轨道交通列车检测方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种轨道交通列车检测方法及设备。该方法包括以下步骤：(1)将轨道划分为多个区段；(2)在每个区段的端口处设置列车感应器组；(3)根据列车感应器组所感应的列车的信号，判断列车的运行方向、和/或者运行速度、和/或者列车进入和离开每个所述区段的行为。该设备包括列车检测单元，其位于区段的端口处具备感应列车经过的能力范围内，以检测是否有列车经过；以及与初级处理单元一一对应并通信连接的列车检测单元。本发明不仅能够适用于传统钢轮-钢轨式轨道交通系统，而且尤其适用于无钢轮钢轨特征或不能在钢轮钢轨上安装额外检测设备的轨道交通系统，提高了轨道交通系统运行控制的有效性、安全性和可靠性。
【专利说明】轨道交通列车检测方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明属于轨道交通安全【技术领域】，涉及一种检测轨道交通列车运行信息的技术。
【背景技术】
[0002]列车测速定位与轨道区段占用检测已是列车运行自动控制系统的关键技术之一，它是实现列车超速防护、列车运行监控及列车自动驾驶的基础，其精度和可靠性直接影响列车的运行安全和运行效率。
[0003]低速磁浮交通是一种生态纯净、低噪声、高适应性的交通方式，其信号系统是保证磁浮列车运行安全的重要子系统。由于磁浮交通系统不存在钢轮一钢轨，传统轮轨系统通过钢轮一钢轨特征进行的占用检测方式，如轨道电路、计轴器等，以及普遍采用的轮轴脉冲转速传感器与查询应答器结合的测速定位方式都不适应于磁浮交通系统。目前国内第一条低速磁浮试验线通过应答器、交叉感应环线和多普勒雷达速度传感器实现高精度的组合测速定位，车载设备通过无线机车信号系统将列车实时测速定位信息发送至微机联锁设备，从而产生列车轨道占用信息。这种基于车载检测器及车地通信系统的列车测速定位及轨道区段占用检查方案，对于安全可靠性要求高的轨道交通运行控制系统存在如下缺陷:一旦车载测速定位设备或车地通信模块发生故障，地面控制中心对列车的位置难以判断，根据故障一安全原则，车载控制防护系统在必要时对列车实施卸载、常用制动或紧急制动，控制列车减速或停车。这将造成列车延误，影响列车运行效率，严重者还会影响列车的运行安全，造成不必要的损失。
[0004]此外，现代有轨电车系统在中国城市具有很广阔的应用，其虽然是一种轮轨式的交通方式，但是传统的轨道电路、计轴器也同样不适合在需要与城市车辆共用地面道路资源的现代有轨电车系统中安装，因此同样需要寻求一种非接触式的列车检测技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种独立于车载检测器及车地通信系统的非接触式轨道交通列车检测方法及设备，为列车运行控制提供基本输入数据，以有效提高轨道交通运行控制系统，特别是磁浮列车运行控制系统的安全可靠性。
[0006]为了达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0007]一种轨道交通列车检测方法，包括以下步骤:
[0008](I)将所述轨道划分为多个区段；
[0009](2)在每个所述区段的端口处设置列车感应器组，以感应经过的列车；
[0010](3)根据所述列车感应器组所感应的列车的信号，判断列车的运行方向、和/或者运行速度、和/或者列车进入和离开每个所述区段的行为。
[0011]所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中任意区段判断列车运行方向的方法为:
[0012]令所述轨道中区段i和区段i+Ι的共用端口处的列车感应器组包括η个列车感应器，依次为％、a2、……、an，从ai到an的方向与从区段i到区段i+Ι的方向一致；其中，i为大于或等于I的整数，区段i和区段i+Ι为所述所有区段中相邻的两个区段，η为大于或等于2的整数；
[0013]从所述列车感应器组a1、a2、……、an中按照从前到后的顺序取至少两个列车感应器组成列车感应器组合a。、……、ap进行分析；其中，I < ο < P < n，且ο和P均为整数；
[0014]当所述列车感应器组合中每个列车感应器感应到的列车信号为按照a。、……、ap的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i朝向区段i+Ι的方向；
[0015]当所述列车感应器组合中每个列车感应器感应到的列车信号为按照ap、……、a。的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i+Ι朝向区段i的方向。
