机车推进防冒进系统和方法
【专利摘要】本发明公开了机车推进防冒进系统和方法。该系统包括：射频识别无源标签，可用于存储位置信息；列首设备，可用于读取地面标签中的位置信息并可通过无线链路发送位置信息；机车设备，可接收位置信息并转发，还可接收控制信令并执行相应操作；地面控制中心，可获取信号灯状态和接收机车设备发出的位置信息，并可根据位置信息查询机车所在股道的信号灯状态以确定是否发送报警信号至机车设备；以及便携控制设备，可接收机车设备转发的报警信号，并可将操作人员输入的控制指令通过无线链路发送至机车设备。本发明所公开的防冒进系统定位精度高并且安装和维护成本低，还能在紧急情况下自动执行防冒进控制，大大提高了调车推进运行的安全性。
【专利说明】机车推进防冒进系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路控制领域，特别涉及铁路调车作业控制系统。
【背景技术】
[0002]当前调车作业中大部分采用传统的调车系统，列车推进过程中，由连接员观察前方信号灯(被安装在信号机上)状态，然后手动给调车员发送指令以控制列车推进或停止。如果连接员由于疏忽或因恶劣天气而视线受阻导致给出错误的信号，就会产生机车冒进行为，造成严重的损失。
[0003]目前国内外也有部分较为先进的调车系统，在这些调车系统中，采用专门的定位系统来定位机车的位置，然后由控制中心根据机车的位置和信号灯状态来给调车员发出指令。现有的定位系统分为GPS差分定位系统和传感器定位系统。GPS差分定位系统的缺陷在于其定位精度会受到天气、电磁环境等因素的干扰，在较恶劣的条件下，定位误差可在4米以上，这很可能导致控制中心给出错误的指令。而传感器定位系统在每个信号机上安装传感器并且在每个股道上安装地面应答器，该应答器要通过有线的方式从信号机取电，其施工非常复杂，后期维护和检修的工作量也很大。
【发明内容】
[0004]本发明所公开的机车推进防冒进系统定位精度高，并且实施该机车推进防冒进系统具有不需额外埋线和后期维护成本低的优点。本发明还公开了应用该防冒进系统在机车推进中实现机车防冒进控制的方法。
[0005]根据本发明的一个方面提供了一种机车推进防冒进系统，该系统可包括:地面标签，地面标签可以是射频识别无源标签，可用于存储地面标签所在位置的位置信息，位置信息可包括股道信息；列首设备，列首设备可包括射频识别阅读器，列首设备可用于读取地面标签中的位置信息，并可通过无线链路发送位置信息；机车设备，机车设备可从列首设备接收位置信息并转发，机车设备还可接收控制信令并且根据接收的控制指令执行相应操作；地面控制中心，可获取所有信号机的信号灯状态和通过无线链路接收机车设备发出的位置信息，并可根据股道信息查询机车所在股道的信号灯状态以确定是否发送报警信号至机车设备，报警信号可被机车设备转发；以及便携控制设备，便携控制设备可接收机车设备转发的报警信号，并可将操作人员输入的控制指令通过无线链路发送至机车设备。
[0006]其中列首设备与地面标签间的距离小于距离阈值时，列首设备可读取地面标签中的位置信息，可根据定位精度和安装位置等因素将该距离阈值设置在I米和2米之间。
[0007]其中当地面控制中心判定机车所在股道的信号灯状态为不可通过状态，则地面控制中心可向机车设备发送报警信号。
[0008]进一步地，位置信息还可包括地面标签与地面标签所对应的股道的信号机间的距离，当地面控制中心判定机车所在股道的信号灯状态为不可通过状态，并判定地面标签与地面标签所对应的股道的信号机间的距离为第一距离，则地面控制中心可向机车设备发送报警信号和机车放风指令。
[0009]进一步地，机车设备可被配置为在收到机车放风指令后的预定时间自动执行解锁操作。
[0010]优选地，上述机车推进防冒进系统中所采用的地面标签可以是超高频射频识别无源标签。
