正向列车控制系统以及用于其的装置的制作方法

本申请要求保护2014年8月5日提交的序列号为61/999,742的题为“POSITIVE TRAIN CONTROL SYSTEM BASED ON GEO-TAGGED DATA”的美国临时专利申请、2014年8月15日提交的序列号为62/070,141的题为“POSITIVE TRAIN CONTROL SYSTEM BASED ON GEO-TAGGED DATA”的美国临时专利申请、以及2014年9月19日提交的序列号为62/ 071,297的题为“POSITIVE TRAIN CONTROL SYSTEM BASED ON GEO-TAGGED DATA”的美国临时专利申请的权益，据此通过参考将它们中的每一个以其整体结合于此。

技术领域

本发明涉及正向列车控制，并且特别地涉及正向列车控制系统以及用于其的装置。

背景技术：

列车已经并且继续成为一种用于运送货物和乘客的重要、可行且经济的工具，尤其对于空中行进太昂贵或不方便（例如归因于去往和来自城市之外的机场的行进以及归因于安检程序的耽搁）的短到中距离。成千上万或者数以百万计的人每天都在通勤列车、区域铁路线、地铁和地下列车上行进，并且所以安全是非常重要的。

与轨道上的物体的碰撞和脱轨好像是列车事故的两种最常见种类，并且在许多情况下一起发生。轨道状况（例如不正确的道岔位置和/或不完整的道岔转移）以及轨道变形常常促成这些事故，这常常造成人身伤害和死亡、对健康和/或环境造成危险的溢出和释放、以及对沿着轨道和距轨道一定距离二者的财产的损坏。

通常数十或数百人受伤或死亡或处于危险中，有危害的和/或危险的化学物品已经被释放，并且甚至整个邻近地区和城镇已经被损坏或者不得不从其撤离。即使由于可能看起来相对“较小”的事故，经济损失也可以容易地上升到数百万美元。

在早期，通过轨道的地理上“固定闭塞”的系统来控制列车运行，在该系统中每个轨道闭塞或长度将必须在各列车出清之后才能允许另一列车进入固定闭塞，例如如图1中所图示的。最初例如通过路旁塔中的调度员手动控制信号发送和切换，并且随后随着技术进步在一定程度上被自动化。通常，地理闭塞是大的并且所以轨道利用率是低的，但是在列车的行进方向和速度相似、轨道处于良好状况并且不存在列车操作员和调度员部分的人为差错的情况下，则它相对好地起作用。因为列车是基于假定前面的轨道情况是什么样的来操作的，实际状况常常偏离假定的状况，并且事故是频繁且常常是灾难性的。

改进的方法是引入“移动闭塞”系统，这里该闭塞不是在地理上固定的，而是每个“闭塞”随着处于该移动闭塞中的列车移动并且具有由列车速度、停车距离、速度限制、路旁传感器和中央控制能力预先确定的长度。

降低此类事故的风险的一种方法已经是强制执行美国制定的“2008铁路安全改进法案”要求的所谓 “正向列车控制”。当中的所打算的安全益处是维持列车分隔，避免碰撞，强制执行线路速度、实施临时限速和改善铁路工作者路旁安全。一个结果已经是被理解为依赖于采用无线电通信来监视列车移动和轨道状况的集中式计算机的基于计算机的列车控制的增加，然而，这些已经倾向于继续定义和列车一起移动的安全包络或闭塞的动态移动闭塞方法（也被称为虚拟闭塞或灵活闭塞）。

正向列车控制的常规方法依赖于向中央计算机或设施报告各个列车的位置和操作，与在铁路系统上操作的列车、轨道和路旁数据等等有关的数据的积累和监视，以及该数据的通信和对所有列车的操作顺序。该复杂的系统必然依赖于复杂的通信系统，其必须互连所有列车和所有各种路旁和轨道传感器，以用于从所有系统元件到中央计算机的数据和状态信息的连续传输以及用于将坐标数据、操作指令、警报和控制指令传达给所有列车和所有系统元件和传感器。不仅该系统必然使通信系统需求复杂化（例如用于实现适当的可靠性、精度和冗余），而且必然需要大量可靠且冗余的中央计算资源。

因为此类系统（例如集中式控制的移动闭塞系统）必须是“故障安全的”，因为必须通过将整个铁路和其上的所有列车置于安全操作状况来迅速响应设备和/或通信的任何故障。这通常通过回返到绝对闭塞操作来实施，在该绝对闭塞操作中列车速度被大幅降低到例如25mph（在路旁信号不存在或不操作的情况下），且降低到50mph以下（在路旁信号存在且操作的情况下），并且列车分隔大幅增加，由此大幅降低整个受到影响的铁路系统的能力和效率。

申请人认为可能存在对提供替代复杂且昂贵现有技术集中式控制的列车管理系统的不太复杂且成本较低的列车控制系统以及相关装置的需要，并且该列车控制系统甚至可以在与一辆列车或多辆列车的通信中断或丢失或不存在时起作用。

技术实现要素：

因此，一种可安装在列车上的正向列车控制单元可以包括：从包括以下各项的组中选择的多个不同传感器：视觉成像器、红外成像器、雷达、多普勒雷达、激光传感器、激光测距设备、声传感器和/或声测距设备；定位设备，其包括提供位置数据的全球定位设备和/或惯性导航设备；将由多个不同传感器感测到的数据与位置数据和时间数据相关联的处理器；数据接收器，其被配置成从轨道监视器、道岔监视器和/或路旁监视器接收数据；该处理器确定其相对于预定轨道路径配置数据的位置、速度和方向；该处理器确定轨道路径上是否存在物体和/或轨道路径是否存在异常；并且如果处理器确定正向列车控制单元的位置、速度和/或方向不同于列车交路顺序、物体在正向列车控制单元前面的轨道路径中，以及/或轨道路径中存在异常，则处理器向报警设备传达警报和/或向列车控制装置传达控制信号以至少调整列车的速度。

此外，一种用于轨道路径的正向列车控制单元可以包括：在预定方向上具有相应视场的多个不同传感器；将由该多个不同传感器感测到的数据与位置数据和时间数据相关联的处理器；将来自一个或多个监视器的数据耦合到处理器的数据接收器；通信设备；该处理器根据来自该多个不同传感器的数据、位置数据和来自该数据接收器的数据来确定正向列车控制单元相对于轨道路径数据的位置；该处理器确定轨道路径上是否存在物体和轨道路径是否存在异常；以及如果该处理器确定物体在轨道路径中以及/或轨道路径中存在异常；则该处理器经由通信设备引起关于物体在轨道路径中和/或轨道路径中的异常的警报。

根据另一方面，一种正向列车控制单元可以包括：附接到轨道路径的第一轨的伸长构件；在伸长构件的另一端附近的探测器；传感器设备，其被附接到轨道路径的第二轨并且包括用于感测探测器相对于该传感器设备的位置的位置传感器；其中该探测器和位置传感器协作来确定伸长构件相对于传感器设备的位置。

根据又一方面，一种正向列车控制方法可以包括：

从多个不同传感器接收传感器数据，该多个不同传感器是从包括以下各项的组中选择的：视觉成像器、红外成像器、雷达、多普勒雷达、激光传感器、激光测距设备、声传感器和/或声测距设备；

从确定列车的位置的定位设备接收位置数据；

将传感器数据与位置数据和时间数据相关联，由此该传感器数据被附以地理标记和时间标记；

从轨道监视器、或从道岔监视器、和/或从路旁监视器接收数据（如果在其范围内）；

根据传感器数据和位置数据来确定列车相对于预定数据的位置、速度和方向；

根据传感器数据来确定轨道路径上是否存在物体；

根据从轨道监视器、道岔监视器和/或路旁监视器接收到的数据（如果有的话）确定轨道路径中是否存在异常；以及

（1）如果确定列车的位置、速度和/或方向不同于预定数据；

（2）如果确定物体在轨道路径中，以及/或

（3）如果确定轨道路径中存在异常，

则向报警设备传达警报或传达用于列车控制装置的控制信号，或进行这二者。

在总结本文描述和/或要求保护的布置时，在本文的详细描述中描述的概念和/或元件和/或步骤的选择可以完成或被简化。任何总结都不意图识别与所要求保护的主题有关的关键特征、元件和/或步骤，或者基本特征、元件和/或步骤，并且所以不意图限制或者不应该被解释为限制或限定所要求保护的主题的范围和宽度。

附图说明

当结合附图的各图来阅读时将更容易且更好地理解（一个或多个）优选实施例的详细描述，在附图中：

图1是图示安装到位于轨道路径上的列车前部的正向列车控制单元的示例实施例的示意图；

图2是图示用于将列车分开达利用图1的实施例可确定的安全距离的示例完全可移动且可调整闭塞的示意图；

图3是适用于安装到列车的正向列车控制单元的示例实施例的示意性框图；

图4是图示图3的示例实施例的操作的示意性流程图；

图5是图示与图1-3的示例实施例有关的各种前视视场的示意图；

图6A和6B分别是沿着轨道路径定位的正向列车控制路旁监视器的示例实施例的示意图以及其示意性平面图；

图7是适用于沿着轨道路径安装的正向列车控制路旁监视器单元的示例实施例的示意性框图；

图8是图示图7的示例实施例的操作的示意性流程图；

图9A和9B分别是具有与其一起的道岔监视器的示例实施例的道岔的示例的示意性平面图以及其放大视图；

图10是具有与其一起的轨道监视器的示例实施例的轨道路径的示例的示意性平面图；

图11A和11B是相应的基于接触的监视器传感器的示例的示意性平面图；以及

图12A、12B和12C分别是基于光学感测的监视器传感器的示例的示意性平面图、此类基于光学的监视器传感器的示意性框图和可与其一起使用的光学传感器的示意性电路图。

在附图中，在多于一个绘制图的附图中示出元件或特征的情况下，同一字母数字指示可以被用来指定每个图中的此类元件或特征，并且在密切相关或经过修改的元件被示出于图中的情况下，装填或指定“a”或“b”诸如此类的同一字母数字指示可以被用来指定经过修改的元件或特征。类似地，可以通过附图的不同图中的相似字母数字指示并且用说明书中的类似命名法来指定类似元件或特征。按照通常实践，附图的各种特征不是按照比例的，并且为了清楚起见各种特征的维度可以任意扩大或缩小，并且仅以示例的方式给出任何图中表述的任何值。

具体实施方式

图1是图示安装到位于轨道60上的列车50前面的正向列车控制单元100的示例实施例的示意图；并且图2是图示用于将各列车50分开达利用图1的实施例可确定的安全距离的示例完全可移动和可调整闭塞70的示意图。列车50包括一个或多个引擎或火车头52（或者机动化的车厢或其他自推进单元）并且还可以包括一个或多个车厢54，例如乘客车、运货车、敞车、漏斗车、平板车、背负运输车、集装箱车、守车等等。尽管图示了铁路列车和铁路轨道，但是当前布置可以与在任何类型或种类的引导通路60上操作和/或沿着其操作的任何其他类型或种类的车辆50一起使用。

