CN118004249A - 一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法，该装置包含：运算模块，其用于控制各个模块；通信模块，其用于运算模块与上层控制系统之间的通信；信号灯模块，其用于信号显示，信号灯模块包含至少两个灯位，运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系；检测模块，其用于监测与信号机装置相关的各类信息，并将监测的信息发送给运算模块，其中，与信号机装置相关的各类信息包含信号灯模块的信息；运算模块控制各个模块可实现信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。其优点是：该装置可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。

Description

一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法

技术领域

本发明涉及轨道交通信号领域，具体涉及一种安全的真闭环智能防跟随信号机装置及其方法。

背景技术

目前铁路信号系统的信号机存在一个重要功能性问题：信号机的点灯和灭灯完全受室内联锁或者列控的控制，而室内控制是依据其他条件，比如计轴和轨道电路、列车主动定位来判断列车的位置，这种逻辑设计，在目前的系统架构下，需要关联多个设备，受到列车定位的精度、通信延时、运算和检测性能等多方面约束，在当下云联锁、云列控以及追求高效紧密跟踪的CBTC和车车通信系统(灭灯情况下主要是降级的场景)快速发展的情况中，不能及时关闭信号机以防止后车误用了前车的信号。

另一方面，目前使用的色灯信号机主要有灯泡式信号机和LED式信号机两种。传统灯泡式信号机又分探照式和与透镜式两种。探照式采用机械机构切换灯光颜色，达不到故障安全要求，在我国已经被淘汰。透镜式的每一组透镜只能发出一种颜色的灯光，如要显示多种不同颜色灯光时，必须有多组透镜和多个灯泡。透镜式信号机的光源(即灯泡)是没有颜色的，在信号机机构上采用菲涅尔透镜过滤后给出不同的颜色。然而透镜式信号机也存在一些问题：1)颜色问题：有的厂家为了提高显示距离，片面提高信号透镜的透过率，使颜色变淡，有的产品用肉眼都能明显看出颜色有很大偏差。2)灯泡偏差问题：除了光电参数外，光中心高度公差要求严格，更换灯泡后可能降低信号灯的发光强度，影响显示距离，从而造成危险。3)灯光调整问题：色灯信号机的焦点调整工作要求非常高，稍有偏差则影响显示距离，缺乏行之有效的调整和测试方法。

LED式信号机采用发光盘(LED点阵)作为光源，不同颜色的信号机采用不同的发光LED，寿命长，但是仍存在下述问题：1)色衰问题：LED发光盘信号机存在颜色使用一段时间后出现色衰现象而不能及时发现，对行车安全构成危险。2)LED灯源点亮程度检测困难多。LED发光盘通常是由多组LED发光管串并联构成，目前TBT3242_2010LED铁路信号机构通用技术条件中规定损坏70％报警，50％灭灯，检测方法十分有限，目前基本上都是通过在室内检测驱动回路电流值来判断，这种方法受影响环节很多，在环境不好或者距离过远时，容易误检，如果不能准确识别故障情况影响灭灯判断，对行车安全构成严重危险。3)节能问题：LED信号机仅修改了室外光源，然而室内设备仍然是采用检测驱动回路电流的方式来判断信号机亮灭情况，为了达到室内能够检测到灭灯的情况，采用了一些技术手段去满足电流要求，这就使得节能优点丧失殆尽。综合上述可知，现有的信号机仍不能满足实际应用需求，需要对其进行改进。

可以理解的是，上述陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

发明内容

基于前述技术问题，本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种安全的真闭环智能防跟随信号机装置及其方法，该信号机装置将运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等相结合，使得其自身为一个基本单位，通过上述模块即可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。同时该信号机装置可通过其运算模块控制各个模块以实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制，具有较高的独立性以及驱动控制准确性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种真闭环智能防跟随信号机装置，包含：

运算模块，其用于控制信号机装置的各个模块；

通信模块，其用于所述运算模块与外部的上层控制系统之间的通信；

信号灯模块，其用于所述信号机装置的信号显示，所述信号灯模块包含至少两个灯位，所述运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系；

