轨道区段占用状况监测系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种轨道区段占用状况监测系统和方法。该系统可包括：安装在区段的所有端口的多个重力计轴器，当车轮经过该重力计轴器时，重力计轴器输出表示车轮经过的信号；计数器，接收来自重力计轴器的表示车轮经过的信号，从而对经过该重力计轴器的车轮进行计数；以及第一判断单元，如果进入该区段的车轮的数量和离开该区段的车轮的数量相等，则判断该区段处于空闲状态；否则，判断该区段处于占用状态。本发明所公开的轨道区段占用状况监测系统具有成本低、可靠性高、适用性广、易于施工和便于维护、不易受天气环境影响等优点。
【专利说明】轨道区段占用状况监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路系统，具体地，涉及一种轨道区段占用状况监测系统和一种轨道区段占用状况监测方法。
【背景技术】
[0002]通常，当某一轨道区段被车占用时，需要将轨道继电器落下，以实施“故障导向安全原则”。轨道电路分路不良指轨道电路轨面因为不良导电物影响等造成在车辆占用轨道区段时控制该轨道区段的轨道继电器不能正常落下，造成信号联锁失效。这可导致铁路的控制/调度系统发出错误指令，例如使有车占用的区段办理接发列车或者调车进路，这是非常危险的，甚至可能造成严重的撞车事故。因此，确认轨道区段的占用状况直接关系到铁路系统的安全运营。
[0003]为实现对轨道区段占用状况的准确判断，以解决轨道分路不良的问题，相关铁路单位相继采取了多种措施。目前解决轨道分路不良的主要方式包括：
[0004](I)电子盒方式，即通过智能控制器增加轨道电路的返还系数，在实际操作中由于其灵敏度过高可能导致轨道电路工作不稳定并且影响轨道电路的动作时间，以及在防护盒的取样线断线后，其返回系数会恢复原样；
[0005](2) 3V化方式，即在交流电气化区段实现电码化车站的股道和道岔区段采用双扼流双轨条相敏轨道电路，该方式可能存在的问题包括轨道继电器和防护盒与轨道电路失配、增大了电源功率从而使得现有的电源屏等很难满足要求、使得机车信号短路电路减少至一半等；
[0006](3)高压脉冲方式，即对现有的高压不对称轨道电路进行改进以得到高压脉冲轨道电路，该方式不适用于UM71，并且在运行中会出现“闪红光带”等问题。
[0007]此外，上述三种方法都需要对现有轨道电路进行较大改造，其器件成本和施工成本很高。除上述三种技术外，部分铁路单位也尝试将金属喷涂技术、熔覆技术应用至钢轨表面以降低分路不良事故，但实际效果并不理想。
[0008]另外，基本上目前采用的所有改善分路不良的技术都是利用在车辆通过时使车轮与轨道间进行电连接来判断对应的轨道区段是否被占用，其结果易受到机车的牵引电流的影响。并且由于轨道积雪、生锈等现象可在轨道表面生成绝缘层，也会大大影响判断的准确性。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种系统，该系统能利用车辆的重力而非车轮与轨道间的电连接来判断轨道区段是否被占用，并且该系统还可适用于多种制式和多种轨型的轨道电路。本发明还提供了一种用于监测轨道区段的占用状况的方法。
[0010]为了实现上述目的，本发明提供一种轨道区段占用状况监测系统，该系统可包括：被安装在区段的所有端口的多个重力计轴器，当车轮经过该重力计轴器时，重力计轴器输出表示车轮经过的信号；计数器，接收来自重力计轴器的表示车轮经过的信号，从而对经过该重力计轴器的车轮进行计数；以及第一判断单元，如果进入该区段的车轮的数量和离开该区段的车轮的数量相等，则判断该区段处于空闲状态；否则，判断该区段处于占用状态。
[0011]优选地，该重力计轴器可包括两个接点，当两个接点接触时，该重力计轴器输出表示车轮经过的信号。
[0012]优选地，检测电阻的两端分别电连接至两个接点。
[0013]优选地，重力计轴器可被安装在轨腰内侧。
[0014]优选地，被安装的重力计轴器的顶点比轨面所在平面低18?22mm。
[0015]优选地，该重力计轴器的顶部可以是滚轮。
[0016]优选地，可在待测区段的每一个端口安装至少两个重力计轴器。