正向列车控制单元100优选地被安装在列车50前面以便在列车50正在行进的方向上具有前方的清晰视场。正向列车控制单元100包括：各种不同类型的（下面描述的）传感器（例如可见、红外、雷达、声等等），其监视前面的路径以检测和识别可能影响列车50的安全的物体和/或状况；和处理器，其处理来自这些传感器的以及来自其他源的数据，以便向列车员工（例如包括列车操作员）提供前面状况的指示，并且如果该指示是警告或警报，则在列车员工没有以及时的方式适当地响应该警告或警报的情况下采取适当的动作来控制列车50。

所注意的是，来自不同类型的传感器的数据的组合彼此补充以提供比任何传感器单独可以提供的更完整和更详细的评估什么位于正向列车控制单元100的前面，包括任何物体、障碍物或其他危险，该不同类型的传感器例如在日光期间更有用的可见传感器、在日光和黑暗期间有用的IR传感器、可以通过雾和降水感测的雷达、以及“听到”其他传感器可能看不到的事物的声传感器。此外，此类状况的感测和检测是自动且连续执行的以便向操作员工提供基本提前的警告并且如果员工未能采取适当且及时行动则采取适当行动来减慢和/或停止列车。

在其他源和/或传感器中可以是安装在列车50上的预定位置处的一个或多个列车监视器230。列车监视器230通常被提供在列车的最后一节车厢上以将例如其位置传达（优选无线传达）给正向列车控制单元100，以便可以确定和监视列车50的长度，由此可以检测完整性丢失（例如车厢的解耦）。此类列车监视器可以包括一个或多个成像器以提供在列车50的向后方向上沿着轨道60的可见性。

一个或多个列车监视器230可以被放置在沿着列车50的一个或多个车厢上，例如如在可能因为例如其所含之物、有危害的材料、高价值货物、分类货物、需要安全和/或任何其他特定需要而需要特别监视的此类车的位置处。

沿着轨道60定位的可以是一个或多个监视单元310-330，它们被定位以便监视和检测异常状况和/或从按计划进行的状况的变形。例如，路旁监视器310可以被提供在例如轨道配置因为其性质而被认为需要监视的地方，例如约束轨道可以被查看的距离的弯道和/或高程轮廓，例如由列车50上的正向列车控制单元100来监视，如下面描述的那样。还可以采用路旁监视器310来监视异常不稳定区域，例如已知要经历频繁自然变化（诸如岩滑和/或洪水等等）的区域。下面描述路旁监视器310的一个或多个示例实施例。

道岔监视器320可以被放置在道岔上以监视操作以及特别地在道岔轨的正前方或转向位置处监视道岔闭合的完成。道岔监视器320优选地直接感测可移动道岔轨在它们应该紧密靠近固定轨（例如基本轨）的位置处的定位，以直接确认道岔轨已完全移动，并且这样做是独立于任何常规道岔控制的。下面描述道岔监视器320的一个或多个示例实施例。

轨道监视器330可以沿着轨道放置以监视诸如可能由高和/或低轨温度引起的和/或由轨底座中的不稳定性引起的轨的间距变化和变形。下面描述轨道监视器330的一个或多个示例实施例。

尽管路旁监视器310、道岔监视器320和轨道监视器330可以将它们感测的数据传达给中央计算机和/或控制设施，但是这里描述的监视器310-330包括本地通信设备，并且优选地包括用于冗余的多个本地通信设备，其将所感测的数据直接传达给在本地通信范围内（例如典型地在2-5千米内）的列车50上的正向列车控制单元100，如由图1中的锯齿线所指示的。此类通信设备通常采用抗扰乱和干扰传输协议和/或可以在不同波段上操作，并且可以具有可以位于附近和/或位于远程的附加的应答器和/或与其相关联的中继器，所有这些都为了增加通信的可靠性和准确性，例如给出与它们的地理位置相关联的地理和地形状况。

列车50在如图2中的动态或移动闭塞中操作，该动态或移动闭塞设置处于列车50前面的安全分隔距离并且与在列车50之前的任何列车间隔开。因为正向列车控制单元100感测在列车50前面的轨道状况和列车50的操作状况并且处理列车50的车载数据，所以动态移动闭塞的分隔距离不需要基于关于列车长度、速度等等的假设提前建立或固定长度，并且不需要依赖于来自中央列车控制计算机或设施的通信。因此，移动闭塞可以真的是“动态的”，因为移动闭塞可以基于列车50的实际操作状况（例如在前面的速度和/或能见距离）而伸长和收缩。因此，列车间隔真的是“动态的”，因为当安全时列车间隔可以被缩小以实现“动态”列车间隔，由此提供更有效的轨道利用，并且当需要维护安全操作状况时可以增大该列车间隔。

通过基于列车50的实际速度和实际轨道状况的安全制动距离、列车50的位置确定中的对误差的允许量、正向列车控制单元100所需的处理时间以及各列车之间的防护区的组合来确定移动闭塞的长度（例如安全列车分隔距离）。因为列车50车载正向列车控制单元100从车载传感器实时接收传感器数据，所以不需要为了维持安全操作而与中央列车控制计算机通信，并且所以不需要移动闭塞的长度包括办公（office）或集中式处理时间以及/或者去到和来自中央列车控制设施的通信时间的允许量。

图3是适用于安装到列车的正向列车控制单元100的示例实施例的示意性框图；并且图4是图示图3的正向列车控制单元100的示例实施例的操作的示意性流程图。正向列车控制单元100包括用以提供一个或多个计算引擎、存储器（例如包括随机存取和/或其他易失性或非易失性存储器）、输入/输出（I/O）端口、和数据存储装置（例如包括磁和/或光学驱动器和/或大规模固态半导体存储器）的正向列车控制处理器110，其包括一个或多个微处理器、微控制器、微计算机、便携式计算机等等。处理器100从正向列车控制单元100的各种类型和配置的其他元件接收数据，该其他元件包括但不限于一个或多个前视传感器110、一个或多个定位设备130、一个或多个数据输入设备140和一个或多个通信设备160。优选地，唯一识别符被存储在每个正向列车控制单元100的存储器（例如处理器120的存储器）中，以便唯一地识别正向列车控制单元和它被安装到任何轨道或铁道上的列车的关联。

正向列车控制单元100可以被配置为组装单元，其可以被临时或永久地安装或附接到可移动车辆（例如列车），或者可以在安装到列车的设备的一个或多个模块或单元中，并且在任一种情况下都与它们互连。优选地，正向列车控制单元100被安装到列车（在列车的最前端），在那里正向列车控制单元100将具有列车前方的适当清晰的视场并且所以能够观察和/或感测什么位于前面（如果有的话），并且典型地经由预先定义的接口（例如使用一个或多个电连接器）被连接到一个或多个列车系统和/或设备以用于从列车接收电功率并提供在其之间的用于传达数据的互连。

正向列车控制单元100的前视传感器110被定位在正向列车控制单元100中和/或安装到列车50、52，以便具有从正向列车控制单元100所安装到的列车50、52基本上直接向前方的适当视场，如例如在图5中所图示的，图5是图示与图1-3的正向列车控制单元100的示例实施例有关的各种前视视场（在其中被示出为长划线、短划线和点线）的示意图。在实际意义上，在被选择成充分利用每一个传感器和可用于安装传感器的火车头52上的地方的配置中，具有较长向前方的范围的传感器可以是且优选地被安装成向上离轨道路径60更高，并且具有较短范围的传感器可以被安装成更靠近轨道60。类似地，传感器视场还可以是选择传感器安装配置的一个考虑。

各传感器110中的一些可以被定位成具有列车50的向前方延伸并感测很远（例如前方2-5千米）的视场，而其他传感器110可以被指引成感测列车50前方更近（例如100米到500米），而另一些可以被指引成在其中间的和/或与其重叠的一系列距离进行感测。视场的垂直宽度通常被选择成提供前视距离的期望范围（包括轨道60的例如归因于山、天桥、地下通道等的高度和/或倾斜中的变化），并且视场的水平宽度被选择成提供前视距离的期望范围（包括轨道60的例如归因于路权宽度、弯道、平行轨道、道岔轨道等的方位角中的变化）。各传感器110中的可以感测整个100米到5千米范围内的传感器可以被采用来感测列车50前方的所有该范围或该范围的一部分。

传感器110可以包括：产生连续静止图像或视频图像的一个或多个可见波段成像器112；产生连续静止红外（IR）图像或视频IR图像的一个或多个IR波段成像器114；包括多普勒雷达和其他类型的雷达的一个或多个雷达成像器；一个或多个激光测距设备118；以及/或者一个或多个声测距和/或声纳测距设备122。

通过线缆（例如电缆和/或光纤线缆）将传感器110所感测的数据传达给正向列车控制单元处理器120，其处理传感器数据来确定前面的轨道状况并且然后确定是否存在任何危险或危害状况，并且基于此来发起向列车员工发信号的适当行动。

各种传感器110优选感测的距离的范围从相对近的距离（例如10-50米）到1千米、2千米或5千米，由此包含在至少超过列车的制动距离的轨道长度上的在列车以其操作的预期前进速度的范围上的感测，以及考虑处理时间和可能的不准确、不确定等等的防护带。相应的传感器视场优选地在足以感测传感器前面的轨道的高度范围上（垂直角）和宽度或方位范围上（水平角）延伸（包括已知的轨道所允许的等级和/或曲率中的变化）。在某些情况下，一个传感器可以在距离、高度和方位的整个范围上进行感测，并且在其他情况下，可能需要多于一个传感器来在距离、高度和方位的整个范围上感测，以例如考虑各种传感器的感测范围以及环境（例如光、雨、雾、雪、黑暗）对这些范围的影响。

由定位系统130以至少实现列车具有多个轨道的铁路或轨道路径的轨道上的确定的准确度来确定正向列车控制单元100的地理位置或地理定位以及正向列车控制单元100所安装到的列车的那部分（例如通常是在列车前部的火车头或引擎或控制驾驶室）。定位系统130优选地包括一个或多个全球定位系统（GPS）单元132，其可与来自GPS卫星的信号一起操作来准确地确定GPS单元132在地球上的地理位置。多个定位单元132的使用降低归因于车载GPS设备的不可操作性的丢失位置数据的可能性。优选地，但是是可选地，可以采用针对两个或更多不同且独立全球定位系统（例如US GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧洲伽利略系统、印度IRNSS系统和/或中国BDS系统）的全球定位确定单元，以使得甚至当一个GPS系统在范围之外或停止服务时可得到地理位置。

另外并且还优选地，但是是可选地，可以提供独立于GPS单元132操作的一个或多个附加位置确定单元134（例如陀螺仪和/或惯性导航设备134），以便甚至当列车在隧道中、在地下或以其他方式失去与GPS卫星的通信时操作。多个不同类型的定位设备132、134的使用降低归因于车载定位设备132、134的不可操作性以及来自定位系统卫星和/或信标的信号中断的丢失位置数据的可能性。

因此，甚至一种类型的所有位置确定单元130的故障将不会完全使正向列车控制单元100丧失准确地理位置数据。此外，关联或以其他方式组合由多个位置确定单元130提供的位置信息可以提供比仅一个位置确定单元或一种类型的位置确定单元可以得到的更准确和/或具有更高可靠性的位置信息。

