CN1187439A

CN1187439A - 用于探测铁路行为的方法和装置

Info

Publication number: CN1187439A
Application number: CN97113936A
Authority: CN
Inventors: 欧文·格斯伯格; 托马斯·T·申
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1998-07-15

Abstract

一种早期报警系统,可提供铁路行为的有效探测和有关危险情况的早期告警。它有一个声学传感器电路,与轨道连接以探测那里因物理振动而产生的声波;一个声学分析器单元,用于分析在轨道上探测到的声波以产生告警;一个声学信号处理单元,用于将声波存入文件以便恢复和分析。告警信号可被发送至中央控制室和运行的诸列车。存储的声音文件可以被本机恢复或下载至远程位置,因此能够对危险情况所产生的真实声音进行分析以确定原因。

Description

用于探测铁路行为的方法和装置

本发明涉及报警系统，尤其涉及铁路报警和告警系统。

迄今，铁路交叉道口报警系统使用连接至道旁设备的杆路，以将生死攸关的列车信息传达给路过的汽车司机和行人。这就是说，现今铁路报警系统使用杆路发送一个信号至一个闪烁信号灯及一个伸缩式闸门，以警告行人和汽车司机：一列列车正接近此铁路交叉道口。

另外，现今铁路报警系统使用道旁设备，以通过杆路传达危急的铁路声响行为。然而，采用杆路报告如是行为的实用性已呈可疑，这归因于其高昂的建造及维护费用，对周围社区的不利影响，及其对不利天气条件的敏感性。另外，现今尚没有报警系统提供对铁路行为(例如对财产设施的破坏，以及各种危险情况)的早期探测，以及向正在运行于铁路上的列车和中央列车调度室提供这些行为的早期报警。

一些现有技术系统采用遥控的伴随轨道车，以直接在机车前方探测轨道，并通过专用无线系统直接将任何生死攸关的告警数据向后报告给机车。然而，这样的一种系统既未提供一种装置用于实质性识别钢轨存在的实际问题，亦未向监控铁路安全和铁路交通的中央列车调度室提供有关这些危险(即对财产设施的破坏，落石，以及缺损的钢轨)的早期通知。

相应地，本发明的目标是一种高度可靠的早期告警系统，它可提供铁路行为的有效探测和有关可疑情况的早期告警，并报告给机车驾驶员和中央列车调度室。为达此目的，本发明提供一种这样的报警系统，它拥有一个声学传感器电路，与轨道连接以探测那里因物理振动而产生的声波；一个声学分析器单元，用于分析在轨道上探测到的声波，以识别那里的任何可疑情况，并且一旦识别出如此的可疑情况则产生一个告警；以及一个声学信号处理单元，用于将所探测到的声波存入一个声音文件以便快速恢复和分析。

在本发明的一个实施方式中，声学传感器电路拥有一个通过传感杆与轨道的每条钢轨连接的声学传感器。分析器单元拥有一对连接于声学传感器的滤波器，以及一个连接于此对滤波器的逻辑电路。声学信号处理单元拥有一个连接于声学传感器的模数转换器，以及一个连接于上述模数转换器和一个拥有内部存储器的控制器的数字信号处理器。

在这样一个实施方式中，每个声学传感器监视其对应的钢轨，取出声波并输出一个指示在那里所探测到之声波的模拟信号(即对钢轨1为V1，以及对钢轨2为V2)。输出V1和V2随后通过诸滤波器被传送到声学分析器单元的逻辑电路，以及到声学信号处理单元。为确定两条钢轨或其中之一是否存在危险情况，上述逻辑电路将所探测的、滤波后的信号V1和V2与一个预先设定的门限V₀比较，并将V1和V2之间差的绝对值(即|V2-V1|)与一个预先设定的门限差X₀比较。如果这两个比较之一显示出在门限V₀和/或X₀之上的情况，则上述逻辑电路产生一个报警信号。当探测到这样的报警信号，上述声学信号处理单元将真实声波V1和V2转换成为数字格式并将此数字信息存入一个声音文件以易于恢复。结果是，钢轨的诸可疑情况可在早期阶段被发现，并且指示可疑情况的真实声波可被恢复、重放和分析，籍此提供该铁路上任何危险情况早期报警，亦提供用于识别任何危险情况的装置。