[0016]所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中判断列车运行速度的方法为:
[0017]记录任意两个所述列车感应器感应到列车的时刻，将所述两个列车感应器的距离除以所述两个列车感应器感应到列车的时间差计算得到列车的运行速度。
[0018]优选的，取e组由两个列车感应器组成的感应器组合，分别进行所述由两个列车感应器计算列车的运行速度的过程，得到e个列车运行速度值；
[0019]将所述e个列车运行速度值按照升序或者降序的顺序排列；
[0020]对所述排列后的e个列车运行速度值，按照从左到右或者从右到左的顺序求差，并对所述差求绝对值，得到按照从左到右或者从右到左的(e-Ι)个绝对值；
[0021]分别比较所述(e-Ι)个绝对值与精度阈值t的大小，将从左到右或者从右到左连续小于所述精度阈值t的绝对值所对应的列车运行速度值划分为一个群组，将所述e个列车运行速度值划分为f个群组；其中，所述精度阈值t为设定值，f大于或者等于I ;
[0022]计算每个所述群组中列车运行速度值的个数，并判断列车运行速度值的个数最大的群组的个数；若所述列车运行速度值的个数最大的群组的个数等于1，则对所述列车运行速度值的个数最大的群组中的列车运行速度值求平均值，将计算结果作为最终的列车运行速度；若所述列车运行速度值的个数最大的群组的个数大于，则无法多数判决而发出故障告警。
[0023]所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中任意区段判断列车进入或者离开所述区段的方法为:
[0024]当％、&2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，a3、……、an所感应到的列车信号为未感应到列车时，判断列车进入区段i+Ι ；
[0025]当a1、a2、……、an所感应到的列车信号依次为均为从感应到列车改变为未感应到列车时，判断列车离开区段i。
[0026]优选的，η等于3。
[0027]所述列车感应器为地磁感应器；或者，所述列车感应器为微波雷达。
[0028]所述判断列车进入或者离开所述区段的方法中:
[0029]当a1、&2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，而a3、……、an之后所感应到的列车信号不是依次均从未感应到列车改变为感应到列车时，发出故障报警。
[0030]所述检测方法在所述步骤(3)之后还包括步骤(4)，所述步骤(4)为:
[0031]根据所述步骤(3)得到的列车进入或者离开每个所述区段的行为，对每个所述区段内的列车数量进行计数，并根据每次计数的结果判断所述区段的占用状态。
[0032]优选地，所述步骤(4)中对所述区段内的列车数量进行计数的方法为:
[0033]当所述步骤(3)中判断出列车进入所述区段时，为所述区段的列车数加I ;当所述步骤(3)判断出列车离开所述区段时，为所述区段的列车数减I ;所述区段的列车数的初始值为初始状态下所述区段内的实际列车数量。
[0034]优选的，所述步骤⑷中根据每次计数的结果判断所述区段的占用状态包括:当所述步骤(4)中计算的所述区段内的列车数为I时，判断所述区段被占用；
[0035]当所述步骤⑷中计算的所述区段内的列车数为O时，判断所述区段未被占用；
[0036]当所述步骤(4)中计算的所述区段内的列车数大于I时，发出故障告警。
[0037]—种实现上述轨道交通列车检测方法的设备，所述轨道包括划分的多个区段，所述设备包括多个列车检测单元和初级处理单元；所述列车检测单元位于所述区段的端口处具备感应列车经过的能力范围内，每个所述列车检测单元包括至少两个列车检测器，以检测是否有列车经过；所述初级处理单元与所述列车检测单元一一对应并通信连接，以接收所述列车检测单元中每个列车检测器的检测结果以及对应时刻，并分析列车的运行方向、和/或者运行速度，和/或者进入以及离开所述区段的行为。
[0038]所述列车检测单元与对应的初级处理单元的通信连接为无线通信连接。
[0039]所述设备还包括区段状态处理单元；所述区段状态处理单元对应一个或者多个所述初级处理单元，所述每个初级处理单元均对应一个所述区段状态处理单元；所述区段状态处理单元与所对应的初级处理单元通信连接，以控制接收所述初级处理单元发送的列车信息，并判断所对应的初级处理单元对应的区段的占用状态。
[0040]优选的，所述初级处理单元和对应的区段状态处理单元的通信连接为无线通信连接。
