个无线AP组成的无线网络以及列车内部的有线网络;为地-地、车-地以及车-车之间的数据交互提供数据通讯服务。
地图存储模块内预先存储高精地图先验信息,高精地图先验信息通过对前期列车运行线路特征的提取,形成一套具有完备先验信息的地图;高精地图一方面可以辅助车载感知模块工作,提高采集的准确性,另一方面可以在车载感知模块工作失灵时,提供线路信息保障列车运行,弥补系统的缺陷;同时,高精地图具备深度学习的功能,可根据车载感知模块采集的信息对高精地图先验信息进行更新升级。
车载控制处理模块用于控制以及调用上述各个模块,完成各个模块之间的配合,并与列车管理系统进行通讯实现对列车的行驶状态进行控制;车载控制处理模块与列车管理系统之间的接口可采用CAN、RS485、MVB或实时以太网,用于交互相关的信息;车载控制处理模块与列车的接口采用硬线接口,用于交互安全相关的信息。
在对该无人驾驶系统使用之前,需要进行基础设施的建设,首先需要在地图存储模块内存储高精地图先验信息,在轨道旁设置定位识别柱,无线AP设置在定位识别柱内;在列车前端、后端以及侧面设置多线激光雷达,在列车的前端、后端设置毫米波雷达以及摄像头;自定位模块内设置卫星定位系统GPS或者北斗,同时将惯性定向定位导航系统IMU也设置在内,两种系统相互补充使用。
在运行过程中,车载控制处理模块将高精地图先验信息传输至车载感知模块,使车载感知模块内的多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头提前预知运行线路的特征信息,例如定位识别柱的位置信息、站台屏蔽门的区域信息等,用于保证车载感应模块采集的准确性;车载感知模块将采集到的信息反馈至车载控制处理模块,自定位模块结合高精地图先验信息将列车具体的位置信息以及速度信息反馈至车载控制处理模块,车载控制处理模块将采集到的不同信息集中显示在同一个坐标体系中进行融合计算分析,并与高精地图先验信息进行校准对比,得出可靠精确的结果并输出至列车管理系统,由列车管理系统对列车的运行状态进行相应的控制。
可在列车头部上设置用于识别其他列车的列车识别装置,列车运行时可通过列车识别装置识别前方列车位置,此功能可在列车出段唤醒和正线运营时保障列车之间安全距离,避免碰撞事故。
基于上述系统,其在通讯的方式主要有两种模式,第一种,有线网络的通讯模式,为列车内部的通讯方式,由各种线缆在列车内部形成局域网保证其通讯;第二种,无线网络的通讯模式,它有许多设置在地面的无线AP组成,无线AP设置在轨旁设备上,实现轨旁设备联网;车载控制处理模块与无线AP接通,无线AP作为中转可实现与其它列车之间的通讯,其通讯的主要数据包括列车位置、列车速度、加速度、列车当前移动授权、列车状态等信息;同时,基于无线网络可完成线路道岔动作控制、站台门状态控制、临时限速控制、运用高精地图以及启动车载感知模块等动作。
如图1与图2所示基于上述无线网络数据的交换,可以无线网络内设置云端服务模块,云端服务模块可以存储以及传输道岔状态、站台设备(屏蔽门、紧急停车按钮等)状态、在线列车数量、列车ID、临时限速状态、目标控制模块工作状态、提示信息等数据;云端服务模块为一个分布式实时计算机监控系统,作为线路运营指挥的中枢,通过无线网络与列车通讯,实现无人驾驶的远程控制(包括计划编制、信号设备及列车状态监视、联锁人工控制、列车跟踪与识别、列车运行调整、故障报警)、仿真模拟、安全加密等功能。
综上,通过使用多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头与定位识别柱进行配合同时结合高精地图先验信息,能够采集较为准确的线路信息以及列车信息;通过自动为模块与高精地图先验信息结合提供较为准确的位置信息及速度信息;并通过车载控制处理模块进行信号处理及融合计算分析,并输出结果至列车管理系统,由列车管理系统对列车运行状态进行控制,实现主动式无人驾驶;该系统可实现列车与列车之间的数据交换,可通过无线网络实现,同时在无线网络内增加云端服务模块实现中枢指挥远程控制等功能,提高无人驾驶控制及调度能力。
需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,与列车管理系统通讯,其特征在于,所述的无人驾驶系统包括车载感知模块、自定位模块、数据通讯模块、地图存储模块以及车载控制处理模块,所述的车载感知模块对列车行进中的线路信息以及障碍物信息进行采集,并通过数据通讯模块将采集到的信息传输至车载控制处理模块,自定位模块结合地图存储模块通过数据通讯模块将列车的位置信息传输至车载控制处理模块,车载控制处理模块通过数据通讯模块将采集到的信息以及列车位置信息传输至列车控制管理系统,由列车管理系统对列车的行驶状态进行控制;通过数据通讯模块实现与其他列车的通讯。
2.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的车载感知模块包括设置在轨道旁的定位识别柱、多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头,所述的多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达以及摄像头均设置在列车上并与定位识别柱配合使用。
3.根据权利要求2所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的车载控制处理模块将采集到的信息分别进行雷达算法处理、图像算法处理,相应得到雷达信号以及图像信号并进行融合计算,最后得到列车运行过程中的位置信息、前方通行信息、障碍物信息及脱轨信息并结合列车运行状态进行控制决策。
4.根据权利要求2所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的定位识别柱内存储当地的环境信息以及路况信息并能进行自动收集更新。
5.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的自定位模块采用卫星定位系统以及惯性定向定位导航系统配合使用。
6.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的地图存储模块内预先存储高精地图先验信息。
7.根据权利要求6所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的高精地图先验信息通过对前期列车运行线路特征的提取,形成一套具有完备先验信息的地图。
8.根据权利要求6所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的车载控制处理模块将高精地图先验信息提供给车载感知模块,辅助车载感知模块对线路信息以及障碍物信息进行采集。
9.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的数据通讯模块包括由多个无线AP组成的无线网络以及列车内部的有线网络。
10.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车主动式无人驾驶系统,其特征在于,所述的无人驾驶系统包括云端服务模块,所述的云端服务模块与数据通讯模块进行通讯,所述的云端服务模块实现列车与列车之间的通讯并实现远程控制。
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