本发明的这些或其它特征将利用附图，在以下本发明的诸实施方式的说明中更为详细地予以描述。然而本发明的范围仅由其后所附的权利要求书限定。

图1是根据本发明的铁路报警系统的一个实施方式的框图。

图2是一种用于通过图1所示的声学信号分析器产生告警信号的方法插图。

图3是用于向列车驾驶员和调度员传达图2所示的告警信号的通信系统的一个实施方式的插图。

图4是用于通过图1所示的声学信号处理单元存储探测到的声波之方法的图解图。

现参照图1，它显示根据本发明的报警系统的一个实施方式，以下称作报警系统10。如所显示的，报警系统10拥有一个声学探测器电路11，一个声学分析器12，一个声学信号处理单元13，一个无线通信装置14，以及一个数据通信装置15。

声学探测器电路11拥有声学传感器16，它通过一个传感杆18连接至一条钢轨；以及声学传感器17，它通过一个传感杆19连接至另一条钢轨。声学传感器16和17的输出连接至声学分析器12和声学信号处理单元13。声学分析器12拥有滤波器20和一个连接至无线通信装置14的逻辑电路21。声学信号处理单元13拥有一个模数(A/D)转换器22，一个数字信号处理器23，和一个连接至数据通信装置15的控制器24。另外，声学信号处理单元13拥有一个串行口25用于连接至一个外部数据恢复装置26。

工作中，声学传感器16和17通过其相应的传感杆18和19在其相应的钢轨上探测声波。这就是说，传感杆18在其相应的钢轨上探测声波并产生一个模拟输出信号V1，以及传感杆19在其相应的钢轨上探测声波并产生一个模拟输出信号V2。随后模拟信号V1和V2分别通过声学传感器16和17被送至声学信号分析器12用于产生可能的告警，以及被送至声学信号处理单元13用于可能的存储。

当到达声学信号分析器12时，信号V1和V2的每个都通过滤波器20，滤波器20仅传递一个范围内的诸频率至逻辑电路21。逻辑电路21找寻钢轨之间的不平衡声波信号和指示存在于轨道的问题或潜在危险情况之高调的声波。如果探测到这样的情况或高调声波，逻辑电路21产生一个告警。

例如，逻辑电路21可以通过取V1和V2之差的绝对值(即|V2-V1|)探测不平衡钢轨行为，并将其与某个门限或可接受的钢轨间的差别X₀比较。如果该差大于该预先设定的门限差X₀，则逻辑电路21产生一个指示钢轨之间潜在的问题的告警信号。同样地，逻辑电路21可以通过逐个将V1和V2与某个门限V₀比较来探测单条钢轨是否存在潜在的危险情况。如果V1或V2与V₀的差大于0，则逻辑电路21产生一个指示某条或两条钢轨潜在的问题的告警信号。

图2的功能方框图示出了一种在钢轨上探测声学声波且如果在那里探测到问题则产生一个告警信号的方法。如所显示的，传感杆31连接至列车轨道的一条钢轨，传感杆32连接至该轨道的另一条钢轨。由某一行为(即一列接近的列车或撞击钢轨的落石)在钢轨上所产生的声学波V1和V2分别通过传感杆31和32分别被传接到声学传感器33和34。信号V1和V2随后被经过带通滤波器35和36传送，因此分别剩下过滤信号V1’和V2’。过滤信号V1’和V2’随后被送至逻辑电路37，它执行信号分析，如前所述，如若需要，以产生一个告警信号。

传感杆31和32可用具有常数谐振频率之固定长度的小直径钢铁材料制作。声学传感器可以是一个具有内置低噪声放大器的压电型灵敏定向麦克风。这样的定向麦克风将探测到的声压转换成电信号V1和V2，其中定向麦克风的频率响应范围可为从30Hz到30KHz。然而定向麦克风的动态灵敏度范围应该相当宽以保证对所有可能的声学源的探测。

为避免与现存的轨道电路之操作发生干扰，传感器33和34应该与传感杆31和32电气绝缘。另外。声学传感器33和34以及传感杆31和32应该被完全地包裹并塑造以作静电保护。进而，带通滤波器35和36被选为仅使铁路应用中感兴趣的频带通过。

现在返回来参照图1，逻辑电路21所产生的告警信号被送至无线道旁设备14，它依靠无线通信系统通信。因此，无线道旁设备14提供装置用于发送告警信号通过一个无线通信系统到达司机和中央调度/控制中心，旨在获得轨道上潜在危险情况的早期报警。

