将物理分离无线传感器的报警数据链接到行驶列车的方法与流程

本发明涉及一种用于将来自物理分离的无线传感器的报警数据链接到行驶中的列车的方法。特别地，本发明涉及一种用于将来自物理分离的无线传感器的报警数据链接到行驶中的列车的方法，其中，无线传感器固定到列车的轨道车厢的轮轴箱，以检测过温报警。

背景技术：

在铁路行业安全领域，当轨道车厢上的任何车轮轴承开始温度报警时，必须几乎立即将问题通知列车驾驶员。这是因为车轮轴承温度的意外和显著升高通常是该轴承的灾难性故障的前兆。

技术实现要素：

基本发明构思提供一种将来自物理分离的无线传感器的报警数据链接到行驶中的列车的方法，无线传感器固定到列车的轨道车厢的轮轴箱，以检测过温报警，以使驾驶员能够减速或停止列车。所述方法包括：使用gps确定无线传感器的当前位置，通过蜂窝无线发送器将gps确定的无线传感器的当前位置以及过温报警的相关细节发布到“发布和订阅”消息代理，将过温报警消息的相关细节推送到服务器，其中，报警然后在服务器处被验证，将gps位置转录为用于消息代理的新“位置箱主题”，其中，报警的细节然后被发布到该主题(网格)，利用gps确定安装在发动机前端的驾驶员驾驶室中的监控器/继电器的地理位置，使用监控器/继电器的地理位置来订阅服务器刚刚向其发布新报警的细节的同一位置箱主题，利用消息代理将车轮报警通知推送到监控器/继电器系统，利用监控器/继电器系统进行验证检查，以确定所接收到的报警是否与当前列车的车厢中的一个相关联，其中，如果确认报警情况属于所述当前列车，则监控器/继电器立即注意到存在问题。

本发明的第一方面提供：将世界的每个国家划分为基于utm的单元网格的“箱”，并且为每个箱分配唯一的十四位标识符，所述标识符由四位运营商代码、四位增量经度编号以及四位增量纬度编号组成，其中，每组之间有三个点分隔符。

本发明的第二方面提供：使用所述箱标识符作为消息代理主题，其中，每个主题有效地识别尺寸为大约10km乘10km的特定地理区域，其中，当任何传感器开始报警时，传感器的gps位置用于确切地确定引起报警所在的箱，然后将新的报警通知发布到该箱的特定标识符主题。

本发明的第三方面提供：每个列车的监控器/继电器确定其自己的gps位置，其中，所述位置用于连续地重新计算监控器/继电器正行驶通过的箱，以及监控器/继电器必须订阅和取消订阅的相关消息代理主题。

本发明的另一方面提供：通过其速度确定列车的监控器/继电器将被订阅的箱的实际数量。

本发明的另一方面提供：为低速速度通勤服务分配三个箱，为高速越野服务分配多达六个箱，这些分配被称为“滚动位置分箱”。

本发明的另一方面提供：确定任何单独的监控器/继电器是接受还是拒绝其已接收的报警通知，其中，每个车厢遵循在其前方的车厢路径，因此，对于特定的地面位置，对于任何行驶过该位置的车厢的方向矢量，列车中的所有车厢在行驶过该位置时均具有相同的方向矢量，其中，每列列车的监控器/继电器接收、处理和保存：其gps位置的“确定”以及其经过地面的速度和其每秒的方向，当监控器/继电器接收到报警通知时，监控器/继电器比较在最初报告报警时的自己的速度与传感器的速度，然后比较监控器/继电器在最初报告报警的确切地理位置处的方向，其中，两次检查使监控器/继电器接受或拒绝接收到的报警的所有权，其中，监控器/继电器然后将此决定发布到最初发布报警通知的同一主题。

本发明的另一方面提供：当来自同一运营商的车队的至少两列列车在平行轨道上行驶、二者均同时进入同一车站、并且所述至少两列列车中的任一列上的车轮传感器中的一个发布报警时，两个监控器/继电器系统均接受报警的所有权。