检测模块，其用于监测与信号机装置相关的各类信息，并将监测的信息发送给所述运算模块，其中，与信号机装置相关的各类信息包含信号灯模块的信息；

所述运算模块控制各个模块可实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。

可选的，所述运算模块包含两个运算子模块，所述运算模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

所述运算模块使同一信号灯模块的各个灯位之间可相互检查灯组状态，并可实现灯位之间的自动转换，所述运算模块还可设置信号灯模块的各个灯位的亮灯顺序和优先级顺序。

可选的，所述通信模块包含两个通信子模块，所述通信模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

所述通信模块通过安全以太网通信、无线通信、本地现场总线通信和高速实时以太网通信中的至少一种方式与所述上层控制系统进行通信。

可选的，所述上层控制系统包含：远端的联锁系统、列控系统和列车中的至少一个。

可选的，所述信号灯模块的每个灯位包含：

光源；

驱动模块，其用于所述光源的驱动；

声光报警模块，其用于当前灯位的报警。

可选的，所述检测模块包含：

至少两个光强采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述光强采集模块用于检测所述灯位发出的光的强度以及其他外部光的干扰强度；

至少两个波长采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述波长采集模块用于检测所述灯位发出的光的波长信息以及其他外部光的波长信息；

至少两个方向采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述方向采集模块用于检测所述灯位发出的光的具体方向信息。

可选的，所述检测模块还包含：

过车检测模块，其用于检测列车车头或车尾是否进入当前信号机装置对应的预设防护区域。

可选的，所述过车检测模块采用异构二取二设计，当所述过车检测模块检测到列车车头进入当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块将其检测信息发送给运算模块控制关闭当前信号机装置，所述运算模块通过所述通信模块将所述过车检测模块的检测信息发送给上层控制系统；

当所述过车检测模块检测到列车车尾出清当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块通过运算模块和通信模块向上层控制系统发送列车使用完成信息，以允许上层控制系统释放当前信号机装置。

可选的，所述过车检测模块可实时检测当前预设防护区域内是否有非法列车经过信息，当所述过车检测模块检测到有非法列车经过时，采取故障安全措施，并可在后期进行过车报警复原设置。

可选的，当前信号机装置的预设防护区域包含：

以当前信号机装置的机柱中心点为基准，沿列车轨道左侧M米至右侧N米之间的区域范围，其中，M和N为任意自然数。

可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，包含：

信号机装置启动，初始化检测信号机装置的各个模块工作正常，在整个信号机装置自检正常后进入无显示状态；

信号机装置维持当前显示状态，并进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

通信模块接收上层控制系统的命令并对其进行解析，同时运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，得出当前信号机装置的第一显示状态和上层控制系统的命令中包含的命令显示状态；

运算模块将第一显示状态和命令显示状态进行一致性对比，若两者一致则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，运算模块控制信号灯模块改变当前显示状态，使信号灯模块按照上层控制系统的命令中包含的命令显示状态进行显示；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态一致时，返回等待命令状态并维持当前显示状态。

可选的，还包含：

当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态不一致时，运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致并控制信号机装置进行报警；

运算模块根据其对信号灯模块的预设逻辑和配置情况，控制信号灯模块显示降级情况下的显示状态；

运算模块通过检测模块检测当前信号机装置的显示状态；

运算模块将当前信号机装置的显示状态与预设降级情况下的显示状态进行一致性对比，若两者一致，则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，则进行异常处理模式。

可选的，所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，包含：

信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的灭灯命令，运算模块控制信号灯模块实施灭灯控制；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是灭灯显示状态，则进入异常处理模式，若是灭灯显示状态则返回等待命令状态。

可选的，还包含：

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示禁止灯命令，运算模块控制信号灯模块实施禁止信号显示；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是禁止信号显示状态，则进入异常处理模式，若是禁止信号显示状态则返回等待命令状态。

可选的，还包含：

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示允许灯命令，运算模块控制信号灯模块实施允许信号显示；

运算模块通过检测模块检测是否有列车按照命令方向穿越当前信号机装置，若无，运算模块控制检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，并根据检测结果进入维持显示状态或异常处理模式；