这样的无线通信系统的一个实施方式显示于图3中，此后称为无线通信系统45。如所显示的，无线通信系统45拥有沿铁路轨道40定位的多个无线道旁设备41。在位置47产生的告警信号经由无线通信系统45被发送，通过无线道旁设备41到达控制位置42，在那里上述告警信号通过一个分组数据网络43被发送到中央调度室44。结果是，告警信号通过无线道旁设备41的通信方法可以是任何信息跳跃/message-hopping/方式。结果是，接收到告警信号之后，无线道旁设备41可以既广播告警信号又广播紧急消息以警告轨道上运行列车的司机探测到了危险情况。

除将探测到的信号V1和V2送至声学分析器12外，探测到的信号V1和V2还被送至声学信号处理单元13，其中声学信号V1和V2被存入一个声音文件以备之后恢复。图4显示图1所示声学信号处理单元13的一个实施方式的原理框图。如所显示的，探测到的模拟信号V1和V2分别输入A/D转换器51和52，因此分别输出数字信号V1”和V2”至数字信号处理器(DSP)53和54。DSP53和54通常为声学信号处理单元提供滤波、电平检测，以及声波形产生功能。另外，DSP53和54还可以为特殊功能识别提供音频特征分析，其中特殊功能包含识别破坏的类型，经过列车的类型和速度，以及轨道完整性监视。

该声学信号处理单元还拥有一个主控制器55，它提供控制和接口功能；以及一个存储器件56用于存储声波。结果是，DSP53和54可以分别将声波形或信号V1”和V2”送至主控制器55以在存储器件56中存储。

如图1所示，逻辑电路21所产生的告警信号还被送至声学信号处理单元13。这就是说，参照图4，该告警信号被送至主控制器55。另外，主控制器55拥有两个串行口57和58，它们为远程下载/告警功能(即串行口57)和本机恢复/保持功能(即串行口58)提供接口。结果是，一个存储于存储器件56中的可疑声波形文件可以通过一个蜂窝数据系统下载到中央调度中心，也可以通过个人计算机(PC)或膝上计算机经由它们内部安装的声卡本机恢复。

因此，本发明的告警系统能提供一条铁路上危险情况的早期告警，并送给一个中央调度控制室和正在接近的诸列车，以及提供一个装置用于恢复和分析这样的危险所产生的真实声波以识别其上边的真实问题。

以上说明包含的实施方式和完成本发明的诸方法只是示例性的。对该说明中的诸具体示例和实施方式的参考，不应被逐字理解成对本发明的任何形式的限制，而只是出于描述本发明的普遍原理之目的而提供。对于具备技术中一般技能的人员十分明了的是，本发明可以通过其它实施方式来实行。

Claims

1.一种报警系统，用于报告一条铁路上的行为和情况，包括：

一个声学传感器电路，与轨道连接用于探测那里因物理振动而产生的声波；以及

一个声学分析器单元，连接至所述声学传感器电路，用于分析所述测到的声波，以识别该铁路上的行为和情况，并且用于产生指示该铁路上危险情况的一个告警。

2.权利要求1中的报警系统，进一步包括一个声学信号处理单元，连接至所述声学传感器电路，用于将所述探测到的声波存入一个声音文件。

3.权利要求2中的报警系统，其中所述声学传感器电路包括至少一个声学传感器，连接至铁路的每条钢轨。

4.权利要求3中的报警系统，其中所述声学分析器单元包括至少一个声学滤波器，用于过滤所述探测到的声波，以及一个逻辑电路，用于分析所述过滤后的探测到的声波，并且产生所述告警如果所述声波满足一个预先设定的可疑条件。

5.权利要求4中的报警系统，进一步包括一个装置，用于将所述告警传达至所述声学信号处理单元。

6.权利要求5中的报警系统，进一步包括一个告警通信系统，用于将所述声学分析器所产生的所述告警报告给中央监控站。

7.权利要求6中的报警系统，其中所述告警通信系统是无线通信系统。

8.权利要求7中的报警系统，其中所述无线通信系统是分组数据无线系统，其中所述分组数据被通过多个道旁通信设备传达。

9.权利要求8中的报警系统，其中所述无线通信系统将所述告警报告给一个运行于该铁路上的机车。

10.权利要求9中的报警系统，其中所述声学信号处理单元包括一个模数转换器，用于将所述探测到的声波从模拟转换到数字，一个数字信号处理器，用于将所述数字的探测到的声波格式化成为一个声音文件格式，以及一个拥有存储媒体的处理器，用于存储所述声音文件格式的数字的探测到的声波。

