CN1173851A - 用于人员快速运输控制系统的位置识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于人员快速运输的位置识别装置。此人员快速运输系统包括用于在导轨(10)内运动的底座(40)及在导轨(10)外面安装在底座(40)上的旅客车厢。底座(40)具有导引轮(41和42)、电气线性马达(44a和44b)、一开关装置、制动器、一控制装置(70)及电源装置。条形码扫描器(60a和60b)被安装在导轨(10)内的底座(40)的两侧。条形码包括指示在导轨(10)上某一间隔处的路段和位置的数字和字母,并被印在由塑料做成具有一预定宽度的条形码部件(50a和50b)上。其上印有相同条形码的塑料条形码部件(50a和50b)被贴在导轨(10)的两侧。扫描器(60a和60b)从与固定在运载车(80)的底座(40)上与此扫描器(60a和60b)相向放置的条形码中识别出运载车(80)的位置和速度,并将此数据发送到与此扫描器(60a和60b)相邻安装的一计算机上,用于控制此运载车(80)。该计算机控制运载车(80)的驱动马达,以由此在对间隔和速度的控制下提供执行精确间隔维持和事先预防尾部碰撞及运载车之间的碰撞的效果。

Description

用于人员快速运输控制系统的位置识别装置

本发明涉及一种用于作为一公共运输系统的人员快速运输(PRT)的位置识别装置，在该公共运输系统中小运载车在一高架导轨的网络中自动运行以向个人或小组提供不停歇的起点至终点的运输服务。为了在线路上获得足够的运输量，诸运载车必须以0.5秒或更长的短车间时距运行。

更具体地，用于此短车间时距运行的该控制系统需要在所有的时间高精度地确定系统中的每个运载车的位置和速度，以便每一运载车能够与其它运载车维持一定的间隔，并在汇合以及其它调度期间避免碰撞。

此PRT运载车利用了一种位置识别装置，该装置涉及由同一申请人提交的韩国专利申请94-14033项下的发明“一种用于人员快速运输的电磁开关系统”

许多类型的位置识别装置被用于固定导轨运输系统中。然而，此类运输系统在运载车或火车之间以相当大的时间间隔运行，并且该位置确定系统不必要非常准确。

诸如铁路、地铁、轻轨系统和一些自动导轨运输系统的固定导轨运输系统使用一轨道环路系统，用于定位火车和运载车的位置。该轨道被分成称为块的部分，块相互间隔离。每一块的长度按照设计的运行速度和典型火车的长度变化。典型块的长度为大约2000米。地铁系统趋向于更慢并具有300米至1000米长的更短的块。一旦火车或运载车进入此轨道部分，此情况能由路边的控制设备检测出来，然后此火车的出现被传至中央控制计算机用于处理成一火车控制信号。在此类系统中，诸火车工作在60秒至300秒的车间时距，因而该位置定位系统的相对不准确度(+/-一个块长)并非很重要。

高速火车和短车间时距的地铁需要更高的准确度，因而，这些系统使用一种也允许使用连续钢轨的运动块系统。此轨道环路可布置成一感应环，而火车头或其它牵引车可安装一激励该轨道环路的感应装置。这种方法消除了由经常超过400米的火车长度引起的不准确。

其它位置定位装置使用全球定位系统(GPS)，该系统使用静地卫星发送以将运载车的位置确定在差不多25米内。这种系统的准确性表示优于传统轨道环路或运动块系统的一大进步，但它不能用于地铁遂道中，一些屏蔽建筑物内部以及在某些地理位置上。

这些系统中没有一个适合于SKYCAR PRT系统，因为其精确度要差2至4个数量级，即比PRT所要求的精度大100至10,000倍。用同样的逻辑，没有一种以前的或现有的运输系统使用了条形编码，以便用这种方式来形成一火车或运载车控制系统。这是因为它们从不需要位置定位上的精确度。

条形码和激光扫描器被广泛用于识别在固定导轨上运输的运载车或物体。例如，条形码被用于铁路货车定位。该条形码附着于此货车上，轨道边的读取器将此货车的特征传至一控制中心。条形码也被用于机场行李系统以便在自动行李系统中跟踪行李车。条形码也被用在由传送带运送的包裹上，条形码读取器在此传送带旁静止不动。条形码读取器也可定位于工业流水线旁以监视和控制被打上条形码的部件流。

据我们所知，还没有工业或运输系统在运动的运载车上安装了条形码扫描器并在导轨中的顺序轨带上安置此条形码。本发明是此项权利要求的基础。

典型的PRT系统将以45公里/小时(12.5米/秒)至60公里/小时(16.6)米/秒的速度行进。控制运载车所需要的位置准确度为大约100毫米，因此每一运载车的位置必须固定在每6至8毫秒，此时间相当于100毫米的行进距离。

每一运载车每6至8毫秒必须固定其位置并将其特征和位置信息发送至导轨带控制器及此导轨上的下一运载车和在汇合线路上驶近的运载车。每一运载车必须能够接收有关前面运载车的特征、位置和速度的数据，以及来自在汇合线上驶近的运载车的同类数据。

本发明描述了一种运载车位置定位系统，它提供了必需的精度并且是实质上能确保安全，而且它是经济的和使用可靠的。它涉及一种将激光条形码读取技术运用于运输控制系统的新方法。