[0041]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:本发明轨道交通列车检测方法及设备为轨道交通列车系统提供了一种独立于车载检测器及车地通信系统的非接触式轨道交通列车测速定位与区段占用检测技术，该技术为一种被动式的列车轨道检测技术，所谓被动式是指无需在列车上额外安装传感器，而是将列车本身作为一个大的金属体来进行检测，为列车运行控制提供基本输入数据。本发明不仅能够适用于传统钢轮-钢轨式轨道交通系统，而且尤其适用于无钢轮钢轨特征或不能在钢轮钢轨上安装额外检测设备的轨道交通系统，有效提高了轨道交通系统运行控制的有效性、安全性和可靠性。因此，本发明区别于传统的基于轮轨的接触式的轨道电路、计轴检测方式，可很好地拓展到中低速磁浮交通、现代有轨电车等无法在钢轨上安装设备的轨道交通中。除此之外，本发明还通过多模冗余的处理方法和检测器布设方式，既实现断面速度、运行方向的检测，又提高了状态检测的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本发明实施例轨道交通列车检测设备的整体结构示意图；
[0043]图2是本发明实施例轨道交通列车检测设备的布置示意图；
[0044]图3是本发明实施例中地磁检测器结构节能模式下进行列车检测的流程图；
[0045]图4是本发明实施例中地磁检测器结构在由外电源供电模式下进行列车检测的流程图；
[0046]图5是本发明实施例中列车从区段i进入区段i+Ι时，初级处理单元接收的列车检测状态信息位随时间变化的示意图；
[0047]图6是本发明实施例中列车运行信息判断流程图；
[0048]图7是本发明实施例中区段状态判断流程图。
[0049]附图中:1、列车检测单元；2、初级处理单元；3、区段状态处理单元。
【具体实施方式】
[0050]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0051]为了保证行车安全，轨道交通系统中最传统也最基本的安全控制模式是采用空间间隔制即常称的区间闭塞制，其将轨道划分为多个区段，同一时刻每个区段中只允许一列列车占用，其基本条件是必须具备自动检测列车对轨道区段的占用状态的功能。
[0052]本发明提出了一种轨道交通列车检测方法，本实施例中为一种轨道交通列车的测速定位以及区段占用检测方法，该方法包括以下步骤:
[0053](I)将轨道划分为多个区段；
[0054](2)在每个区段的端口处设置列车感应器组，以感应列车的存在；其中，每组列车感应器组由至少两个列车感应器组成，本实施例中该列车感应器为地磁感应器，该列车感应器还可以采用微波雷达；
[0055](3)根据列车感应器组所感应的列车的信号，判断列车的运行方向、运行速度、列车进入和离开每个所述区段的行为；
[0056](4)根据上述步骤(3)得到的列车进入或者离开每个区段的行为，对每个区段内的列车数量进行计数，并根据每次计数的结果判断各个区段的占用状态；
[0057](5)将测得的列车的运行方向、运行速度和区段的占用状态信息发送给微机联锁设备，以辅助微机联锁设备指导维持轨道交通安全。
[0058]上述步骤(3)所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车。
[0059]令轨道中区段i和区段i+Ι的共用端口处的列车感应器组包括η个列车感应器，依次为a1、a2、……、an，从到an的方向与从区段i到区段i+Ι的方向一致；其中，i为大于或等于I的整数，区段i和区段i+Ι为所述所有区段中相邻的两个区段，η为大于或等于2的整数。
[0060]上述步骤(3)中任意区段判断列车运行方向的方法为:
[0061]从列车感应器组a1、a2、……、an中按照从前到后的顺序取至少两个列车感应器组成列车感应器组合a。、……、ap进行分析，其中，1<ο<ρ<η，且0和？均为整数；
[0062]当该列车感应器组合中各列车感应器感应到的列车信号按照a。、……、ap的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i朝向区段i+Ι的方向；
[0063]当该列车感应器组合中各列车感应器感应到的列车信号按照ap、……、a。的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i+Ι朝向区段i的方向。
[0064]上述步骤(3)中判断列车运行速度的基本方法为:
[0065]取任意两个列车感应器组成的列车感应器组合，对其中的两个列车感应器，记录其感应到列车的时刻，将这两个列车感应器的距离除以其感应到列车的时间差计算得到列车运行速度值。
