CN203158028U - 一种基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于障碍物检测链的列车安全运行控制装置，包括：沿轨道依次间隔设置并形成障碍物检测链的若干个障碍物检测传感器；以及安装于列车上的车载单元；所述障碍物检测传感器用于在其检测范围内检测有无障碍物，并将检测结果发送至所述障碍物检测链上与其相邻的障碍物检测传感器，或者在接收到所述障碍物检测链上相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍物检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器或者相应的车载单元。本实用新型的列车运行安全控制装置，使列车可随时掌握前后方轨道上障碍物情况，运行的安全性大为提高。

Description

一种基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置

技术领域

本实用新型涉及信号控制领域，尤其涉及一种基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置。

背景技术

目前在轨道交通上基本上都会采用“闭塞系统”对列车运行实施控制，以有效保障列车在自己的闭塞段（区间）内是既无前行列车，又无后随列车进入此区间发生碰撞，而列车信号系统则是实现所述“闭塞”的一种常用手段。传统铁路最常用的闭塞系统为“基于轨道电路的列车运行控制”（Track Circuit Based Train Control，TBTC），而随着现代计算技术机及通信技术的发展，目前又出现了更先进的“基于通信的列车运行控制”（Communication Based Train Control，CBTC），使列车运行具有更高的可靠性、灵活性及营运效率。

然而不管是TBCT还是CBTC，列车与地面之间都有着非常密切的联系，列车与地面之间要实施有效的通信，并通过地面设备检查或确认列车的位置，才能产生有效的列车控制信号，并进而形成有效的“闭塞”，才能避免列车进入闭塞区间发生碰撞。从这个意义上来说，TBCT及CBTC体现了两种不同的通信方式，前者是通过轨道电路实现列车与地面的联系，而CBCT则是通过无线方式来实现列车与地面的通信，并且在列车与地面通信的同时实现于地面轨道上的定位。

为了实现所述的定位功能，必须要在列车轨道上铺设轨道电路、计轴器、应答器、交叉感应电缆等设施检测列车位置，并将列车位置信号传送到列车控制中心（以CBTC为例），最后再由列车控制中心生成闭塞区间并指示或控制列车于所述区间内运行。这个过程不但复杂，成本也比较昂贵，并且当控制中心发生故障时，列车的运行就要终止，或只能采用无信号保障的人工操作模式，在这种情况下列车的运行安全是没有保障的，并且在信号系统故障及人为操作错误时，还有可能会造成严重的列车相撞事故。

为了提高列车运行的可靠性，中国专利申请201210352117.7“一种列车信号系统装置及列车可行距离检测方法”提供了一种基于通行信号链测距的列车动态信号系统装置及行车方法，其目的是建立起一个不受传统列车控制系统（例如TBTC、SCBTC等）影响的，独立第三方的列车信号系统，为列车运行增加多一重安全保障，同时该系统还能充分发挥列车司机的作用，为其提供清晰、实时的前方列车位置、行车状态及行车速度指示，以舒缓司机驾驶的精神压力，防止“突然死亡”式列车相撞意外的发生，并在传统信号系统故障、列车定位失效、入错轨道、人为操作或指示错误情况下为列车运行提供安全保障。

上述这些列车运行控制系统及信号系统对于一个封闭的铁路系统，例如一般的轨道交通系统（例如地铁）及路面大铁路系统（例如高铁）都是比较有效的，但在实际应用中，有时会碰到一些非封闭的开放性轨道交通系统，例如轻铁系统、有轨电车系统、小铁路系统等。在这些开放性的铁路系统中，可能会出现列车、行人及其它车辆争用轨道的情况，同时由于这些系统班次比较频密，列车之间的间距又比较小，常常还会出现两辆列车同时进站停车的情形。在上述这些情况下，常规的列车控制系统及列车保护系统都难以起到作用，因此大部分系统就只能采用基于视觉判断的人工驾驶，稍有疏忽或判断错误，就容易发生列车与列车相撞、列车与行人相撞、列车与其它车辆相撞的意外。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种有效提高列车运行安全性的一种基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于障碍物检测链的列车安全运行控制装置，包括：

沿轨道依次间隔设置并形成障碍物检测链的若干个障碍物检测传感器；以及

安装于列车上的车载单元；

所述障碍物检测传感器用于在其检测范围内检测有无障碍物，并将检测结果发送至所述障碍物检测链上与其相邻的障碍物检测传感器，或者在接收到所述障碍物检测链上相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍物检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器或者相应的车载单元。