一条形码带被贴在SKTCAR PRT导轨10的内侧的每一面上。每隔100毫米间隔在此带上写上唯一的序号。包含底座40和车体30的每一运载车80被装上位于该运载车底座40每一边的两个激光条形码扫描器60a和60b，以读取条形码序列。在导轨上一边一个的条形码带号50a和50b在每个位置是相同的。这使系统的操作具有冗余度。条形码扫描器60a和60b将会发生监视故障，因而在扫描器60发生故障的情况下，运载车80将按既定程序返回修理厂。第二个扫描器60在所需的短时间内发生故障的机会实际上非常小，因为其机率将是MTBF×MTBF，其中故障间平均时间(MTBF)可能是10,000小时。这将给一次运载车位置识别100,000,000小时的MTBF，这相当于工作27,000年，而且故障监视将把此进一步延长。

每一次条形码读取都被转换成数字格式并被送至在此运载车上的计算机72，计算机72能够测量当前位置读取和先前位置读取之间的时间间隔。一简单的计算也将给出此运载车的速度。如果此运载车80正加速或减速，一简单的计算也将给出此加速度或减速度。如果后续的读数记录了相同的位置，则此运载车80处于静止。

此运载车的特征、位置、速度和加速/减速状态能在1微秒内被送至导轨通信管路21a和21b，在此段时间内，运载车80将只行进0.0125毫米。此数据由导轨通信管路21a和21b传至导轨带控制器(未示出)及其它邻近的运载车(未示出)。

此系统的优点是制造和操作经济、可靠并提供了没有错误或模糊的可能的唯一位置读取。PRT运载车80包括底座40，其在导轨10内运行；及一载客机体30，其在导轨10外安装在底座40上。底座40包括一框架，在其上安装有支撑轮42和导向轮41；线性推进马达44a和44b；开关机构46；制动器(未示出)；运载车控制系统70；动力调节设备(未示出)及其它附属设备(未示出)。

此条形码扫描器60a和60b安装在底座40两侧，与安装在导轨10内部每一侧上的控制和通信管路21a和21b相对。

在与水平导向轮41相同的水平轴上将扫描器60a和60b安装在底座40的每一侧。

此特点消除了在运载车80穿过导轨10上的一小半径曲线时发生的读取距离的任何变化。

此条形码被刻在每100毫米具有一序列号的大约100毫米宽的塑料带50上。此条形码带50a和50b由胶合材料在位于导轨10内侧一边一个的控制和通信管路21a和21b上。

条形码扫描器60a和60b中的每一个安装在一附着在底座40上的软弹簧悬挂装置63、64和66上。这将条形码扫描器60a和60b从可能损害此机构的振动中隔离出来。振动源包括导轨10的运动振动和运载车80的悬挂振动。

在运载车上的控制计算机72a和72b安在底座40上，与条形码扫描器60a和60b相邻。控制计算机72是双份的且是故障监视的。它们被设计成在一个计算机出现故障的情况下能有冗余进行工作。

导轨通信单元(GCU)(未示出)包括发射器和接收器，用于运载车控制，通信和位置数据传送被安装在底座40的每一侧，与控制和通信管路21a和21b相对。

在这种设计中，条形码位置定位系统不受来自运载车80上的设备的无线电、微波、红外线或电磁传送或发送的影响，也不受导轨10外部的其它源的影响。

SKYCAR PRT导轨10的内部用一盖13和一对可伸缩密封带18保护不受天气和碎屑影响，密封带18封闭了导轨顶部的小缝隙14，运载车的车体支撑片45穿过此小隙。此布局保持了条形编码50a和50b干净且不染可能遮蔽条形码50a和50b或损害激光条形码扫描器60a和60b的碎屑、尘土、雨和其它物质。

SKYCAR PRT系统装有导轨监视车(未示出)和导轨维护车(未示出)。导轨监视车，还有其它功能，将在定期基础上至少每天一次地读取条形码上的肮脏和损害印迹。此车具有一清洁臂(未示出)，能够擦除码50a和50b上的一天中可能在小区域积累的脏物。导轨维护车在非峰值时间和当该系统为维护而关闭时将穿过整个PRT网络。安装该车是为了在周期的基础上清洁整个条形码系统。

每隔几年根据已经历的变坏程度将替换此条形码50a和50b。除了定期的清除外，条形码表面上没有磨损。

此塑料带被蚀刻，因而条形码50a和50b应该抵抗许多年的轻柔的清除。预计条形码50a和50b带的寿命至少5年。在例行的定期维护期间，条形码50a和50b能被部分去除和替换。

图1是一剖面透视图，显示了PRT系统的部分，包括在该导轨上经过一道岔从导轨路段10b或10c汇合至导轨路段10a的运载车80。此图显示了根据本发明的安装在运载车80上的一位置识别装置和安装在控制管路21上的条形码50；

图2是一透视图，只示出图1的“A”部分，还附有带条形码50a的控制管路21a；

图3是从图1的截面I-I取下的导轨10和运载车底座40的放大的截面图；

图4A是说明图3的“B”部分的放大的侧垂直剖面图，条形码扫描器60a安装在运载车底座40上，而图4B是图4A所示的“B”部分的平面图，条形码扫描器60a安装在运载车底座40上；