[0066]本实施例在该基础方法的基础上执行以下冗余计算方法:
[0067]取e (e大于2)组由两个列车感应器组成的列车感应器组合(这e组列车感应器组合中的单个列车感应器可以重复)，对每组列车感应器组合中的两个列车感应器，记录其感应到列车的时刻，将这两个列车感应器的距离除以其感应到列车的时间差计算得到列车运行速度值，因此每组列车感应器组合均得到一个列车运行速度值，e组列车感应器组合得到e个列车运行速度值；
[0068]将上述e个列车运行速度值按照升序或者降序的顺序排列；
[0069]对于上述排列后的e个列车运行速度值，按照从左到右或者从右到左的顺序依次求差并取绝对值，得到按照从左到右或者从右到左排列的(e-Ι)个绝对值；
[0070]分别比较上述(e-Ι)个绝对值与精度阈值t的大小，将从左到右或者从右到左连续小于该精度阈值t的绝对值所对应的列车运行速度值划分为一个群组，从而将上述e个列车运行速度值划分为f个群组；其中，精度阈值t为设定值，f大于或者等于I ;
[0071]计算每个群组中列车运行速度值的个数，并判断列车运行速度值的个数最大的群组的个数；若该列车运行速度值的个数最大的群组的个数等于1，则对列车运行速度值的个数最大的群组中的列车运行速度值求平均值，将计算结果作为最终的列车运行速度；若该列车运行速度值的个数最大的群组的个数大于或者等于1，则无法多数判决而发出故障生敬口目。
[0072]上述步骤(3)中任意区段判断列车进入或者离开所述区段的方法为:
[0073]当％、&2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，a3、……、an所感应到的列车信号为未感应到列车时，判断列车进入区段i+Ι ;即只要车头进入到某区段，则认为列车进入该区段。
[0074]当a1、a2、……、an所感应到的列车信号依次为均为从感应到列车改变为未感应到列车时，判断列车离开区段i ;即只有当车尾也离开某区段时，才认为列车已经离开该区段。
[0075]在计算列车的运行速度、运行方向等信息时，采用由三个列车感应器组成的列车感应器组所得结果较为准确且成本较低，因此η尤其取3。
[0076]当a1、a2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，而之后a3、……、an所感应到的列车信号并非依次均从未感应到列车改变为感应到列车时，发出故障报警。
[0077]上述步骤(4)中对区段内的列车数量进行计数的方法为:
[0078]当步骤(3)中判断出列车进入某区段时，为该区段的列车数加I ;当步骤(3)判断出列车离开某区段时，为该区段的列车数减I ;每个区段的列车数的初始值为初始状态下该区段内的实际列车数量。
[0079]上述步骤(4)中根据每次计数的结果判断该区段的占用状态则包括:当步骤(4)中计算的某区段内的列车数为I时，判断该区段被占用；当步骤(4)中计算的某区段内的列车数为O时，判断该区段未被占用；当步骤⑷中计算的某区段内的列车数大于I时，则发出故障告警。
[0080]本发明还提出了一种实现上述方法的轨道交通列车检测设备，本实施例中其具体为一种轨道交通列车测速定位与区段占用检测设备，该设备包括室内部分和轨旁部分。室内部分为安装于车站信号控制室内的区段状态处理单元，轨旁部分包括初级处理单元和列车检测单元，即初级处理单元和列车检测单元均位于轨道旁，而列车检测单元则位于轨道旁能够感应列车的范围内。图1是该设备的整体结构示意图；图2是其布置示意图。每个区段中均布置有至少一个列车检测单元I和与之通信连接且一一对应的一个初级处理单元2 ;每个初级处理单元2均仅仅对应并通信连接一个区段状态处理单元3，但是一个区段状态处理单元3则可以对应并通信连接一个或者多个初级处理单元2。
[0081]上述每个列车检测单元I为由多个地磁检测器结构(即列车检测器)间隔一定距离排列组成的地磁列车检测器组，用于感应是否有列车经过。每个列车检测单元I与对应的初级处理单元2之间可通过有线或者无线通信连接。本实施例中，考虑到轨道上安装电缆的不便性，采用无线连接。初级处理单元从与之通信连接的列车检测单元中接收每个地磁检测器结构检测的是否有列车经过的结果以及对应的时刻，并分析列车的运行方向、运行速度和列车进入和离开对应区段的行为。同样，初级处理单元2和与其对应的区段状态处理单元3之间也可以通过有线或者无线连接，而本实施例中采用无线连接。区段状态处理单元3则通过与其通信连接的初级处理单元2中接收车辆的运行信息，尤其是列车进入或者离开对应区段的行为的信息，并根据该列车运行信息判断对应区段的占用状态。
