CN113581262B - 一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，主要面向城市中运量交通的轻量化、智能化的新型轨道交通模式：数字轨道胶轮车辆，基于数字轨道胶轮列车循迹导向系统和数字轨道胶轮列车循迹导向场景，实现对行进过程中的数字轨道胶轮车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过合理道路轨道界限时及时向驾驶员进行预警，避免出现因车身越界引发的安全问题。

Description

一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警 方法

技术领域

本发明涉及轨道列车技术领域，具体涉及一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法。

背景技术

由于地铁具有运输能力大，效率高、安全快速等优点，全国各大、中城市都在努力发展城市轨道交通。但是，由于城市轨道交通基础建设具有成本高、周期长、技术复杂的局限性，结合城市的发展程度和客流量等因素的综合考量，有轨电车作为一种高效的城市运输方式又重新出现在人们的视野。在此背景下，现代有轨电车因具有建造成本低、周期短、运行安全、绿色环保等的优点，逐渐成为了中小城市重要交通方式和大城市地铁的延伸与补充。

近年来，随着数字轨道胶轮车辆的不断发展和受到广泛的关注，现代化的数字轨道胶轮车辆作为一种大运量的地面公共交通系统和中低运量的城市轨道交通系统，是近年来新兴的交通方式，其具有固定轨道和地面交通运营的公共交通系统特征，线路长度较地铁线路来说更短。但在现有技术范畴内，复杂的有轨线路路况的和非智能化半自动控制系统难以满足对有轨电车进行准确循迹导向定位和控制的应用要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，面向城市中运量交通的轻量化、智能化的新型轨道交通模式：数字轨道胶轮车辆，提出一种数字轨道胶轮车辆的列车循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，以实现对数字轨道车辆的循迹导向检测及越界报警，从而最终实现对数字化轨道列车的自动智能控制。

实现上述目的一种技术方案是：一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测方法，基于数字轨道胶轮列车循迹导向系统和数字轨道胶轮列车循迹导向场景，实现对行进过程中的数字轨道胶轮车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过设定道路轨道界限时及时向驾驶员进行预警，具体包括循迹导向偏移监测方法和车体越界预警方法；

所述数字轨道胶轮列车循迹导向系统包括数字轨道子系统、车载子系统、中心控制子系统、轨旁子系统和人机交互子系统，其中：

所述数字轨道子系统，以安装于路面的无源磁钉为载体，多个无源磁钉沿车道中心线间隔等距地铺设安装，形成具有编码属性的虚拟轨道，并经编码数字化后构成虚拟数字轨道，所述无源磁钉为可编码的磁源，由可编码的磁源接续形成的虚拟轨道在物理层和线路层支撑胶轮车辆自动运行，其中磁源是数字轨道的基本组成单位，提供磁场定位信息和编码信息来形成虚拟数字轨道；

所述车载子系统，以数字轨道胶轮车辆为载体，所述数字轨道胶轮车辆上安装有车载控制器、车载传感器、运行控制和管理系统显示器以及车地通信设备，所述车载子系统是在基础级有轨电车信号车载子系统基础上，新增列车辅助驾驶及循迹自动导向的功能；具备按照运行计划和线路状态实时推荐列车运行策略、辅助驾驶引导与提示、车辆沿数字轨道循迹自动导向、道岔路径自动导向，降低运营调度和司机劳动强度，实现列车按时刻表准点安全运行；

所述中心控制子系统，分布于控制中心，包括服务器、工作站、接口设备和网络设备，所述中心控制子系统实现列车调度的人机操作、行车指挥、列车运行监控、和运行控制和管理系统维护管理功能；

所述轨旁子系统，分布于轨旁和路口，包括信号机控制器和路口优先控制器，实现轨旁信号机的控制和路口优先功能，所述轨旁子系统与车载子系统相结合实现路口运行驾驶策略控制功能；

所述人机交互子系统，是数字轨道胶轮列车循迹导向系统的基础控制显示及控制操作功能模块，包括车载人机界面，驾驶员通过操作车载人机界面上的按钮，向车载设备发送控制命令，调整列车的运行状态；将车载设备的实时状态信息发送到列车的车载人机界面，车载人机界面从数字界面、文字、图形、声音方面来显示列车的实时状态信息，驾驶员实时监控列车的运行状态；通过所述人机交互子系统帮助驾驶员实现全自动化、智能化的数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警；