若有列车越过当前信号机装置，运算模块将当前穿越信息上传给上层控制系统，并根据预设的延迟情况，进入禁止灯命令的控制状态。

可选的，所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的非法过车防护的闭环控制方法，包含：

信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的禁止列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿越当前信号机装置；

当有列车反向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车反向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。

可选的，当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的允许列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿过当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置；

当有列车正向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车正向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法中，该信号机装置将运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等相结合，使得其自身为一个基本单位，通过上述模块即可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。同时该信号机装置可通过其运算模块控制各个模块以实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制，具有较高的独立性以及驱动控制准确性。

附图说明

图1为本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置示意图；

图2a为本发明的一种信号灯模块的灯位正视图；

图2b为本发明的一种信号灯模块的灯位侧视图；

图3为本发明的一种防跟随和过车检测示意图；

图4为本发明的一种驱采一致性闭环控制流程图；

图5为本发明的一种防跟随闭环控制流程图；

图6为本发明的一种非法过车闭环控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

由前述可知，现有的信号机仍存在一些不足，需要对其进行改进，因此，本发明提供了一种安全的真闭环智能防跟随信号机装置及其检测方法和控制方法，本发明的信号机装置与传统信号机的区别在于，该信号机装置是以其自身为一个基本单位，而不是以一个灯位为基本单位，在本发明中，同一架信号机装置可以由多个灯位组成，如双灯位、三灯位、五灯位乃至更多的灯位。所述信号机装置通过运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。

如图1所示，为本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置，该装置包含：运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块。所述运算模块用于控制信号机装置的各个模块，所述通信模块用于所述运算模块与外部的上层控制系统之间的通信，所述信号灯模块用于所述信号机装置的信号显示，所述信号灯模块包含至少两个灯位，所述运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系，所述检测模块用于监测与信号机装置相关的各类信息，并将监测的信息发送给所述运算模块，其中，与信号机装置相关的各类信息包含信号灯模块的信息。所述运算模块控制各个模块可实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。

在本实施例中，所述上层控制系统包含远端的联锁系统、列控系统和列车等主控逻辑部件。所述信号机装置通过冗余电源模块进行冗余供电(环形或星型)。

如图1所示，所述运算模块包含两个运算子模块(如图1中的A运算模块和B运算模块)，所述运算模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计。所述运算模块使同一信号灯模块的各个灯位之间可相互检查灯组状态，并可实现灯位之间的自动转换，所述运算模块还可设置信号灯模块的各个灯位的亮灯顺序和优先级顺序。

进一步的，所述通信模块包含两个通信子模块(如图1中的A通信模块和B通信模块)，所述通信模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计。所述信号机装置内的模块通过通信模块与外部设备(如远端的联锁、列控、列车等主控逻辑部件)进行通信，其中，所述通信模块通过安全以太网通信、无线通信、本地现场总线通信和高速实时以太网通信中的至少一种方式与外部设备进行通信，通信的安全信息应由安全通信协议保护，包括但不限于采用通用协议(RSSP系列)以及应用层的编码保护。所有通信均采用冗余措施以提高可靠性。

进一步的，如图1至图2b所示，所述信号灯模块的每个灯位包含：光源、驱动模块和声光报警模块，其中，所述光源具有灯罩结构，所述驱动模块用于所述光源的驱动，所述声光报警模块用于当前灯位的报警。所述驱动模块和所述声光报警模块可视为对应灯位的控制模块，所述信号机装置的控制模块可按需要进行扩展(例如根据信号机装置包含的灯位数量进行扩展)，同一信号机装置的各个控制模块可采用并行驱动和并行采集或者热备切换的架构设计。