[0082]上述初级处理单元2包括处理器、存储模块和通信模块。存储模块和通信模块均与处理器连接，通信模块用于辅助初级处理单元2与列车检测单元I和区段状态处理单元3进行通信。
[0083]上述区段状态处理单元3具有与微机联锁设备连接的通信接口，并通过该通信接口与微机联锁设备连接，为微机联锁设备提供区段的占用状态信息和/或者列车运行信肩、O
[0084]该设备用于已经划分区段的轨道中，列车检测单元I和初级处理单元2位于对应的轨道区段的端口，从而能够及时检测到列车运行信息。
[0085]因此，当列车从一个方向行驶过来，将先后通过某一区段的列车检测单元I即由多个地磁检测器结构组成的地磁检测器组，而每个地磁检测器结构的磁场在列车经过时会发生变化，并可以根据这个磁场变化判断是否检测到列车，并及时在其所分配的时隙内将该判断结果周期性地发送给其对应的初级处理单元2。该初级处理单元2则根据该列车检测单元I中各个地磁检测器结构的排列位置及每个周期接收到的检测结果信息进行分析，标定各个地磁检测器结构检测到列车的时刻、计算列车在该检测点的运行速度和运动方向，并将这些信息发送给对应的区段状态处理单元3。区段状态处理单元3对进入对应各区段的列车进行加计数，对离开对应各区段的列车进行减计数，并通过计算值判定区段状态是“占用”还是“空闲”，并将对应各区段状态及列车通过检测点的速度等所要求反馈的信息传送至微机联锁设备，作为列车运行控制的依据。本实施例中，区段内列车数为O时表示该区段处于“空闲”状态，
[0086]列车数为I时表示该区段处于“占用”状态，列车数大于I时表示该区段内出现故障，更应及时反馈给微机连锁系统。由此可见，该设备可以实现上述方法。
[0087]本实施例中，上述每个列车检测单元2即每个列车检测器组包括3个地磁检测器结构(本发明中每个列车检测器组含有2个或者3个列车检测器结构为佳)。每个地磁检测器结构包括地磁感应器、微处理器、通信模块、供电单元(电池或外接电源)和外层保护盒。地磁感应器与微处理器连接，感应该地磁感应器周围的磁场，并将感应的结果发送给微处理器。微处理器根据感应结果的变化判断是否有列车经过，同时微处理器连接并控制通信模块。该通信模块还与对应的初级处理单元2通信连接，在微处理器的控制下将上述判断结果发送给该对应的初级处理单元2。当列车经过地磁检测器结构的上方时，地磁感应器周围的磁场发生扭曲，改变磁化向量的角度，导致感应电压变化。地磁检测器结构周期性地将检测结果发送至初级处理单元2。
[0088]在列车检测单元中，当地磁检测器结构采用电池供电模式时，为延长户外设备的使用寿命，可建立合理的休眠/唤醒机制，此时其列车检测功能流程如图3所示。当地磁检测器结构采用外电源供电模式时，不考虑节点能量问题，在采样周期较小的情况下，可以不设置休眠时间，此时其列车检测功能流程如图4所示。在实现该检测功能时，需要考虑以下因素对结果的影响并按下述方式进行改进:
[0089](I)背景噪声
[0090]由于背景磁场检测值中会叠加许多背景噪声，需要对这些噪声进行适当的处理，可取多次采样的平均值作为背景磁场基准值。
[0091](2)背景磁场基准值漂移
[0092]上述背景磁场基准值会随着时间的推移产生一定的偏移，因此需要对该基准值进行不断地校正。在本实施例中，如果在检测间隙中没有检测到列车到来，将此时检测到的背景磁场的平均值作为新的基准值。
[0093](3)休眠时间
[0094]当地磁检测器结构采用外电源供电模式时，由于不需要考虑检测节点的能耗问题，不需要进行休眠。当地磁检测器结构采用电池供电模式时，为了节省地磁检测器结构的能耗以延长其使用的寿命，设立休眠/唤醒机制。在地磁检测器结构处于休眠状态时，其会处于低功耗模式。在地磁检测器结构初始启动时，系统会为其设定一个默认的定时唤醒间隔。但是地磁检测器结构一旦检测到有列车到达，为了更快、更准确地检测列车的状态，在这种情况下，系统将不再进行休眠，整个系统进入不可休眠状态，即地磁检测器结构会在一定检测间隔下，不断采集数据。当检测到没有列车的时候，系统重新回到正常可休眠状态。
[0095]休眠时间应为检测时间的整数倍，在将休眠唤醒后检测到的数据写入存储结构单元时，通过补零的方式使列车通过时不休眠地磁检测器结构与休眠地磁检测器结构数据采集次数的一致。
[0096](4)列车检测算法
[0097]当采用外电源供电时，地磁检测器结构只有在唤醒状态下才执行列车检测算法，为了避免背景噪声带来的干扰，只在连续多次的磁场采样值均不在正常基准范围内时，认为是检测到有列车，将列车检测状态信息位置“I”，否则置“O”。“I”表示检测到列车，“O”表示未检测到列车。