将传感器110所产生的所有数据与由位置确定130在需要数据时提供的正向列车控制单元100的位置相关联，并且还例如通过处理器120使传感器110所产生的所有数据带有时间标记，以使得所有传感器数据既是带有地理标记的又是带有时间标记的，以促进其与其他数据（相似数据和不相似数据二者）的交叉参照，以便在正向列车控制单元100内存储并处理此类数据，而且通过传感器110所产生的所有数据可被传达给的以及此类数据可被传送160、162到的中央位置处的另一列车的正向列车控制单元100来使此类数据带有时间标记。

所注意的是，因为所获取的数据是带有地理标记的，所以精确地知道传感器相对于轨道路径的位置，并且因为所获取的数据是带有时间标记的以用于与其他带有时间标记的数据关联，所以可以确定在任何给定时间和/或对于任何给定时间的、关于每一辆列车和与其通信的其他列车二者的、以及在中央列车控制位置（如果有的话）的列车的操作的完整表示，由此来正向地确定列车50的位置（包括轨道）、速度和方向并且正向地控制其操作，以及帮助计划和执行列车操作。

可以经由数据输入设备140来提供用于正向列车控制单元100的外部数据输入300，该数据输入设备140可以包括任何数目的数据输入设备，例如键盘、触摸屏、USB驱动读取器、存储卡读取器、CD或DVD读取器、磁条读取器、RFID读取器等等以及来源。数据输入可以包括例如轨道地图和速度限制、来自与路旁监视器310相关联的传感器312的数据、来自与道岔监视器320相关联的传感器322的数据、和/或来自与轨道监视器330相关联的传感器332的数据中的一个或多个，所有这些都可以无线通信。

无线通信可以经由如被利用来与铁路列车通信以及在各铁路列车之间通信的220MHz通信设备，和/或经由WiFi网络、自组网、蜂窝通信、蓝牙、RFID设备以及类似的相对本地通信设备，这是因为它们彼此的独立性以及它们建立和维护通信网络和结构的能力可以提供固有鲁棒且可靠的数据通信链路。通信范围可以在1-5千米的范围中，以用于通过附近列车的通信以及附近列车与附近路旁、道岔和轨道监视器310、320、330之间的通信，并且该通信范围可以在使用（例如用于与中央列车设施通信的）一种或多种类型的通信链路的大得多的距离内。因此，数据输入设备140通常包括经由一个或多个天线142操作的一个或多个无线通信设备140，该一个或多个天线142例如安装到列车50的、典型地且优选地安装到其火车头52。

一般来说，除了在相对局部的周边区域（其包括在通信范围内的任何列车（和正向列车控制单元））内传达所感测的数据之外，此类监视设备优选地还将所感测的数据传达给中央计算机或监视器，其还可以将此类数据传达给列车（例如其上的正向列车控制单元100），然而，本地通信链路被视为此类监视器310-330和每个正向列车控制单元100之间的主要通信。

正向列车控制单元100通常还包括一个或多个通信设备160，其主要用作将数据从正向列车控制单元100传达给中央计算机（实线箭头）并且不需要依赖于将数据从中央或控制计算机传达给正向列车控制单元100（虚线箭头），这被视为辅助或备用通信路径。可以采用多个通信设备160来用于改进的可靠性和冗余度，并且每一个通信设备160可以经由例如位于列车50上、且优选地位于其火车头52上的一个或多个天线142、162来操作。

处理器120处理从传感器110、定位系统130和数据输入300、140接收到的数据以确定列车（正向列车控制单元100）在轨道地图上地理位置以及其速度和方向，以将该位置、速度和定位与例如如由一个或多个监视器310-330报告的可应用的列车顺序、速度限制和已知的轨道状况相比较。处理器120将所确定的数据叠加在轨道地图上以提供列车员工可用的地理信息系统（GIS）地图并且可选地可将所确定的数据传达160给中央或控制计算机。如果确定在限制条件之外，则处理器产生其指示并且确定适当的响应（例如请求经过修订的列车顺序、指示可能或不可能碰撞、降低速度、应用制动器和/或应用制动器以便紧急停车）。

处理器120还处理从传感器110接收到的数据以分析图像、测距数据以及从其得到的其他数据，这是通过例如将此类数据与存储在其存储器中的已知物体和障碍物的模板（例如人、动物、车辆、列车等等的模板）进行比较来进行的。处理器120根据其连同速度、方向和测距数据来确定危险物体是否在列车的路径中，并且如果在的话，提供此类物体的指示以及相关指示（例如可能或不可能碰撞）、降低速度、应用制动器和/或应用制动器以便紧急停车。

来自处理器120的数据和指示可以被传达给操作员警报设备210，其可以包括一个或多个显示监视器、可听的警告设备、视觉警告设备、触觉警告设备或其组合。由此被通知和/或警告状况并且被通知采取行动的列车员工然后可以通过采取适当行动来做出响应，所有这些都由处理器120来监控。

如果列车员工或操作员没有正确地或及时地对通知、警报和/或警告作出响应，则处理器120将必须采取的行动传达给列车的列车控制系统220，其自动采取必须的行动以便例如降低速度、应用制动器和/或应用制动器以便紧急停车。

因为处理器120和列车系统200（例如包括列车控制装置220）直接通信，所以处理器120从列车控制装置220接收列车操作数据，其被处理以便确定例如列车速度和方向（向前或向后）、制动器和制动状态、引擎状态、列车完整性、列车安全制动装置状态等等，由此为了一致性和准确性来从列车控制装置产生可以与从传感器110、定位系统130和数据输入和监视器300确定的数据相比较的数据，该数据的缺少将提供设备或其他失灵或故障的指示，对此可能需要给出警报或警告和/或可能需要采取的行动。

应该注意，由处理器120执行的处理和/或控制功能可以由一个或多个处理器120、P来执行，并且这些处理器120、P中的一个或多个可以被包括在传感器112、114、116、118和/或122中的任一个或多个中以及/或者与其相关联，如由其中的字母“P”所指示和图示的。在正向列车控制单元100的任何给定布置中，传感器112、114、116、118和/或122中的任一个或所有可以包括，并且在一些布置中可以优选地包括被配置成高效地处理由其传感器感测的数据的处理器P。在这种情况下，传感器112、114、116、118和/或122提供输出数据，其包括表示任何检测到的物体和或与轨道路径有关的状况的数据。然后由PTC处理器120来进一步处理用作中央或公用资源的该输出数据，以便提供用于影响任何必要操作员警报210和/或列车控制装置220行动的代表轨道路径和其他状况的经过组合和/或集成的数据。正向列车控制单元100的总体控制（包括传感器112、114、116、118和/或122的接通、断开和其他控制）优选地受到PTC处理器120的控制。

类似地，路旁、道岔和轨道监视器310、320、330还可以包括处理器120、P（如由其中的字母“P”所指示和图示的），其处理所感测的数据以便将输出数据提供给PTC处理器120，以用于与跟轨道路径状况有关的其他数据的组合和/或集成。来自路旁、道岔和轨道监视器310、320、330的数据优选地包括表示其相应位置的位置数据，这是例如通过存储在路旁、道岔和轨道监视器310、320、330的存储器中的预定位置数据和/或通过路旁、道岔和轨道监视器310、320、330的GPS定位器表示的。

此外，可以以例如对于处理器120以及与传感器112、114、116、118、122、310、320和/或330中的任一个相关联任何处理器的高效使用来说便利的任何顺序来执行数据的处理、组合和/或集成。类似地，可以通过将来自GPS设备132和/或惯性导航设备134的时间和/或位置数据与来自传感器112、114、116、118和/或122的数据相关联的PTC处理器120、或者通过被提供给传感器112、114、116、118和/或122且与由此产生数据的相关联的此类时间和/或位置数据、或者通过包括时间和/或定位设备的传感器112、114、116、118和/或122中的任一个或所有来执行传感器数据的时间标记和/或地理标记。在多个设备中的每个都包括时间参照的情况下，优选地所有设备的时间参照都被同步到已知精度的时间标准（例如GPS设备132的时间标准）。

图4是图示图3的正向列车控制单元100的示例实施例的操作400的示意性流程图。过程400以初始化410开始，以使得正向列车控制单元100的所有元件都处于预定已知操作状态，例如所有传感器110都接通并接通到预定感测范围和/或模式，并且处理器120同样被初始化以使得其控制计算机程序在已知状态下开始操作。对于在流程图400中标识为传感器#1一直到传感器N的多个传感器110中的每一个来说，优选地并行执行传感器数据获取420，并且优选地独立地执行传感器数据获取420。

在一些实施例中，可以使多个传感器110的感测和数据输出循环在时间上同时进行，以便基本上同时从不同源获得多个数据集，由此具有基本上相同（如果不是完全相同）的地理标记的位置和时间戳。在其他实施例中，多个传感器110的感测和数据输出循环可以在时间上彼此偏移以便降低处理器120进行数据处理所需的峰值，在特定实施例中，会认识到来自多个传感器的数据的时序中的差异将处于大约几秒，以使得带有地理标记的位置和时间戳中的细微差异不表示所感测的数据中的材料差异并且/或者不能与来自多个传感器110中的其他传感器的数据相关联的差异。

对于传感器#1到N中的每一个，各自的操作序列420-1一直到420-N是基本上类似的，尽管如与此类传感器110有关的领域中的普通技术人员所已知的因为各种多个传感器110的特定配置和能力而使细节中可以存在差异。首先，传感器获取数据422-1到422-N并且优选地将在每次感测时的位置数据和时间数据与所感测的数据相关联，由此使传感器数据带有地理标记和时间标记。可替代地，倘若介于其间的时间段是已知的或者无关紧要地小，则将位置数据和时间数据与所感测的数据相关联可以在每次感测的时间之后完成，以使得可以计算在感测时间内的适当位置数据和时间数据，由此来使传感器数据适当地带有地理标记和时间标记。

传感器#1到N中的每一个然后分析424-1到424-N它所感测到的数据以识别该数据的某些特征（例如识别将突出的轨道或轨道路径），因为在连续感测之间其变化不大（例如轨道仍一般地在列车前面）并且所以将在与所感测到的数据相同的地方并且在连续感测之间将变化不大，尽管周边环境将随着列车移动在很大程度上改变。此外，列车移动地越快，周边环境将越显著地改变，由此使得易于区别轨道和与期望的感测一致的其环境，因为归因于例如视线缩短和制动距离增大的风险会随着列车的速度的增加而增加。

可替代地，并且可选地，处理器120可以根据列车50的速度（例如根据如由列车交路顺序限定的所计划的速度剖面、或如由轨道地图和现在的位置数据所限定的速度限制、或测得的列车的实际速度、或其组合）来调整多个传感器110以其操作来感测和分析420数据的速率。多个传感器110中的一个或多个的操作速率将随着（如所计划的、所限定的和/或所测量的）速度的增大而增大，并且将随着速度的减小而减小。

一旦传感器#1到N从其感测到的数据识别424出在其视场中的轨道，它就分析数据来检测426-1到426-N在轨道上或轨道附近是否存在物体，或者可选地，分析一系列所感测的数据来检测426-1到426-N是中否存在正朝向轨道移动的物体。每个传感器#1到N然后输出其感测且分析的数据440并返回重复415其数据获取和分析操作序列420，以感测和分析在下一位置和时间感测到的数据。因此，多个传感器110中的每一个感测并提供带有地理标记和时间戳的一系列数据集以关联到列车50的行进路径和位置。