所述基于数字轨道胶轮列车循迹导向场景，由埋设于车道中心线、间隔等距的无源磁钉组成连续的无源磁钉序列构成基于无源磁钉的数字轨道胶轮车辆循迹的循迹导向轨道，通过磁钉编码技术对无源磁钉的南北极进行二进制码元编码，连续的一组无源磁钉通过极性的不同排列传递特定的信息码，每一枚无源磁钉通过磁场向部署于数字轨道胶轮车辆底部的六根车轴上的车载传感器提供车载传感器相对该无源磁钉的位置信息，该位置信息进一步经过车载控制器转换计算成数字轨道胶轮车辆本体中心与道路中心线的相对距离，若计算出的实际相对距离显示出数字轨道胶轮车辆的车轴与道路中心线的相对距离大于额定阈值时，则说明车辆发生了真实的车体越界，通过人机交互子系统对驾驶员发出预警。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，其中，所述数字轨道子系统中，磁源以安装和部署于数字化规划轨道线路上的无源磁钉构成，所述无源磁钉是一种无耗能埋设式磁源，采用沿线埋设无源磁钉为定位参考，通过编码及数字化后构成的虛拟数字轨道，是物理钢轨轨道的虚拟化和数字化替代，用于约束虚拟轨道胶轮车辆沿数字轨道自导向循迹行驶；

所述数字轨道子系统用于实现道路设计与运行的信息化：车辆的轨道位置信息由车载传感器通过无源磁钉上方时感应获得；随着装载有运行控制和管理系统的列车沿数字轨道运行，通过车载传感器不间断读取编码化的磁钉信息，形成电子地图；除循迹导向功能及电子地图功能之外，数字轨道同时支持全程定位、场景前瞻、虚拟道岔控制、列车运行控制功能的实现。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，其中，所述车载子系统中，数字轨道胶轮车辆上安装有可以准确识别出埋设在道路上的无源磁钉的车载轨道传感器，当处于正常运行状态的数字轨道胶轮车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段时，通过安装于数字轨道胶轮车辆底部的车载轨道传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得相应的数字化轨道区段参数和数据信息，自动化的引导车辆沿设定数字轨迹自动循迹形式和导向矫正，进行车道保持和巡航。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，其中，所述基于数字轨道胶轮列车循迹导向场景中，所述无源磁钉根据磁钉的极性和排列可存储和传递静态的道路信息，典型的道路信息包括道路标界、道路的设计参数以及与运行相关的信息；

所述无源磁钉还可以扩展配置无源电子装置，以频率或多位数字编码方式携带信息，在车载传感器的激励下获取更丰富的道路信息，车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段或无源磁钉序列时，通过安装于数字轨道胶轮车辆底部的车载轨道传感器检测路面磁标签的序列编码和身份识别，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得道路信息；

所述车载传感器，通过高精度定位技术对数字轨道胶轮车辆的车体位置进行精确定位和校准，具体通过车载轨道传感器阵列，利用不同磁传感单元测量值进行建模和匹配，消除地磁磁场的影响，得出毫米级精度的单点偏差；车载控制器检测获得连续的磁钉序列，解码出车辆经过的无源磁钉编号，通过时间轴匹配出地理信息，得到精度在厘米级的精准定位，以实现稳定、可靠的车辆导航导向；

所述车载传感器，还可以通过车路协同技术，实现车辆在数字轨道上运行的同时，还可以监测无源磁钉轨道的状态，采集存储为无源磁钉轨道动态检测数据，支撑无源磁钉轨道的维保业务；胶轮车辆通过车载传感器和车路通信设备，在自动保持行驶轨迹的同时获取道路、交通信号、运行调度信息，并由无线通信上传至中心调度管理平台，实现车路协同。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，所述循迹导向偏移监测方法包括以下步骤：

S11，数字轨道胶轮车辆行驶至车身完全经过铺设安装于车道中心线的无源磁钉构成的无源磁钉序列路段；

S12，无源磁钉序列路段上的无源磁钉序列根据额定允许数字轨道胶轮车辆的车体通过的横向距离阈值生成相应的车体左、右侧道路限界，生成虚拟数字轨道；

S13，随着数字轨道胶轮车辆沿着虚拟数字轨道运行，数字轨道胶轮车辆的车体底部的六根车轴上安装的车载轨道传感器对车体经过无源磁钉进行感应识别和通信，及时获取无源磁钉信标所包含的定位数据信息；

S14，获取数字轨道胶轮车辆全车六个车轴对于相对位置上无源磁钉的定位信息，生成六个对应定位点坐标；

S15，根据六个对应点坐标绘制成动态折线与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较，得到车辆定位参数；

S16，根据步骤S15得到的车辆定位参数，生成数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互子系统的人机交互界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，步骤S14中，所述定位信息包括无源磁钉的极性和排列以及可存储和传递静态的道路信息，所述道路信息包括道路标界、道路的设计参数以及与运行相关的信息；并根据磁钉信标定义的虚拟数字轨道坐标信息生成六个对应的定位点坐标，最终在人机交互子系统的人机交互界面上进行显示；