[0098](5)信息传输
[0099]本实施例中采用无线方式传输信息，各个列车检测单元I与对应的初级处理单元2之间的接入按照时分复用(TDMA)的方式，在自己的时隙内将列车检测状态信息的数据包传输至初级处理单元2。在每个周期内，每个地磁检测器结构的时隙是按照其各自的ID号(对于每个地磁检测器组，均分配一个表征其身份的ID号)进行划分的，并且不同地磁检测器结构的时隙之间留有一定的保护间隙，以免相互之间形成干扰。
[0100]本实施例中，初级处理单元2周期性地接收对应的列车检测单元I中各个地磁检测器结构的数据，标定地磁检测器结构检测到列车的时刻、判断列车的运动方向、计算列车经过该检测点的速度，并将形成的数据报文通过通信模块发送到位于车站的区段占用状态处理单元3。为提高检测效果的安全可靠性，本实施例中每个列车检测单元包括3个地磁检测器结构；这里以某组列车检测单元进行说明，其中3个地磁检测器结构分别为第一地磁检测器结构①、第二地磁检测器结构②和第三地磁检测器结构③，如图5所示，其两两组合为①与②，①一③，②一③，因此共有三种检测结果，实现了列车方向、检测点速度的冗余检测，采用表决原理对这三种检测结果进行处理，当三种检测结果里有两个被表决为真时，取这两个检测结果的平均值作为列车的运行速度；而如果三种检测结果均被表决为假，则采取必要的故障一安全原则，提高了系统的安全性和可靠性。图5中的i和(i+Ι)分别为区段的编号，表示第i区段和第(i+Ι)区段，也称为区段i和区段(i+1)。
[0101]初级处理单元2向区段状态处理单元3发送A、B两种报文。A型报文中含有列车进入区段的ID，B型报文中含有列车离开区段的ID和列车通过检测点的速度。
[0102](I)列车方向判断
[0103]图6是初级处理单元2的列车方向及速度等列车运行信息判断流程图，其中11、12和13分别是第一地磁检测器结构①、第二地磁检测器结构②和第三地磁检测器结构③的列车检测状态信息标志位，与图5 —样，数字“I”表示对应的地磁检测器结构检测到列车，数字O表示对应的地磁检测器结构未检测到列车。初级处理单元2为其对应的3个地磁检测器结构分配时隙，在规定的时隙内接收地磁检测器结构检测的列车状态信息。根据每个周期3个地磁检测器结构的列车检测状态信息标志位及其位置判断列车运行方向。
[0104]以图5为例，当列车由区段i向区段i+Ι运行时，初级处理单元2接收到的列车检测状态信息标志位随时间的变化如图5中所示。当第一地磁检测器结构①和第二地磁检测器结构②先后检测到列车，第三地磁检测器结构③还未检测到列车，此时初级处理单元判定列车进入区段i+Ι，将区段i+Ι的ID写入A型报文中。当三个地磁检测器结构①、②、③的列车检测状态信息标志位依次由I变为0，此时初级处理单元2判定列车离开区段i，将区段i的ID写入B型报文中。
[0105]同理，当地磁检测器结构③和②先后检测到列车，地磁检测器结构①还未检测到列车，此时初级处理单元2判定列车进入区段i，将区段i的ID写入A型报文中。当地磁检测器结构③、②、①的列车状态信息位依次由I变为0，此时初级处理单元2判定列车离开区段i+Ι，将区段i+Ι的ID写入B型报文中。
[0106](2)检测点列车速度判断
[0107]初级处理单元2对地磁检测器结构①、②、③检测到列车的时刻进行标定，分别用①一②，①一③，②一③的距离和时间数据计算列车经过检测器组的平均速度，从而会得到的三个平均速度，对其进行比较、处理、运算后，得到检测点处的列车运行速度，并写入B型报文中。
[0108](3)信息发送时机
[0109]当列车经过地磁检测器组时，初级处理单元2才向区段状态处理单元3发送A型或B型报文。如图5所示，当初级处理单元2判定列车进入下一区段时，立即向区段占用状态处理单元3发送A型报文，当初级处理单元2判定列车离开上一区段时，立即向区段占用状态处理单元3发送B型报文。
[0110]本实施例中，区段状态处理单元3包括安全处理器模块、电源模块、通信模块、数据存储模块。其中，安全处理器模块遵循硬件及软件的故障-安全原则，以提高系统的安全性和可靠性；电源模块为该区段状态处理单元3提供电能；通信模块用于该区段状态处理单元3与初级处理单元2和微机联锁设备的通信；安全处理器模块与其他模块均连接。从而，区段状态处理单元3具备以下基本功能:接收来自初级处理单元2的数据报文；对检测数据进行运算，给出各区段的状态；向微机联锁设备输出轨道区段状态及经过的列车通过检测点的速度信息。