每个带有地理标记和时间戳的数据集和多个传感器110输出的与由此检测到的任何物体有关的数据被组合并彼此集成440并且与轨道地图、速度限制、位置数据和/或列车交路顺序集成440，例如和所接收到300的一样，以便限定列车50沿着其预期路线的预定预期位置和时序。如果经过组合、集成的数据被配置成人类可读的，则该数据将用于可与其上具有列车位置、速度和方向的轨道路径的注释地图相比较的任何给定时间，或用于将可与其上具有列车移动、利用其速度和方向注释的视频地图显示相比较的一段时间。

经过组合集成440的数据与从例如控制系统220和/或监视器230接收到的452的列车50的列车操作数据相组合450，该列车操作数据通常将包括与由列车50的系统220、230感测和确定的节流阀设置和速度以及制动器应用有关的数据。经过组合集成440的数据还与从外部监视器（例如路旁监视器310、道岔监视器320和轨道监视器330以及其各自的传感器3112、322、332）接收到的454异常数据组合450。

尽管操作过程400的前面的描述包括按照顺序描述的许多不同步骤或阶段，但是该顺序不是必须或要求遵循的。各种步骤和阶段415-460可以并且可能以任何适当顺序来执行，例如产生从各种传感器和监视器420、310、320、330、220、230生成的经过组合并集成的数据集的最终结果（在图示中在关联数据、识别并量化危害步骤460的输出处发生该最终结果）的顺序。例如，可以通过传感器#1到N中的任一个或所有中感测的数据的处理或通过在处理器120中处理从传感器#1到N中的任一个或所有感测到的数据来执行物体426的检测。类似地，可以在步骤440、在步骤450、在步骤460、或等同地在单个或不同步骤中（如例如由步骤450中的附带说明和路径中通过带圈的字母A指定的虚线箭头所指示的）组合并集成来自各种传感器和监视器310、320、330、220、230的外部数据和异常数据。

经过组合、集成关联的数据以及任何识别的危险440-460然后被用在列车50上的正向列车控制单元100中，以用于其操作以及可选地但是是优选地被传送且报告462到中央控制和/或操作位置。重要的是要注意，在不需要来自中央控制或操作位置的数据或与其的通信的情况下由列车50上的正向列车控制单元100整体执行正向控制系统100的操作，并且所以通信的可变性和可中断性不是现有布置的降级因素。

与外部路旁监视器310、道岔监视器320和轨道监视器330的短程通信是列车50上的正向列车控制单元100外部的唯一通信，其是正向列车控制单元100的操作中所利用的，并且甚至不是列车50上的正向列车控制单元100的基本操作所必需的。来自此类监视器的数据实际上允许保持在某些位置中的前视距离可以大于正向列车控制单元100的传感器110的直接的前视视线范围，因为例如物理障碍物（例如树和山）的影响可以被有效地消除。

因此，与外部监视器310-330的通信的丢失（如果起作用的话）将仅导致列车50的成比例的减速，并且仅在需要时维持与此类通信一样程度的正向列车控制下的安全。利用常规的基于地面的正向列车控制装置，通信丢失可能造成所有铁路或铁路的一部分关闭，例如为了安全使所有列车停止或者所有列车以极慢的安全速度前进。所注意的是，与附近监视器310-330的短程通信可能比与中央控制或操作位置的长程通信更可靠，这例如因为相对于轨道路径60的较短的距离以及定位和指引天线的能力。

经过关联460的数据和所识别的危险数据可以被传送462和/或以其他方式报告462给中央控制或操作位置以达到监视和管理目的。

然后在列车50上的正向列车控制单元100中利用经过组合、集成关联的数据和任何所识别的危险440-460。为此，测试470、480经过集成关联的数据440-460，例如将其与预定限制进行比较470、480，该预定限制被建立来确定经过集成关联的数据是在这些限制之内还是在其之外。在第一实例中，将经过集成关联的数据与第一预定限制（典型地，指示相对较低风险的限制）进行比较470,以确定是否应该采取警告行动464，并且如果是470-Y，则将警报和警告提供472给列车操作员（例如列车员工）。此类警告可以是通过列车员工工作站处（例如在列车工程师和助手的列车控制驾驶室中）的一个或多个看得见和/或听得到的信号的。如果数据在预定第一限制内，则路径470-N返回操作400以重复415过程400。

在第二实例中，将经过集成关联的数据与第二预定限制（典型地指示相对较高风险的限制）进行比较480,以确定是否应该采取正向列车控制行动482，并且如果是480-Y，则激活482对速度和/或制动的列车控制以降低列车节流阀设置、应用制动器或这二者（包括在例如物体在轨道上、或道岔处于错误位置或没有被正确闭合、或者道岔位置与列车交路顺序不一致、或者轨被损坏或变形的情况下可能紧急应用制动器）。此外，提供464或继续464对列车操作员和/或员工的警报和警告。如果数据在预定第二限制内，则路径480-N返回操作400以重复415过程400。

过程400通常迅速操作（以每秒或每几秒来重复），以使得对可能的危害的操作和检测是基本连续的，例如与列车50的移动以及其中的任何变化可能受到影响的速率相比在时间上相对短。在典型实施例中，在大约1秒内执行过程400并且每秒重复。由传感器110、312中各种传感器进行的检测可以并且优选地在大约同一时间帧中（例如对于图像传感器来说花费仅仅大约15个帧或1秒），这取决于要被检测的物体的尺寸和明显性（distinctness）—车辆将比适度尺寸的人或动物更容易检测。如果需要的话，过程400的重复速率以及其检测过程可能会随着列车速度而变化，例如列车移动地越快则过程400的操作循环的重复速率将越迅速，并且列车移动地越慢则过程400的操作循环的重复速率可能减慢。

图6A和6B分别是沿着轨道路径60定位的正向列车控制路旁监视器310的示例实施例的示意图以及其示意性平面图；并且图7是适用于例如沿着轨道路径60安装的正向列车控制路旁监视器单元310的示例实施例的示意性框图。路旁监视器单元310在许多方面类似于正向列车控制单元100并且可以被视为其降低复杂性的版本。考虑到列车安装的正向列车控制单元100需要顾及在列车前面的轨道的不断变化的几何形状以及列车引擎和制动系统的操作状况和状态，这些都不是安装在接近自己处于固定配置的轨道路径60的固定位置中的路旁监视器310所关注的。

图6中图示的示例轨道路径60是其中轨道路径60具有若干弯道和/或山以及/或者被地形特征（例如山、群山和/或隧道）遮挡以使得在列车10上的正向列车控制单元100的传感器110的视场内的列车10的前方距离基本上被减小的示例地形。某些传感器110具有直线感测和范围视野并且不能“看到”或感测周围的障碍物。为了降低由其产生的盲点，可以沿着轨道路径60在它们的传感器110、312的视场可被良好且高效使用的位置中提供一个或多个路旁监视器单元310。

例如，在弯道上，路旁监视器310可以沿着径向位于弯曲的轨道路径60外侧，以便具有比由例如正向列车控制单元100可从轨道路径60上的位置获得的更长的传感器110、312范围。在山上，路旁监视器310可以位于在例如山的山顶附近或到同一端的山谷的低点附近。距轨道路径60的距离以及路旁监视器310所安装到的高度二者可以被选择成获得改进的传感器110、312视场和范围。在此类位置处的路旁监视器310可以包括在基本上不同方向上具有相应视场以便在来自路旁监视器310位置的两个方向（如由图6B中的虚线箭头指示的）上提供轨道路径的覆盖的传感器110、312。

在所图示的示例中，一个或多个路旁监视器310位于限定轨道路径60的“S”形弯曲的轨道路径60的相对弯曲部分中的每一个附近，以便提供在一个或多个方向上提供期望传感器范围（例如100米到2000或5000米）内的其基本完全的传感器110、312覆盖，特别是在列车安装的正向列车控制单元100不能提供完整的图片地方。

在所图示的示例中，路旁监视器310被定位成接近在感测范围内的交叉口（例如平面交叉口62或轨道路径交叉口）和其传感器312的视场以用于监视交叉口62，主要用于检测可能在轨道60上或跨轨道60的任何物体或障碍物，例如穿过车辆64或列车50。路旁监视器310的这样定位在例如归因于轨道路径弯曲和/或与列车50、52相关联的传感器110和人员的视场的障碍物而使驶近的列车50、52看不到交叉口62的位置处是最常见且重要的，并且还可在其他位置处被有益地采用以降低因为降低的可见性、因为黑暗、雨、雾等而出现的危险。

例如，车辆64可以在可具有或可不具有电交叉信号和/或门的平面交叉口62处跨轨道路径60的车道66上操作。路旁监视器310的一个或多个传感器110、312检测车辆64并且中继表示在车辆64例如在轨道路径60的路径右侧内的时间段期间物体在轨道路径60上的数据。表示存在车辆64的数据被通信设备3160中继和/或传送给例如接近路旁监视器310（例如正驶近交叉口62）的正向列车控制单元100，并且可选地但优选地被通信设备3160中继和/或传送给中央监视设施。

示例路旁监视器310传感器110、312可以包括产生顺序的静止图像或视频图像的可见光波段成像器3112、产生顺序的静止红外（IR）图像或视频IR图像的一个或多个IR波段成像器3114、包括多普勒雷达和其他类型的雷达116、3116的一个或多个雷达成像器3116、一个或多个激光测距设备3118、以及/或者一个或多个声测距和/或声纳测距设备3122中的一个或多个。传感器3112、3114、3116、3118和/或3122优选但不需要对应于正向列车控制单元100的相似传感器112、114、116、118和122。

通过线缆（例如电缆和/或光纤线缆）将传感器110、312所感测的数据传达给处理器3120（其对应于正向列车控制单元100的处理器120），其处理传感器数据来确定其视场内的轨道状况，并且然后确定是否存在任何危险或危害状况，并且基于此来传送数据（该数据可由其处理器120将该数据与列车50上的正向列车控制单元100传感器110数据组合），以例如发起向列车员工发信号的适当行动和/或实行对列车50的控制。

各种传感器110、312优选感测的距离的范围可以从前面的相对靠近范围（例如10-50米）一直到前面的1千米、2千米或5千米，由此来包含在处于路旁监视器310的视程和视场内的轨道长度上的感测。相应的传感器视场优选地在足以感测它们的视场内的轨道的高度范围（垂直角）和宽度或方位范围（水平角）上延伸（包括已知允许由此类传感器312进行感测的等级和/或曲率中的变化）。在一些情况下，一个传感器312可以在距离、高度和方位的整个范围上感测，并且在其他情况下，可能需要多于一个传感器312来在距离、高度和方位的整个范围上感测。

路旁监视器310的地理位置可以通过其一个或多个GPS传感器3132来获得或者可以被提供为从外部源（例如手动数据输入）接收到的数据输入3140、3142中的一个（如可期望的）。在任何情况下，如上文中那样此类数据都可供处理器120、3120使用。