本发明的另一方面：将至少第一列车的速度以及方向与至少第二列车的速度以及方向进行比较，并且考虑每个监控器/继电器将其报警的所有权声明发布到报警最初发布到的同一箱主题，两个声明随后将被推送到两个监控器/继电器系统，其中，每个监控器/继电器将其自己的报警通知声明与其同行者作出的声明进行比较，一者将产生通知并将此“产生的”通知发布回所述箱主题，使报警通知的实际所有者在驾驶室内引起内部报警，警告驾驶员检测到的报警。

本发明的另一方面提供：驾驶室内车轮状态监控器至少提供连接到显示器、按键、存储器、蜂窝调制解调器、wlan和gps的控制单元。

本发明的另一方面提供：监控器/继电器的操作不需要关于发动机或车厢构造的任何知识。

本发明的另一方面提供：监控器/继电器自动将其自身与报告针对当前列车中的任何车轮的报警的任何无线传感器相关联。

在本发明的最后方面中，监控器/继电器允许将多个故障存储在存储器中，用于提供轨道侧维护查看。

通过参考以下撰写的说明书、权利要求和附图，本领域技术人员将进一步理解和领会本发明的这些和其他优点。

附图说明

现将参照附图以示例的方式描述本发明，其中：

图1是根据本发明的优选实施方式的系统组件的透视图，

图2是根据本发明的优选实施方式的构成驾驶室内计算机的组件的框图，

图3是示出根据本发明的优选实施方式的几何分箱的概念的平面图，

图4是根据本发明的优选实施方式的滚动位置分箱的平面图，

图5是根据本发明的优选实施方式的示出单个车的被分成其矢量分量的方向的在轨道上行驶的列车的俯视图，

图6是示出根据本发明的优选实施方式的当将进行同行选择时的平面图的图示，

图7是示出根据本发明的优选实施方式的正在进行同行选择的平面图的图示，

图8是示出根据本发明的优选实施方式的gps数据的绝对和相对准确度的平面图的图示，以及

图9是根据本发明的优选实施方式的方法步骤的流程图。

具体实施方式

以下详细描述参考附图。只要可能，在附图中使用相同的附图标记，并且以下描述涉及相同或相似的部分。虽然在此描述本公开的若干示例性实施方式和特征，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，修改、适应性调整以及其他实现是可行的。因此，以下详细描述不限制本公开。而本公开的合适范围由所附的权利要求限定。

系统配置

图1示出用于将来自物理分离的无线传感器1的报警数据链接到行驶中的列车9的系统100。无线传感器1固定到列车9的轨道车厢(railcarriage)8的轮轴箱(wheelaxle-box)10，以检测过温报警，以使驾驶员(未示出)能够使列车减速或停止。过温报警的相关细节包括温度升高。

图2示出驾驶室内计算机或监控器/继电器6，其提供连接到计算机可读存储介质或存储器12、按键16、显示器15、gps11、蜂窝调制解调器14和网络13的处理器(例如，mcu)20。在操作期间，无线传感器1的当前位置通过gps11确定。术语gps意味着包括任何基于卫星的导航系统，基于卫星的导航系统包括usgps或eugalileo。另外，监控器/继电器6自动将其自身与报告针对当前列车中的任何车轮的报警的任何无线传感器相关联。监控器/继电器的操作不需要任何关于发动机或车厢构造的知识。监控器/继电器允许将多个故障存储在存储器中，以通过轨道侧维护进行查看。

当固定到轨道车厢8的轮轴箱10的无线传感器1检测到过温报警时，其利用gps2确定其当前位置，然后利用蜂窝无线3将报警的所有相关细节发布给“发布和订阅(publishandsubscribe)”消息代理4。然后该报警消息被“推送”到服务器5，其中，报警在服务器5处被验证，gps位置被转录到用于消息代理4的新“位置箱主题(locationbintopic)”中，然后报警的细节被发布到此主题。