其中，所述障碍物检测传感器是微波传感器、红外线传感器、超声波传感器、光学传感器、图像识别传感器、电磁传感器及磁力传感器中的一种或任意组合。

其中，所述障碍物检测传感器之间通过无线通信链路、微波通信链路、激光通信链路、超声波通信链路、红外线通信链路或电缆导线连接，所述电缆导线包括信号电缆及电源电缆。

其中，所述车载单元进一步包括车载车地通信单元，所述障碍物检测传感器与所述车载车地通信单元通过车地通信信号通信，所述车地通信信号是微波通信信号、专用短程无线通信DSRC信号、射频通信信号、激光通信信号、超声波通信信号及红外线通信信号中的一种或任意组合。

其中，所述障碍物检测传感器还用于在接收到相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，如果其在自身检测范围内没有检测到障碍物，则将所述检测结果叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器；如果其在自身检测范围内检测到有障碍物，则将所述检测结果叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，通过所述车地通信信号发送给所述车载单元。

其中，所述障碍物检测传感器进一步包括：

控制单元；以及

分别与所述控制单元电连接并受其控制的后向通行信号接收单元、后向通行信号发射单元、前向通行信号接收单元和前向通行信号发射单元；

所述后向通行信号接收单元用于接收前方相邻的障碍物传感器发送的检测结果，所述后向通行信号发射单元用于在所述传感器自身没有检测到障碍物存在时，将叠加有所述检测结果及其自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息，发送至相邻的后方障碍物检测传感器；

所述前向通行信号接收单元用于接收后方相邻的障碍物传感器发送的检测结果，所述前向通行信号发射单元用于在所述传感器自身没有检测到障碍物存在时，将叠加有所述检测结果及其自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息，发送至相邻的前方障碍物检测传感器。

其中，所述障碍物检测传感器进一步包括：

传感器车地通信单元，与所述控制单元电连接，用于通过车地通信信号与所述车载车地通信单元进行通信。

其中，所述障碍物检测传感器进一步包括：

分别与所述控制单元电连接并受其控制的距离累加单元、距离自动清零单元、节点间距设置单元、边界节点设置单元以及红灯信号输入单元。

其中，所述车载单元进一步包括：

安装于列车车头的测距单元，用于在列车运行时测量所在列车与前方列车之间的距离，所述测距单元为视觉识别测距单元、超声测距单元、微波测距单元、激光测距单元、红外测距单元中的一种或任意组合。

其中，所述车载单元进一步包括：

车载控制单元；以及

与所述车载控制单元电连接并受其控制的车载显示单元、车载提示单元或车载执行单元。

本实用新型所提供的列车运行安全控制装置，通过沿轨道设置可双向通信的障碍物检测传感器，并在列车上设置相应的车载单元，使列车可随时掌握前后方轨道上障碍物情况，提高了列车运行的安全性。另外，通过在列车上设置测距单元，使列车还具备近距高精度定位能力，安全性进一步增强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的应用示意图。

图2为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的轨道列车及障碍物检测示意图。

图3为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的列车前方可行距离检测示意图。

图4为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的障碍物距离监测示意图

图5为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的后车间距监测示意图。

图6为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的车载测距单元示意图。

图7为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的通过电缆连接传感器的示意图。

图8为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的单向有线系统连接及供电示意图。

图9为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的双向有线系统连接及供电示意图。

图10为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的双向有线系统线路切换示意图。

图11为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的无线结构方框图。

图12为本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的有线结构方框图。

具体实施方式

下面参考附图对本实用新型的优选实施例进行描述。

请参照图1所示，这是本实用新型实施例基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的应用示意图。图1中40为列车行驶的轨道，41、42为轨道上的列车，a ~ w为沿轨道设置的中继器（在本实用新型实施例中又被称为障碍物检测传感器）。本实施例的中继器/传感器分布较密集，并主要以列车月台（或红灯路口）43为中心进行配置，以形成一个重点“监测范围”，帮助列车安全入站停车或过红灯路口。当然所述传感器也可以配置在列车行驶的整条轨道上，以形成一个完整的监测系统，这需视乎应用的要求和相应的投资额度而定。至于连接传感器a ~ w的可以是电缆导线，也可以是无线通信链路，例如RF（射频）通信、微波通信、DSRC通信（专用短程无线）、激光通信、超声波通信、红外线通信等。