步骤S15中，根据步骤S14中生成的六个定位点坐标生成一条表示数字轨道胶轮车辆车体轨迹的动态折线，与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较并计算出车辆定位参数，所述车辆定位参数包括动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标，以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量；

步骤S16中，根据步骤S15中得到的动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量，生成最终的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互系统界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，所述车体越界预警方法包括以下步骤：

S21，获取数字轨道胶轮车辆的循迹导向监测数据；

S22，获取数字轨道胶轮车辆的六根车轴偏移虚拟数字轨道中心线的偏移值；

S23，获取六根车轴对应无源磁钉位置的虚拟数字轨道的左、右侧道路限界；

S24，根据虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息对虚拟数字轨道的近边界危险区域进行标记，将距虚拟数字轨道的左、右侧道路限界5cm～10cm的区域标记为黄色警示区域，将距虚拟数字轨道的、右侧道路限界0cm～5cm的区域标记为红色危险区域；

S25，当车辆循迹导向动态折线侵入红色危险区域或黄色危险区域时，在人机交互子系统的人机交互界面上将相应的区域标记为高亮；

S26，发出警报提示驾驶员数字轨道车辆可能发生车体越界危险，实现车体越界预警。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，步骤S22中，数字轨道胶轮车辆上电启动后，数字轨道胶轮车辆的默认状态是每根轴的偏移量都是零，当数字轨道胶轮车辆在运行过程中，随着车辆的运动，每根轴的偏移量各自独立变化，相互之间的偏移量没有关联关系；获取循迹导向监测数据中数字轨道胶轮车辆的六根车轴相对于虚拟数字轨道中心线的横向偏移值，用D1～D6表示，单位为厘米，并定义“+”为左偏，“-”为右偏；

步骤S23中，首先从数字轨道胶轮车辆行进方向上所经过的无源磁钉序列中的第一根磁钉信标标为第一根，后面依次对其余五根进行标记；然后通过获取六根车轴所在无源磁钉位置的车体位置对应的虚拟数字轨道限界，并将六根车轴的左侧道路限界依次标记为CL1～CL6，将道路限界依次标记为CR1～CR6，左、右侧道路限界的单位为厘米，定义“+”为左测，“-”为右侧，用于最终表示虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息；

步骤S25中，当在人机交互子系统的人机交互界面上显示的车辆循迹导向动态折线侵入红色和黄色区域时，实时在人机交互界面上将该区域标记为高亮，侵入黄色警示区域触发二级预警机制；侵入红色危险区域触发一级预警机制。

上述的一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，其中，所述一级预警机制发生车体越界的问题比二级预警机制更加严重和紧迫；所述一级预警机制是比二级预警机制具有更高安全预警级别的预警机制，所述一级预警机制通过蜂鸣警报长响对驾驶员进行提醒，所述二级预警机制通过间接警报对驾驶员进行提醒，通过一级预警机制和二级预警机制提示驾驶员数字轨道胶轮车辆可能发生车体越界危险，实现车体的越界预警。

采用本发明的数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法的技术方案，可以实现对数字轨道车辆的循迹导向检测及越界报警，从而最终实现对数字化轨道列车的自动智能控制，避免出现因车身越界引发的安全问题。

附图说明

图1为数字轨道胶轮列车循迹导向系统的结构框图；

图2为数字轨道胶轮列车循迹导向场景的示意图；

图3为数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测方法的流程图；

图4为数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1、图2、图3和图4，本发明的实施例，一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测方法，主要面向城市中运量交通的轻量化、智能化的新型轨道交通模式：数字轨道车辆，基于数字轨道胶轮列车循迹导向系统101和数字轨道胶轮列车循迹导向场景，实现对行进过程中的数字轨道胶轮车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过设定道路轨道界限时及时向驾驶员进行预警，具体包括循迹导向偏移监测方法和车体越界预警方法。

请参阅图1，数字轨道胶轮列车循迹导向系统101包括数字轨道子系统102、车载子系统103、中心控制子系统104、轨旁子系统105和人机交互子系统106。实现数字轨道胶轮车辆的运行控制以及安全防护、辅助与驾驶和列车运行监控等功能。

数字轨道子系统102，以安装于路面的无源磁钉为载体，多个无源磁钉沿车道中心线间隔等距地铺设安装，形成具有编码属性的虚拟轨道，并经编码数字化后构成虚拟数字轨道，所述无源磁钉为可编码的磁源，由可编码的磁源接续形成的虚拟轨道在物理层和线路层支撑胶轮车辆自动运行，其中磁源是数字轨道的基本组成单位，提供磁场定位信息和编码信息来形成虚拟数字轨道；磁源以安装和部署于数字化规划轨道线路上的无源磁钉构成，所述无源磁钉是一种无耗能埋设式磁源，采用沿线埋设无源磁钉为定位参考，通过编码及数字化后构成的_虛拟数字轨道，是物理钢轨轨道的虚拟化和数字化替代，用于约束虚拟轨道胶轮车辆沿数字轨道自导向循迹行驶；数字轨道的全部设施均无源无机械结构部件，整个设施简易、易实施、可靠性高。