当发生这种情况时，安装在发动机7前方的驾驶员驾驶室中的“监控器/继电器”6也利用gps2来确定其自己的地理位置，然后利用该位置来订阅服务器5刚刚向其发布了新报警的细节的同一“位置箱主题”。

然后，消息代理4将车轮报警通知“推送”到“监控器/继电器”系统6，“监控器/继电器”系统6然后执行许多验证检查，以确定报警(如所接收的报警)是否与当前列车车厢(coach)8中的一个相关联。如果确认报警情况属于当前列车，则监控器/继电器6立即通知驾驶员存在问题。然后驾驶员可以相应地行动并且(如果必要的话)减慢甚至停止列车。

图3示出地理位置分箱。这里，每个国家被划分为基于utm的单元网格的“箱(bins)”，其中，每个箱19具有经度0.1°、纬度0.1°的尺寸并具有5％的重叠。然后，为每个箱19分配唯一的十四位标识符30，所述标识符30由四位运营商(operator)代码、四位增量经度编号以及四位增量纬度编号组成，其中，每组之间有三个点分隔字符。

然后，这些箱标识符30被用作消息代理4主题，其中，每个主题有效地识别尺寸为大约10km乘10km的特定地理区域。当任何传感器开始报警时，传感器的gps位置用于确切地确定引起报警所在的箱，然后新的报警通知被发布到该箱的特定标识符主题30。

同时，每列列车的监控器/继电器6也正在确定其自己的gps位置，然后利用这个位置连续地重新计算监控器/继电器6正行驶通过21的箱19以及监控器/继电器6应该订阅和取消订阅的相关消息代理4主题。列车的监控器/继电器6将订阅的箱的实际数量由其速度决定。例如，三个箱用于低速速度通勤服务(low-speedspeedcommuterservice)，(可能)多达六个箱用于高速越野服务(high-speedcross-countryservice)。这将被称为“滚动位置分箱(rollinglocationbinning)”。

然而，滚动位置分箱的使用意味着发布到特定箱的任何报警将被仍然订阅该箱的所有列车监控器/继电器6接收和分析。由于这可能影响的列车数量是未知的，因此本发明现在必须确定任何单独的监控器/继电器6是应该接受还是拒绝其已经接收到的报警通知。如何做到这一点将在本公开的下一部分中涵盖。

尽管滚动位置分箱将报警通知限制到仅已订阅受影响的箱的列车，但其不能(通过自身)用于确定哪些报警与哪些列车直接相关联。例如：如图4中所示，我们看到两列列车彼此通过同一箱内。考虑这两列列车将订阅同一位置主题(scot.0023.0464)，我们需要了解每个驾驶室中的监控器/继电器将如何确定这两列列车中的哪一列应取得传感器报警的所有权(ownership)。

无论多少车厢组成列车，每个车厢均将遵循在其前方的车厢路径(见图5)。这意味着对于特定的地面位置41，对于任何行驶过该位置41的车厢的方向矢量42，该列车中的所有车厢在行驶过该位置41时均具有相同的方向矢量42。该规则没有例外(见图7)。

尽管这种“时间速度(speedattime)”和“位置路线(courseatlocation)”技术将确保监控器/继电器仅响应并取得其应该响应和取得的那些报警的所有权，但仍存在多于一个的监控器/继电器可能取得同一报警通知的所有权的实例。图6示出一个这样的实例。

参见图6，我们看到在平行轨道上行驶的来自同一运营商的车队的两列列车，并且两列列车同时驶入同一车站。当两列列车这样时，车轮传感器之一发布温度报警。这样的情境现在是极不可能的，但仍需要考虑这种情况，因此问题仍然存在：哪列列车应该取得报警的所有权？

将报警通知34的速度和方向分别与每列列车35、36进行比较，然后(最初)两个监控器/继电器系统均接受该报警的所有权。然而，将列车#1和列车#2的速度(以及方向)进行比较，我们可以看到报警属于列车#1。考虑每个监控器/继电器将其报警的所有权声明发布到报警最初被发布到的同一箱主题，随后两个声明将被推送到两个监控器/继电器系统。