下面请再参照图2所示，这是本实用新型实施例的列车运行安全控制装置的轨道列车及障碍物检测示意图。图中40为列车行驶的轨道，45为轨道上的枕木，k、l、m、n、o为设置于轨道中间位置的障碍物检测传感器，所述传感器通过无线感应方式（例如微波感应、电磁感应、红外线感应、超声波感应、光学感应、图像识别及磁力感应等）探测轨道上的物体，包括列车、行人及其它（非列车）车辆等。图中41为前车、42为后车，46为传感器无线感应信号，可以是无源被动检测，也可以是有源的主动性无线发射及接收检测。在图2所示的情况下，传感器k、l、n、o感应到其上有障碍物的存在，于是便可提供/输出轨道的“占用”信息状态；而传感器m因为感应不到有障碍物存在，于是提供/输出轨道“空闲”的信息状态。

请再参照图3所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的列车前方可行距离的检测示意图。图中41为前车，42为后车，传感器k、l、n、o感应到有轨道障碍物存在，而m检测不到有轨道障碍物存在。在本实施例中，依据“故障导向安全”的原则，传感器工作于“可行距离测定”模式，即当传感器感应到有障碍物存在时并不会输出信息，而只有当感应不到障碍物时，才输出代表轨道“空闲”的信息。图中传感器m因为检测不到障碍物，所以输出了“空闲”信息51，在这里51为一个无线信号，可为RF无线通信信号、微波通信信号、激光通信信号、超声波通信信号、红外线通信信号中的一种或任意组合。该无线信号51向后（向着后车42）发送并为邻近的传感器l所接收，令传感器l知道前方有一个“空闲”的轨道空间存在，该“空闲”轨道长度即为传感器l、m之间的距离。收到该“空闲”信息后，由于传感器l检测到在其检测范围内存在障碍物——后车42，因此传感器l将该“空闲信息”再叠加上l、m之间的距离信息，通过短程车地无线通信方式（图中由无线信号52来代表）传送到对应的后车42上，并为后车42中安装于车头位置的车载车地通信单元53所接收，令后车42知道前方的可行距离至少为一个传感器“间距”，从而为轨道上跟随前方列车（前车41）行驶的后方列车（后车42）提供了前行轨道空间的一个依据。

图2~3中的无线信号46、51、52是各不相同的，其覆盖范围和功能要求也不一样。46为传感器的无线感应信号，其主要是感应轨道上的障碍物，感应方向最好能沿轨道方向前后延伸（这可以称为横向感应信号），不同传感器之间的无线感应信号可以有一定的重叠，以增加感应的可靠性/余量。而51为传感器之间的无线通信信号，其通信方向也是沿轨道方向前后延伸的（这可以称为横向通信信号），其通信距离最好控制在一个传感器间距以上及在两个传感器间距之内，如果通信距离超过两个传感器间距就需要为各传感器设置识别码ID了，使传感器可以接收及识别其邻近的传感器信号而忽略其它非相邻的传感器信号。在使用中如果有多个传感器感应到“空闲”状态，则有关的传感器通信信号51会以接力的方式，从一个传感器发送至另一个传感器，直到遇到一个状态为“占用”的传感器节点为止。在这种情况下，无线通信信号51通过各“空闲”传感器构成了一条代表前方可行距离的“信号链路”（可以为无线通信链路、微波通信链路、激光通信链路、超声波通信链路、红外线通信链路等），并由各“空闲”传感器对各自的传感器间距进行累计相加，令最后一个传感器可以得到总“空闲”传感器的个数及总“空闲”间距的长度，即前方轨道“可行距离”的总长度。至于图中的52则为一种短距离无线车地通信信号，其包括微波通信、DSRC通信、RFID通信、激光通信、超声波通信、红外线通信等多种不同形式，是包括在传感器内的一种车/地通信功能，其通信方向是垂直向上的，因此可以称为纵向通信信号。为了防止信号接收错误，各传感器的车地通信信号52之间会有一定的间隔空间，防止不同的传感器之间的车地通信信号52出现重叠的情况。另外，车地通信信号52可以在列车驶入其检测范围内时直接从障碍物检测传感器发送给列车的车载车地通信单元；也可以设置为不间断对外（纵向）发送，当列车驶入其检测范围时，其上的车载车地通信单元自动接收。

下面请再参照图4所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的障碍物距离监测示意图。图中41为前车，42为后车，传感器k、l、n、o感应到有轨道障碍物存在，而m检测不到有轨道障碍物存在，这些和前述图3是一样的。与图3中障碍物检测传感器k、l、n、o基于“故障导向安全”的原则，给出前方“可行距离测定”的工作模式不同，图4中的障碍物检测传感器设定在“障碍物距离测定”的工作模式，在该模式下，当传感器n检测到有障碍物存在时，会输出发现障碍物的无线信号51a，该信号为下一级的传感器m所接收，并在m中叠加上传感器m、n之间的间距信息，然后再以无线信号51b的方式发送到再下一级的传感器l；由于传感器l检测到在其检测范围内存在障碍物——后车42，因此在传感器l中所述的障碍物距离会再被叠加上l、m之间的间距信息，然后再通过车地通信信号52发送到于其上行驶的后车42，并为后车42中安装于车头位置的车载车地通信单元53所接收，令后车42知道前方障碍物的距离为两个传感器的间距，从而为轨道上的后方列车提供了前方轨道障碍物的距离信息。图4中除了传感器的工作模式及信号51a、51b包含的内容与前述图3中的不同之外，其它原理及结构都是一样的。

