CN117693460A - 检测铁路车辆位置和速度的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测铁路车辆位置和速度的方法和装置，其中包括：安装在列车上的一个或多个具有高捕获率和高分辨率的摄像机，用于对轨道和轨道上的无源元件进行图像拍摄；与一个或多个摄像机连接的基于人工智能技术和深度神经网络的光学处理器，用于确定列车的速度和位置，最好是信号检测器、字符读取器和光流量计；屏幕，用于显示处理后的信息；通信模块，用于将数据发送到屏幕和/或轨道交通控制中心的其他远程设备。

Description

检测铁路车辆位置和速度的方法及装置
发明目的
如本说明书所表述的，本发明涉及一种用于检测铁路车辆的位置和速度的方法和装置，其对现有技术进行了改进，被赋予了预设的功能，具有以下详细描述的优点和特征。
更具体地，本发明的目的集中于一种方法以及执行该方法的装置，该方法是作为铁路车辆中现有系统的附加系统而设计的，其目的是允许在任何需要的时候以低成本的方式获知列车的位置，为此，它基于通过使用人工智能技术的光学识别，除了其他优点之外，该人工智能技术构成了一个完全独立于列车装置运行的系统，仅部分依赖于一些无源轨道信号，如公里标记或车站标志。
技术领域
本发明涉及铁路工业技术领域，尤其涉及定位和速度控制系统领域。
背景技术
现代轨道交通控制系统(例如欧洲轨道交通管理系统ERTMS Level 3，EuropeanRail Traffic Management System)要求准确、持续地掌握轨道上每辆列车的位置信息。要维持移动区间系统，提高轨道上的通行能力，就必须掌握列车的位置。
目前，列车的这种定位是通过放置在轨道上的电子信标来实现的。然而,这些信标的安装费用相对昂贵，并且需要高可靠性才能实现其功能。
此外，列车还可能配备卫星或里程定位系统，而这些系统又会受到自身误差和故障模式的影响。
因此，如果能够有一个额外的独立系统来提高列车在轨道上定位的可靠性，铁路交通将受益匪浅。本发明的目的就是为此开发一个基于使用人工智能模型的系统，该模型目前只应用于为其他行业开发的产品中。
另一方面，作为对现有技术的参考，应当指出的是，至少对于申请人而言，还不存在任何用于检测铁路车辆位置和速度的方法和/或装置，且其技术和构成特征与本发明所要求的技术和构成特征相同或相似。
在这个意义上，应当指出的是，已知有许多文献描述了与本发明目标接近的、可应用于铁路领域的方法和系统，以下可作为最接近的示例：
专利E16713405涉及一种用于在列车控制和列车保护系统CBTC(基于通信的列车控制)中定位通行中的铁路车辆的方法和装置。
专利E17728152涉及一种定位设备以及操作定位设备的方法。
专利E14380039涉及一种用于导向车之间交换信息的通信方法和系统。
专利E17702842涉及一种用于监控铁路道岔或轨道区域占用状态的装置。
专利E16756823涉及一种用于确定车辆相对于停车点的位置的系统、计算机程序产品和方法。
专利E16187965涉及一种沿铁路网络轨道的列车定位系统。
专利E16704000涉及一种用于检测铁路车辆的冷运动的装置和方法，以及具有所述装置的铁路车辆。
专利E16703946涉及一种用于确定导向车，特别是铁路车辆的位置的定位方法和装置。
或者专利E13762778，其涉及一种定位铁路车辆的方法。
然而，上述发明中的任何一项，无论是单独地还是组合地，都没有描述作为本发明目的的方法和/或装置。
发明内容
本发明提出的用于检测铁路车辆的位置和速度的方法和装置是实现上述目标的最佳解决方案，其特征细节使得其成为可能并且将其方便地区别于其他方法和设备，所述特征细节包括在本说明书最后所附的权利要求中。