每个监控器/继电器现在可以将其自己的报警通知声明与其同行者作出的声明进行比较。一者将产生通知并将此“产生的”通知发布回箱主题，允许报警通知的实际所有者在驾驶室内引发内部报警，警告驾驶员所检测到的报警。该概念如图7中所示。

现在参考图8，这里要考虑的关键点是关于gps数据的“绝对”准确度。默认情况下，gps定位精确到大约四米。这不是因为技术上的缺陷，而是因为有意施加于数据的随机偏移，以确保(尽管是准确的)它不是丝毫不差地精确定位！然而，虽然“绝对”准确度不是那么大，但“相对”准确度(如可以通过差分gps实现的)非常高(通常达到10cm)，因此超过足以确定在哪个车厢上的哪个转向架的哪侧上的哪个车轮使得传感器开始报警的准确度。

同样，这种相对准确度是由于轨道运动的结果，并且可以回到图5(理解在固定轨道位置处的行驶的车厢的矢量)。列车和车厢在行驶时遵循一系列固定位置矢量。在下面的图8中，这些固定位置被示出为一系列白色标记(条目37和38)，而监控器/继电器39和传感器40的gps测量路径以灰色示出。如可以看出的——由于gps偏移，导致它们与白色标记不完全对应。

然而，参见示出的“参考时间”之后的五个定位(黑色)(条目41和42)，我们可以看到，监控器/继电器和传感器均显示出相对于参考标记的相同偏移。考虑监控器/继电器的gps天线的位置固定到已知测量位置(理想情况下位于发动机的顶部)，这意味着(知道每个车厢的路线和几何形状的情况下)我们可以计算受影响的传感器相对于监控器/继电器的gps天线位置的位置(到10厘米)。

本发明中有两个主要优点，即：能够自动将传感器与列车相关联，而无需管理复杂(且难以维护)的资产层次结构(assethierarchystructure)；能够具有轨道车厢车轮轴承温度报警，所述报警引起列车驾驶员或列车计算机化安全管理系统的及时注意。

本发明利用三种不同的方法将来自那些传感器的数据链接到它们被固定到的特定运动资产(asset)。实际上，其通过“动态地”将运动传感器与正确的发动机和安装在该发动机驾驶室内的监控器/继电器相关联来解决获知哪些车厢构成哪些列车的问题。基本上，本发明不需要获知哪些车厢构成整列列车。此外：几乎不需要任何配置(除了将每个传感器分配给特定轨道运营商)，这样使得非常快速地进行调试，同时确保仅将与特定列车相关的那些报警发送到那列列车的管理控制台。

本发明不仅降低了系统的总体数据带宽要求，而且其还显著降低了每个驾驶室的管理控制台正确识别和获取与每个列车相关的那些报警的所有权所需的处理开销。

因此，在此描述的系统的实施方式必然植根于具有本发明的软件的计算机处理器，以执行主动操作，以克服特别地出现在轨道工业领域中的问题。

具体地，其允许固定到行驶的轨道车厢的车轮的独立无线传感器与整个列车动态关联，从而允许报警和状态数据从那些传感器传递到位于列车驾驶员驾驶室中的单个传感器计算机(监控器/继电器控制台)，否则可能导致巨大的费用或更糟糕的灾难性故障。

计算机可读存储介质可以是有形装置，其可以保留和存储指令以供指令执行装置使用。例如，计算机可读存储介质可以是但不限于：电子存储装置、磁存储装置、光存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置或前述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下内容：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用光盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码装置(诸如，在其上记录有指令的凹槽中的穿孔卡(punch-card)或凸起结构)以及前述的任何合适组合。

用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、用于集成电路的配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述一种或多种编程语言包括诸如smalltalk、c++等的面向对象的编程语言以及诸如“c”编程语言或类似的编程语言的程序性编程语言。

计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)连接到外部计算机。在一些实施方式中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化电子电路而执行计算机可读程序指令，以执行本发明的各方面。