[0017]优选地，该轨道区段占用状况监测系统还可包括：轨道继电器电压测量单元，用于测量轨道继电器的线圈电压；轨道继电器电压分析单元，可根据轨道继电器电压测量单元测得的线圈电压确定标准电压；以及第二判断单元，可根据标准电压和测得的线圈电压，判断该区段的状态。
[0018]优选地，如果当前测得的线圈电压相比于标准电压的下浮超过预设幅度，则第二判断单元可判断区段处于占用状态；
[0019]优选地，当第二判断单元判断区段处于占用状态时，如果在预设时间内测得的所有的线圈电压与标准电压的差值都小于预设范围，则第二判断单元可判断该区段处于空闲状态。
[0020]优选地，当第二判断单元判断该区段处于空闲状态时，轨道继电器电压分析单元可根据测得的线圈电压更新标准电压。
[0021]优选地，该轨道区段占用状况监测系统还可包括：第三判断单元，当第一判断单元和第二判断单元都判断区段处于空闲状态时，第三判断单元可判断该区段处于空闲状态；当第一判断单元和第二判断单元都判断该区段处于占用状态时，第三判断单元可判断该区段处于占用状态。
[0022]优选地，该轨道区段占用状况监测系统还可包括报警系统。
[0023]本发明还提供了一种轨道区段占用状况监测方法，该方法可包括：在区段的所有端口设置重力计轴器，对经过该重力计轴器的车轮计数；以及根据进入该区段的车轮的数量和离开该区段的车轮的数量，判断该区段是否被占用。
[0024]优选地，该轨道区段占用状况监测方法还可包括：对轨道继电器的线圈电压进行测量和分析，以进一步判断该区段是否被车辆占用。
[0025]优选地，该轨道电路区段监测方法还可包括：如果基于重力计轴器的判断结果和基于轨道继电器的线圈电压的判断结果一致，则确认该判断结果。
[0026]通过上述技术方案，可利用安装在轨道区段端口处的重力计轴器获知进入和离开该区段的车轮数量，以判断轨道区段的占用情况。同时，还可结合对轨道继电器的线圈电压的分析，进一步提高判断结果的可靠性。由于本发明不是利用车轮和轨道间的电连接进行测量，因此不易受环境、天气和牵引电流等影响。本发明还具有易于施工、便于维护、适用面广等优点。
[0027]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0029]图I是根据本发明的一个优选实施方式的轨道区段占用状况监测系统的示意图；
[0030]图2是根据本发明的一个优选实施方式的重力计轴器的结构示意图；
[0031]图3是根据本发明的一个优选实施方式的重力计轴器的布置示意图；
[0032]图4是应用根据本发明的轨道区段占用状况监测系统的一种铁路调度系统的示意图；以及
[0033]图5是根据本发明的一个优选实施方式的监测轨道区段占用状况的流程图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0035]在本发明中，在未作相反说明的情况下，轨腰内侧指轨腰朝向另一侧钢轨的一侧，轨面指钢轨的上表面。
[0036]根据本发明的一个方面，提供了一种轨道区段占用状况监测系统，该系统可包括：被安装在区段的所有端口的多个重力计轴器，当车轮经过该重力计轴器时，重力计轴器输出表示车轮经过的信号；计数器，接收来自重力计轴器的表示车轮经过的信号，从而对经过该重力计轴器的车轮进行计数；以及第一判断单元，如果进入该区段的车轮的数量和离开该区段的车轮的数量相等，则判断该区段处于空闲状态；否则，判断该区段处于占用状态。
[0037]图I是根据本发明的一个优选实施方式的轨道区段占用状况监测系统的示意图。假设待测区段具有两个端口。如图所示，重力计轴器IOla和IOlb被安装在待测区段的一个端口，重力计轴器IOlc和IOld被安装在待测区段的另一个端口。可将重力计轴器IOla和IOlc视为一组重力计轴器，而将重力计轴器IOlb和IOld视为另一组重力计轴器，两组重力计轴器作用相同并且互为参照，以确保输出结果可靠。也可根据需要，仅设置一组重力计轴器或者设置多于两组重力计轴器。当车轮压在某个重力计轴器时，该重力计轴器感应到车辆的重力而输出表示车轮经过的信号。计数器102a对来自重力计轴器IOla和IOlc的表示车轮经过的信号进行计数，即对经过这两个重力计轴器的车轮计数。例如，设车辆从安装有重力计轴器IOla和IOlb的端口进入该区段，从安装有重力计轴器IOlc和IOld的端口离开该区段，则计数器102a可被设置为对从重力计轴器IOla接收到的信号进行加计数，而对从重力计轴器IOlc接收到的信号进行减计数。当计数结果为O (假设在区段内无车的初始情况下，计数结果被设置为O)，则表明进入该区段和离开该区段的车轮数量相等；反之，则表明进入该区段和离开该区段的车轮数量不相等。类似地，计数器102b以与计数器102a相似的方式对来自重力计轴器IOlb和IOld的信号进行计数。当计数器102a和102b的计数结果不同时，可对计数器102a和102b进行复位和/或发出报警信号。