下面请再参照图5所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的后车间距监测示意图。图中41为前车，42为后车，传感器k、l、n、o因为感应到有轨道障碍物的存在，因而不发送信号，而只有m检测不到障碍物的存在，因此输出了轨道“空闲”的信息/信号56，该信号向前发送，并为邻近的传感器n所接受，令n知道后方有一个“空闲”的轨道空间存在，n随即将该“空闲”信息通过无线车地通信信号52传送到对应的前车41之上，并为前车41中安装于车尾位置的车载车地通信单元55所接收，令前车41知道后方的后车42间距有一个传感器的“间隔”距离，从而为轨道上于前方行驶的列车（前车41）提供后方列车（后车42）尾随的资料信息。

图5与图3的不同点主要在于传感器m的横向通信信号发送方向不同。事实上本实用新型实施例的传感器都具有双向的通信能力，当其检测到“空闲”状态时，便会向前后邻近的传感器发送所述的“空闲”信息/信号，令于轨道上行驶的列车可以及时知道前后列车的间距情况。同时本实施例的障碍物传感器都具有车地通信功能，可以与其上的列车实现信息交换。由于前车和后车的划分是相对的，为了车地通信的顺利进行，列车的车头和车尾均分别安装车载车地通信单元53、55。这样，一辆列车作为后车时，其可通过安装于车头的车载车地通信单元53与相应传感器通信；作为前车时，其又可通过安装于车尾的车载车地通信单元55与相应传感器通信。在图3~5中的间距信息（可行距离及后车间距）分别为一个传感器距离，这个距离与图中前车41与后车42之间的实际间距有一定的出入（比实际间距要小），这个误差可以看作为系统的安全余量，防止列车进入别的列车占用空间之内。在本实施例中，传感器的实际间距设置优选为2~20米，这样系统列车的定位精度大概就是2~20米，这在一般的开放性轨道交通系统是适合的。对于高速列车或闭封式铁路系统，由于列车间距较大并且无需检测轨道上的行人和其它非列车车辆，传感器的间距可以增加很多（例如100米~1公里），这样有利于节省成本。

由上可知，本实用新型实施例提供一种基于障碍物检测链的列车安全运行控制装置，包括：沿轨道依次间隔设置并形成障碍物检测链的若干个障碍物检测传感器；以及安装于列车上的车载单元；所述障碍物检测传感器用于在其检测范围内检测有无障碍物，并将检测结果发送至所述障碍物检测链上与其相邻的障碍物检测传感器，或者在接收到所述障碍物检测链上相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍物检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器或者相应的车载单元。

下面请再参照图6所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的车载测距示意图。在前述图3~5的实施例中提到系统列车的定位精度为1个传感器间距误差（例如2-20米），这在列车正常行驶过程中是适当的，但在列车入站停车时，其定位精度尚嫌不足。为了解决这个问题，本实用新型实施例采用了轨道传感器与车载无线测距并存的方案，令列车既有远程轨道检测能力，又具备近距高精度定位能力，令列车在各种不同情况下都能得到系统的保护，提高了列车全程运行的安全性。

在图6中，41为前车，42为后车，57为安装在后车42车头上的车载测距单元，测距方式可以是激光测距、微波测距、红外线测距、超声波测距或视觉识别测距。在本实用新型实施例中优选视觉识别测距。在视觉识别测距中，为了提高测距的精度，可以在前车41车尾位置设置一个具有特定尺寸及图形的参照物58，车载测距单元57的图像识别功能可有效识别及锁定这个参照物58，并可以根据捕捉到的视频图像大小和形状变化判断前车41和后车42之间的距离和偏离角度，由此可以实现较高精度的测距及追踪功能，并且间距越近测距精度越高，可实现精确的位置停车。