图5A和图5B显示了被用于附着在导轨10的每一边上的控制管路21的条形码带50的两个备选的方向。根据本发明，该带可被垂直或水平应用以获得安装在PRT内的位置识别装置的最有效的工作；及

图6显示了PRT运载车的完整控制装置的简化图。根据本发明，此位置识别系统是该运载车和随之被输入至PRT运载车控制系统的导轨之间的原始接口之一。

将参考附图详细描述根据本发明的用于PRT运载车的位置识别装置的优选实施例。

将在一优选实施例中简要描述人员快速运输系统，因为应用于本发明的系统设计在由同一申请人申请的韩国专利申请号94-14033中被描述过。

此人员块速运输系统(以下称作PRT)是一公共运输系统，其中一小运载体80在一几乎高架的导轨10的网络中自动运行以向在不在线上的站之间行走的个人或小组提供不停歇的起点至终点的运输服务。为了在导轨10上获得足够的运量，运载车80必须以0.5秒或以上的短车间时距运行(其中车间时距被定义为经过一给定点的连续运载车之间流逝的时间间隔)。此类型的运行需要高精度控制运载车80的位置和速度，以便于执行在汇合两条运载车交通线路、进入及离开不在线上的站和其它操作中所需要的各种操作。

为获得此种定位的精度，发明了下面定义的位置识别装置。由于下面将作详细解释的原因，对于如当前构造的PRT系统来说，本装置的此实施例是唯一的。

图1是一剖面透视图，显示了人员快速运输系统的部分，根据本发明的位置识别装置被安装在此系统上，图2是一放大的透视图，只显示了图1的“A”部分，而图3是从图1上的线I-I取下的一放大截面图。

将一优选实施例中简要描述此人员快速运输系统，因为应用于本发明的人员快速运输系统的结构已在由同一申请人申请的韩国专利申请号84-14033中被详细说明过了。该人员快速运输系统包括具有一在繁华区域中以网络形式高空架设的钢箱体结构的运载车导轨10；以及能以高速沿运载车导轨10行进的小运载车80。导轨10包括：主路段10a和从主路段10a分岔的分岔路段10b和10c，在主路段10a的前端中央形成一导引槽14用于小运载车80的运行。

导轨10的箱体构架中的主体被一盖13密封，而安装的盖13覆盖了仅除导轨10的导引槽14外的全部，而一可伸缩盖条18附着于导引槽14上以便防止外面的东西从其进入。盖体14是绝缘的以消除当小运载车80沿导轨10行进时产生的噪音、电波、微波和电磁干扰。

在几乎成□形的水平框架12的4个角上安放的导引轨11a-11d整体上沿导轨10固定以起到小运载车80的导引轨的作用。在盖13和导轨10的水平框架12之间布置有通信电缆19a和电源电缆19b。在导轨10中水平框架12的内部沿导轨10安装了通信管路21a和21b。小运载车80沿导轨10的槽14快速运行，其运行由线性马达44a和导引轮41和42执行。在一控制装置70内被控制的线性马达44a使运载车底座40向后运动或停止。以后将描述有关控制装置70的具体结构。

人员快速运输系统包括位置识别装置，用于控制导轨10的运载车80的位置和速度。运载车80的位置识别装置包括在其上印有条形码的带状条形码部件50a和50b以及扫描器60a和60b。条形码部件50a和50b牢固地固定在安装在导轨10上的通信管路21a和21b的表面。如图5所示，条形码可以水平方向或垂直方向附着在条形码部件50a和50b上。最好是能够根据来自扫描器60a和60b的激光束的方向改变条形码部件50a和50b的条形位置方向。如图5A所示，当扫描器60a和60b的激光束b发射成垂直方向时，条形码部件50a和50b的条形码被安置成与激光束b正交的水平方向。相反，如图5B所示，当扫描器60a和60b的激光束b发射成水平方向时，条形码部件50a和50b的条形码被安置成与激光束b正交的垂直方向。条形码部件50a和50b的宽度在10cm的范围，在此条形码部件50a和50b上设置并印有表示10cm间隔和导轨10的各部分的数字位置。与条形码部件50a和50b相向安装的扫描器60a和60b分别读取设置在条形码部件50a和50b上的相应部分和数字位置，并将读到的数据发送至下面要描述的计算机控制装置。

与条形码部件50a和50b相向安装的扫描器60a和60b被分别安置在底座40的两侧。如图3所示，最好扫描器60a和60b位于条形码部件50a和50b的中心，以便根据条形码部件50a和50b容易进行位置识别。扫描器60a和60b由安装在运载车80的底座40上的控制装置70中的CPU板72a和72b牢固地支撑。这将在图4中详细描述。

图4A是说明图3的“B”部分的放大图，而图4B是图4A的平面图。扫描器60a由安放在其右和左边的每一对支撑连接件63a和64a支撑，此扫描器60a能够在安装在底座40上的CPU板72a上上下移动。扫描器60a也包括在其两侧的弹性减振器66a，以便吸收来自运载车80的垂直方向的振动冲击。详细地，以对角线方向安装的弹簧减振簧66a减小了来自CPU板72a的振动而引起的扫描器60a的振动。因而，扫描器60a一致地维持了相对于放置于导轨10的内部的条形码50a的高度，因而将扫描器60a的错误操作减至最小。