[0111]区段状态处理单元3的区段占用状态处理流程如图7所示。区段状态处理单元3为每一个区段i存有一个区段占用状态变量(表示该区段内列车的数量)state(i)，用于对驶入该区段的列车计数。通过state (i)的值可以判断区段i的列车占用状态，当state (i)的值为O时，表明区段空闲；istate(i)的值为I时，表明区段占用；istate(i)的值为其他值时，可能是系统故障，可能是该轨道区段中存在多列列车，应输出报警信息。
[0112]当区段状态处理单元3接收到A型报文时，将列车进入区段的state (i)值加I ;当区段状态处理单元3接收到B型报文时，将列车离开区段的state (i)减I。区段状态处理单元3及时将更新后的区段状态和列车速度信息发送至微机联锁设备。
[0113]此外，由于初级处理单元2只在检测到列车时才向区段状态处理单元3发送信息，当初级处理单元2故障或通信中断时，区段状态处理单元3不能检测到故障的发生。因此，初级处理单元2周期性地向区段状态处理单元3发送心跳信号，以确保长时间未通信的双方之间仍存在正常的连接。
[0114]同样，本实施例中的地磁检测器结构可以用微波雷达检测器结构替代。该微波雷达检测器结构，包括微波雷达、与对应的初级处理模块通信连接的通信模块以及与微波雷达和通信模块均连接的微处理器，以通过微波雷达检测是否有列车经过，并通过通信模块将检测结果发送给对应的初级处理单元。
[0115]本发明轨道交通列车检测方法及设备为轨道交通列车系统提供了一种独立于车载检测器及车地通信系统的非接触式轨道交通列车测速定位与区段占用检测技术，该技术为一种被动式的列车轨道检测技术，所谓被动式是指无需在列车上额外安装传感器，而是将列车本身作为一个大的金属体来进行检测，为列车运行控制提供基本输入数据。本发明不仅能够适用于传统钢轮-钢轨式轨道交通系统，而且尤其适用于无钢轮钢轨特征或不能在钢轮钢轨上安装额外检测设备的轨道交通系统，有效提高了轨道交通系统运行控制的有效性、安全性和可靠性。因此，本发明区别于传统的基于轮轨的接触式的轨道电路、计轴检测方式，可很好地拓展到中低速磁浮交通、现代有轨电车等无法在钢轨上安装设备的轨道交通中。除此之外，本发明还通过多模冗余的处理方法和检测器布设方式，既实现断面速度、运行方向的检测，又提高了状态检测的可靠性。
[0116]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种轨道交通列车检测方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将所述轨道划分为多个区段； (2)在每个所述区段的端口处设置列车感应器组，以感应经过的列车； (3)根据所述列车感应器组所感应的列车的信号，判断列车的运行方向、和/或者运行速度、和/或者列车进入和离开每个所述区段的行为。
2.根据权利要求1所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中任意区段判断列车运行方向的方法为: 令所述轨道中区段i和区段i+Ι的共用端口处的列车感应器组包括η个列车感应器，依次为a1、a2、……、an，从到an的方向与从区段i到区段i+Ι的方向一致；其中，i为大于或等于I的整数，区段i和区段i+Ι为所述所有区段中相邻的两个区段，η为大于或等于2的整数； 从所述列车感应器组a1、a2、……、an中按照从前到后的顺序取至少两个列车感应器组成列车感应器组合a。、……、ap进行分析；其中，I彡ο < P彡n，且ο和P均为整数； 当所述列车感应器组合中每个列车感应器感应到的列车信号为按照a。、……、ap的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i朝向区段i+1的方向； 当所述列车感应器组合中每个列车感应器感应到的列车信号为按照……、a。的顺序依次均为从未感应到列车改变为感应到列车时，列车运行方向为从区段i+Ι朝向区段i的方向。
3.根据权利要求1所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中判断列车运行速度的方法为: 记录任意两个所述列车感应器感应到列车的时刻，将所述两个列车感应器的距离除以所述两个列车感应器感应到列车的时间差计算得到列车的运行速度； 优选的，取e组由两个列车感应器组成的感应器组合，分别进行所述由两个列车感应器计算列车的运行速度的过程，得到e个列车运行速度值； 将所述e个列车运行速度值按照升序或者降序的顺序排列； 对所述排列后的e个列车运行速度值，按照从左到右或者从右到左的顺序求差，并对所述差求绝对值，得到按照从左到右或者从右到左的(e-Ι)个绝对值； 分别比较所述(e-Ι)个绝对值与精度阈值t的大小，将从左到右或者从右到左连续小于所述精度阈值t的绝对值所对应的列车运行速度值划分为一个群组，将所述e个列车运行速度值划分为f个群组；其中，所述精度阈值t为设定值，f大于或者等于I ; 计算每个所述群组中列车运行速度值的个数，并判断列车运行速度值的个数最大的群组的个数；若所述列车运行速度值的个数最大的群组的个数等于1，则对所述列车运行速度值的个数最大的群组中的列车运行速度值求平均值，将计算结果作为最终的列车运行速度；若所述列车运行速度值的个数最大的群组的个数大于1，则发出故障告警。