如前所述，本发明提出的是一种执行上述方法的方法和装置，该方法是作为铁路车辆中现有系统的附加系统而设计的，目标是允许在需要的任何时间获知列车的位置，为此，它基于通过使用人工智能技术的光学识别，除了其他优点之外，意味着该系统构成了一个完全独立于列车装置运行的系统，仅部分依赖于一些无源轨道信号，如公里标记或车站标志。
因此，在本发明的方法和装置目标中，光学识别装置用于替代先前在电磁支持中使用的其他形式的信息，使其能够适应现有的摄像系统，并且能够创建额外的独立系统，为这些铁路车辆已经具有的传统系统提供冗余，从而使其更加可靠和强大。
为此，更具体地说，执行本发明目标的装置包括一个系统，该系统包括一个或多个安装在列车上并与各种光学处理器连接的高分辨率和高捕获率摄像机；具体来说，至少有三个：一个信号检测器，除了信号之外，还能检测轨道上无源存在的其他物体并辨别它们是否是信号；一个字符读取器，当检测到信号中的字符时解读这些字符以确定列车的位置；以及一个流量计，检测并解读轨道上的物体相对于列车的运动模式，从而确定列车的速度。
为了执行上述检测，这三个处理器都基于人工智能技术和深度神经网络。
无论列车系统和轨道基础设施的状态如何，三个处理器之间的协调都能够提供列车的速度和位置。
此外，位置信息会被发送并显示在屏幕上，该屏幕优选地叠加在至少一个交通控制中心的轨道图上，并且还被发送到列车通信系统，以便在必要时位置信息可以被传送到其他交通控制中心。
此外，检测列车位置和速度的装置价格低廉，且易于集成到现有系统中，既可以作为完整的解决方案，即包括摄像机、计算机和软件，在列车已经具有适配于该装置的一个或多个摄像机的情况下，也可以作为部分解决方案，仅包括计算机和软件。
另一方面，与现有的定位系统相比，它具有以下优点：
-系统独立性：光学系统可以确定列车的位置和速度，而无需依赖卫星定位系统、车轮里程计或轨道上的无线电信标。
-成本效益高：该系统是计算密集型，并且依赖于经济实惠的子系统。每个区间不需要在轨道上安装多个装置。
-易于集成：该系统可以轻松集成到在任何类型轨道上运行的所有类型的列车上，无论列车和轨道是否都符合ERTMS级别要求。
附图说明
为了补充说明和便于更好地理解本发明的特征，本说明书还附有一组图作为本发明的一部分，在这些附图中出于说明性和非限制性的目的而表示了以下内容：
图1--以框图的形式显示了一组元件，这组元件包括根据本发明用于执行检测铁路车辆的位置和速度的方法的装置。
图2--显示了一辆铁路车辆的示意图，该车辆的头部安装了构成装置的摄像机，通过虚线显示了它们对轨道的某些无源元件的捕获。
具体实施方式
根据上述各图，并按照所采用的编号，可以看到根据本发明的用于执行检测铁路车辆的位置和速度的方法的装置的非限制性实施例，该装置包括下文所指出和详细描述的内容。
因此，一方面，本发明目标的用于检测铁路车辆或列车(2)的位置和速度的方法至少包括以下步骤：
-通过安装在列车(2)前部的一个或多个摄像机(1)对轨道(6)和其上现有的无源元件(5)进行图像拍摄。
-基于人工智能技术和深度神经网络，通过使用光学处理器(3a、3b、3c)处理由一个或多个摄像机(1)捕获的光学信号(1a)的信息，无论列车系统和轨道基础设施的状态如何，都能够确定列车(2)的速度和位置。优选地，通过信号检测器(3a)、字符读取器(3b)和光流量计(3c)处理光信号，信号检测器(3a)用于检测轨道(6)上的信号或物体或无源元件(5)，字符读取器(3b)用于解读轨道(6)上的信号(5)的字符和符号。
-将处理后的位置和速度信息(i)发送到至少一个控制中心(7)。
-在屏幕(4)上显示处理后的列车(2)的位置和速度信息(i)。
优选地，该方法还包括将由光学处理器(3a、3b、3c)处理的位置和速度信息(i)发送到列车(2)通信系统的另一步骤，以便在必要时将其传送到其他交通控制中心。