[0011]根据本发明的另一方面，还公开了一种机车推进防冒进方法，该方法包括:列首设备与无源地面标签间的距离小于距离阈值时，列首设备可读取无源地面标签中的位置信息，位置信息可包括股道信息；以及列首设备将位置信息可通过机车设备发送至地面控制中心，地面控制中心可根据股道信息查询机车所在股道的信号灯状态，并可根据信号灯状态确定是否发送报警信号。
[0012]其中当地面控制中心判定机车所在股道的信号灯状态为不可通过状态，则地面控制中心可向机车设备发送报警信号，机车设备可将报警信号转发给控制设备。
[0013]进一步地，位置信息还可包括无源地面标签与无源地面标签所对应的股道的信号机间的距离，其中当地面控制中心判定机车所在股道的信号灯状态为不可通过状态，并判定无源地面标签与无源地面标签所对应的股道的信号机间的距离是第一距离，则地面控制中心可发送机车放风指令和报警信号至机车设备，机车设备可将报警信号转发给控制设备。
[0014]进一步地，位置信息还可包括无源地面标签是否位于铁路尽头线的信息，如果列首设备读取位置信息时判定无源地面标签位于铁路尽头线，则列首设备可向机车设备发送机车放风指令。
[0015]进一步地，机车设备在收到机车放风指令后的预定时间可自动执行解锁操作。
[0016]优选地，本发明所公开的方法可采用超高频射频设别无源标签作为地面标签。
[0017]本发明所提供的机车推进防冒进系统定位精度高，还可在紧急情况下自动执行机车防冒进操作，所以能在调车过程中有效防止机车冒进，大大提高了调车操作的安全系数，并且该机车防冒进系统具有实施简便和后期维护成本低的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1示出了根据本发明的一个实施方式的机车推进防冒进系统的示意图；以及
[0019]图2示出了根据本发明的一个实施方式在调车过程中执行机车推进防冒进控制的流程图。
【具体实施方式】
[0020]根据本发明的一个方面提供了一种机车推进防冒进系统，该系统可包括:地面标签，地面标签可以是射频识别无源标签，可用于存储地面标签所在位置的位置信息，位置信息可包括股道信息；列首设备，列首设备可包括射频识别阅读器，列首设备可用于读取地面标签中的位置信息，并可通过无线链路发送位置信息；机车设备，机车设备可从列首设备接收位置信息并转发，机车设备还可接收控制信令并且根据接收的控制指令执行相应操作；地面控制中心，可获取所有信号机的信号灯状态和通过无线链路接收机车设备发出的位置信息，并可根据股道信息查询机车所在股道的信号灯状态以确定是否发送报警信号至机车设备，报警信号可被机车设备转发；以及便携控制设备，便携控制设备可接收机车设备转发的报警信号，并可将操作人员输入的控制指令通过无线链路发送至机车设备。
[0021]图1示出了根据本发明的一个实施方式的机车推进防冒进系统的示意图。地面标签U2可以是射频识别(RFID)无源标签，优选超高频RFID无源标签，可被安装在股道上与信号机有一定距离的轨枕上，每个股道上可安装多个处于不同位置的地面标签U2。每个地面标签中所存储的位置信息可包括该标签所在位置的股道信息和该标签与该标签所对应的股道(例如，安装该标签的股道)的信号机间的距离，还可包括该标签所在位置是否为铁路尽头线的信息。RFID无源标签U2可被直接固定在轨枕上，安装RFID无源标签U2无需施工布线，在随后的使用过程中也不需更换电池。列首设备Ul可通过吸铁石方式被安装在机车尾部的车钩上。列首设备Ul中可包括与地面标签U2相匹配的射频识别(即RFID)阅读器，当列首设备Ul和地面标签U2间的距离小于距离阈值时，列首设备Ul可读取地面标签U2中的位置信息。列首设备Ul收到推进指令后，可发出电磁波。本实施方式中，列首设备还可包括数据处理器和无线通信单元。当地面标签U2感应到的电磁波的强度超过强度阈值后，地面标签U2可凭借感应电流所获得的能量以电磁波(例如，超高频射频信号)的形式发出其中所存储的位置信息。可通过控制射频识别阅读器发射电磁波的功率来控制列首设备Ul读取地面标签U2的距离阈值，即地面标签的定位精度。在机车防冒进系统中，距离阈值一般被设置在I米到2米之间。列首设备Ul中的RFID阅读器可读取该电磁波并对其进行解析，然后将解析后的信号通过无线链路发送给机车设备U3。如果列首设备Ul解析电磁波时，确认其所感应到的地面标签U2位于铁路尽头线处，列首设备Ul可直接给机车设备U3发送尽头线报警信号。列首设备Ul和机车设备U3间可通过无线链路(例如，采用450MHz铁路列车无线电通信技术)进行传输。