数字轨道子系统用于实现道路设计与运行的信息化：车辆的轨道位置信息由车载传感器通过无源磁钉上方时感应获得；随着装载有运行控制和管理系统的列车沿数字轨道运行，通过车载传感器不间断读取编码化的磁钉信息，形成电子地图；除循迹导向功能及电子地图功能之外，数字轨道同时支持全程定位、场景前瞻、虚拟道岔控制、列车运行控制功能的实现。

车载子系统103，以数字轨道胶轮车辆为载体，所述数字轨道胶轮车辆上安装有车载控制器、车载传感器(包括列车定位、测速等辅助功能传感器)、运行控制和管理系统显示器以及车地通信设备，车载子系统103是在基础级(具备列车限速防护、红灯冒进防护、障碍物防撞提示等基本安全防护功能)有轨电车信号车载子系统基础上，新增列车辅助驾驶及循迹自动导向的功能；具备按照运行计划和线路状态实时推荐列车运行策略、辅助驾驶引导与提示、车辆沿数字轨道循迹自动导向、道岔路径自动导向，降低运营调度和司机劳动强度，实现列车按时刻表准点安全运行；数字轨道胶轮车辆上安装有可以准确识别出埋设在道路上的无源磁钉的车载轨道传感器，当处于正常运行状态的数字轨道胶轮车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段时，通过安装于数字轨道胶轮车辆底部的车载轨道传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得相应的数字化轨道区段参数和数据信息，自动化的引导车辆沿设定数字轨迹自动循迹形式和导向矫正，进行车道保持和巡航。使得车辆运行驾驶可以摆脱对于视觉系统的依赖，从而解决全天候的安全保障问题。

中心控制子系统104，分布于控制中心，包括服务器、工作站、接口设备和网络设备，所述中心控制子系统实现列车调度的人机操作、行车指挥、列车运行监控、和运行控制和管理系统维护管理功能。

轨旁子系统105，分布于轨旁和路口，包括信号机控制器和路口优先控制器，实现轨旁信号机的控制和路口优先功能，所述轨旁子系统与车载子系统相结合实现路口运行驾驶策略控制功能。

人机交互子系统106，是数字轨道胶轮列车循迹导向系统的基础控制显示及控制操作功能模块，包括车载人机界面，驾驶员通过操作车载人机界面上的按钮，向车载设备发送控制命令，调整列车的运行状态；将车载设备的实时状态信息发送到列车的车载人机界面，车载人机界面从数字界面、文字、图形、声音方面来显示列车的实时状态信息，驾驶员实时监控列车的运行状态；通过人机交互子系统106帮助驾驶员实现全自动化、智能化的数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警。

请参阅图2，基于数字轨道胶轮列车循迹导向场景，由埋设于车道中心线、间隔等距的无源磁钉206组成连续的无源磁钉序列204构成基于无源磁钉的数字轨道胶轮车辆循迹的循迹导向轨道，通过磁钉编码技术对无源磁钉的南北极进行二进制码元编码，连续的一组无源磁钉通过极性的不同排列传递特定的信息码，每一枚无源磁钉通过磁场向部署于数字轨道胶轮车辆203底部的六根车轴207上的车载传感器205提供车载传感器相对该无源磁钉的位置信息，该位置信息进一步经过车载控制器转换计算成数字轨道胶轮车辆本体中心与道路中心线的相对距离，若计算出的实际相对距离显示出数字轨道胶轮车辆的车轴与道路中心线的相对距离大于额定阈值时，则说明车辆发生了真实的车体越界，通过人机交互子系统对驾驶员发出预警。

无源磁钉206根据磁钉的极性和排列可存储和传递静态的道路信息，典型的道路信息包括道路标界、道路的设计参数(如道路曲率半径)以及与运行相关的信息(如前方道路分岔或并道以及车站位置等)，道路标界包括左侧道路限界201和右侧道路限界201；无源磁钉206还可以扩展配置无源电子装置，以频率或多位数字编码方式携带信息，在车载传感器205的激励下获取更丰富的道路信息，车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段或无源磁钉序列时，通过安装于数字轨道胶轮车辆203底部的车载轨道传感器检测路面磁标签的序列编码和身份识别，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得道路信息；