在此实施例中，只描述了安置在扫描器60a一侧的悬置结构，因为安置在另一侧的另一扫描器的悬置结构也一样的。

图6原理性显示了用于系统操作和位置识别的运载车的控制装置，该控制装置根据本发明安装在人员快速运输的位置识别装置内。控制装置70包括：网络板71a和71b，它们分别电连接至扫描器60a和60b；CPU板72a和72b，其与网络板71a和71b电耦合；及反相器74a和74b，其与CPU板72a和72b电耦合，以上所有装置与将推动力传至该运载车的线性马达44a和44b相耦合。

网络板71a和71b的作用是：将从扫描器60a和60b识别的该运载车的位置和速度通知其它运载车，并将各个使用的运载车的方向和速度的数据从一中央控制室传至具有有线或无线网络的CPU板72a和72b。

参考附图描述扫描器60a和60b中的位于底座40前边的一个扫描器以及与控制装置70相连的一个例子。对有关置于底座40后边的另一个扫描器的说明将省略，因为后边那个与前边那相同。

分别在底座40的两边安装两个CPU板和扫描器的原因是当二者之一有缺陷时执行位置识别和控制功能。

将参考图1和图6描述根据本发明的上述结构的位置识别装置的功能和效果。

首先，通过由线性马达44a和44b产生的推动力，运载车80的底座40用导引轮41和42沿导轨10的引导轨11a-11d以高速自动运行。在运载车39沿导轨行进期间，安装在底座40上的扫描器60a和60b向与扫描器60a和60b相对的条形码部件50a和50b发射激光束b，这是读出设置在条形码部件50a和50b上的导轨10的部段及方向所必要的。由来自扫描器60a和60b的激光束b感应的当前位置及由其它运载车施加的类似数据被发送到安装在计算机(未示出)中的CPU板72a和72b。然后，CPU板72a和72b的计算机处理收集的数据，并通过反相器72a和74b用此处理过的数据控制以增速或减速线性马达44a和44b的推动力。由于对控制装置70用由扫描器60a和60b检测的数据控制运载车80的线性马达44a和44b的具体描述能作出几个修改，因而本实施例不仅仅对任何一个具体例子进行描述。

下面详细描述本发明的诸单元。PRT导轨单元

PRT导轨结构包括具有4个纵向导引及支撑部件11a、11b、11c和11d的钢箱体框架10。纵向部件11由对角部件(未示出)固定并，由水平框架12扭曲地加紧。运载车底座40在箱体框架10内运行。箱体框架10的顶端具有槽14，通过此槽-狭窄支撑片45伸出来支撑运载车车体30。

此控制系统的通信在位于导轨一边一个的管路21a和21b内进行。用于位置识别的条形码50a和50b安装在通信管路21a和21b的内表面。条形码50a和50b被刻在具有轻微可变间距的塑料带上，以便在运载车每一侧的扫描器60a和60b通过弯曲的导轨部分将读出同样的位置。该导轨结构完全由聚碳酸酯盖13封闭，此盖13填充了隔音材料并屏蔽来自外部和内部源的微波和电磁辐射的发射。在导轨盖的顶部给此槽的每一边装了一个可伸缩密封条18以阻止灰尘、碎屑、雪和雨进入。当车体支撑片45沿导轨穿过时，密封条18分开，待支撑片45过去后再关闭。用这种方式保护导轨10的内部不进入可能影响条形码扫描器60a和60b的脏物和尘土。电源电缆19a和光纤通信电缆19b位于导轨盖13和水平导轨构架12之间。光纤通信电缆传送从该区控制器(未示出)至中央控制(未示出)的所有通信。光纤电缆19b不受电磁干扰或微波发射的影响。PRT运载车底座单元

安装在导轨10上的条形码带50必须具有被编程至运载车控制系统70逻辑的唯一的位置特征。此唯一的位置特征使任何运载车80能够在任何操作条件下在几微秒之内确认出其位置。

因为运载车80将以12.50米/秒至16.67米/秒的速度行进，条形码扫描器60必须具有非常高的扫描速度以及对在导轨10和在运载车80中引入的振动的阻抗性。PRT运载车导引、推进及切换

PRT运载车由安装在运载车底座40的每一侧的线性马达44a和44b推进和制动。该运载车由安装在底座上端和下端每一侧上的水平导引轮41导引。该b2由该底座的每一端上的垂直行进轮42支撑。该运载车通过应用安装在底座40上的电磁切换(未示出)从左导轨路段10b或从右导轨路段10c切换到主导轨路段10a。激励左侧切换电磁体(未示出)使此运载车跟随左侧导轨10的内侧，若作相反切换，则跟随右侧导轨的内侧。PRT运载车控制系统