将传感器110、312所产生的所有数据都与在需要数据时通过位置确定130、3132提供的路旁监视器310的位置相关联，并且还例如通过处理器3120使此数据带有时间标记，以使得所有传感器数据既带有地理标记又带有时间标记，以便促进其被其他数据（相似数据和不相似数据二者）交叉参照，以便在路旁监视器310内存储和处理此类数据，而且通过传感器110、312所产生的所有数据可被传送到的任何正向列车控制单元100以及在此类数据可被传送160、162到的中央位置处来使此数据带有时间标记。

可选地，道岔监视器320和/或轨道监视器330（如果有的话（以虚线示出），其可位于路旁单元310附近（例如在通信范围内））可以将它们的数据传达到并经由路旁单元310的数据输入端3140、3142和/或经由通信设备3160，以用于与由路旁单元310产生的数据组合和/或通过路旁单元310到例如列车50和/或中央设施的传输。

路旁单元310的所有元件可以并优选地与如这里所描述的正向列车控制单元100的对应元件相似，并且可以并优选地以与其相似的方式来运行。路旁单元310的类似元件可以具有与以数字3开头的它们在正向列车控制单元100中的对应部分相同的项目编号（例如处理器3120类似于处理器120），并且可以包括如上文关于处理器120所述的一个或多个处理器3120、P。

图8是图示图7的正向列车控制路旁单元310的示例实施例的操作800的示意性流程图。操作800在许多方面基本类似于过程400以及上文关于正向列车控制单元100描述的其变化。特别地，条目810一直到860的操作800基本上类似于操作过程400的条目410-460的操作，其中等价步骤的初始数字是“8”而不是“4”。

由在预定位置处固定的路旁单元310的多个传感器312的操作820产生的经过感测和/或处理的数据可以具有且通常具有比对于过程400的更小的复杂性，因为路旁单元310的多个传感器312的视场和范围是固定的并且可以是预定的，因为路旁单元310以及其多个传感器312的位置和取向是已知且固定的。例如，一旦轨道60被识别824，就可以至少针对传感器数据的分析将其预置（如果没有被固定的话），并且所以物体检测826可能需要最大的处理尝试。

此外，因为路旁监视器310的位置是已知且固定的，所以轨道地图可以被限定用于传感器312的视场和范围中的相对短的轨道长度，或者可以仅仅是位置数据，例如针对被监视的平面交叉口62的位置数据。

将经过组合集成840的数据和所检测到的物体数据与从外部监视器（例如其他路旁监视器310或附近的道岔监视器320和轨道监视器330以及它们各自的传感器312、322、332）接收854到的异常数据组合。因为可能存在或可能不存在与执行过程800的路旁监视器310相关联的任何外部监视器310、320、330，所以条目854被示为虚线。

尽管操作过程800的前面的描述包括按照顺序描述的许多不同步骤或阶段，但是该顺序不是必须或要求遵循的。各种步骤和阶段815-860可以并且可能以任何适当顺序来执行，例如产生从各种传感器和监视器820、310、320、330生成的经过组合并集成的数据集的最终结果（在图示中在关联数据、识别并量化危害步骤860的输出处发生该最终结果）的顺序。例如，可以通过传感器#1到N中的任一个或所有中感测的数据的处理或通过在处理器3120中处理从传感器#1到N中的任一个或所有感测到的数据来执行物体826的检测。类似地，可以在步骤840、在步骤850、在步骤860、或等同地在单个或不同步骤中（如例如由步骤850中的附带说明和路径中通过带圈的字母A指定的虚线箭头所指示的）组合并集成来自各种传感器和监视器310、320、330的外部数据和异常数据。

最重要的是，使用对于足以将指示轨道上是存在危害（例如物体）还是道岔或轨道异常的危害数据警报和警告提供864给驶近的正向列车控制单元100的离路旁单元310一定距离的本地通信链路来传送经过组合、集成关联的数据和任何所识别的危害840-860。另外，且可选但优选地，还可以将经过组合、集成关联的数据和任何所识别的危害840-860传送且报告862给例如中央控制和/或操作位置。

图9A和9B分别是具有与其一起的道岔监视器320的示例实施例的道岔60S的示例的示意性平面图以及其放大视图。示例道岔监视器320感测道岔轨的定位并且提供道岔已经被完全转移以补充常规的道岔联锁信令并且可选地但优选地与电气联锁信令电子器件通信的单独的独立肯定指示以改进它所提供的指示的完整性。轨道路径的道岔轨的转移的物理间隔和/或对准和/或完全性不在规定配置和/或公差内的任何状况在这里被称为轨道路径的异常。

道岔60S具有一对“入口”基本轨60R，其分支成“直的”轨道和“分支轨道”的基本轨60R中的一个或另一个。如对于常规铁路道岔所公知的，典型的道岔60S包括各种轨，例如闭合轨（closure rail）、翼轨、护轨（check rail）、转向节（knuckle）。在道岔60S内，一个闭合轨60C与相对的基本轨60R配合并且另一闭合轨60C与另一相对的基本轨60R配合来提供相应的成对的间隔开的轨，列车在其上骑乘通过道岔60S。成对的道岔闭合轨60C是可移动的，以使得其相应的可移动端变得非常靠近“入口”基本轨60R的一个或另一个以在其相对端可围绕邻近最靠近道岔60S的“入口”端的闭合轨的各端的枢轴转动的同时发生切换行动。

一个或多个道岔监视器传感器322被安装到接近道岔轨60C的可移动端变得紧密邻近的位置的一个或两个基本轨，并且优选地围绕基本轨60R。传感器322包括可移动机械构件324（例如连杆或条324），该可移动机械构件324的一端被附接到道岔轨60C的可移动端并且另一端在包括传感器322的外壳内可移动以表示道岔轨60C的移动和位置。传感器322优选地被安置在防风雨的外壳或外罩内以保护它不受恶劣天气的影响，并且可以包括热源（例如本地电源可用情况下的电热器），以使得冰和雪不会不利地影响其操作。可移动构件324可以被滑动密封在可伸缩罩中和/或以其他方式免受恶劣天气的影响，特别是冰和雪的影响。

在传感器322内的是感测布置，其用于感测构件324的物理位置以及由此道岔轨60C相对于它们意图变得紧密相邻或邻接的基本轨的位置。下面描述此类感测布置的示例。构件324可以通过可枢转接头附接到道岔轨60C以使得其另一端以相对于传感器322感测布置的期望几何图案来移动。

因为可被道岔传感器320、322检测到的道岔轨60C相对于基本轨60R的位置的小尺寸的物理距离，所以它感测并检测到的物理道岔数据可以被利用来评估道岔60S的操作公差和完整性，以由此在道岔闭合处的物理道岔轨60C和基本轨60R之间的间隙变得超过规范和安全风险之前实现调查、维护和/或修理。

如这里所指出的，道岔监视器320包括一个或多个通信发射器，其将道岔数据传达到附接到列车的正向列车控制单元100、路旁监视器310和/或中央监视位置，由此使得所感测的数据可用于列车50以便评估要采取安全行动的需要。

图10是具有与其一起的轨道监视器330的示例实施例的轨道路径60的示例的示意性平面图。示例轨道监视器330感测并提供轨60R的物理间隔和对准在规定的公差内的单独的独立肯定指示。轨道路径的和/或轨道路径的轨的物理间隔和/或对准不在规定配置和/或公差内的任何状况在这里被称为轨道路径的异常。

一个或多个轨道监视器330被安装到沿着轨道60的间隔开的位置处的一个或两个轨60R，在那里轨60R变得变形或不对准的可能性要比正常情况下更高。示例轨道监视器传感器332包括可移动机械构件334（例如连杆或条334），该可移动机械构件334的一端被附接到一个轨60R（优选地在其内部处），并且另一端在包括传感器332的外壳内可移动以表示一个轨60R相对于另一平行轨60R的相对移动和定位。

传感器332优选地安装在纵向地沿着轨道60距连接构件334的附接到一个轨60R的一端一定距离处，以使得在连接条334和枕木60T之间存在大的角度。优选地，该距离被选择成在轨60R和连接构件334之间以及在枕木60T和连接构件334之间提供大约30°和大约60°之间的角度（并且优选地大约45°）；因此构件334通常跨过大约2-3个枕木60T。在轨道监视器330监视轨60R上的横向地被轨距宽度并且纵向地被类似尺寸的轨道60长度分隔开的点的情况下，可以监视轨60R在纵向方向和横向方向二者上的变形和不对准，由此来提供比以可能其他方式提供的对两个轨60R的相对移动的更大的敏感性。

传感器332优选地被安置在防风雨的外壳或外罩内以保护它不受恶劣天气的影响，并且可以包括热源（例如本地电源可用情况下的电热器），以使得冰和雪不会不利地影响其操作。可移动构件334可以被滑动密封在伸缩罩中和/或以其他方式免受恶劣天气的影响，特别是冰和雪的影响。

在传感器332内的是感测布置，其用于感测构件334的物理位置以及由此平行轨60R相对于它们意图要平行且保持平行的彼此间的相对位置。下面描述此类感测布置的示例。构件334可以通过可枢转接头附接到轨60R以使得其另一端以相对于传感器332感测布置的期望几何图案来移动。

因为可被轨道传感器330、332检测到的轨60R的相对位置的小尺寸的物理距离，所以它感测并检测到的物理轨道数据可以被利用来评估轨道60的操作公差和完整性，以由此在其变形和/或不对准变得超过规范和安全风险之前实现调查、维护和/或修理。

如这里所指出的，轨道监视器330包括一个或多个通信发射器，其将道岔数据传达给附接到列车的正向列车控制单元100、路旁监视器310和/或中央监视位置，由此使得所感测的数据可用于列车50以便评估要采取安全行动的需要。

图11A-11B和12A-12C图示可以与例如道岔监视器320和轨道监视器330以及其他监视器一起利用的不同传感器322、332的各种示例实施例，即使这里的描述通常将仅指的是不同监视器中的一个。

图11A和图11B是相应的基于电接触的监视器传感器322、332的示例的示意性平面图。图11A的示例传感器322具有长的电阻元件326R，如可能需要或者方便的其可以是一条电阻材料或者多个分立的电阻器的串联连接。从电阻元件326R基本垂直延伸并与其电连接的是彼此基本平行的多个间隔开的导电条326C。

附接到构件324的探测器324P、334P在大体上平行于电阻元件326R的方向上随着构件324的移动来移动，例如响应于道岔轨60C的移动或两个平行轨60R的相对移动。因此，构件324的移动会使探测器324P在大体上平行于电阻元件326R的方向上移动跨过导电元件326C，如由双头箭头所指示的。假定电阻沿着电阻元件326R的分布是已知的，则探测器324P和电阻元件326R的任一端之间的电阻表示探测器324P相对于电阻元件326R的位置，并且所以测量该电阻提供导电元件326C中的哪一个与探测器324P电接触的指示以及由此提供探测器324P和构件324的物理位置。

可以直接（例如通过欧姆计或其等同物）或者间接地（例如通过跨电阻元件326R施加电压或施加通过其的电流并测量在探测器324P处的电压，或者通过在探测器324P和电阻元件326R的一端之间施加电压或施加通过其的电流并测量在电阻元件326R的另一端处的电压）来测量该电阻，其中可以通过模拟到数字转换器或其他已知设备来进行此类测量。可以利用具有可以可靠且可重复区别电阻和邻近导电元件326C之间的差异的分辨率和准确性的任何适当测量设备和/或技术。