为了使本实用新型实施例的列车运行安全控制装置具有更高的可靠性，本实施例优选采用两个车载测距单元同时运作的工作模式，例如一个车载测距单元为图像识别测距单元，采用图像测距方式，主要用于精确停车；另一个车载测距单元为超声波测距单元，采用超声波测距方式，主要用于两车之间的障碍物检测。如果超声波探测到的距离与图像识别测定的距离相若，则说明两车之间无其它障碍物存在；相反如果超声波探测的间距小于图像识别的间距，则说明两车之间有行人或其它车辆闯入，这时装置会提醒司机注意，防止相撞事故的发生。上述两种测距方式可以认为是对图3~5测距方式的一种补充，主要针对近距离测距，其测距范围可定为10~20米左右，以便与传感器测距进行衔接，并且其测距精度通常都可以做到优于0.1米，距离越近，其测距精度越高，可以很好地满足实际应用的要求。

本实施例的障碍物检测链技术提供了列车前方可行距离的信息，加上近距离的图像识别测距及超声波障碍物探测，可以令列车正常行驶及入站停车的安全性和操作性都能得到有效提升，甚至可以在开放性轨道交通系统中实现自动或半自动驾驶，这是本实用新型实施例对现有列车运行控制装置的一个重大改进。

下面请再参照图7所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的通过电缆连接传感器的示意图。图中40为列车行驶的轨道，a~w为沿轨道设置的障碍物检测传感器，电缆导线61将上述所有a~w的传感器都联结在一起，从而形成一条轨道障碍物监测的链路，这和图3~5显示的无线方式稍有不同，但原理都是一样的。采用电缆导线连接各传感器的优点是更为稳定可靠，以及在同一条电缆线上可以同时传送信号及电源，这样所有的传感器都可通过电缆线获取电流供应，省却了每个传感器配置供电模块的麻烦，而其缺点则是需要铺设电缆线，如果传感器间距较大，则电缆的成本会提高。

下面请再参照图8所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的单向有线系统连接及供电示意图，这是上述图7所示的一个具体实例。图中60为障碍物检测传感器，是上述a~w中的一部分（图中显示有i、j、k三个传感器）。本图中的电缆61包括有三条导线，分别为61a、61b、61d，其中61a为电源的正极，61d为电源的负极，61b为信号传输线，61a、61b、61d分别连接i、j、k三个传感器。图中还有一个电源装置62，其正负极输出分别和61a及61d相连接，可将电流供应给系统中的每一个传感器。

图8中可见电源正极61a及负极61d都是直接连接到每一个传感器上的，而信号线61b则先连接到传感器k，即是从k的一端输入，然后通过k的控制器后再输出并连接到下一级传感器j的输入，然后再通过j的控制器后输出并连接到再下一级传感器i的输入，将依次类推联结系统上的所有传感器，从而形成一条信号链路，在本实施例中被称为障碍物检测链路，简称为障碍检测链。当某传感器没有发现障碍物（探测到“空闲”状态）时，便会把这个“空闲”信息/信号传送到其下一级的传感器，如果下一级传感器仍然没有发现障碍物，则会把“空闲”轨道长度（传感器间距）相加后再把信息传送到再下一级的传感器，通过如此级联，便可让系统知道最终的空闲轨道长度，从而知道列车前方的可行距离到底有多长。

在实际应用中，电缆的导线数目可根据需要来配置，信号传输也可以是单向或双向的。下面请再参照图9所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的双向有线系统连接及供电示意图。与图8不同之处在于图9中还包括信号线61c，61c的信号传输方向和61b相反，这样系统便具备双向的通信能力，有关轨道空闲的信息便可向前及向后分两个方向传送，令在后行驶的列车可知道前方的可行距离，同时也令在前行驶的列车知道其后方尾随的列车间距为多少，令各列车司机都知道其前后轨道列车的状态，令列车行驶更有依据及更为安全。

下面请再参照图10所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的双向有线系统线路切换示意图。在实际应用中，列车会经常遇到轨道切换的情况，即在三岔路口中，列车可能会向左行驶，也可能会向右行驶，到底是向左还是向右通常不是列车自己决定的，而是由下面的轨道决定的，当轨道切换左边时列车就往左行，相反轨道切换到右边时，列车就往右行。为了与列车行驶方向同步，本实用新型实施例的障碍检测链也需要与轨道切换同步。

图10中i、j为三岔路口前的轨道上的传感器，而z、k则分别为三叉轨道左右两个方向轨道上的传感器，z、k传感器不在同一条轨道上。为了实现信号链的切换，在图10中还包括了信号链切换器63，其既可以让三岔路口前的传感器信号链61a及61b与左边轨道上的信号链61a1、61b1连接（如图10中所示），也可以令其与右边轨道上的信号链61a2、61b2相连接，只要63的切换与轨道切换同步，检测链就能对应实际轨道情况并正常运作，这有效地解决了列车轨道切换时的道路监测问题。