PRT运载车80由一异步控制系统操作，在此系统中，每个运载车在此导轨上独立行进以到达其终点站。PRT控制系统包括4个主要部件；

(1)控制中心，负责此运载车队的整体管理并监视车站和导轨连接。

(2)车站控制器，负责在车站区域内的旅客和运载车的运动。

(3)导轨区控制器，负责在任意给定的导轨10部分控制各个运载车80的运动。

(4)在每一个运载车80上的运载车控制70，负责控制线性马达44的推进幅度和方向，也负责根据从导轨区控制器收到的指令进行切换。

每一运载车利用使用激光扫描器60从条形码50中读取导轨位置的位置识别装置确定其位置和速度。此数据从运载车80经导轨通信单元(未示出)和导轨通信管路21被传送至本地导轨区控制器(未示出)。导轨区控制器计算运载车所需的运动以便以安全的距离跟随前面的运载车或为便于其它运载车安全地并入此线路而行进。该命令经该导轨通信单元被传送至运载车80，由此该命令被转发至运载车控制系统70。运载车控制70系统包括冗余计算处理单元(CPU)72a和72b，它们随后将向作为冗余变压变频(VVVF)转相器的运载车的线性马达控制器74a和74b或向电磁转换器(未示出)发出所需命令。条形码构造。

各条形码50能被安置以两种不同的方向读取，即垂直地和水平地读取。此专利申请适用于两种读取方向。

(1)垂直条形码

当条形码带被垂直布置，条形码扫描机60将以和此运载车相同的速度行进并且此激光读取器必须在6-8毫秒的可用读取时间内水平地扫描条形码50并且扫描速度得接近于运载车速度，即12.5米/秒至16.67米/秒。用工业标准，这是一高的扫描速度。

此种垂直条形码带的布局具有的优点是：垂直运载车振动不会对条形码读取器60的精度具有有效的影响，因为该振动的主要振幅位于与条形码相同的方向。

(2)水平条形码

当条形码带被水平布置时，条形码扫描机60将以和运载车相同的速度行进，但是此激光条形码读取器可以以一非常低的速度垂直扫描此条形码。可用读取时间仍必须是6至8毫秒，但是扫过条形码的读取距离依此条形码线的厚度只需为20毫米至30毫米。

激光扫描器实际上会对角地穿过此条形码，因为行进路径将是运载车80的速度和扫描器60的行进距离的合量。考虑到振动容许极限和悬置偏移，此激光扫描仪的垂直行进距离不会超过30毫米至40毫。

水平条形码带布局具有的缺点是：运载车80的垂直振动将使其更难于读取条形码50，除非条形码扫描器60能足够地稳定。势能振动是一个问题，因为其主要振幅横穿条形码带。有人提议将扫描器60安装在一具有阻尼的软弹簧连接器上，以便于保护其机构并限制该扫描器振动的频率和振幅。条形码安装位置

条形码50应以其能从运载车80的两边被读取的方式安置于导轨10上。

这是根本的，因为进入一岔道的运载车将驶离在该岔口相对侧上的条形码。

条形码带50应当保护不受脏物和碎屑的侵染，因而位于导轨10的运行表面的平面上是不可行的。定位于侧壁上是好的。两个交替连续垂直表面专用于定位此条形码。

(1)线性马达反作用轨，在不与马达初级或间隙维持轮接触的铝反作用板上。此轨经受连续振动，而间隙维持轮的故障可能使电磁切换或线性马达电枢擦到反作用轨表面。必须绝对避免损坏条形码。

(2)与该运载车一点也不接触的控制和通信系统管路。这是优选的条形码表面之一，因为它能与振动隔离。对条形码扫描器的描述

具有高光栅扫描速度的商用条形码扫描器适合于此位置识别系统。然而它们必须适于或被修改以满足PRT的工作环境，此工作环境牵涉动态运动、振动、极端温度、暴露于电磁场、暴露于各种类型的无线电干扰和可解释为长平均故障间时间(MTBF)的高可靠性的要求。典型地，每一扫描器60需要10,000小时的MTBF。条形码扫描距离

导轨通信管路21上的条形码50和扫描器60表面之间的条形码扫描距离不能超过200毫米，且不应小于100毫米。最佳扫描距离将由在现实操作环境下的详细现场测试确定。最佳扫描距离将由读取场宽度、条形码的线大小及振动效果确定。

条形码读取器60需要扫描邻近底座的条形码50。当此运载车进入一岔道时，在到达道岔的三角地带点且恢复双内侧轨之前，相对导轨内侧和底座40之间的距离将增加至900毫米。相对的内侧轨上的条形码将随运载车80走过此道岔增加范围。自动聚焦系统

当一个扫描器60a服务发生故障时产生的这种情形在导轨的线路部分并不严重，因为在相对侧的扫描器60b能够读条形码50b。然而，当运载车80进入一岔道段时，在单导轨10恢复之前，从底座40至对面导轨内侧的距离会增加至大约900毫米。所要求的是，在岔道侧上扫描器60a出故障的情况下，单个的扫描器60b能够继续读取在对面导轨内侧上的条形码50b。为此原因，扫描器60必须装备自动聚焦，聚焦范围应为自100毫米到1200毫米。

此自动聚焦必须能够在6至8毫秒内读取其读取范围内增加或减小15毫米而变动的连续条形码。条形码读取场

大多数高速商用扫描器的条形码读取场与扫描距离和窄条的条形码线宽有关。100毫米至200毫米的典型距离将要求0.15毫米至0.3毫米的条宽。典型的场宽是100毫米至200毫米。通常此扫描器场角大约是65度。电源