由前述可知，所述运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系。示例地，在同一个信号机装置的不同灯位之间，可以通过检查相互之间的健康状态情况(包括但不限于亮度、波长、物理偏差等)，实现灯位的自动转换，比如绿黄自动降级为黄、绿自动降级为红、黄闪黄自动降级为双黄等等，区别于以往集中控制时不能主动降级或者灯位转换延时过长问题，本发明的信号机装置可实现快速的主动降级显示。另一方面，所述运算模块可设置不同灯位之间的优先级等级顺序以及亮灯顺序，以防止出现信号瞬间显示升级的问题。其中，优先级等级顺序可以按照灯位数量设计，如五个灯位时可设置五个优先级，控制顺序点亮。在某一优先级灯位不亮时，可以设置维持当前状态或者根据需要改点降级灯光。

所述检测模块为信号机装置中检测设备的统称，所述检测模块包含：至少两个光强采集模块、波长采集模块和方向采集模块(请见图1至图3)。通过上述各个模块，所述信号机装置的每个灯位，都可具备状态检测和闭环控制功能，可检测当前灯位的亮灯、闪灯、灭灯、亮灯强度、方向、亮灯波长等信息。所述光强采集模块、波长采集模块和方向采集模块的数量可对应灯位的数量等因素进行设置和扩展，同一信号机装置的检测模块包含的设备可采用并行驱动和并行采集或者热备切换的架构设计。

在实际应用中，各个光强采集模块分别设置在各个灯位上，所述光强采集模块用于检测所述灯位发出的光的强度信息以及其他外部光的干扰强度，光强可用于判断亮度和显示距离。本发明通过光强采集模块可直接检测信号灯模块的光强信息，取代了传统信号机在室内仅靠检测驱动回路电流的方式判断信号机的亮灯情况。进一步的，传统的电流检测为间接推测亮度，而本申请采用直接采集光强信息的方式，具有较高的准确性和安全性。另一方面，电流检测受到驱动回路器件、环境、与室内距离等情况的影响，因此适用范围有限，本申请直接检测不受这些因素影响。进一步的，信号机装置的亮度检测与驱动电流无关，因此不需要为了适应室内和环境而主动提高消耗的功率，因此大大节省了能源，能充分发挥LED的节能优势。另一方面，本发明可直接检测到非法点亮的信号机装置，能够防止人为封连、混线错误点亮等造成的行车危险。

在本发明中，灯位上的光强采集模块可实时检测本灯位的亮度情况，在检测到未驱动的信号机灯位由于外部因素(如混线、人为封连点亮等)而错误亮灯时，运算模块控制快速切断该灯位电源，根据需要改点禁止信号；同时运算模块向上层控制系统(如联锁、列控、列车等)发送告警，请求紧急处理，并在本地控制一个告警装置，采用声光等方式予以警示附近列车。

进一步的，各个波长采集模块分别设置于各个灯位上，所述波长采集模块用于检测所述灯位发出的光的波长信息以及其他外部光的波长信息，波长可用于判断颜色信息和光干扰信息。本发明通过波长采集模块进行信号灯模块的亮灯波长检测，可直接检测亮灯的颜色和色差信息，避免错误显示、颜色偏差误认信号等危险情况。另一方面，所述波长采集模块可直接在透镜外侧检测亮灯情况，既能真实准确反映本灯位主动显示情况，又能检测到光污染信息，比如隔壁灯位漏泄过来的其他灯光影响了本灯位的显示状态造成的信号误认的危险。

如图2a和图2b所示，在本实施例中，将光强采集模块和波长采集模块集成封装在一起(图中的2、4、6、8、9)。可选的，该集成封装的光强采集模块和波长采集模块(统称为光传感器)设置在光源的透镜或发光盘之外，以检测该灯位发出的光的强度、波长信息，同时也检测其他外部光干扰强度和波长，该检测的关键点在于直接检测最终结果，取代以往的仅仅靠电流等简单的检测手段。所述光传感器可根据需要设计在不同位置，采用不同厂家、类型的异构设计，经过多个传感器的综合比较和合成计算，得出最终的结果。这些结果将被统一传给运算模块，在运算模块与上层控制系统的控制命令进行对比，若发现不一致或者强度不够，则控制灭灯或者降级或者改点禁止灯光。