[0038]根据本发明的另一实施方式，也可由不同的计数器对位于待测区段不同端口的重力计轴器的输出信号分别计数，当对进入端口的经过车轮进行计数的计数器的计数结果之和等于对离开端口的经过车轮进行计数的计数器的计数结果之和时，可认为进入和离开该区段的车轮的数量相等；反之，则认为进入和离开该区段的车轮的数量不相等。
[0039]本实施方式中，第一判断单元103接收来自计数器102a和102b的计数结果，如果这两个计数结果相同，并且都表示进入该区段和离开该区段的车轮的数量相等，则判断该区段为空闲状态；如果这两个计数结果相同，并且都表示进入该区段和离开该区段的车轮的数量不相等，则判断该区段为占用状态；如果这两个计数结果不相等，则可上报故障信肩、O
[0040]本优选实施方式中，还通过对轨道继电器的线圈电压的测量和分析来进一步提高该监测系统的可靠性。
[0041 ] 轨道继电器电压测量单元104可用于测量轨道继电器的线圈电压，轨道继电器电压分析单元105可对轨道继电器电压测量单元104测得的线圈电压进行分析，以确定标准电压。通常，区段空闲时其对应的轨道继电器的线圈电压应该在15V?23V之间，对于不同轨道电路该值可不同。本实施方式中，轨道继电器电压测量单元104每秒钟可进行25次电压测量。
[0042]可设置待测区段的初始状态为空闲状态。系统启动后，如果在一定时间段（例如对应于5次测量的时间）内测得的结果都大于某个阈值（例如，16V)并且波动小于预设范围（例如波动小于5% )，则轨道继电器电压分析单元105可将这段时间内测得的电压的平均值作为标准电压。当待测区段被认为空闲时，轨道继电器电压分析单元105可根据最新测量结果不断修正该标准电压。例如，只要在最近的一定时间段内测得的所有电压都满足大于上述阈值并且波动小于上述预设范围的条件，轨道继电器电压分析单元105可将该时间段内测得的电压的平均值作为新的标准电压。通常，在区段空闲时，该标准电压较为稳定，上下浮动很小。
[0043]如果新测得的电压值相比标准电压的下浮超过预定幅度（例如，当前标准电压的15%)，则第二判断单元106可判断该区段处于占用状态。当待测区段被认为处于占用状态时，如果在一个较长的预设时间（例如5秒）内的测得的所有电压值与标准电压间的差值都小于预设范围（例如，小于5%)，则第二判断单元106可判断该区段处于空闲状态。当待测区段被认为处于占用状态时，标准电压不更新。
[0044]第三判断单元107综合第一判断单元103和第二判断单元106的判断结果，以确认待测区段的占用状况。如果第一判断单元103和第二判断单元106都认为待测区段处于空闲状态，则第三判断单元107可输出表示待测区段处于空闲状态的信号；如果第一判断单元103和第二判断单元106都认为待测区段处于占用状态，则第三判断单元107可输出表示待测区段处于占用状态的信号；如果第一判断单元103和第二判断单元106的判断结果不一致，则第三判断单元可上报故障信息。
[0045]当对位于同一端口的重力计轴器的输出信号的计数结果不同时，或者对不同组的重力计轴器的计数结果不同，或者基于重力计轴器的输出信号的判断结果和基于轨道继电器的线圈电压的判断结果不一致等情况发生时，报警单元108都可发出报警信息。此时，可能需要对相应设备进行复位或者检修，并且可能需要通过人工现场勘查的方式确定该区段是否被占用。