[0022]机车设备U3可以是机车的车载台，机车设备U3中可包括能与地面控制中心U4在远距离(例如，4千米)下保持连接的无线通信单元(例如，可适用于较大的铁路站场)。机车设备U3收到来自列首设备Ul的位置信息后，可将该位置信息经由无线链路发送给地面控制中心U4,并接收来自地面控制中心U4的控制指令(例如，机车放风指令)。机车设备U3和地面控制中心U4间的无线通信链路可采用450MHz铁路列车无线电通信技术以兼容于铁路450M调令系统。其中，如果机车设备U3收到来自列首设备Ul的尽头线报警信号，则可自动控制机车执行放风操作以使机车停止行驶，而不需等待地面控制中心U4给出机车放风指令。所谓放风操作指给机车制动汽缸放风，使制动汽缸带动轮毂闸瓦抱紧车轮，达到机车制动停车的目的。
[0023]地面控制中心U4除从机车设备接收地面标签U2中所含的位置信息外，还可利用微机联锁系统获得各种与调车相关的信息，例如，地面控制中心可通过微机联锁系统与信号机连接，可获取所有信号机的信号灯状态信息。地面控制中心U4中的控制单元可根据获得的位置信息中的股道信息查询该股道对应的信号机上的信号灯状态，如果信号灯状态为不可通过状态，地面控制中心U4可根据位置信息中的地面标签与该地面标签所对应的股道的信号机间的距离向机车设备U3发出机车放风指令和/或报警信号；如果对应信号灯状态为可通过状态，则不需发出机车放风指令和/或报警信号。
[0024]机车设备U3可将该报警信号转发给调车员手持的便携控制设备U5并根据调车员返回的指令(例如，机车放风指令)执行对应操作(例如，机车与信号机间的距离为第二距离时)，或者机车设备U3可直接执行地面控制中心U4发送的控制指令(例如，机车放风指令)以使机车进入放风状态(例如，机车与信号机间的距离为第一距离时)。
[0025]根据便携控制设备U5收到的报警信号，调车员可通过便携控制设备U5给机车设备U3发出控制指令(例如，机车放风指令)。本实施例中，该报警信号可采用语音提醒的形式。便携控制设备U5和机车设备U3间的无线通信可采用450MHz铁路列车无线电通信技术。便携控制设备U5还可与连接员、调车组、调车区长等之间通过广播信道进行语音通信，调车员通过便携设备U5可随时监听调车组状态和/或临时作业更改和/或紧急停车的指令以执行相应的操作。
[0026]此外，机车设备在收到机车放风指令后会进入锁定状态，并且在锁定状态下机车设备不再对任何指令进行处理(除解锁指令外)。因此在机车再次启动前，控制人员需要输入解锁指令。本实施方式中，机车设备被配置为在收到机车放风指令后的预定时间(例如，10秒)可执行自动解锁操作。
[0027]根据本发明的另一方面，还公开了一种机车推进防冒进方法，该方法包括:列首设备与无源地面标签间的距离小于距离阈值时，列首设备可读取无源地面标签中的位置信息，位置信息可包括股道信息；以及列首设备将位置信息可通过机车设备发送至地面控制中心，地面控制中心可根据股道信息查询机车所在股道的信号灯状态，并可根据信号灯状态确定是否发送报警信号。
[0028]图2示出了根据本发明的一个实施方式在调车过程中执行机车推进防冒进控制的流程图。
[0029]首先，要设定地面标签的埋设位置。例如，可设机车以4.2m/s推进，列首设备读取标签信息至机车设备收到调车员的控制指令间的延时为5秒，机车放风滑行距离可设为5米，放风停车后与信号机间可保留20m的安全距离，得到埋设标签的距离=4.2X5+5+20=46米，因此对应于每个股道，第一地面标签可被安装在距离信号机50米(即第一距离，防止机车发生冒进行为的第一防线)处，而第二地面标签可被安装在距离信号机100米(即第二距离，防止机车发生冒进行为的第二防线)处。具体的机车推进流程可参见下面的描述。