进一步的，各个方向采集模块分别设置于各个灯位上，所述方向采集模块用于检测所述灯位发出的光的具体方向信息。如图2a和图2b所示，灯位的灯罩上设置有冗余的方向传感器(图中的1、3、5、7)，可以检测该灯罩所面向的具体方向。在首次安装或者更换后进行方向校对，以保证可靠的方向性，防止方向偏差而影响司机辨认困难或者看不见。在正常使用期间，实时监督方向情况，一旦出现偏差(如被外力破坏或者扭转等)则立即报警，超过一定角度后直接关闭信号机或者改点红灯以提示必须进行维护。所述方向采集模块、声光报警模块和运算模块等相结合，使得信号机装置具备明确的方向检测和报警功能，可以主动检测到信号机装置的指向正确性和偏差，超过一定范围时给出告警，在最坏的情况主动控制给出禁止信号显示，既方便了安装和维护作业，又对指向进行了动态跟踪和闭环控制。

进一步的，所述检测模块还包含电流/电压采集模块，其用于对信号机装置内的各处电流或电压信息进行采集，此功能为信号机装置的自检提供了便利。

进一步的，所述检测模块还包含过车检测模块，所述过车检测模块用于检测列车车头或车尾是否进入当前信号机装置对应的预设防护区域(可参见图3的防跟随和过车检测示意图)。在本实施例中，所述信号机装置包含机柱，所述过车检测模块设置于所述机柱的侧面。所述过车检测模块包括但不限于定向激光雷达、视频摄像、过车传感器等，在检测到列车车头越过该信号机装置时，及时关闭信号机，防止后续列车误用前车信息而错误跟随进防护区域。可选的，当前信号机装置的预设防护区域包含：以当前信号机装置的机柱中心点为基准，沿列车轨道左侧M米至右侧N米之间的区域范围，其中，M和N为任意自然数。在实际应用中可由项目组根据车型的不同设定不同的预设防护区域即监控范围。

在本实施例中，所述过车检测模块采用异构二取二设计，当所述过车检测模块检测到列车车头进入当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块将其检测信息发送给运算模块控制关闭当前信号机装置，同时所述运算模块通过所述通信模块将所述过车检测模块的检测信息(包含列车正在穿越该信号机的信息)发送给上层控制系统，以替代上层控制系统通过外部信号计算出来的逻辑穿越信息。当所述过车检测模块检测到列车车尾出清当前信号机装置对应的预设防护区域后(可设置一定的监控范围，比如信号机内30米等)，所述过车检测模块通过运算模块和通信模块向上层控制系统发送列车使用完成信息，以允许上层控制系统释放当前信号机装置，为下一次服务做好准备。

进一步的，所述过车检测模块可实时检测当前预设防护区域内是否有非法列车经过信息。该经过可以是正向经过，也可以是反向经过，所述过车检测模块一旦检测到有非法列车经过事件发生，则采取故障安全措施。示例地，信号机装置显示的是正向通过信号，而检测到列车非法反向经过，则立即改点禁止信号并上传给上层控制逻辑以报警。同时运算模块控制一个本地的声光报警模块，以声光等手段提示附近的列车注意防护。在又一示例中，信号机装置显示的是禁止信号，而检测到有列车经过该信号机，无论是正向还是反向经过，均立即向上层系统传送非法穿越信息。同时运算模块控制一个本地的声光报警模块予以声光等方式报警。

进一步的，所述过车检测模块还可在后期进行过车报警复原设置。一旦发生非法过程信息，给出报警后，信号机装置可在上层控制系统或者本地复位信息的控制下，停止上传报警信号以及停止本地报警。

由上述可知，所述过车检测模块可使信号机装置具备过车检测管理功能，可以辅助上层控制系统(联锁、列控、列车等)对信号机装置的资源使用和释放进行管理。进一步的，所述过车检测模块具备非法过车检测功能，可以检测到列车非法闯红灯、非法方向(侧面或者对向)的列车移动。