车载传感器205，通过高精度定位技术对数字轨道胶轮车辆的车体位置进行精确定位和校准，具体通过车载轨道传感器阵列，利用不同磁传感单元测量值进行建模和匹配，消除地磁磁场的影响，得出毫米级精度的单点偏差；车载控制器检测获得连续的磁钉序列204，解码出车辆经过的无源磁钉206编号，通过时间轴匹配出地理信息，得到精度在厘米级的精准定位，以实现稳定、可靠的车辆导航导向；

车载传感器205，还可以通过车路协同技术，实现车辆在数字轨道上运行的同时，还可以监测无源磁钉轨道的状态，采集存储为无源磁钉轨道动态检测数据，支撑无源磁钉轨道的维保业务；胶轮车辆通过车载传感器和车路通信设备，在自动保持行驶轨迹的同时获取道路、交通信号、运行调度信息，并由无线通信上传至中心调度管理平台，实现车路协同。

请参阅图3，一种数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测方法，可以实现对行进过程中的数字轨道车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过合理道路轨道界限(边界)时及时向驾驶员进行预警，避免出现因车身越界引发的安全问题，所述循迹导向偏移监测方法包括以下步骤：

S11，数字轨道胶轮车辆行驶至车身完全经过铺设安装于车道中心线的无源磁钉构成的无源磁钉序列路段：数字轨道胶轮车辆上电启动后，沿着按照一定的设计规则沿线路铺设安装与地面的无源磁钉构成的无源磁钉序列路段，无源磁钉是一种无耗能埋设式磁源，是适合公开道路实施的典型磁源形式是采用沿线埋设磁标签为定位参考，通过编码及数字化后构成的虛拟轨道，是物理钢轨轨道的虚拟化和数字化替代，用于约束虚拟轨道胶轮车辆沿数字轨道自导向循迹行驶；

S12，无源磁钉序列路段上的无源磁钉序列根据额定允许数字轨道胶轮车辆的车体通过的横向距离阈值生成相应的车体左、右侧道路限界，生成虚拟数字轨道；虚拟数字轨道以安装于路面的无源磁钉为载体，无源磁钉按照一定的设计规则沿线路铺设安装，形成具有编码属性的虚拟轨道，并经编码数字化后构成数字轨道，由可编码的磁源接续形成的虚拟轨道在物理层和线路层支撑车辆自动运行，其中磁源是数字轨道的基本组成单位，提供磁场定位信息和编码信息来形成数字化轨道，并根据额定允许车体通过的横向距离阈值生成相应的车体左、右侧道路限界；

S13，安装于数字轨道胶轮车辆底部车轴的车载传感器对路面磁钉进行感应识别及通信；随着数字轨道胶轮车辆沿着虚拟数字轨道运行，数字轨道胶轮车辆的车体底部的六根车轴上安装的车载轨道传感器对车体经过无源磁钉进行感应识别和通信，及时获取无源磁钉信标所包含的定位数据信息；

S14，获取数字轨道胶轮车辆全车六个车轴对于相对位置上无源磁钉的定位信息，生成六个对应定位点坐标；定位信息包括无源磁钉的极性和排列以及可存储和传递静态的道路信息，典型的信息包括道路标界、道路的设计参数(如道路曲率半径)，以及与运行相关的信息(如前方道路分岔或并道以及车站位置等)；并根据磁钉信标定义的虚拟数字轨道坐标信息生成六个对应的定位点坐标，最终在人机交互子系统的人机交互界面上进行显示；

S15，根据六个对应点坐标绘制成动态折线与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较，得到车辆定位参数；根据步骤S14中生成的六个定位点坐标生成一条表示数字轨道胶轮车辆车体轨迹的动态折线，与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较并计算出车辆定位参数，所述车辆定位参数包括动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标，以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量；

S16，根据步骤S15得到的车辆定位参数，生成数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互子系统的人机交互界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务；根据步骤S15中得到的动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量，生成最终的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互系统界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务。

一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，通过这种方法驾驶员可以从车载人机交互系统上观察到车辆经过位置的道路限界(边界)，给司机提供车辆在狭窄空间(主要是靠站)中可通行的参考，弥补车辆摄像头由于远距离透视和头尾盲区给司机造成的观察困难。其功能的实现，可以替代安全员的下车观察。车体越界预警方法包括以下步骤：

S21，获取数字轨道胶轮车辆的循迹导向监测数据；通过获取上述实施例涉及的基于数字轨道车辆的循迹导向偏移监测方法生成的数字轨道胶轮车辆的循迹导向监测数据，对数据进行进一步地处理和解析，最终实现对车体的越界预警；