下面请再参照图11所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的无线系统结构方框图，这是对上述图1~6的一个概括性总结。图11中60为障碍物检测传感器，65为传感器内部的控制器，70为安装于列车上的车载单元。控制器65内包括有前向障碍物检测单元和后向障碍物检测单元，可分别检测轨道前后两个方向的障碍物。图中有后向通行信号接收单元11和后向通行信号发射单元12，后向通行信号接收单元11用于接收前方相邻的传感器发送的“空闲”信号51.1，如果传感器自身没有检测到障碍物存在，则通过后向通行信号发射单元12向后方相邻的下一个传感器发送“空闲”信号51.2（叠加有“空闲”的检测结果及其自身与前方相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息），令这个空闲信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是后方列车的前方“可行距离”。同样地，控制器65还有另一条通行信号链路，由前向通行信号接收单元21和前向通行信号发射单元22组成，前向通行信号接收单元21用于接收后方相邻的传感器发送的“空闲”信号56.1，如果传感器自身没有检测到障碍物存在，则通过前向通行信号发射单元22向前方相邻的上一个传感器发送“空闲”信号56.2（叠加有“空闲”的检测结果及其自身与后方相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息），令这个空闲信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是前方列车的“后车间距”。这两条通信链路的存在，说明本实用新型实施例的传感器具有双向通信能力，可分别向前车和后车发送有关轨道“空闲”的信息/信号。

同样地，图中的障碍物检测传感器60也可以有另外一个工作模式，即“障碍物距离测定”模式，在这种情况下，后向通行信号接收单元11用于接收前方相邻的传感器发送的“障碍物距离”信号51.1，如果传感器自身没有检测到障碍物存在，则通过后向通行信号发射单元12向后方相邻的下一个传感器转发“障碍物距离”信号51.2（叠加有“占用”的检测结果及其自身与前方相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息），令这个障碍物距离信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是后方列车的前方“障碍物距离”。同样地，控制器65还有另一条通行信号链路，由前向通行信号接收单元21和前向通行信号发射单元22组成，前向通行信号接收单元21用于接收后方相邻的传感器发送的“障碍物距离”信号56.1，如果传感器自身没有检测到障碍物存在，则通过前向通行信号发射单元22向前方相邻的上一个传感器发送“障碍物距离”信号56.2（叠加有“占用”的检测结果及其自身与后方相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息），令这个障碍物距离信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是前方列车的“后方障碍物距离”。这两条通信链路的存在，说明本实用新型实施例的传感器具有双向通信能力，可分别向前车和后车发送有关轨道障碍物的信息/信号。

为了能够准确累计有关“空闲”的轨道空间长度（或障碍物的距离信息），在本实用新型实施例的传感器中还包括有节点间距设置单元和距离累加单元，可将所述传感器节点的间距进行累加，以便得到有效的“可行距离”（或前方障碍物距离）或“后车间距”（或后方障碍物距离）信息。图中距离清零单元的意义在于当所述传感器接收不到其上一级的“空闲”信号，并且其自身又检测不到有障碍物存在时，便将距离累加单元的资料清零，然后再把长度为零的“空闲”信号发送出去，这个信号可作为后车的“可行距离”或前车的“后车间距”的计算起点（当所述传感器工作于可行距离测定模式时）；或当所述传感器检测到有障碍物存在时，便将距离累加单元的资料清零，然后再把长度为零的“障碍物距离”信号发送出去，这个信号可作为前车或后车的“障碍物距离”的计算起点（当所述传感器工作于障碍物距离测定模式时）。

至于边界节点设置单元的意义在于，当所述传感器节点为系统的边界（即障碍物检测链的起点或终点）节点时，它是接收不到边界以外的其它传感器的信号的，但这不能说明边界以外的轨道是“占用”的，只能说明那是一条非监测路段，因此设置为边界节点的传感器提供的信息代表了监测路段的开始或终结。

在图中还包括了一个红灯信号输入单元，这个单元的意义在于，如果有红灯信号的输入，则会自动停止其“空闲”信号的发送（或发送障碍物距离为零的信号），在这种情况下，红灯信号的输入与传感器本身检测到障碍物的存在是一样的，不会发送“空闲”信号（或发送障碍物距离为零的信号），这样列车就必须在该传感器之前停下来，这便实现了红灯信号提示或红灯信号停车功能。