方法配置

图9示出将来自物理分离的无线传感器的报警数据链接到行驶中的列车的方法200。如前面所公开的，无线传感器1固定到列车的轨道车厢8的轮轴箱，以检测过温报警，以使驾驶员能够减慢或停止列车。

步骤210提供使用gps确定无线传感器的当前位置。步骤220包括通过蜂窝无线发送器3将gps确定的无线传感器的当前位置以及过温报警的相关细节发布到“发布和订阅”消息代理，并且步骤230需要将过温报警消息的相关细节推送到服务器5，其中，报警然后在无服务5处被验证。

步骤240提供将gps位置转录为用于消息代理4的新“位置箱主题”。这里，报警的细节然后被发布到该主题(网格)。步骤250包括利用gps确定安装在发动机7前端的驾驶员驾驶室中的监控器/继电器6的地理位置。

步骤260提供使用监控器/继电器6的地理位置来订阅服务器5刚刚向其发布新报警的细节的同一位置箱主题，并且步骤270包括利用消息代理将车轮报警通知推送到监控器/继电器系统。

步骤280提供利用监控器/继电器系统进行验证检查，以确定所接收到的报警是否与当前列车车厢8中的一个相关联。因此，在步骤290中，如果报警情况被确认为属于当前列车，则监控器/继电器立即注意到存在问题。

本发明中有两个主要优点，即：能够自动将传感器与列车相关联，而无需管理复杂(且难以维护)的资产层次结构；能够具有轨道车厢车轮轴承温度报警，所述报警引起列车驾驶员或列车计算机化安全管理系统的及时注意。

本发明利用三种不同的方法将来自那些传感器的数据链接到它们被固定到的特定运动资产。实际上，其通过“动态地”将运动传感器与正确的发动机和安装在该发动机驾驶室内的监控器/继电器相关联来解决获知哪些车厢构成哪些列车的问题。基本上，本发明不需要获知哪些车厢构成整列列车。此外：几乎不需要任何配置(除了将每个传感器分配给特定轨道运营商)，这样使得非常快速地进行调试，同时确保仅将与特定列车相关的那些报警发送到那列列车的管理控制台。

本发明不仅降低了系统的总体数据带宽要求，而且其还显著降低了每个驾驶室的管理控制台正确识别和获取与每个列车相关的那些报警的所有权所需的处理开销。

因此，在此描述的系统的实施方式必然植根于具有本发明的软件的计算机处理器，以执行主动操作，以克服特别地出现在轨道工业领域中的问题。

具体地，其允许固定到行驶的轨道车厢的车轮的独立无线传感器与整个列车动态关联，从而允许报警和状态数据从那些传感器传递到位于列车驾驶员驾驶室中的单个传感器计算机(监控器/继电器控制台)，否则可能导致巨大的费用或更糟糕的灾难性故障。

在此参照根据本发明的实施方式的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图示和/或框图来描述本发明的各方面。将理解，流程图示和/或框图中的每个块以及流程图示和/或框图中的块的组合可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或用于生产机器的其他可编程数据处理设备的处理器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，计算机可读存储介质可以指示计算机、可编程数据处理设备和/或以特定方式运行的其他装置，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括具有实现流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作的各方面的指令的制成品。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使待在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行的一系列操作步骤产生计算机实现的处理，使得在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行的指令实现在流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出根据本发明的各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个块可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些可选的实施方式中，块中提到的功能可以不按图中提到的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。还应注意的是，框图和/或流程图示的每个块以及框图和/或流程图示中的块的组合可以由执行指定功能或动作或者实施专用硬件指令和计算机指令的组合的专用基于硬件的系统来实现。

在此使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而非意于限制。除非上下文另有明确说明，否则如在此所使用的，单数形式也意于包括复数形式。将进一步理解的是，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

已经出于说明的目的在此呈现了各种实施方式的描述，但是并不意于穷举或限制于所公开的实施方式。在不脱离所描述的实施方式的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择在此使用的术语是为了最好地解释实施方式的原理、实际应用或市场中发现的技术之上的技术改进，或者是为了使其他本领域普通技术人员能够理解在此公开的实施方式。