关于图11B，元件327C的图案包括给定数目（例如25个）的相对较短邻近中央元件327CC的线性图案以及在其相对侧上的给定数目的相对较长邻近元件327CL和327CR的对应对准线性图案。该示例的阵列是元件327C的M×N阵列，其中M=3且N=25。总的来说，该示例阵列327C可以是大约114乘98mm（大约4.49乘3.86英寸），并且每个元件327CC是大约2乘10mm（大约0.08乘0.4英寸），并且每个元件327CL、327CR是大约2乘50mm（大约0.08乘1.97英寸）。相邻元素之间的间隔是大约2mm（大约0.08英寸）。

如上所述，该实施例的元件327C可以是导电的或者非导电的以用于与不同类型的传感器探测器一起使用。对于电连接探测器324P，元件327C可以被形成在例如电印刷电路板的一侧上，其中电阻元件和连接在其相对侧上。

元件326C、327C的间距或间隔基本确定传感器322、332的分辨率，并且可以是例如在大约1mm到10mm（大约0.04英寸到0.4英寸）的范围中。如果元件326C、327C的间距是大约1mm（大约0.04英寸），则那就是传感器322、332的分辨率。当元件326C、327C是导电元件326C、327C时，导电元件324C的宽度和间隔通常大约是相同的并且探测器324P的接触区域优选地至少比各导电元件326C、327C之间的间隔稍稍更大，以使得在探测器324P和至少一个导电元件326C、327C之间不存未连接的位置。探测器324P的一个示例具有间距或间隔的大约0.9倍的探测器尺寸。

探测器324P可以包括固定接触件（例如半球形的可滑动接触件）或可移动接触件（例如可以在导电元件326C、327C上“滚动”的球或滚柱轴承或者任何其他适当形式的可滑动或另外可移动电接触件），以便与其物理触碰的元件326C、327C进行电连接。

可替代地，探测器324P不需要与元件326C、327C的电接触，其中实例元件326C、327C不需要是导电的。例如，元件326C、327C可以仅仅是图案、纹理或其他表面特征并且探测器324P可以是在其中球的转动指示物理位置和移动的常规计算机鼠标或其等同物，或者元件326C、327C可以是光学可区别标记（例如条或线或纹理化的图案），并且探测器324P可以是以高精度检测此类标记以确定物理位置和移动的常规光学计算机鼠标或其等同物。

尽管探测器324P和元件326C的电接触实施例允许在一个维度上确定构件324的物理位置，但是元件327C的M×N阵列配置或者探测器324P的计算机鼠标实施例或等同实施例允许在两个维度上确定构件324的物理位置，对于与轨道监视器330一起使用（其中轨道变形可以是在两个维度上的）来说这被认为是特别有用的。

图12A、12B和12C分别是基于光学感测的监视器传感器322、332的示例实施例的示意性平面图，此类基于光学的监视器传感器322、332的示意性框图和可与其一起使用的光学传感器322、332的示意性电路图。

传感器322、332可以被提供在包括其电子和机械部件的电印刷电路板323上。光学感测元件328的阵列可以被提供用于检测构件324、334的物理位置，例如当它随着道岔轨60C或平行轨60R移动时。典型地，各光学传感器328将彼此紧密相邻以便提供更靠近的分辨率，并且探测器324P可以被延长以便探测光学传感器328中的多个传感器和/或具有其上的反射和/或透射感测位置的阵列或图案。目前认为对于道岔监视器320来说七个光学传感器328提供适当的分辨率，例如大约0.5mm（大约0.02英寸）或更小，然而，可以利用更多或更少的数目。

光学传感器328包括一个或多个发光二极管（LED）以及多个光学检测器（例如光电二极管PD1-PD4），它们被定位成对由一个或多个LED发出的（例如如被附接到其的感测探测器反射或透射的）光作出响应。其中，来自光电二极管PD1-PD4的输出被相应的放大器“Amp.”放大并且被相应的比较器检测到以产生输出信号VoA和VoB。传感器328由电压Vcc（例如2.7-5.5VDC）来供电，并且其LED由从其阳极到其阴极施加的电流来供电。

光学传感器328可以是反射类型的，其中外部元件（例如探测器324P）具有可移动且邻近传感器328的图案化反射表面，以便选择性地反射由LED朝向光电二极管PD1-PD4发出的光，传感器328由此来确定探测器324P附接到的构件324、334的物理位置。光学传感器328可以是中断类型的，其中外部元件（例如探测器324P）具有在传感器328的间隔空间中可移动的一个或多个开口的图案化阵列以便选择性地阻挡和通过由LED朝向光电二极管PD1-PD4发出的光，传感器328由此来确定探测器324P附接到的构件324、334的物理位置。探测器324P中的反射表面和/或开口阵列的图案化可以被布置成以比光学传感器328的间距或间隔的更靠近（更精细）的分辨率来对位置编码。

通过模拟处理器或者数字或数字处理器（例如通过模拟道岔327、例如14倍多路复用器、或通过微处理器327）将多个光学传感器328-1一直到328-N的相应输出VoA、VoB组合（例如扫描和/或多路复用和/或处理），并且将该相应输出VoA、VoB提供给无线微控制器单元（MCU）329，其调制所感测的表示构件324、334的物理位置的数据并经由一个或多个通信链路（例如这里描述的类型的通信链路）将其传送给附近的正向列车控制单元100和/或附近的路旁单元310和/或更多远程位置（例如中央控制位置）。可以通过由串行外设接口（SPI）扩展设备329I/O提供的附加数据信道来增加模拟道岔327和MCU 329的能力，该串行外设接口（SPI）扩展设备329I/O提供附加输入和/或输出（I/O）插槽。

传感器322、332由电源332B来供电，该电源332B可包括外部电源、电池和/或太阳能电池电源322SA。例如2000mA-Hr或更高容量的示例3.6VDC锂电池适用于提供期望的3.3VDC操作电压。

在典型的实施例中，采用从适当的可见光和红外成像系统、激光测距系统、声测距系统和/或多普勒雷达和测距系统中选择的多个传感器的至少组合以用于检测传感器的视场和范围（其优选地包括大约100米一直到5000米（5Km）的范围）内物体的存在，以允许足够的时间以用于检测、处理以及用于发起警告、制动停止、紧急停止和其他适当校正和行动。

适当的可见光成像器或传感器112的示例包括例如norirHJK-2C CCD和热监控系统，其可从位于中国云南的北方夜视科技集团公司购得。

适当的红外成像器或传感器114的示例包括例如可从位于中国湖北的JIR公司以及通过Alibaba.com购得的型号JIR-3031和JIR-3031A数字相机。这些数字IR相机具有大约37°×28°的视场，可以通过雾和降水并且在没有可见照明的情况下进行感测，并且用（如可在车辆中可用的）12-24 VDC电源来操作。

另一示例包括类型IP-ELR320、IP-ELR775和IP-ELR775X夜视IR相机系统，其可以检测在2500米（白天）和1500米（夜间）、5000米（白天）和2500米（夜间）以及8000米（白天）和2500米（夜间）的相应范围处的汽车大小的物体，可以检测在1500米（白天）和900米（夜间）、2000米（白天）和1200米（夜间）以及4000米（白天）和1500米（夜间）的相应范围处的人类大小的物体，并且可以采用808nmIR照明器，并且可从位于纽约奥西宁的Kintronics有限公司购得。

其他示例包括可从加拿大不列颠哥伦比亚省克兰布鲁克的Ascendent技术集团购得的Sigma系列的PTZ激光二极管IR照明和成像设备，和可从位于日本东京的Kaya Optics有限公司购得的Lynceus™ ISN和ISA系列的视觉和IR激光照明的夜视相机系统。

适当的多普勒雷达传感器116的示例包括：例如可从中国重庆的博驰购得的类型KR-1338C和KR–1668C船用雷达，和可通过Alibaba.com购得的型号S66雷达。

适当的激光测距传感器118的示例包括例如AIGERZYT-LLS-81-X，其可从位于中国北京的北京中远通科技有限公司购得。

适当的声测距传感器122的示例包括例如声测距器5000，其可从位于英国沃灵顿的凤凰检查系统有限公司购得。

这里的各种控制和监视单元的数据传感器、处理和通信可以采用类似的部件和配置（例如ZONER™ RFID设备和/或RELAYER™ RFID读取器和通信中继器中的那些）和类似的设备（如在2005年8月5日提交的颁布为美国专利7, 319,397的且题为“Object Monitoring, Locating and Tracking Device Employing Active RFID Devices”的美国专利申请No. 11/198,711中所描述的），并且可以与在2007年5月5日提交的颁布为美国专利8,174,383的在且题为“System and Method for Operating a Synchronized Wireless Network”的美国专利申请No. 11/749,996中描述的设备相类似地操作，据此为了任何和所有目的通过参考将这些专利中的每一个以其整体合并于此。

一种可安装在可在轨道路径60上移动的列车50上的正向列车控制单元100可以包括：从包括以下各项的组中选择的多个不同传感器110：视觉成像器112、红外成像器114、雷达116、多普勒雷达116、激光传感器118、激光测距设备118、声传感器122和声测距设备122，该多个不同传感器110具有在来自列车50沿着轨道路径60的预定前视方向上进行感测的相应视场；定位设备130，其独立确定正向列车控制单元100的位置并将该位置表示为位置数据，该定位设备130包括全球定位设备132、惯性导航设备134，或者全球定位设备132和惯性导航设备134二者；处理器120、P，多个不同传感器110和定位设备130被耦合到该处理器120、P以用于接收由此感测到的数据，其中该处理器120、P将由多个不同传感器110感测到的数据与同获取此类数据的位置和时间对应的位置数据和时间数据相关联，由此将此类数据地理标记和时间标记为其被获取的位置和时间；数据接收器140，其被配置成从轨道监视器、或从道岔监视器、或从路旁监视器、或从其组合接收数据，并且将该数据耦合到处理器120；处理器120根据由多个不同传感器110感测到的数据、根据位置数据并且根据由数据接收器140接收到的数据来确定正向列车控制单元100相对于预定轨道路径60配置数据和列车交路顺序的位置、速度和方向；处理器120根据由多个不同传感器110感测到的数据来确定在正向列车控制单元100行进的方向上在前方的轨道路径60上是否存在物体；处理器120根据由数据接收器140接收到的数据来确定在正向列车控制单元100行进的方向上向前方接近的轨道路径60是否存在异常；以及（1）如果处理器120确定正向列车控制单元100的位置、速度和/或方向不同于列车交路顺序中限定的位置、速度和/或方向，或者（2）如果处理器120确定物体在正向列车控制单元100前方的轨道路径60中，或者（3）如果处理器120确定在正向列车控制单元100前方的轨道路径60中存在异常，或者（4）如果处理器120确定（1）、（2）和（3）的任何组合，则处理器120向报警设备200传达警报或向列车控制装置220传达控制信号以至少调整其上安装正向列车控制单元100的列车50的速度或者进行这二者。正向列车控制单元100还可以包括：通信设备140、160，其被配置成从外部源接收交路顺序数据和轨道路径60配置数据并且将该数据耦合到处理器120。正向列车控制单元100还可以包括：通信设备160，其被配置成将来自多个不同前视传感器110的数据、或来自全球定位设备130、132以及来自惯性导航设备130、134的位置数据、或由数据接收器140接收到的数据（包括来自轨道监视器330、来自道岔监视器320和/或来自路旁监视器310的数据）传达给中央列车控制设施462。来自多个不同前视传感器110的数据和由数据接收器140接收到的数据（包括来自轨道监视器330、来自道岔监视器320和/或来自路旁监视器310的数据）可以被附以地理标记和时间标记。轨道监视器330可以包括监视轨间隔、变形和/或完整性的传感器332；或者道岔监视器320可以包括监视道岔位置和到完全转移位置的道岔闭合的传感器322；或者路旁监视器310可以包括：用于检测接近路旁监视器310的轨道路径60上的物体的多个不同传感器110、312，其是从包括视觉成像器3112、红外成像器3114、雷达3116、多普勒雷达3116、激光传感器3118、激光测距设备3118、声传感器3122和声测距设备3122的组选择的；或其任何组合。到列车控制装置220的控制信号可以至少降低其上安装正向列车控制单元100的列车50的速度，和/或可以促使列车控制装置220根据预定速度降低轮廓或预定安全紧急速度降低轮廓或这二者降低列车50的速度和/或停止列车50。正向列车控制单元100还可以包括：可安装到列车50的远离正向列车控制单元100的一端处的定位设备230，当被安装到列车的远程端时该定位设备230向处理器120提供列车的远程端的位置数据；以及处理器120通过将来自定位设备230的位置数据和来自全球定位设备130、132或来自惯性导航设备130、132或来自这二者的位置数据进行比较来确定列车50的长度。处理器120可以响应于列车的长度改变多于预定长度差向报警设备210传达警报或向列车控制装置220传达控制信号以至少降低其上安装正向列车控制单元100的列车50的速度或者进行这二者。可安装到列车50的远离正向列车控制单元100的一端处的定位设备230可以包括全球定位设备130、132、惯性导航设备130、134，或者全球定位设备130、132和惯性导航设备130、134二者。