[0030]SI，准备开始执行调车推进作业时，各设备上电并进行自检，并且检查通信链路是否畅通。
[0031]S2，经检查一切正常后，开始执行调车推进作业。列首设备在收到推进指令后发射电磁波，未收到推进指令前列首设备可处于待机状态。
[0032]S3，机车推进至列首设备与第二地面标签(例如，其与信号机间的距离是100米)间的距离小于距离阈值(例如，该距离阈值可根据列首设备的安装位置和防冒进所需的定位精度等被设置为I米至2米间的某个值)时，列首设备可接收来自第二地面标签的位置信息，对其进行解析后发送给机车设备，再由机车设备转发给地面控制中心。地面控制中心处理接收的信号，可从中得到股道信息和第二地面标签与其所对应的股道的信号机间的距离。地面控制中心还可获取所有信号灯的状态(例如，利用微机联锁系统)。地面控制中心可根据股道信息查询该股道对应的信号机状态，如果信号机状态是不可通过状态，则地面控制信息可发送报警信号至机车设备。因为此时地面控制中心可判定机车与信号机间的距离非第一距离，所以地面控制中心可不对机车设备发送放风停车指令。
[0033]S4,机车设备可将报警信号转发至控制设备(例如，调车员手持的便携控制设备)，调车员在收到例如语音提醒“请注意前方调车信号”的报警信号后可通过便携控制设备发送机车放风命令至机车设备，机车设备可根据该指令执行放风停车操作。
[0034]S5，如果因调车员失误等原因，导致机车设备未能及时收到来自便携控制设备的机车放风指令而机车被继续推进，当机车被推进至与第一地面标签(例如，其与信号机间的距离是50米)间的距离小于距离阈值(例如，该距离阈值可被设置为I米至2米间的某个值)时，列首设备可接收来自第一地面标签的数据，对其进行解析后发送给机车设备，再由机车设备转发给地面控制中心。地面控制中心处理接收的信号，可从中得到股道信息和第一地面标签与其所对应的股道的信号机间的距离。地面控制中心还可获取所有信号灯的状态(例如，利用微机联锁系统)。地面控制中心根据股道信息查询该股道对应的信号机状态，如果信号机状态是不可通过状态，并且地面控制中心判断标签与该标签所对应的股道的信号机间的距离是是第一距离，则地面控制中心可直接给机车控制设备发送机车放空指令，机车设备可根据该指令执行放风停车操作，而不需等待来自便携控制设备的控制指令。同时，地面控制中心可通过机车设备给控制设备(例如，调车员手持的便携控制设备)发送例如语音提醒“请立即停车”的报警信号。
[0035]实施本方法的地面标签可以是射频识别无源标签，射频识别标签可分为低频、高频和超高频等，超高频标签具有读取距离较远和数据传输率高的优点，并且综合考虑对读取区域和信号穿透性的需求，本实施方式优选超高频射频识别无源标签。
[0036]此外，地面标签中还可包括地面标签所在位置是否铁路尽头线的信息，列首设备解析地面标签信息时，如果判断地面标签位于铁路尽头线处，列首设备可直接给机车设备发送机车放风指令，机车设备可根据该指令执行放风停车操作，而不需等待来自便携控制设备或地面控制中心的指令。
[0037]本实施方式中，机车设备在收到机车放风指令后的预定时间(例如，10秒)可执行自动解锁操作。
[0038]本实施方式中，调车员还可利用便携控制设备通过无线广播信道与调车组、连接员、调车区长等其他参与机车推进操作的人员保持实时语音通信，及时获取例如作业临时更改或紧急停车等指令。
[0039]本发明中各种部件的命名仅是为了示例的目的，实际中具有相同或类似特征和功能的部件可能具有不同的名称。
[0040]尽管出于解释说明的目的已经公开了本发明的实施方式，但是应理解为本发明不限于此，并且本领域技术人员应理解各种不偏离本发明的范围和主旨的修改、增加和替代是可能的。相应地，任何和所有修改、变化或等效安排应考虑进本发明的范围，并且本发明的详细范围将通过随附的权利要求书公开。