此条形码扫描器装备有直接来自此运载车电池的12V直流电源。这些电池保持充满电。电源将是备份和冗余的。电源消耗

每个扫描器的典型电源消耗将是4瓦。条形码扫描器光源

典型地使用一可视激光二极管。最大分辨率

此扫描器的最大分辨率将是0.15毫米至0.30毫米，然而，此PRT条形码要非常大以便使振动和尘土对读取精度的影响最小化。被读取的条形码的最大位数是6。这些位能做得足够宽以克服聚焦范围的宽度。条形码扫描器的孔径角

典型的孔径角是65度光栅扫描

对于垂直条形码扫描布置，扫描路径将是此运载车水平速度和此扫描器的垂直读取速度的合量。因为最大运载车速度为12.5至16.7米/秒，而典型扫描速度将是5.0米/秒，因而光栅扫描正切将是0.4至0.3。然而此运载车速度是可变的，因此此光栅扫描正切必须是可变的。扫描器60必须能够适应可变光栅扫描正切，其中明显的线宽也将变化。光栅扫描是位置识别设计的一个基本元素。可读码

大多数商用条形码扫描器60能被设计成读取多达15种码类型。在SKYCAR定位系统中，只需一种码。大多数商用扫描器能够分辨多达5种不同的码，组在此应用中只需一种码。条形码读取器尺寸

在市场上可获得各种扫描器，典型的适合的型号是101毫米×84毫米×66毫米。条形码读取器重量

不包括配件的扫描器60典型重量是0.70公斤。外壳材料

扫描器60的外壳将设计成用于所有天气操作并保护零件不受振动和外界物体穿过。合适的壳体材料包括外壳铝、诸如碳纤和强聚碳酸酯的合成材料。此壳体必须装备屏蔽以消除电磁干扰。工作温度

条形码扫描器60被设计成能满足在0～+45摄氏度的温度范围内工作。将给此壳体装备一加热单元为在低于0摄氏度的温度下的冬天工作。一换气扇被加至此壳体以维持在上限为+45度以下的温度。存储温度

可接受的存储温度极限是+70至-20摄氏度。通常运载车80在顶蓬下存储并保持在此极限之内。在车库之外的导轨上存储的运载车在需要时能由12伏直流紧急电池电源致冷或加热。湿度极限

湿度极限应保持在低于90％不凝结。抗振动

在不损坏或减少性能的前提下，条形码扫描器60应能在每一轴上承受2个小时的相当于在10至55Hz的IEC68-2-6测试FC1.5mm的振动。由于这是一种能经受几千小时使用的运输工具，将指定一特殊设计的防振扫描器以为商业之用。

条形码扫描器60应在装有阻尼片66的软隔离弹簧66上安装到运载车的底座40上。这些软隔离弹簧被设计用于把扫描器60上除了小振动外的所有振动隔离。

导轨10将经受由连续人员负载、运载车80冲击负载、风负载和可能的事故冲击产生的振动。此导轨的自然振动频率将是5Hz。此导轨偏移的幅度将是+/-30mm。

运载车80也要承受由在导轨10运行表面上的凹凸不平、与导轨振动的共振、失圆轮41和42、推进反作用、风负载和可能的但非常少见的运载车间的碰撞产生的振动。

运载车80将具有一悬置系统，包括安装在合成橡胶弹簧安装臂上的聚氨酯轮41和42。抗冲击

IEC68-2-27测试EA30G，11ms，每一轴上三次冲击。保护等级

保护等级应至少满足IP64对EMI的敏感性

激光条形码读取器60需要在非常接近包括线性马达、电磁和其它AC和DC设备的电磁干扰(EMI)源下工作。

激光条形码读取器60与其控制设备70应不受这些源的影响或应能够完全与这些影响隔离。对EMF的敏感性

激光条形码读取器60需要在非常接近间歇性和连续性的电磁力(EMF)下工作。这些电磁力将由电磁体、线性感应马达44和包括变换器、VVVF反相器74和多相电马达的其它类型电气设备产生。

激光扫描器60与其控制设备20应不受这些源的影响或应能够完全与这些影响隔离。对条形码和扫描器不染脏物和尘土的保护

条形码50本身必须一直保持清洁，以避免读取错误。激光扫描器60也必须一直保持清洁，以便避免扫描错误。

此设计的一个基本要素是导轨10被遮盖而运载车底座40在导轨10里面运行的事实。没有保护不受天气和尘土及碎屑积累的侵染，条形码定位的概念就会是不可行的。导轨盖和其它设备的要求

除了导轨盖13受保护之外，运载车41和42的车轮受遮蔽，以便它们不从导轨10的运行表面喷洒水珠。水珠有可能来源于两种。

(1)在密封条(18)不完全密封之处进入导轨10的雨水。

吹雪是潮气的另一来源。

(2)由车轮掀起的导轨润滑油。由于减少车轮磨损、滚动阻力等的原因该导轨润滑油被认为是理想的。由于这个原因，轻润滑油可能优于液润滑油。也考虑了不要润滑油的选择。

(3)在供电轨和集源靴(power collection shoes)之间的摩擦会在导轨10内部产生尘土。此土将包格碳/碳精混和物，它们在充电的情况下极具粘性。有时，这些灰尘可能模糊了条形码50或至少使扫描器60误读出它们的位量。防止喷洒和灰尘的保护措施。