S22，获取数字轨道胶轮车辆的六根车轴偏移虚拟数字轨道中心线的偏移值；数字轨道胶轮车辆上电启动后，数字轨道胶轮车辆的默认状态是每根轴的偏移量都是零，当数字轨道胶轮车辆在运行过程中，随着车辆的运动，每根轴的偏移量各自独立变化，相互之间的偏移量没有关联关系；获取循迹导向监测数据中数字轨道胶轮车辆的六根车轴相对于虚拟数字轨道中心线的横向偏移值，用D1～D6表示，单位为厘米，并定义“+”为左偏，“-”为右偏；

S23，获取六根车轴对应无源磁钉位置的虚拟数字轨道的左、右侧道路限界；首先从数字轨道胶轮车辆行进方向上所经过的无源磁钉序列中的第一根磁钉信标标为第一根，后面依次对其余五根进行标记；然后通过获取六根车轴所在无源磁钉位置的车体位置对应的虚拟数字轨道限界，并将六根车轴的左侧道路限界依次标记为CL1～CL6，将道路限界依次标记为CR1～CR6，左、右侧道路限界的单位为厘米，定义“+”为左测，“-”为右侧，用于最终表示虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息；

S24，根据虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息对虚拟数字轨道的近边界危险区域进行标记，将距虚拟数字轨道的左、右侧道路限界5cm～10cm的区域标记为黄色警示区域，将距虚拟数字轨道的、右侧道路限界0cm～5cm的区域标记为红色危险区域；

S25，当车辆循迹导向动态折线侵入红色危险区域或黄色危险区域时，在人机交互子系统的人机交互界面上将相应的区域标记为高亮；当在人机交互子系统的人机交互界面上显示的车辆循迹导向动态折线侵入红色和黄色区域时，实时在人机交互界面上将该区域标记为高亮，侵入黄色警示区域触发二级预警机制；侵入红色危险区域触发一级预警机制；侵入黄色警示区域条件：以第一根车轴左侧为例：当D1+125>CL1–10时，则标记为已侵入黄色警示区域，触发二级预警机制；侵入红色危险区域条件：以第三根车轴右侧为例：当D3-125<CR3+5，则标记为已侵入红色危险区域，触发一级预警机制；

S26，发出警报提示驾驶员数字轨道车辆可能发生车体越界危险，实现车体越界预警；上述发生的二级预警机制和一级预警机制可以理解为：一级预警机制发生车体越界的问题比二级预警机制更加严重和紧迫；所述一级预警机制是比二级预警机制具有更高安全预警级别的预警机制，所述一级预警机制通过蜂鸣警报长响对驾驶员进行提醒，所述二级预警机制通过间接警报对驾驶员进行提醒，通过一级预警机制和二级预警机制提示驾驶员数字轨道胶轮车辆可能发生车体越界危险，实现车体的越界预警。

综上所述，本发明的数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警方法，基于数字轨道胶轮列车循迹导向系统和数字轨道胶轮列车循迹导向场景，实现对行进过程中的数字轨道胶轮车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过设定道路轨道界限时及时向驾驶员进行预警。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，基于数字轨道胶轮列车循迹导向系统和数字轨道胶轮列车循迹导向场景，实现对行进过程中的数字轨道胶轮车辆的实时位置进行监测和定位，以及当车身越过设定道路轨道界限时及时向驾驶员进行预警-；

所述数字轨道胶轮列车循迹导向系统包括数字轨道子系统、车载子系统、中心控制子系统、轨旁子系统和人机交互子系统，其中：

所述数字轨道子系统，以安装于路面的无源磁钉为载体，多个无源磁钉沿车道中心线间隔等距地铺设安装，形成具有编码属性的虚拟轨道，并经编码数字化后构成虚拟数字轨道，所述无源磁钉为可编码的磁源，由可编码的磁源接续形成的虚拟轨道在物理层和线路层支撑胶轮车辆自动运行，其中磁源是数字轨道的基本组成单位，提供磁场定位信息和编码信息来形成虚拟数字轨道；

所述车载子系统，以数字轨道胶轮车辆为载体，所述数字轨道胶轮车辆上安装有车载控制器、车载传感器、运行控制和管理系统显示器以及车地通信设备，所述车载子系统是在基础级有轨电车信号车载子系统基础上，新增列车辅助驾驶及循迹自动导向的功能；具备按照运行计划和线路状态实时推荐列车运行策略、辅助驾驶引导与提示、车辆沿数字轨道循迹自动导向、道岔路径自动导向，降低运营调度和司机劳动强度，实现列车按时刻表准点安全运行；

所述中心控制子系统，分布于控制中心，包括服务器、工作站、接口设备和网络设备，所述中心控制子系统实现列车调度的人机操作、行车指挥、列车运行监控、和运行控制和管理系统维护管理功能；

所述轨旁子系统，分布于轨旁和路口，包括信号机控制器和路口优先控制器，实现轨旁信号机的控制和路口优先功能，所述轨旁子系统与车载子系统相结合实现路口运行驾驶策略控制功能；