另一方面，将所述过车检测模块与信号机装置的其他模块相结合，可使信号机装置具备更多的闭环智能防跟随功能。在本发明中，所述过车检测模块与运算模块和通信模块等相结合，使得信号机装置具备防错误跟随功能，可通过运算模块在本地以最快的时间关闭信号机装置，防止后车误用前车信号。所述信号机装置具备本地和远程告警及闭环故障-安全防护功能，针对非预期的信号机亮灯、非预期的列车穿越予以本地报警(声光报警等)、主动控制给出禁止信号显示，同时上传给上层控制系统(联锁、列控、列车等)，在更上一层可以采取扩大防护措施，例如主动封锁相关的区域禁止所有列车进入等。

基于同一发明构思，本发明的真闭环智能防跟随信号机装置基于运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等，可实现驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。

如图4所示，为本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，该方法包含：

步骤400、信号机装置启动，初始化检测信号机装置的各个模块工作正常，在整个自检和启动正常后首先进入无显示状态；其中，信号机装置的自检包括通信模块自检、运算模块自检、驱动和采集电路的自检等，在装置启动阶段进行一次全面自检，在装置运行后进行周期性自检；

步骤401、信号机装置维持当前显示状态(首次初始化是无显示状态，首次循环为处理显示命令，然后检测等等，到后面的循环中就是维持上移循环的状态)，使信号机装置显示连续，并进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令，即随时等待命令进行状态转换；其中，信号机装置显示连续是指不会出现间断，在周期与周期之间，要维持显示状态，因此信号机的显示模块，或者说显示的驱动模块，不能因为周期交替而使得信号机出现闪断情况；

步骤402.1/402.2、通信模块接收上层控制系统的命令并对其进行解析，同时运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，得出当前信号机装置的第一显示状态(402.1)和上层控制系统的命令中包含的命令显示状态(402.2)；

步骤403、运算模块将第一显示状态和命令显示状态进行一致性对比，若两者一致则返回等待命令状态并维持当前显示状态即步骤401；若两者不一致，说明信号显示需要变化，进入下一步404；

步骤404、运算模块控制信号灯模块改变当前显示状态，使信号灯模块按照上层控制系统的命令中包含的命令显示状态进行显示；

步骤405、运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测；

步骤406、当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态一致时，返回等待命令状态并维持当前显示状态即步骤401，说明显示状态改变成功。

进一步的，该方法还包含：

当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态不一致时，说明状态与预期不一致，进入步骤407；

步骤407、运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致并控制信号机装置的声光报警模块进行报警；

步骤408、运算模块根据其对信号灯模块的预设逻辑和配置情况，控制信号灯模块显示降级情况下的显示状态，例如显示红灯禁止信号；

步骤409、运算模块通过检测模块检测当前信号机装置的显示状态；

步骤410、运算模块将当前信号机装置的显示状态与预设降级情况下的显示状态进行一致性对比，判断当前状态与降级显示状态是否一致，若两者一致，则返回等待命令状态并维持当前显示状态即返回步骤401，若两者不一致，则进入下一步异常处理模式即步骤411。

步骤411、在无法降级情况下，说明信号机装置已经失去有效控制，运算模块控制切断当前信号机装置的电源；

步骤412、运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

步骤413、运算模块通过本地的声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，提示司机和人员予以注意危险，进行紧急处置，返回至步骤401。可以理解的是，步骤411至步骤413的异常处理模式的方式不仅限用于该驱采一致性闭环控制方法的异常处理中，其还可用于与该信号机装置有关的其他控制情形中的异常处理，如周期性自检发现的设备异常，或驱采一致性检查时发现的驱动是灭灯而采集到由于特殊原因(比如混线、混电、光干扰严重)引起的亮灯或者可能被司机误认为亮灯的情况等，本发明对此不做限制。

进一步的，如图5所示，为本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，该方法包含：

步骤501、信号机装置启动，进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

步骤502.1、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的灭灯命令，运算模块控制信号灯模块实施灭灯控制；

步骤504.1、运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若有异常，即当前信号机装置的显示状态不是灭灯显示状态，则进入异常处理模式，若无异常，即信号机装置为灭灯显示状态则返回等待命令状态即步骤501。