4.根据权利要求1所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述步骤(3)中所感应到的列车信号指的是每个所述列车感应器是否感应到列车；所述步骤(3)中任意区段判断列车进入或者离开所述区段的方法为: 令所述轨道中区段i和区段i+Ι的共用端口处的列车感应器组包括η个列车感应器，依次为a1、a2、……、an，从到an的方向与从区段i到区段i+Ι的方向一致；其中，i为大于或等于I的整数，区段i和区段i+Ι为所述所有区段中相邻的两个区段，η为大于或等于2的整数； 当a1、a2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，a3、……、an所感应到的列车信号为未感应到列车时，判断列车进入区段i+Ι ； 当apa2、……、an所感应到的列车信号依次为均为从感应到列车改变为未感应到列车时，判断列车离开区段i ; 优选的，η等于3。
5.根据权利要求1所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述列车感应器为地磁感应器；或者，所述列车感应器为微波雷达。
6.根据权利要求4所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述判断列车进入或者离开所述区段的方法中: 当％、&2所感应到的列车信号依次均为从未感应到列车改变为感应到列车，而a3、……、an之后所感应到的列车信号不是依次均从未感应到列车改变为感应到列车时，发出故障报m目O
7.根据权利要求4所述的轨道交通列车检测方法，其特征在于:所述检测方法在所述步骤(3)之后还包括步骤(4)，所述步骤(4)为: 根据所述步骤(3)得到的列车进入或者离开每个所述区段的行为，对每个所述区段内的列车数量进行计数，并根据每次计数的结果判断所述区段的占用状态； 优选地，所述步骤(4)中对所述区段内的列车数量进行计数的方法为: 当所述步骤(3)中判断出列车进入所述区段时，为所述区段的列车数加I ;当所述步骤(3)判断出列车离开所述区段时，为所述区段的列车数减I ;所述区段的列车数的初始值为初始状态下所述区段内的实际列车数量； 优选的，所述步骤(4)中根据每次计数的结果判断所述区段的占用状态包括:当所述步骤(4)中计算的所述区段内的列车数为I时，判断所述区段被占用； 当所述步骤(4)中计算的所述区段内的列车数为O时，判断所述区段未被占用； 当所述步骤(4)中计算的所述区段内的列车数大于I时，发出故障告警。
8.一种实现权利要求1所述的轨道交通列车检测方法的设备，所述轨道包括划分的多个区段，其特征在于:所述设备包括多个列车检测单元和初级处理单元； 所述列车检测单元位于所述区段的端口处具备感应列车经过的能力范围内，每个所述列车检测单元包括至少两个列车检测器，以检测是否有列车经过； 所述初级处理单元与所述列车检测单元一一对应并通信连接，以接收所述列车检测单元中每个列车检测器的检测结果以及对应时刻，并分析列车的运行方向、和/或者运行速度，和/或者进入以及离开所述区段的行为。
9.根据权利要求8所述的轨道交通列车检测设备，其特征在于:所述列车检测单元与对应的初级处理单元的通信连接为无线通信连接。
10.根据权利要求9所述的轨道交通列车检测设备，其特征在于:所述设备还包括区段状态处理单元； 所述区段状态处理单元对应一个或者多个所述初级处理单元，所述每个初级处理单元均对应一个所述区段状态处理单元； 所述区段状态处理单元与所对应的初级处理单元通信连接，以控制接收所述初级处理单元发送的列车信息，并判断所对应的初级处理单元对应的区段的占用状态； 优选的，所述初级处理单元和对应的区段状态处理单元的通信连接为无线通信连接。
【文档编号】B61L25/02GK104192171SQ201410432166
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】欧冬秀, 沈拓, 何向俊, 阳扬, 庄倩倩 申请人:同济大学