此运载车支撑轮将安装罩以容纳当导轨表面潮湿时由车轮掀起的水珠。在槽打开的状态下，导轨盖将阻止大部分潮气，而在槽是密封的操作状态下，导轨盖实际上阻止了所有的潮气。

水平导轨轮也将在它们可能从一潮湿导轨产生水珠之处安装一轻量罩。由此导轨罩很好地保护上导轨轮不让水进入，因为此原因，条形码的位置在此导轨的上部。

灰尘从空气中进入导轨将始终是一个问题，最好的处理办法是在导轨槽上使用密封。高空灰尘量不成问题的操作环境可以在干燥的夏季期间不需罩也能工作。

由供电轨和安装在运载车上的集源靴之间接触产生的灰尘是一个严重的问题，可通过几种方法使此问题最小化。

供电轨是带不锈钢膜的铝。这种材料很少发生或不发生磨损，因此被不锈钢颗粒认为不成问题，因为这些模粒将由每日对此条形码的清洁而除掉。

由于由靴磨损产生的高浓度的灰尘，装有传统的碳/碳精混和物的用于地铁的架式受电弓和收集靴的集电靴并不适用于此系统。这种灰尘是黑色的，而且通常是充电的，这就使得它粘在任何相邻的表面上。如果堆积有足够的量，它也能形成一短路导通路。

集电靴由铜合金制成，此合金兼具高导电性和好刷光性特性以在获得与供电轨可靠接触的同时使磨损最小。此靴悬置在装有阻尼片的软弹簧上以始终维持与供电轨的接触。导轨和运载车的条形码定位系统的维护，

此运载车定位系统的维护对于可靠和准确运载车控制是至关重要的。以下维护程序是本系统设计的一部分。导轨清洁

一自动导轨清洁单元将在整个导轨上至少每天开一次。

此清洁单元能在营运时间段工作，并以与旅客运载车80相同的速度行进。此服务单元将在导轨10的每一侧上光学扫描条形码50并监视尘土或水珠的积累。在需要的地方将自动地用一清洁水珠器和擦试器来清洁被染的部分。

在每一工作日的结束，将执行一次以低速轻轻清洁整个条形码50的更全面的清洗。将用一装有搅拌器刷的真空清洗单元去除灰尘。

将每天在存车场或维修场清洁并检查扫描器60。每一扫描器60将进行诊断测试和功能测试。在每次此运载车进入和离开车场时清洁镜片盖。VMS(运载车维护系统)将以一天为基础监视扫描器60的性能以发现任何性能上的恶化。冗余要求

PRT的设计原理是使所有的原始控制和推进系统有冗余。这意味着任何原始部件的故障不会使PRT系统瘫患。位置识别装置是一原始部件，因此被备份，运载车80的每一边上有一扫描器60且导轨10的每一边上有一条形码50。一冗余系统的平均故障时间是MTBF×MTBF，这将是一非常大的数。PRT运载车80被编程为在任何一个单个原始部件出故障后马上返回维修场，因而在到达维修场所需的时间之内出现第二次故障的概率实际上非常小。故障监视的要求

运载车80将装备一检查此运载车定位系统的可靠性的故障监视系统。

故障监视将检测任何读取一具体位置的失败。这种失败可能由于各种原因：

(1)在条形码50上一给定位置处的肮物(如果只有1到5个条形码段(100mm至500mm)是模糊的，这不是很严重，但会影响所有运载车)。

(2)在扫描器60镜片盖上的肮物(严重并被认为是需要按程序使该运载车返回到维修场的原始故障)。

(3)扫描器单元60的故障或在该扫描器的电子处理单元中的故障(严重并需要按程序使该运载车返回到维修场)。此运载车80将不得不依赖在其相对一侧的冗余扫描器来确定位置。运载车控制电路

本专利权利要求是关于使用装在运行于导轨10上的短车间时距运载车80上的条形码读取器60，该导轨10装备条形码50以便于以高精度定出其位置。

条形码读取值将被发送到在运载车80上的计算机处理单元72，在那里这些值将被用于计算此运载车在该导轨网络上的位置、其速度及其加速率或减速率。此数据将根据控制要求用于控制运载车80的速度。此数据将被发至每一导轨10路段的导轨区控制器，并且此数据也将被发至邻近的运载车80以便它们能调整相互之间的速度。

控制系统70本身的设计不是本权利要求的主题，然而，描述对控制系统70的要求是为了阐明精确运载车80定位对于一个PRT系统的重要性。

本实施例不同于当前在铁路上和诸如传送线的其它运输系统中的条形码扫描器的工业运用，在这些地方条形码安装在运动的运载车80或元件上，而扫描器被静止地安装在铁道或传送线路旁边。在此类工业应用中，条形码扫描器用于在一给出的固定地点识别通过的运载车或元件，但并不用于计算它们在该运输系统中所处某点的位置或用于计算其速度。