上述传感器的功能是通过位于传感器内部的节点控制单元（或称传感器控制单元）来控制及实现的，所有相关的功能模块都会与这个节点控制单元相关联。此外与该控制单元相关联的还有一个传感器车地通信单元，该传感器车地通信单元与车载车地通信单元53/55以无线通信的方式进行信息传输，例如，传感器车地通信单元将有关轨道“空闲”（或障碍物距离）的信息传递给车载车地通信单元，车载车地通信单元再将有关轨道空闲的信息传递给车载控制单元，并通过车载显示单元进行有关信息的显示，或通过车载提示单元进行危险提示，或通过车载执行单元令列车减速或停车等，防止列车相撞意外的发生，从而实现了本实用新型的列车安全控制功能。

为了提高列车定位及障碍物检测的精度，在图11中还包括了测距单元57（为视觉识别测距单元、超声测距单元、微波测距单元、激光测距单元、红外线测距单元中的一种或任意组合），这些单元在图6中有具体的描述，在实际应用中，可根据需要来增减有关的单元或功能，令本实用新型的列车运行安全控制装置符合实际应用的需求，并具有相应的成本效益。至于图中的车载控制输入单元，可设置有关的控制参数，例如启动或停止自动停车功能、启动或停止自动提示功能等，亦可设置跟车的间距，停车的间距等参数，令列车运行更符合实际的需要。

下面请再参照图12所示，这是本实用新型实施例的基于障碍物检测链的列车运行安全控制装置的有线系统结构方框图。这是对上述图6~10的一个概括性总结。图中60为障碍物检测传感器，65为传感器内部的控制器，70为安装于列车上的车载单元。控制器65内包括有前向障碍物检测单元和后向障碍物检测单元，可分别检测轨道前后两个方向的障碍物。图中有后向通行信号输入单元11和后向通行信号输出单元12，后向通行信号输入单元11用于接收上一个传感器发送的“空闲”信号61b.1（以传感器的可行距离测定模式为例进行说明），如果传感器自身也没有检测到障碍物存在，则通过后向通行信号输出单元12向后方下一个传感器发送“空闲”信号61b.2，令这个空闲信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是后方列车的前方“可行距离”。同样地，控制器65还有另一条通行信号链路，由前向通行信号输入单元21和前向通行信号输出单元22组成，前向通行信号输入单元21用于接收后方上一级的“空闲”信号61c.1，如果传感器自身也没有检测到障碍物存在，则通过前向通行信号输出单元22向前发送“空闲”信号61c.2，令这个空闲信号可以一级接一级地发送下去，直至碰到一个状态为“占用”的传感器为止，这个长度便是前方列车的“后车间距”，这两条通信链路的存在，说明本实用新型实施例的传感器具有双向通信能力，可分别向前车和后车发送有关轨道“空闲”的信息/信号。

为了能够准确累计有关“空闲”的轨道空间长度，在本实用新型实施例的传感器中还包括有节点间距设置单元和距离累加单元，可将每个“空闲”的传感器节点的间距进行累加，以便得到有效的“可行距离”或“后车间距”信息。图中距离清零单元的意义在于当所述传感器接收不到其上一级的“空闲”信号，并且其自身又检测不到有障碍物存在时，便将距离累加单元的资料清零，然后再把长度为零的“空闲”信号发送出去，这个信号可作为后车的“可行距离”或前车的“后车间距”的计算起点。

至于边界节点设置单元的意义在于，当所述传感器节点为系统的边界（即障碍物检测链的起点或终点）节点时，它是接收不到边界以外的其它传感器的信号的，但这不能说明边界以外的轨道是“占用”的，只能说明那是一条非监测路段，因此设置为边界节点的传感器提供的信息代表了监测路段的开始或终结。

在图中还包括了一个红灯信号输入单元，这个单元的意义在于，如果有红灯信号的输入，则会自动停止其“空闲”信号的发送，在这种情况下，红灯信号的输入与传感器本身检测到障碍物的存在是一样的，不会发送“空闲”信号，这样列车就必须在该传感器之前停下来，这便实现了红灯信号提示或红灯信号停车功能。

上述传感器的功能是通过位于传感器内部的节点控制单元（或称传感器控制单元）来控制及实现的，所有相关的功能模块都会与这个节点控制单元相关联。此外与该控制单元相关联的还有一个传感器车地通信单元，该传感器车地通信单元与车载车地通信单元53/55以无线通信的方式进行信息传输，例如，传感器车地通信单元将有关轨道“空闲”的信息传递给车载车地通信单元，车载车地通信单元再将有关轨道空闲的信息传递给车载控制单元，并通过车载显示单元进行有关信息的显示，或通过车载提示单元进行危险提示，或通过车载执行单元令列车减速或停车等，防止列车相撞意外的发生，从而实现了本实用新型的列车安全控制功能。