所述人机交互子系统，是数字轨道胶轮列车循迹导向系统的基础控制显示及控制操作功能模块，包括车载人机界面，驾驶员通过操作车载人机界面上的按钮，向车载设备发送控制命令，调整列车的运行状态；将车载设备的实时状态信息发送到列车的车载人机界面，车载人机界面从数字界面、文字、图形、声音方面来显示列车的实时状态信息，驾驶员实时监控列车的运行状态；通过所述人机交互子系统帮助驾驶员实现全自动化、智能化的数字轨道胶轮车辆的循迹导向偏移监测及车体越界预警；

所述数字轨道胶轮列车循迹导向场景，由埋设于车道中心线、间隔等距的无源磁钉组成连续的无源磁钉序列构成基于无源磁钉的数字轨道胶轮车辆循迹的循迹导向轨道，通过磁钉编码技术对无源磁钉的南北极进行二进制码元编码，连续的一组无源磁钉通过极性的不同排列传递特定的信息码，每一枚无源磁钉通过磁场向部署于数字轨道胶轮车辆底部的六根车轴上的车载传感器提供车载传感器相对该无源磁钉的位置信息，该位置信息进一步经过车载控制器转换计算成数字轨道胶轮车辆本体中心与道路中心线的相对距离，若计算出的实际相对距离显示出数字轨道胶轮车辆的车轴与道路中心线的相对距离大于额定阈值时，则说明车辆发生了真实的车体越界，通过人机交互子系统对驾驶员发出预警；

所述车体越界预警方法包括以下步骤：

S21，获取数字轨道胶轮车辆的循迹导向监测数据；

S22，获取数字轨道胶轮车辆的六根车轴偏移虚拟数字轨道中心线的偏移值；

S23，获取六根车轴对应无源磁钉位置的虚拟数字轨道的左、右侧道路限界；

S24，根据虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息对虚拟数字轨道的近边界危险区域进行标记，将距虚拟数字轨道的左、右侧道路限界5cm～10cm的区域标记为黄色警示区域，将距虚拟数字轨道的、右侧道路限界0cm～5cm的区域标记为红色危险区域；

S25，当车辆循迹导向动态折线侵入红色危险区域或黄色危险区域时，在人机交互子系统的人机交互界面上将相应的区域标记为高亮；

S26，发出警报提示驾驶员数字轨道车辆可能发生车体越界危险，实现车体越界预警；

所述循迹导向监测数据是基于循迹导向偏移监测方法获得的。

2.如权利要求1所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，所述数字轨道子系统中，磁源以安装和部署于数字化规划轨道线路上的无源磁钉构成，所述无源磁钉是一种无耗能埋设式磁源，采用沿线埋设无源磁钉为定位参考，通过编码及数字化后构成的虛拟数字轨道，是物理钢轨轨道的虚拟化和数字化替代，用于约束虚拟轨道胶轮车辆沿数字轨道自导向循迹行驶；

所述数字轨道子系统用于实现道路设计与运行的信息化：车辆的轨道位置信息由车载传感器通过无源磁钉上方时感应获得；随着装载有运行控制和管理系统的列车沿数字轨道运行，通过车载传感器不间断读取编码化的磁钉信息，形成电子地图；除循迹导向功能及电子地图功能之外，数字轨道同时支持全程定位、场景前瞻、虚拟道岔控制、列车运行控制功能的实现。

3.如权利要求1所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，所述车载子系统中，数字轨道胶轮车辆上安装有可以准确识别出埋设在道路上的无源磁钉的车载轨道传感器，当处于正常运行状态的数字轨道胶轮车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段时，通过安装于数字轨道胶轮车辆底部的车载轨道传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得相应的数字化轨道区段参数和数据信息，自动化的引导车辆沿设定数字轨迹自动循迹形式和导向矫正，进行车道保持和巡航。

4.如权利要求1所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，所述基于数字轨道胶轮列车循迹导向场景中，所述无源磁钉根据磁钉的极性和排列可存储和传递静态的道路信息，典型的道路信息包括道路标界、道路的设计参数以及与运行相关的信息；

所述无源磁钉还可以扩展配置无源电子装置，以频率或多位数字编码方式携带信息，在车载传感器的激励下获取更丰富的道路信息，车辆在经过包含编码的无源磁钉道路段或无源磁钉序列时，通过安装于数字轨道胶轮车辆底部的车载轨道传感器检测路面磁标签的序列编码和身份识别，并经过车载控制器中的控制导航定位处理器解码，获得道路信息；