本位置识别装置的此实施例使任何PRT运载车的位置能够在100mm(+/-50mm)的精度之内被准确地建立并且允许在一大型导轨网络上的任何位置处以+/-1％的精度计算出速度。每6至8毫秒能计算一次位置和速度，由此提供一种建立运载车间的准确间隔维护的方法并事先预防运载车间的任何碰撞。

Claims (15)

1、一种位置识别装置，用于人员快速运输，包括：一运载车导轨(10)，在繁华区的铁路上该导轨是高架的；及小运载车(80)，该小运载车以用秒为单位的间隔沿运载车导轨(10)行进以向小单位组成的旅客提供快速运输，该系统包括：

位置指定装置，包括贴在以一定间隔安装在所述导轨(10)和所述运载车(80)的每一侧上的通信管路(21a和21b)上的条形码数码条(50a和50b)，用于为了获取所述运载车(80)沿所述导轨(10)行进的旅途位置而将所述导轨(10)的路段和各相应位置指定为数字和字母；

位置识别装置，与所述运载车(80)的所述位置指定装置相向安装，用于从输入至所述位置指定装置的条形码读出并识别所述运载车(80)的当前位置，并将运载车(80)的已识别出的位置信号发送至控制装置(70)；及

控制装置(70)，与所述位置识别装置相邻安装，用于接收从所述运载车(80)的所述位置识别装置提供的位置信号，并控制所述运载车(80)的行进速度及在此导轨(10)上的前面运载车之间的间隔。

2、如权利要求1所要求的位置识别装置，其中所述位置指定装置包括以连续带结构安排的其上用蚀刻印制了条形码(50)的条形码部件(50a和50b)，其中所述条形码部件(50a和50)被安装在装在所述导轨(10)的两边上的控制管路(21a和21b)上，以朝向所述运载车(80)显示。

3、如权利要求2所要求的位置识别装置，其中安装所述条形码部件(50a和50b)以便条形码以垂直方向放置。

4、如权利要求2所要求的位置识别装置，其中安装所述条形码部件(50a和50b)以便条形码以水平方向放置。

5、如权利要求1所要求的位置识别装置，其中所述位置识别装置包括整体上被安装在所述运载车(80)的底座(4)上的激光扫描器(60a和60b)，用于读出条形码，其中所述扫描器(60a和60b)与所述条形码部件(50a和50b)相向放置。

6、如权利要求3所要求的位置识别装置，其中所述位置识别装置包括一对弹簧支撑连接(63a和64a)以支撑扫描器(60a)及另外一对从所述b2的底座(40)水平延伸出的连接(63b和64b)以支撑扫描器(60b)，并且连接(63和64)被弹簧/阻尼连接(66a和66b)分别弹起和阻尼。

7、如权利要求1所要求的位置识别装置，其中所述控制装置(70)包括电连接至所述位置识别装置并被安装在所述运载车(80)的运载车底座(40)上的网络板(71a和71b)，用于发送从所述运载车(80)的所述位置识别装置提供的位置识别信号；以及与所述网络板(71a和71b)电耦合并被安装在运载车底座(40)上的备份冗余计算处理单元(CPU)(72a和72b)，该计算处理单元通过VVVF反相器(74a和74b)及开关的方式控制推进/制动线性马达。

8、如权利要求1所要求的位置识别装置，其中所述导轨(10)还包括防止灰尘和碎屑进入导轨内部可能干扰精确扫描条形码(50a和50b)的一保护盖(13)和槽密封条(18)。

9、如权利要求8所要求的位置识别装置，其中导轨盖被声学隔离以使来自

运载车(80)运行齿轮和电气设备的噪音最小，而且隔离它以阻止内部产生的电磁波、微波和无线电波干扰位置识别装置及其它设备的运行。

10、如权利要求5所要求的位置识别装置，其中通过壳体封闭了该装置，所以位置扫描器(60a和60b)被屏蔽开外部产生的电磁场、微波及无线电波的发送。

11、如权利要求5所要求的位置识别装置，其中通过在夏季通风、在冬季该壳体内置一电加热板而将此位置识别扫描器(60a和60b)隔离开温度极端值以维持此激光扫描器(60a和60b)在指定的工作温度和湿度极限之内。

12、如权利要求2所要求的位置识别装置，其中由导轨(10)检查车每日检查条形码(50a和50b)的清洁度，并且其中用导轨维护车周期地清洁条形码(50a和50b)以确保扫描器(60a和60b)的读取效率维持在一高水平。

13、如权利要求5所要求的位置识别装置，其中在维修场/车库每日检查条形码扫描器单元(60a和60b)的清洁度及正确性能，而自动诊断和维护系统需要维持此扫描器(60a和60b)在一高的效率水平上。

14、如权利要求5所要求的位置识别装置，其中条形码扫描器单元(60a和60b)被备份以进行冗余操作，并监视故障以马上查出任何一个扫描器(60a和60b)中的不正常工作。

15、如权利要求5所要求的位置识别装置，其中条形码扫描器单元(60a和60b)装备有自动聚焦，它能使在岔道的非拐弯外侧上的条形码(50)能在此运载车(80)穿过一岔道而使焦距从100mm变到900mm时能被清楚地读取；及

光栅扫描装置，它能使条形码扫描器(60a和60b)在运载车速度变化且伴有运载车振动及扫描角有小变化的情况下精确读取条形码(50a和50b)。

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