进一步的，该方法还包含：

步骤502.2、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示禁止灯命令，则进入步骤504.2；

步骤504.2、运算模块控制信号灯模块实施禁止信号显示；运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是禁止信号显示状态，即有异常则进入异常处理模式，若是禁止信号显示状态即无异常则返回等待命令状态。

进一步的，该方法还包含：

步骤502.3、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示允许灯命令，运算模块控制信号灯模块实施允许信号显示，进入步骤503；

步骤503、运算模块通过检测模块检测是否有列车按照命令方向穿越当前信号机装置，若无，则进入步骤504.4，若有则进入步骤504.3；

步骤504.4、运算模块控制检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，并根据检测结果进入维持显示状态或异常处理模式；

步骤504.3、若有列车越过当前信号机装置，运算模块将当前穿越信息上传给上层控制系统，并根据预设的延迟情况，进入禁止灯命令的控制状态，即步骤504.2中控制自动改点禁止信号，以防止后续列车跟随在本车后面误用前车信号。

如前所述，该方法的异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

进一步的，如图6所示，为本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置的非法过车防护的闭环控制方法，该方法包含：

步骤601、信号机装置启动，进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令以进行后续处理；

步骤602.1、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的禁止列车通过命令(可能处于点灯禁止或灭灯禁止状态)，则进入下一步；由于基于通信的列车控制系统中包含信号机点灯和灭灯不同的需求，因此判断是否是非法过车的依据是是否允许通过命令，而不能单纯依靠信号机的显示状态，因此，此处为禁止列车通过命令；

步骤603.1、运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置，若无则进入步骤605.1，若有则进入步骤604；

步骤605.1、运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿越当前信号机装置，若无则返回至程序开始处即返回等待命令状态，若有则进入步骤606；

步骤604、运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告附近列车注意行车，进入步骤606；

步骤606、运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统。

进一步的，该方法还包含：

步骤602.2、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的允许列车通过命令(可能处于点灯允许或灭灯允许状态)，则进入下一步；由于基于通信的列车控制系统中包含信号机点灯和灭灯不同的需求，因此判断是否是非法过车的依据是是否允许通过命令，而不能单纯依靠信号机的显示状态，因此，此处为允许列车通过命令；

步骤603.2、运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿过当前信号机装置，若有则进入步骤604，即运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，则进入步骤605.2；

步骤605.2、运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置，当有列车正向穿越当前信号机装置时，则进入步骤606即运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车正向穿越当前信号机装置时，则返回等待命令状态即返回至程序开始处。

综上所述，本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法中，该信号机装置将运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等相结合，使得其自身为一个基本单位，通过上述模块即可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。同时该信号机装置可通过其运算模块控制各个模块以实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制，具有较高的独立性以及驱动控制准确性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (19)

1.一种真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，包含：

运算模块，其用于控制信号机装置的各个模块；

通信模块，其用于所述运算模块与外部的上层控制系统之间的通信；

信号灯模块，其用于所述信号机装置的信号显示，所述信号灯模块包含至少两个灯位，所述运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系；

检测模块，其用于监测与信号机装置相关的各类信息，并将监测的信息发送给所述运算模块，其中，与信号机装置相关的各类信息包含信号灯模块的信息；

所述运算模块控制各个模块可实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。

2.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，

所述运算模块包含两个运算子模块，所述运算模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

所述运算模块使同一信号灯模块的各个灯位之间可相互检查灯组状态，并可实现灯位之间的自动转换，所述运算模块还可设置信号灯模块的各个灯位的亮灯顺序和优先级顺序。

3.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，

所述通信模块包含两个通信子模块，所述通信模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

所述通信模块通过安全以太网通信、无线通信、本地现场总线通信和高速实时以太网通信中的至少一种方式与所述上层控制系统进行通信。

4.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，

所述上层控制系统包含：远端的联锁系统、列控系统和列车中的至少一个。

5.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，所述信号灯模块的每个灯位包含：

光源；

驱动模块，其用于所述光源的驱动；

声光报警模块，其用于当前灯位的报警。

6.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，所述检测模块包含：

至少两个光强采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述光强采集模块用于检测所述灯位发出的光的强度以及其他外部光的干扰强度；