一种用于轨道路径60的正向列车控制单元100、310可以包括：从包括以下各项的组中选择的多个不同传感器110、312：视觉成像器3112、红外成像器3114、雷达3116、多普勒雷达3116、激光传感器3118、激光测距设备3118、声传感器3122和声测距设备3122，该多个不同传感器110、312具有至少在沿着轨道路径60的预定方向上进行感测的相应视场；第一设备130、3140，其将正向列车控制单元100、310的位置表示提供为位置数据；处理器3120，多个不同传感器110、312和第一设备130、3140被耦合到该处理器3120以用于接收由此感测到的数据，其中该处理器3120将由多个不同传感器110、312感测到的数据与同获取此类数据的位置和时间对应的位置数据和时间数据相关联，由此将此类数据地理标记和时间标记为其被获取的位置和时间；数据接收器3140，其被配置成从轨道监视器330、或从道岔监视器320、或从路旁监视器310、或从其组合接收数据，并且将该数据耦合到处理器3120；通信设备3160，其被配置成至少沿着接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60进行通信；处理器3120根据由多个不同传感器110、312感测到的数据、根据位置数据并且根据由数据接收器3140接收到的数据来确定正向列车控制单元100、310相对于预定轨道路径60配置数据的位置；处理器3120根据由多个不同传感器110、312感测到的数据来确定在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60上是否存在物体；并且处理器3120根据由数据接收器3140接收到的数据来确定在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60上是否存在异常；以及（1）如果处理器3120确定物体在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60中，或者（2）如果处理器3120确定在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60中存在异常，或者（3）如果处理器3120确定（1）和（2）的任何组合，则处理器3120促使通信设备3140、3160传达轨道路径60中的物体、轨道路径60中的异常、或者这二者的警报，由此向接近正向列车控制单元100、310的列车50警告轨道路径60中的此类物体和/或异常，以使得可以调整驶近的列车50的速度。提供正向列车控制单元100、310的位置的表示的第一设备130、3140可以包括：全球定位设备3132，其确定正向列车控制单元100、310的位置并且将该位置表示为位置数据；或存储器3120，其将正向列车控制单元100、310的预定位置存储为位置数据；或确定正向列车控制单元100、310的位置并且将该位置表示为位置数据的全球定位设备3132和将正向列车控制单元100、310的预定位置存储为位置数据的存储器3120。通信设备3140、3160可以被配置成从外部源接收轨道路径60配置数据并且将该数据耦合到处理器3120。通信设备3140、3160可以被配置成将来自多个不同传感器110、312的数据、位置数据和由数据接收器3140接收到的数据传达给中央列车控制设施462。来自多个不同传感器110、312的数据和由数据接收器3140接收到的数据（其可以包括来自轨道监视器330、来自道岔监视器320和/或来自路旁监视器310的数据）可以被附以地理标记和时间标记。正向列车控制单元100、310可以与以下各项组合：轨道监视器330，其包括监视轨间隔、变形和/或完整性的传感器332；或道岔监视器320，其包括监视道岔位置和到完全转移位置的道岔闭合的传感器322；或路旁监视器310；或其任何组合；并且其中由轨道监视器330或由道岔监视器320或由路旁监视器310或由其任何组合感测到的数据被传达给处理器3120。来自多个不同传感器110、312的数据和由数据接收器3140接收到的数据（包括来自轨道监视器330、来自道岔监视器320和/或来自路旁监视器310的数据）可以被附以地理标记和时间标记。用于激活列车50上的列车控制装置220的控制信号可以促使列车控制装置220根据预定速度降低轮廓或预定安全紧急速度降低轮廓或这二者降低列车50的速度和/或停止列车50。轨道路径60的交叉口62可以在多个不同传感器110、312的相应视场内，由此由正向列车控制单元100、310来识别车辆64和轨道路径60上的或跨轨道路径60的其他物体64，并且由通信设备3140、3160来传达它们。

一种用于轨道路径60交叉口的正向列车控制单元100、310可以包括：从包括以下各项的组中选择的多个不同传感器110、312：视觉成像器3112、红外成像器3114、雷达3116、多普勒雷达3116、激光传感器3118、激光测距设备3118、声传感器3122和声测距设备3122，该多个不同传感器110、312具有至少在沿着包括其交叉口62的轨道路径60的预定方向上进行感测的相应视场；第一设备130、3140，其将正向列车控制单元100、310的位置表示提供为位置数据；处理器3120，多个不同传感器110、312和第一设备130、3140被耦合到该处理器3120以用于接收由此感测到的数据，其中该处理器3120将由多个不同传感器110、312感测到的数据与同获取此类数据的位置和时间对应的位置数据和时间数据相关联，由此将此类数据地理标记和时间标记为其被获取的位置和时间；数据接收器3140、3160，其被配置成从轨道监视器330、或从道岔监视器320、或从路旁监视器310、或从其组合接收数据，并且将该数据耦合到处理器3120；通信设备3140、3160，其被配置成至少沿着接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60进行通信；处理器3120根据由多个不同传感器110、312感测到的数据、根据位置数据并且根据由数据接收器3140接收到的数据来确定正向列车控制单元100、310相对于预定轨道路径60配置数据的位置；处理器3120根据由多个不同传感器110、312感测到的数据来确定在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60和/或其交叉口62上是否存在物体64；并且处理器3120根据由数据接收器3140、3160接收到的数据来确定接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60是否存在异常；以及（1）如果处理器3120确定物体64在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60和/或其交叉口62中，或者（2）如果处理器3120确定在接近正向列车控制单元100、310的轨道路径60中存在异常，或者（3）如果处理器3120确定（1）和（2）的任何组合，则处理器3120促使通信设备3140、3160传达轨道路径60中的物体、轨道路径60中的异常、或者这二者的警报，由此向接近正向列车控制单元100、310的列车50警告轨道路径60和/或其交叉口62中的此类物体64和/或异常，以使得可以调整驶近的列车50的速度。提供正向列车控制单元100、310的位置的表示的第一设备130、3140可以包括：全球定位设备3132，其确定正向列车控制单元100、310的位置并且将该位置表示为位置数据；或存储器3120，其将正向列车控制单元100、310的预定位置存储为位置数据；或确定正向列车控制单元100、310的位置并且将该位置表示为位置数据的全球定位设备3132和将正向列车控制单元100、310的预定位置存储为位置数据的存储器3120。正向列车控制单元100、310还可以包括数据接收器3140，其被配置成从轨道监视器330、或从道岔监视器320、或从轨道监视器330和道岔监视器320接收数据，并且将该数据耦合到处理器3120。该正向列车控制单元100、310还可以包括：通信设备3140、3160，其被配置成从外部源接收轨道路径60配置数据并且将该数据耦合到处理器3120。通信设备3140、3160可以被配置成将来自多个不同传感器110、312的数据和位置数据传达给中央列车控制设施462。正向列车控制单元100、310可以与以下各项组合：轨道监视器330，其包括监视轨间隔、变形和/或完整性的传感器332；或道岔监视器320，其包括监视道岔位置和到完全转移位置的道岔闭合的传感器322；或路旁监视器310；或其任何组合；并且其中由轨道监视器330或由道岔监视器320或由路旁监视器310或由其任何组合感测到的数据被传达给处理器3120。来自多个不同传感器110、312的数据和由数据接收器3140、3160接收到的数据（包括来自轨道监视器330、来自道岔监视器320和/或来自路旁监视器310的数据）可以被附以地理标记和时间标记。用于激活列车50上的列车控制装置220的控制信号可以促使列车控制装置220根据预定速度降低轮廓或预定安全紧急速度降低轮廓或这二者降低列车50的速度和/或停止列车50。