并且就其本身而言，如图所示，执行上述方法的装置主要包括：
-安装在列车(2)上的一个或多个具有高捕获率和高分辨率的摄像机(1)，优选地位于列车(2)车头的前部，以便捕获轨道(6)及其无源元件(5)的图像。
-安装在列车(2)上并配备光学处理器芯片(3a、3b、3c)的硬件，基于人工智能技术和深度神经网络，能够确定列车(2)的速度和位置，并与列车(2)上的一个或多个摄像机(1)连接，以便收集它们捕获到的光信号(1a)，优选地至少包括:
-信号检测器(3a)，
-字符读取器(3b)以及
-光流量计(3c)，
-至少一个屏幕(4)，用于显示处理后的位置和速度信息(i)。
-以及至少一个通信模块(未示出)，用于将数据和信息(i)从具有光学处理器(3a、3b、3c)的硬件发送到屏幕(4)和/或铁路交通控制中心的其他远程设备，该模块可以属于也可以不属于列车(2)的通信系统。
在充分说明了本发明的性质以及将其付诸实施的方法之后，再作更广泛的解释已经没有必要，以使本领域的技术人员都能理解本发明的范围和由此得出的优点，需要注意的是，在合理的范围内，只要其基本原理不被改变、更改或修改，就可以将其应用到与举例说明的细节不同的其他实施例中，并获得保护。

Claims (6)

1.一种检测铁路车辆位置和速度的方法，作为铁路车辆现有系统的附加系统，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
通过安装在列车(2)前部的一个或多个摄像机(1)对轨道(6)和轨道上的无源元件(5)进行图像拍摄；
基于人工智能技术和深度神经网络，通过光学处理器(3a，3b，3c)处理由所述一个或多个摄像机捕获的光学信号(1a)的信息，以确定所述列车(2)的速度和位置；
将处理后的位置和速度信息(i)发送到至少一个控制中心(7)；
在屏幕(4)上显示处理后的列车(2)的位置和速度信息(i)。
2.根据权利要求1所述的检测铁路车辆位置和速度的方法，其特征在于，通过信号检测器(3a)、字符读取器(3b)和光流量计(3c)处理所述一个或多个摄像机(1)发出的所述光学信号(1a)，其中，信号检测器用于检测所述轨道(6)上的无源信号或物体(5)，字符读取器(3b)用于解读所述轨道(6)上信号(5)的字符和符号。
3.根据权利要求1或2所述的检测铁路车辆位置和速度的方法，其特征在于，所述方法包括将由所述光学处理器(3a，3b，3c)处理的所述位置和速度信息(i)发送到所述列车(2)通信系统，以便传送到其他交通控制中心。
4.一种检测铁路车辆位置和速度的装置，作为铁路车辆现有系统的附加系统，其特征在于，所述装置包括：
安装在所述列车(2)上的一个或多个具有高捕获率和高分辨率的摄像机；
配备光学处理器芯片(3a，3b，3c)的硬件，基于人工智能技术和深度神经网络，用于确定所述列车(2)的速度和位置，并与所述列车(2)上的一个或多个摄像机(1)连接；
至少一个屏幕(4)，用于显示所述处理后的位置和速度信息(i)；
通信模块，用于将数据和信息(i)从具有所述光学处理器(3a，3b，3c)的硬件发送到所述屏幕(4)和/或其他远程设备。
5.根据权利要求4所述的检测铁路车辆位置和速度的装置，其特征在于，所述光学处理器至少包括信号检测器(3a)、字符读取器(3b)和光流量计(3c)。
6.根据权利要求4或5所述的检测铁路车辆位置和速度的装置，其特征在于，所述用于将数据和信息(i)从具有光学处理器(3a，3b，3c)的硬件发送到屏幕(4)和/或其他远程设备的所述通信模块属于所述列车(2)本身的通信系统。
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