[0046]图2是根据本发明的一个优选实施方式的重力计轴器的结构示意图。如图所示，重力计轴器具有接点201a和201b。当超过一定阈值的力在竖直方向从上向下施加至图示的重力计轴器时，接点201a和201b接通，使得重力计轴器输出相应的信号（例如，脉冲信号）。当施加于其上的力消失后，在弹簧203的作用下，接点201a和201b断开。当将小于该值的力施加至重力计轴器上方时，接点201a不会被压下。如图所示，重力计轴器的顶部为触碰滚轮202，以减少重力计轴器与车轮间的摩擦，增加重力计轴器的使用寿命。检测电阻204的两端分别与接点201a和201b连接，使得即使在201a和201b断开的情况下，仍可将该重力计轴器纳入连通的回路中，以对该重力计轴器进行检测。为了节省功率，检测电阻204可以是阻值较大的电阻，例如，可选用IkQ (千欧姆）的电阻作为检测电阻。
[0047]图3是根据本发明的一个优选实施方式的重力计轴器的布置示意图。在图示的岔道区段的三个端口 A、B、C处均布置有两个重力计轴器301。重力计轴器可被布置在距离轨端绝缘O. 2m(米）?O. 5m的位置。可通过固定双耳和固定螺栓等方式将重力计轴器301固定在轨腰的内侧。通常火车车轮的内缘的下表面比车轮的中间部分的下表面低30mm，因此在安装时可使得重力计轴器301的顶端低于轨面所在平面18?22_(毫米）左右。根据理论推导和实践验证，当重力计轴器301的顶端低于轨面所在平面18?22mm (毫米）左右时，其可准确感应到通过的车轮并且遭受的损耗较小。本实施方式中，重力计轴器的输出可通过传输电缆被发送至计数器等其他设备。考虑到现场设备的实际情况，为了降低安装成本，此处可选择不超过3芯的传输电缆。
[0048]图4是应用根据本发明的轨道区段占用状况监测系统的一种铁路调度系统的示意图。其中，轨道继电器402可被视为轨道电路401的最后一级，轨道继电器402和根据本发明的轨道区段占用状况监测系统403都被连接至轨道复示继电器404。轨道复示继电器404被连接至调度中枢405。如果没有轨道区段占用状况监测系统403，则轨道复示继电器404直接由轨道继电器402控制。当某区段被车辆占用时，如果轨道继电器402未能正常落下，则轨道复示继电器404也不会落下，导致调度中枢405误认为该区段是空闲的，可能向该区段发出调车进路等指令，从而导致事故发生。而将根据本发明的轨道区段占用状况监测系统403应用至该调度系统后，由于轨道区段占用状况监测系统403可准确地判断对应区段是否被占用，当轨道继电器402未能正常落下时，轨道区段占用状况监测系统403可输出该区段已被占用的信息。轨道复示继电器404可根据轨道区段占用状况监测系统403的输出而落下和/或进行进一步确认（例如，通过人工勘查确认），以避免向调度中枢405提供错误信息，从而尽量避免由于轨道电路分路不良引发的故障。
[0049]根据本发明的另一方面，还提供了一种轨道区段占用状况监测方法，该方法可包括：在区段的所有端口设置重力计轴器，对经过该重力计轴器的车轮计数；以及根据进入该区段的车轮的数量和离开该区段的车轮的数量，判断该区段是否被占用。
[0050]图5是根据本发明的一个优选实施方式的监测轨道区段占用状况的流程图。
[0051]在步骤SI中，重力计轴器受到车轮重力作用，而输出表示车轮经过的信号。
[0052]在步骤S2中，可通过对重力计轴器输出的表示车轮经过的信号进行计数，从而得到进入和离开待测路段的车轮的数量。可用不同计数器对待测路段的进入端口和离开端口的经过车轮分别计数；也可用同一计数器对进入端口和离开端口的经过车轮计数，此时，对于进入端口，可采用加计数，而对于离开端口，可采用减计数。
[0053]在步骤S3中，可基于对重力计轴器的输出信号的计数结果判断区段的占用状态。如果进入该区段的车轮数量和离开该区段的车轮数量相等，则可判断该区段处于空闲状态，反之，可判断该区段处于占用状态。
[0054]为了提高监测结果的可靠性，还可基于轨道继电器的线圈电压进行进一步判断。在步骤S4中，可根据区段所对应的轨道继电器的线圈电压判断该区段的占用状况。例如，可以以每秒20?25次的频率测量轨道继电器的线圈电压，并可根据在区段被认为空闲时的测量值确定标准电压，当线圈电压相比于标准电压下浮超过预设幅度时，可判断该区段被占用。当该区段被认为处于占用状态时，如果在较长的时间（例如5秒）内所测得的所有线圈电压值都恢复至标准电压附近，则可判断该区段从占用状态变为空闲状态。