11.权利要求10中的报警系统，进一步包括一个声学通信系统，用于将所述探测到的声波传达给所述中央监控站。

12.权利要求11中的报警系统，其中所述声学通信系统是一个蜂窝数据系统，其中所述蜂窝数据系统将所述声音文件传达给所述中央监控站。

13.权利要求12中的报警系统，进一步包括一个本机恢复设备，用于恢复以所述声音文件格式存储的所述探测到的声波。

14.权利要求13中的报警系统，其中所述本机恢复设备是一个个人计算机。

15.权利要求14中的报警系统，其中所述本机恢复设备是一个膝上计算机。

16.一种用于报告铁路上的可疑情况的方法，包括以下步骤：

a.监视该铁路，以探测那上边物理振动产生的声波；

b.分析所述探测到的声波，以识别一个在该铁路上探测到的情况；

c.如果所述探测到的情况是一个预先设定的该铁路上的可疑条件，则产生一个告警；以及

d.处理所述所探测到的声波，它拥有所述探测到的情况，指示一个预先设定的可疑条件，以将所述探测到的声波存入一个声音文件。

17.权利要求16中的方法，其中所述监视步骤a是通过一个拥有至少一个连接至所述铁路的每条钢轨的声学传感器的声学传感器电路来实施的。

18.权利要求17中的方法，其中一个连接至所述铁路的一条钢轨的所述声学传感器输出一个第一模拟信号V1，它指示在其上探测到的声波；以及其中另一个连接至所述铁路的另一条钢轨的所述声学传感器输出一个第二模拟信号V2，它指示在其上边探测到的声波。

19.权利要求18中的方法，其中所述分析步骤b是通过一个拥有至少一个用于过滤所述第一模拟信号V1和所述第二模拟信号V2的滤波器之声学分析器单元，以及一个用于探测所述过滤后的信号V1和V2是否指示所述铁路上一个给定可疑情况的逻辑电路来实施的。

20.权利要求19中的方法，其中所述确定过滤后的信号V1和V2是否指示该铁路上一个给定可疑情况的步骤，包括以下步骤：

取V1和V2之差的绝对值，以确定一个差额X；

将差额X与某个最小门限差额X₀比较，以确定在所述铁路上是否存在一个给定可疑情况；

将信号V1与某个最小门限V₀比较，以确定在其上获得V1的所述钢轨上是否存在一个给定可疑情况；以及

将信号V2与某个最小门限V₀比较，以确定在其上获得V2的所述钢轨上是否存在一个给定可疑情况。

21.权利要求20中的方法，其中如果探测到一个可疑情况，所述声学分析器单元产生一个告警信号。

22.权利要求21中的方法，其中处理所述探测到的声波之所述步骤是通过一个声学信号处理单元来实现的，声学信号处理单元拥有一个用于将所述声波从模拟转换成为数字的模数转换器，一个用于将所述数字的探测到的声波格式化成为声音文件格式的数字信号处理器，以及一个拥有用于存储所述被格式化为声音文件的所探测到的声波的存储媒体的处理器。

23.权利要求22中的方法，进一步包括将所述告警信号传达至所述声学信号处理单元的步骤。

24.权利要求23中的方法，进一步包括将所述声学分析器所产生的所述告警通过一个告警通信系统报告给一个中央监控站的步骤。

25.权利要求24中的方法，其中所述告警通信系统是一个无线通信系统。

26.权利要求25中的方法，其中所述无线通信系统是一个分组数据无线系统，其中所述分组数据通过多个道旁通信设备被传送。

27.权利要求26中的方法，其中将所述告警信号报告给一个运行于该铁路上的机车。

28.权利要求27中的方法，进一步包括一个将所述探测到的声波通过所述声学通信系统传达给所述中央监控站的步骤。

29.权利要求28中的方法，其中所述声学通信系统是一个蜂窝数据系统。

30.权利要求28中的方法，其中所述声学通信系统是一个卫星数据系统。

31.权利要求28中的方法，进一步包括将所述存储的声音文件恢复至一个本机恢复设备之中的步骤。

32.权利要求31中的方法，其中所述本机恢复设备是一个膝上计算机。

33.权利要求31中的方法，其中所述本机恢复设备是一个个人计算机。