【权利要求】
1.一种机车推进防冒进系统，所述系统包括: 地面标签，所述地面标签是射频识别无源标签，用于存储所述地面标签所在位置的位置信息，所述位置信息包括股道信息； 列首设备，所述列首设备包括射频识别阅读器，所述列首设备用于读取所述地面标签中的所述位置信息，并通过无线链路发送所述位置信息； 机车设备，机车设备从所述列首设备接收所述位置信息并转发，所述机车设备还接收控制信令并且根据接收的所述控制指令执行相应操作； 地面控制中心，获取所有信号机的信号灯状态和通过无线链路接收所述机车设备发出的所述位置信息，并根据所述股道信息查询机车所在股道的信号灯状态以确定是否发送报警信号至机车设备，所述报警信号被所述机车设备转发；以及 便携控制设备，所述便携控制设备接收所述机车设备转发的所述报警信号，并将操作人员输入的控制指令通过无线链路发送至所述机车设备。
2.根据权利要求1所述的机车推进防冒进系统，其中所述列首设备与所述地面标签间的距离小于距离阈值时，所述列首设备读取所述地面标签中的所述位置信息，所述距离阈值被设置在I米和2米之间。
3.根据权利要求1所述的机车推进防冒进系统，其中当所述地面控制中心判定所述机车所在股道的所述信号灯状态为不可通过状态，则所述地面控制中心向所述机车设备发送所述报警信号。
4.根据权利要求1所述的机车推进防冒进系统，其中所述位置信息还包括所述地面标签与所述地面标签所对应的股道的信号机间的距离，当所述地面控制中心判定所述机车所在股道的所述信号灯状态为不可通过状态，并判定所述地面标签与所述地面标签所对应的股道的信号机间的距离为第一距离，则所述地面控制中心向所述机车设备发送所述报警信号和机车放风指令。
5.根据权利要求1所述的机车推进防冒进系统，其中所述机车设备被配置为在收到机车放风指令后的预定时间自动执行解锁操作。
6.根据权利要求1~5中任意一个权利要求所述的机车推进防冒进系统，其中所述地面标签是超高频射频识别无源标签。
7.一种机车推进防冒进方法，所述方法包括: 列首设备与无源地面标签间的距离小于距离阈值时，所述列首设备读取所述无源地面标签中的位置信息，所述位置信息包括股道信息；以及 列首设备将所述位置信息通过机车设备发送至地面控制中心，地面控制中心根据所述股道信息查询机车所在股道的信号灯状态，并根据所述信号灯状态确定是否发送报警信号。
8.根据权利要求7所述的机车推进防冒进方法，其中当所述地面控制中心判定所述机车所在股道的所述信号灯状态为不可通过状态，则所述地面控制中心向所述机车设备发送所述报警信号，所述机车设备将所述报警信号转发给控制设备。
9.根据权利要求7所述的机车推进防冒进方法，其中所述位置信息还包括所述无源地面标签与所述无源地面标签所对应的股道的信号机间的距离，其中当所述地面控制中心判定所述机车所在股道的所述信号灯状态为不可通过状态，并判定所述无源地面标签与所述无源地面标签所对应的股道的信号机间的距离是第一距离，则所述地面控制中心发送机车放风指令和所述报警信号至所述机车设备，所述机车设备将所述报警信号转发给控制设备。
10.根据权利要求7所述的机车推进防冒进方法，其中所述位置信息还包括所述无源地面标签是否位于铁路尽头线的信息，如果所述列首设备读取所述位置信息时判定所述无源地面标签 位于所述铁路尽头线，则所述列首设备向所述机车设备发送机车放风指令。
11.根据权利要求7所述的机车推进防冒进方法，其中所述机车设备在收到机车放风指令后的预定时间自动执行解锁操作。
【文档编号】B61L23/00GK103693076SQ201310682432
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】张季双, 郭尽朝, 王志忠, 唐定兴, 常晓东, 高玉山, 何海永 申请人:中国神华能源股份有限公司, 中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司, 北京博飞电子技术有限责任公司