[0055]在步骤S5中，可根据基于重力计轴器的输出信号的判断结果和基于轨道继电器的线圈电压的判断结果，确认待测区段的占用状况。如果这两个判断结果一致，可将该判断结果作为最终的判断结果；如果这两个判断结果不一致，则可发出报警信号。
[0056]从以上实施方式可看出，本发明具有成本低、可靠性高、适用性广、易于施工和便于维护、不易受天气环境影响等优点。
[0057]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0058]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0059]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种轨道区段占用状况监测系统，该轨道区段占用状况监测系统包括: 安装在区段的端口的多个重力计轴器，当车轮经过所述重力计轴器时，所述重力计轴器输出表不车轮经过的信号； 计数器，接收来自所述重力计轴器的所述表示车轮经过的信号，从而对经过所述重力计轴器的所述车轮进行计数；以及 第一判断单元，如果进入所述区段的所述车轮的数量和离开所述区段的所述车轮的数量相等，则判断所述区段处于空闲状态；否则，判断所述区段处于占用状态。
2.根据权利要求1所述的轨道区段占用状况监测系统，其中所述重力计轴器包括两个接点，当所述两个接点接触时，所述重力计轴器输出所述表示车轮经过的信号。
3.根据权利要求2所述的轨道区段占用状况监测系统，其中检测电阻的两端分别电连接至所述两个接点。
4.根据权利要求1所述的轨道区段占用状况监测系统，其中所述重力计轴器被安装在轨腰内侧。
5.根据权利要求4所述的轨道区段占用状况监测系统，其中被安装的所述重力计轴器的顶点比轨面所在平面低18?22mm。
6.根据权利要求1所述的轨道区段占用状况监测系统，其中所述重力计轴器的顶部为滚轮。
7.根据权利要求1所述的轨道区段占用状况监测系统，其中在所述区段的每一个端口安装至少两个所述重力计轴器。
8.根据权利要求1所述的轨道区段占用状况监测系统，还包括: 轨道继电器电压测量单元，用于测量轨道继电器的线圈电压； 轨道继电器电压分析单元，根据所述轨道继电器电压测量单元测得的所述线圈电压确定标准电压；以及 第二判断单元，根据所述标准电压和测得的所述线圈电压，判断所述区段的状态。
9.根据权利要求8所述的轨道区段占用状况监测系统，其中，如果当前测得的所述线圈电压相比于所述标准电压的下浮超过预设幅度，则所述第二判断单元判断所述区段处于占用状态； 当所述第二判断单元判断所述区段处于占用状态时，如果在预设时间内测得的所有的所述线圈电压与所述标准电压的差值都小于预设范围，则所述第二判断单元判断所述区段处于空闲状态。
10.根据权利要求8所述的轨道区段占用状况监测系统，其中，当所述第二判断单元判断所述区段处于空闲状态时，所述轨道继电器电压分析单元根据测得的所述线圈电压更新所述标准电压。
11.根据权利要求8所述的轨道区段占用状况监测系统，还包括: 第三判断单元，当所述第一判断单元和所述第二判断单元都判断所述区段处于空闲状态时，所述第三判断单元判断所述区段处于空闲状态；当所述第一判断单元和所述第二判断单元都判断所述区段处于占用状态时，所述第三判断单元判断所述区段处于占用状态。
12.根据权利要求1-11中任意一条权利要求所述的轨道区段占用状况监测系统，还包括报警系统。
13.—种轨道区段占用状况监测方法，包括: 在区段的所有端口设置重力计轴器，对经过所述重力计轴器的车轮计数；以及根据进入所述区段的所述车轮的数量和离开所述区段的所述车轮的数量，判断所述区段是否被占用。
14.根据权利要求13所述的轨道区段占用状况监测方法，还包括: 对轨道继电器的线圈电压进行测量和分析，以进一步判断所述区段是否被车辆占用。
15.根据权利要求14所述的轨道电路区段监测方法，还包括: 如果基于所述重力计轴器的判断结果和基于所述轨道继电器的所述线圈电压的判断结果一致，则确认该判断结果。
【文档编号】B61L1/16GK104260755SQ201410490623
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】何宇强, 高国良, 杨培刚, 尹明, 孙雷, 黎明 申请人:中国神华能源股份有限公司, 朔黄铁路发展有限责任公司