所述车载传感器，通过高精度定位技术对数字轨道胶轮车辆的车体位置进行精确定位和校准，具体通过车载轨道传感器阵列，利用不同磁传感单元测量值进行建模和匹配，消除地磁磁场的影响，得出毫米级精度的单点偏差；车载控制器检测获得连续的磁钉序列，解码出车辆经过的无源磁钉编号，通过时间轴匹配出地理信息，得到精度在厘米级的精准定位，以实现稳定、可靠的车辆导航导向；

所述车载传感器，还可以通过车路协同技术，实现车辆在数字轨道上运行的同时，还可以监测无源磁钉轨道的状态，采集存储为无源磁钉轨道动态检测数据，支撑无源磁钉轨道的维保业务；胶轮车辆通过车载传感器和车路通信设备，在自动保持行驶轨迹的同时获取道路、交通信号、运行调度信息，并由无线通信上传至中心调度管理平台，实现车路协同。

5.如权利要求1所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，所述循迹导向偏移监测方法包括以下步骤：

S11，数字轨道胶轮车辆行驶至车身完全经过铺设安装于车道中心线的无源磁钉构成的无源磁钉序列路段；

S12，无源磁钉序列路段上的无源磁钉序列根据额定允许数字轨道胶轮车辆的车体通过的横向距离阈值生成相应的车体左、右侧道路限界，生成虚拟数字轨道；

S13，随着数字轨道胶轮车辆沿着虚拟数字轨道运行，数字轨道胶轮车辆的车体底部的六根车轴上安装的车载轨道传感器对车体经过无源磁钉进行感应识别和通信，及时获取无源磁钉信标所包含的定位数据信息；

S14，获取数字轨道胶轮车辆全车六个车轴对于相对位置上无源磁钉的定位信息，生成六个对应定位点坐标；

S15，根据六个对应点坐标绘制成动态折线与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较，得到车辆定位参数；

S16，根据步骤S15得到的车辆定位参数，生成数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互子系统的人机交互界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务。

6.如权利要求5所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，步骤S14中，所述定位信息包括无源磁钉的极性和排列以及可存储和传递静态的道路信息，所述道路信息包括道路标界、道路的设计参数以及与运行相关的信息；并根据磁钉信标定义的虚拟数字轨道坐标信息生成六个对应的定位点坐标，最终在人机交互子系统的人机交互界面上进行显示；

步骤S15中，根据步骤S14中生成的六个定位点坐标生成一条表示数字轨道胶轮车辆车体轨迹的动态折线，与虚拟数字轨道绘制的静态直线做比较并计算出车辆定位参数，所述车辆定位参数包括动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标，以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量；

步骤S16中，根据步骤S15中得到的动态折线在对应的虚拟数字轨道坐标系下的相对坐标以及动态折线相对于磁钉序列中心线的偏移量，生成数字轨道胶轮车辆循迹导向监测数据并显示在人机交互系统界面上，实现实时的数字轨道胶轮车辆循迹导向监测任务。

7.如权利要求1所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，步骤S22中，数字轨道胶轮车辆上电启动后，数字轨道胶轮车辆的默认状态是每根轴的偏移量都是零，当数字轨道胶轮车辆在运行过程中，随着车辆的运动，每根轴的偏移量各自独立变化，相互之间的偏移量没有关联关系；获取循迹导向监测数据中数字轨道胶轮车辆的六根车轴相对于虚拟数字轨道中心线的横向偏移值，用D1～D6表示，单位为厘米，并定义“+”为左偏，“-”为右偏；

步骤S23中，首先从数字轨道胶轮车辆行进方向上所经过的无源磁钉序列中的第一根磁钉信标标为第一根，后面依次对其余五根进行标记；然后通过获取六根车轴所在无源磁钉位置的车体位置对应的虚拟数字轨道限界，并将六根车轴的左侧道路限界依次标记为CL1～CL6，将道路限界依次标记为CR1～CR6，左、右侧道路限界的单位为厘米，定义“+”为左测，“-”为右侧，用于最终表示虚拟数字轨道的左、右侧道路限界的数据参数信息；

步骤S25中，当在人机交互子系统的人机交互界面上显示的车辆循迹导向动态折线侵入红色和黄色区域时，实时在人机交互界面上将该区域标记为高亮，侵入黄色警示区域触发二级预警机制；侵入红色危险区域触发一级预警机制。

8.如权利要求7所述的一种数字轨道胶轮车辆的车体越界预警方法，其特征在于，所述一级预警机制发生车体越界的问题比二级预警机制更加严重和紧迫；所述一级预警机制是比二级预警机制具有更高安全预警级别的预警机制，所述一级预警机制通过蜂鸣警报长响对驾驶员进行提醒，所述二级预警机制通过间接警报对驾驶员进行提醒，通过一级预警机制和二级预警机制提示驾驶员数字轨道胶轮车辆可能发生车体越界危险，实现车体的越界预警。

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