至少两个波长采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述波长采集模块用于检测所述灯位发出的光的波长信息以及其他外部光的波长信息；

至少两个方向采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述方向采集模块用于检测所述灯位发出的光的具体方向信息。

7.如权利要求1所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，所述检测模块还包含：

过车检测模块，其用于检测列车车头或车尾是否进入当前信号机装置对应的预设防护区域。

8.如权利要求7所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，

所述过车检测模块采用异构二取二设计，当所述过车检测模块检测到列车车头进入当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块将其检测信息发送给运算模块控制关闭当前信号机装置，所述运算模块通过所述通信模块将所述过车检测模块的检测信息发送给上层控制系统；

当所述过车检测模块检测到列车车尾出清当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块通过运算模块和通信模块向上层控制系统发送列车使用完成信息，以允许上层控制系统释放当前信号机装置。

9.如权利要求7所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，

所述过车检测模块可实时检测当前预设防护区域内是否有非法列车经过信息，当所述过车检测模块检测到有非法列车经过时，采取故障安全措施，并可在后期进行过车报警复原设置。

10.如权利要求7所述的真闭环智能防跟随信号机装置，其特征在于，当前信号机装置的预设防护区域包含：

以当前信号机装置的机柱中心点为基准，沿列车轨道左侧M米至右侧N米之间的区域范围，其中，M和N为任意自然数。

11.一种如权利要求1～10任一项所述的真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，其特征在于，包含：

信号机装置启动，初始化检测信号机装置的各个模块工作正常，在整个信号机装置自检正常后进入无显示状态；

信号机装置维持当前显示状态，并进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

通信模块接收上层控制系统的命令并对其进行解析，同时运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，得出当前信号机装置的第一显示状态和上层控制系统的命令中包含的命令显示状态；

运算模块将第一显示状态和命令显示状态进行一致性对比，若两者一致则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，运算模块控制信号灯模块改变当前显示状态，使信号灯模块按照上层控制系统的命令中包含的命令显示状态进行显示；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态一致时，返回等待命令状态并维持当前显示状态。

12.如权利要求11所述的真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，其特征在于，还包含：

当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态不一致时，运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致并控制信号机装置进行报警；

运算模块根据其对信号灯模块的预设逻辑和配置情况，控制信号灯模块显示降级情况下的显示状态；

运算模块通过检测模块检测当前信号机装置的显示状态；

运算模块将当前信号机装置的显示状态与预设降级情况下的显示状态进行一致性对比，若两者一致，则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，则进行异常处理模式。

13.如权利要求12所述的真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，其特征在于，

所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

14.一种如权利要求1～10任一项所述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，其特征在于，包含：

信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的灭灯命令，运算模块控制信号灯模块实施灭灯控制；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是灭灯显示状态，则进入异常处理模式，若是灭灯显示状态则返回等待命令状态。

15.如权利要求14所述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，其特征在于，还包含：

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示禁止灯命令，运算模块控制信号灯模块实施禁止信号显示；

运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是禁止信号显示状态，则进入异常处理模式，若是禁止信号显示状态则返回等待命令状态。

16.如权利要求14所述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，其特征在于，还包含：

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示允许灯命令，运算模块控制信号灯模块实施允许信号显示；

运算模块通过检测模块检测是否有列车按照命令方向穿越当前信号机装置，若无，运算模块控制检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，并根据检测结果进入维持显示状态或异常处理模式；

若有列车越过当前信号机装置，运算模块将当前穿越信息上传给上层控制系统，并根据预设的延迟情况，进入禁止灯命令的控制状态。

17.如权利要求14或15或16所述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，其特征在于，

所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

18.一种如权利要求1～10任一项所述的真闭环智能防跟随信号机装置的非法过车防护的闭环控制方法，其特征在于，包含：

信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的禁止列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿越当前信号机装置；

当有列车反向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车反向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。

19.如权利要求18所述的真闭环智能防跟随信号机装置的非法过车防护的闭环控制方法，其特征在于，

当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的允许列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿过当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置；

当有列车正向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车正向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。