为了提高列车定位及障碍物检测的精度，在图12中还包括了测距单元57（为视觉识别测距单元、超声测距单元、微波测距单元、激光测距单元、红外测距单元中的一种或任意组合），这些单元在图6中有具体的描述，在实际应用中，可根据需要来增减有关的单元或功能，令本实用新型列车安全运行控制装置符合实际应用的需求，并具有相应的成本效益。至于图中的车载控制输入单元，可设置有关的控制参数，例如启动或停止自动停车功能、启动或停止自动提示功能等，亦可设置跟车的间距，停车的间距等参数，令列车运行更符合实际的需要。和图11一样，图12中的传感器也可以有不同的工作模式，包括障碍物距离测定模式，其原理和图11是一样的，这里不再赘述。

图11、12主要不同的地方在于，图11代表了一个无线控制装置而图12则代表了一个有线控制装置，图11上的各传感器60原则上没有导线连接，只是通过无线通信信号51、56进行连接，而图12上的各传感器60则可通过电缆61直接连接，其中包括信号线61b、61c及电源线61a、61d，两种控制装置各有特色，可根据应用要求选择使用。

本实用新型所提供的列车运行安全控制装置，通过沿轨道设置可双向通信的障碍物检测传感器，并在列车上设置相应的车载单元，使列车可随时掌握前后方轨道上障碍物情况，提高了列车运行的安全性。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于障碍物检测链的列车安全运行控制装置，其特征在于，包括：

沿轨道依次间隔设置并形成障碍物检测链的若干个障碍物检测传感器；以及

安装于列车上的车载单元；

所述障碍物检测传感器用于在其检测范围内检测有无障碍物，并将检测结果发送至所述障碍物检测链上与其相邻的障碍物检测传感器，或者在接收到所述障碍物检测链上相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍物检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器或者相应的车载单元。

2.根据权利要求1所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器是微波传感器、红外线传感器、超声波传感器、光学传感器、图像识别传感器、电磁传感器及磁力传感器中的一种或任意组合。

3.根据权利要求1所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器之间通过无线通信链路、微波通信链路、激光通信链路、超声波通信链路、红外线通信链路或电缆导线连接，所述电缆导线包括信号电缆及电源电缆。

4.根据权利要求1所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述车载单元进一步包括车载车地通信单元，所述障碍物检测传感器与所述车载车地通信单元通过车地通信信号通信，所述车地通信信号是微波通信信号、专用短程无线通信DSRC信号、射频通信信号、激光通信信号、超声波通信信号及红外线通信信号中的一种或任意组合。

5.根据权利要求4所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器还用于在接收到相邻的障碍物检测传感器发送的检测结果时，如果其在自身检测范围内没有检测到障碍物，则将所述检测结果叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，再沿同一方向发送至所述障碍检测链上与其相邻的下一个障碍物检测传感器；如果其在自身检测范围内检测到有障碍物，则将所述检测结果叠加上自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离信息，通过所述车地通信信号发送给所述车载单元。

6.根据权利要求1-4任一项所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器进一步包括：

控制单元；以及

分别与所述控制单元电连接并受其控制的后向通行信号接收单元、后向通行信号发射单元、前向通行信号接收单元和前向通行信号发射单元；

所述后向通行信号接收单元用于接收前方相邻的障碍物传感器发送的检测结果，所述后向通行信号发射单元用于在所述传感器自身没有检测到障碍物存在时，将叠加有所述检测结果及其自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息，发送至相邻的后方障碍物检测传感器；

所述前向通行信号接收单元用于接收后方相邻的障碍物传感器发送的检测结果，所述前向通行信号发射单元用于在所述传感器自身没有检测到障碍物存在时，将叠加有所述检测结果及其自身与所述相邻的障碍物检测传感器之间的距离的信息，发送至相邻的前方障碍物检测传感器。

7.根据权利要求6所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器进一步包括：

传感器车地通信单元，与所述控制单元电连接，用于通过车地通信信号与所述车载车地通信单元进行通信。

8.根据权利要求6所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述障碍物检测传感器进一步包括：

分别与所述控制单元电连接并受其控制的距离累加单元、距离自动清零单元、节点间距设置单元、边界节点设置单元以及红灯信号输入单元。

9.根据权利要求1-4任一项所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述车载单元进一步包括：

安装于列车车头的测距单元，用于在列车运行时测量所在列车与前方列车之间的距离，所述测距单元为视觉识别测距单元、超声测距单元、微波测距单元、激光测距单元、红外测距单元中的一种或任意组合。

10.根据权利要求9所述的列车安全运行控制装置，其特征在于，所述车载单元进一步包括：

车载控制单元；以及

与所述车载控制单元电连接并受其控制的车载显示单元、车载提示单元或车载执行单元。

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