一种用于轨道路径60的正向列车控制单元100、320、330可以包括：附接到轨道路径60的第一轨的第一端处并且具有第二端的伸长构件324、334；在伸长构件324、334的第二端附近在距其第一端预定距离处的探测器324P、334P；传感器设备322、332，其被附接到轨道路径60的第二轨，该伸长构件324、334的第二端延伸到传感器设备322、332中，该传感器设备322、332包括用于感测探测器324P、334P的位置的位置传感器324P、334P、326、328，该位置传感器324P、334P、326、328包括：其上具有图案326、328的表面，其中表面326、328图案限定在一个维度或两个维度上相对于传感器设备322、332的位置；其中探测器324P、334P在伸长构件324、334的第二端附近并且位置传感器324P、334P、326、328的表面图案326、328协作来确定探测器324P、334P和表面图案326、328的相对位置，并且由此来确定伸长构件324、334相对于传感器设备322、332的位置；由此伸长构件324、334的探测器324P、334P和位置传感器324P、334P、326、328的表面图案326、328协作来限定第一轨相对于第二轨的位置。该第一轨和第二轨可以包括道岔60S的基本轨60R和道岔轨60C，并且由探测器324P、334P和表面图案326、328确定的相对位置是道岔轨60C相对于基本轨60R的相对位置。第一轨和第二轨可以包括一对基本上平行的基本轨，并且由探测器和表面图案确定的相对位置是第一基本轨相对于第二基本轨的相对位置。伸长构件324、334可以在相对于传感器设备322、332被附接到第二基本轨60R的位置沿着轨道路径60纵向位移的位置处被附接到第一基本轨60R，由此由探测器324P、326P和表面图案326、328确定的相对位置表示第一和第二基本轨60R的分隔、第一基本轨60R相对于第二基本轨60R的纵向位移、或这二者。表面图案326、328可以包括在表面上的预定位置中的多个邻近导电接触件326C，并且其中探测器324P、326P包括电接触件，其被配置成与表面图案326、328的多个导电接触件324P、326C中的一些电接触，由此通过多个导电接触件324P、326C中的与探测器324P、334P电接触的一个来指示探测器324P、334P相对于表面图案326、328的位置。表面图案326、328可以包括在表面上的邻近位置中的多个邻近可辨别区，并且其中探测器324P、334P包括被配置成辨别可辨别区的计算机鼠标的运动感测元件，由此通过计算机鼠标的可操作元件相对于多个可辨别区的运动来指示探测器324P、334P相对于表面图案326、328的位置。表面图案326、328可以包括在表面上的多个邻近物理可辨别特征，并且探测器324P、334P可以包括滚动球类型的计算机鼠标的移动感测元件；或者表面图案326、328可以包括在表面上的多个邻近光学可辨别特征，并且探测器324P、334P可以包括光学类型的计算机鼠标的移动感测元件。位置检测器322、332的表面上的图案326、328可以包括：在表面上的邻近位置中的多个光电检测器328；包括至少一个光发射器的位置传感器，并且探测器324P、334P可以包括：一个或多个光学反射区，其位于探测器324P、334P上以朝向多个光电检测器328反射来自光发射器的光，由此探测器324P、334P的一个或多个光学反射区相对于多个光电检测器328的位置指示探测器324P、334P相对于传感器设备322、332的位置；或一个或多个光学透射特征，其位于探测器324P、334P上以允许朝向多个光电检测器328透射来自光发射器的光，由此探测器324P、334P的一个或多个光学透射特征相对于多个光电检测器328的位置指示探测器324P、334P相对于传感器设备322、332的位置；或其组合。探测器324P、334P可以包括挡板，并且可以由通过挡板的一个或多个孔径来提供一个或多个光学透射特征。

一种用于可在轨道路径60上移动的列车50的正向列车控制方法400、800可以包括：从多个不同传感器110、312接收传感器数据，该多个不同传感器110、312是从包括以下各项的组中选择的：视觉成像器112、3112、红外成像器114、3114、雷达116、3116、多普勒雷达116、3116、激光传感器118、3118、激光测距设备118、3118、声传感器122、3122和声测距设备122、3122，该多个不同传感器110、312具有在来自列车50沿着轨道路径60的预定前视方向上进行感测的相应视场；从独立确定列车50的位置的定位设备130接收位置数据，该定位设备130包括全球定位设备132、惯性导航设备134，或者全球定位设备132和惯性导航设备134二者；将从多个不同传感器110、312接收到的传感器数据与同获取此类数据的位置和时间对应的位置数据和时间数据相关联，由此将此类传感器数据地理标记和时间标记为其被获取的位置和时间；如果在轨道监视器330、道岔监视器320、路旁监视器310或其组合的范围之内，则从此类轨道监视器330、或道岔监视器320、或路旁监视器310、或其组合接收数据；根据由多个不同传感器110、312感测到的传感器数据并且根据位置数据来确定列车50相对于预定轨道路径配置数据和列车交路顺序的位置、速度和方向；根据由多个不同传感器110、312感测到的传感器数据来确定在列车50行进的方向上在前方的轨道路径60上是否存在物体；根据从此类轨道监视器330、道岔监视器320、路旁监视器310、或其组合接收到的数据来确定在列车50行进的方向上在前方接近的轨道路径60中是否存在异常；以及（1）如果确定列车50的位置、速度和/或方向不同于列车交路顺序中限定的位置、速度和/或方向，或者（2）如果确定物体在列车50前方的轨道路径60中，或者（3）如果确定在列车50前方的轨道路径60中存在异常，或者（4）如果（1）、（2）和（3）的任何组合被确定，则向报警设备200、210传达警报或传达用于列车控制装置200、220的控制信号，或进行这二者。正向列车控制方法400、800还可以包括：从外部源接收列车交路顺序数据和轨道路径配置数据。正向列车控制方法400、800还可以包括：将来自多个不同前视传感器110、312的传感器数据、或来自全球定位设备130、132以及来自惯性导航设备130、134的位置数据、或从轨道监视器330、从道岔监视器320和/或从路旁监视器310接收到的数据传达给中央列车控制设施。来自多个不同前视传感器110、312的数据和从轨道监视器330、从道岔监视器320和/或从路旁监视器310接收到的数据被附以地理标记和时间标记。为列车控制装置200、220传达的控制信号促使列车控制装置220根据预定速度降低轮廓或预定安全紧急速度降低轮廓或这二者降低列车50的速度和/或停止列车50。当位置数据是针对列车50的第一端52、100的时，方法400、800还可以包括：接收针对列车50的远离列车50的第一端52、100的第二端230的位置数据；通过将针对列车50的第一端52、100的位置数据与针对列车50的第二端230的位置数据进行比较来确定列车50的长度；以及如果列车50的长度改变多于预定长度差，则：向报警设备200、210传达警报或向列车控制装置200、220传达控制信号以至少降低列车50的速度，或进行这二者。

如这里所使用的，术语“大约”意指维度、尺寸、公式、参数、形状和其他量和特性不是并且不需要是精确的，而是可能接近和/或更大或更小（根据需要），从而反映公差、转换因子、舍入、测量误差等等、以及本领域技术人员已知的其他因素。一般来说，维度、尺寸、公式、参数、形状或者其他量或特性是“大约的”或者“近似的”，无论是否明确这样阐述。要注意，非常不同的尺寸、形状和维度的实施例可以采用所述布置。

如这里所使用的，“列车”意图包括可在“轨道”或“轨道路径”上或者沿着“轨道”或“轨道路径”（不管“轨道路径”的长度如何）移动的一个或多个任何车辆，包括但不限于：一个或多个车厢以及/或者一个或多个火车头单元（无论集成到一个或多个车厢还是与它们分离并且不管是否从事长距离、区域的、本地和/或通勤者、乘客和/或货物的服务）的铁路列车、有轨和无轨电车、单轨车辆、轻轨车辆、磁悬浮车辆、机动车辆、自主车辆和任何其他类似车辆。列车可以自主地、具有或不具有人类辅助、或通过工程师或其他车载操作员、或通过远离列车定位的操作员或其他控制员、或其任何组合地操作。

如这里所使用的，“轨道”或“轨道路径”意图包括引导或以其他方式限制其上“列车”的行进的自由度的任何路径或结构，包括但不限于：轨道、无论具有一个或两个还是多个轨的铁道、标准的、窄的或任何其他规格的铁道、导引物和/或导轨、电控导轨、磁悬浮导引物和/或导轨、道路和/或车行道、电控道路和/或车行道、单轨、水道、渠道等等。典型地，“轨道”或“轨道路径”将列车的运动限制到或意图将列车的运动限制到基本上一个维度（例如向前和向后），尽管可能存在在另一维度上（例如左右和/或上下）上受限的所允许运动。“轨道路径”通常在这里被简单称为“轨道”，并且术语被视为基本上等同且可互换的。

如这里所使用的，“正向列车控制单元”指的是包含如这里描述的各种传感器以及其其他设备的一个或多个物理单元或模块，或者指的是当被连接以便可操作为如这里描述的正向列车控制单元时这里描述的各种传感器和其他设备。当被连接以便可操作为如这里描述的正向列车控制单元时，集成到列车中（例如为此集成到引擎或火车头）的连接的传感器和其他设备的集合被视为要成为正向列车控制单元。

如这里所使用的，轨的和/或轨道路径的“异常”包括以下任意状况：轨道路径的道岔轨的转移的物理间隔和/或对准和/或完全性不在规定的配置和/或公差之内的情况、或者轨道路径的和/或轨道路径的轨的物理间隔和/或对准不在规定的配置和/或公差之内的情况。

在这里使用的GPS指的是美国的全球定位系统及其卫星星群，以及指的是基于任何其他无线电通信的地理定位或位置确定和/或导航系统和辅助设备，包括但不限于俄罗斯Glonass、Galileo、IRNSS和/或BEIDOU -2系统。

尽管为了方便可以在这里在描述本布置的一个或多个实施例和/或使用中使用诸如“向上”、“向下”、“向左”、 “向右”、 “朝上”、“朝下”、“前”、“后”、“侧”、“端”、“顶”、“底”、 “向前”、“向后”、“在下面”和/或“在上面”、“垂直的”、“水平的”等等之类的术语，但是可以以任何期望的取向来定位所描述的物品和/或可以以任何期望的位置和/或取向来利用所述物品。位置和/或取向的此类术语应该被理解为仅为了方便，并且不应该被理解为限制所要求保护的发明。

此外，被阐述为“最优”或“视为最优”的那些可以处于或可以不处于真正最优的状况，而是由于根据设计者限定的决策规则和/或准则和/或适用的控制功能所选择的该状况被视为期望的或可接受的“最优”，例如可以根据可影响可见性的天气和其他状况、可影响制动能力和/或停止距离的降水量和其他湿气、可影响操作的一个或多个任何其他状况来动态调整移动闭塞限制，以便在此类一个或多个状况下将移动闭塞动态调整为合意的。

在这里所使用的术语电池指的是包括一个或多个电化学电池和/或燃料电池的电化学设备，并且所以电池可以包括单个电池或多个电池，不管是个体单元或封装的单元。电池是适用于便携式设备的一种类型的电力电源的一个示例。其他设备可以包括燃料电池、超级电容器、太阳能电池等等。前述的任一个可以意图用于一次性使用或用于可再充电的或用于这二者。

尽管已经就前述示例实施例描述了本发明，但是如由后面的权利要求限定的本发明的范围和精神内的变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，在其中存在对附加传感器的需要的应用中可以增加正向列车控制单元100的和/或路旁单元310的传感器110、312的数目和/或类型，以及/或者在其中不需要特定传感器的应用中可以减小它们。

类似地，可提供的通信设备140、160、3140、3160的类型和种类可以被增加和/或减少成与可应用于特定应用的需要和期望一致。例如，如果路旁监视器310或道岔监视器320或跟踪监视器330要被定位于远程位置（例如远离其他电子设备），则仅需要提供更长距离的通信设备。

尽管某些特征可以被描述为凸出特征（例如脊状、圆凸、凸缘、突起物或其他凸出特征），但是此类特征可以被正向地形成，或者可以是在制成凹入特征（例如沟、槽、洞、凹陷、凹处或其他凹入特征）之后留下的那些。类似地，尽管某些特征可以被描述为凹入特征（例如沟、槽、洞、凹陷、凹处或其他凹入特征），但是此类特征可以被正向地形成，或者可以是在制成凸出特征（例如脊状、圆凸、凸缘、突起物或其他凸出特征）之后留下的那些。

为了任何目的以及为了所有目的，由此通过参考将这里识别的美国临时申请、美国专利申请和/或美国专利中的每一个以其整体结合于此，不管它如何被参考或者这这里如何被描述。

最后，所阐述的数值是典型或示例值，不是限制值，并且不排除实质上更大和/或实质上更小的值。任何给定实施例中的值可以比所阐述的示例或典型值实质上更大和/或实质上更小。