基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置的制作方法

本公开涉及一种有轨电车路口安全区域控制装置，尤其涉及一种基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置。

背景技术：

现代有轨电车在公共交通体系中能够承担城市主干线路公交客运，或者作为地铁轻轨构建区域的补充公共交通网络，其运行线路多为城市道路改造而成，线路不完全封闭，存在与地面公共交通的平面交叉路口。在平面交叉路口有轨电车与其他交通工具、行人存在相互干扰，导致有轨电车通过平面交叉路口时行车速度降低，影响有轨电车的路口通过能力。同时，国内城市道路交通情况复杂，相交道路的各种车辆及其行人都在路口汇集、通过或转换方向，给现代有轨电车的运营安全带来诸多隐患。

现代有轨电车与城市地铁、轻轨路权形式不同，大部分线路都属于半独立或混合路权，其不同于铁路、地铁、轻轨等其他轨道交通完全封闭的运行环境这一特点，使得其无法采用轨道交通信号系统中的闭塞控制来保证列车运行安全，因此现代有轨电车驾驶方式与公交类似，由司机目视人工驾驶车辆，司机根据列车速度判断并保持与前车的距离。

目前，现代有轨电车大多采用路口优先控制系统，通过在平交路口接近和离去两个方向设置检测设备，检测到列车通过信息，发送给社会车辆交通灯控制系统，由社会车辆交通灯控制系统进行路口交通相位转换，司机根据路口交通信号灯行车，保证行车安全。但现有的路口优先控制系统只实现向社会车辆交通灯控制系统发送列车通过路口信息，复示路口交通信号灯，没有考虑与有轨电车的信号系统的相关性。通过对国内外已运营现代有轨电车线路运营情况及发生的事故进行分析，绝大部分事故都是由于社会车辆平面交叉路口转弯抢行，社会车辆在轨行区内行驶、停车，行人横越轨行区，行人任意闯红灯等外部因素引起，司机未及时发现、发现后反应处理时间不够、驾驶员操作失误等原因造成。半独立路权和司机目视人工驾驶导致有轨电车的运营安全、运输效率极大的依赖于司机驾驶状态和经验，使得司机长时间处于高度紧张、注意力高度集中的状态，给有轨电车的运营安全带来诸多隐患。改变现代有轨电车路口的交通控制方案，构建有轨电车路口安全区域，对于保障有轨电车安全、高效通过平面交叉路口,实现信号闭塞控制等有着重要的意义。

目前国内已运营的现代有轨电车，大多采用路口优先控制系统辅助有轨电车通过平面交叉路口。目前现代有轨电车采用的路口优先控制系统只针对与社会交通控制单元的交互，采集列车位置信息传递给社会交通控制单元，通过交通信号灯相位控制对列车通过路口进行简单防护，存在很多问题，例如：

1、路口优先控制系统并未考虑非独立路权条件下，其他交通方式(如行人、社会车辆等)在平面交叉路口转弯抢行，任意闯红灯等外部因素对于有轨电车通过路口的安全防护，这也是造成有轨电车运营安全事故的主要因素。

2、路口优先控制系统未能解决现代有轨电车非封闭运行环境问题，无法结合现代有轨电车信号系统对有轨电车进行闭塞控制，实现列车运行安全防护。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本公开结合计算机技术、自动控制技术、人工智能技术、通信技术，采用基于轨旁固定设备的平面交叉路口安全区域控制装置，与路口社会交通控制单元协同控制，将有轨电车平面交叉路口构造成一个虚拟的安全封闭区域，形成满足轨道交通信号系统闭塞控制要求的完全封闭运行环境。

本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置，通过以下技术方案实现。

基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置，包括列车位置检测系统、路口安全区域控制系统和路口环境感知系统；所述路口环境感知系统实时采集路口的环境状态信息，并将所述环境状态信息传送给所述路口安全区域控制系统；所述列车位置检测系统包括列车位置地面检测装置；所述列车位置地面检测装置的第一地面检测装置和第二地面检测装置依次安装在平面交叉路口的列车进入方向，所述第一地面检测装置用于接收列车特征信息和优先通过请求信息并发送给所述路口安全区域控制系统，所述第二地面检测装置用于接收列车特征信息和列车接近路口的状态信息并发送给所述路口安全区域控制系统。

其中，所述第一地面检测装置的设置位置为保证有轨电车可按正常运营速度v，无需降低正常运营速度通过平交路口。即第一地面检测装置距离有轨电车路口专用信号灯的距离d＝正常运营速度v*车载控制系统发出优先通过请求到路口专用信号灯完成开放的时间间隔t+一定的安全裕量。

其中，所述第二地面检测装置是设置位置与有轨电车通过路口运行速度有关，为安全起见，安装位置按正常运营速度v行驶时可以安全制动的距离，用于保证有轨电车到达该位置路口专用信号灯为禁止通过时，有轨电车制动并能在路口专用信号灯前方停车。即第二地面检测装置距离有轨电车路口专用信号灯的距离d＝正常运营速度v*路口安全区域控制系统采集到列车通过且车载控制系统接收到路口专用信号灯无法开放信息的时间间隔t+列车实施制动后在路口专用信号灯前停车前行驶的距离+一定的安全裕量。所述路口安全区域控制器可安装在路口旁的机柜中或其他合适位置。所述路口环境感知系统安装在平面交叉路口的适当位置，可采用高精度的传感器来实现，如选用摄像头、激光雷达、毫米波雷达、红外线等一种或几种传感器的组合，实时采集路口的环境状态信息，并可将环境状态信息进行预处理后传送给路口安全区域控制器。

进一步地，所述列车位置地面检测装置的第三地面检测装置安装在平面交叉路口的列车离去方向，用于检测确认有轨电车是否已经完全离开平面交叉路口并将所述检测确认的信息发送给所述路口安全区域控制系统。

进一步地，有轨电车在经过所述列车位置地面检测装置时，车载控制系统通过列车位置车载检测装置获取所述列车位置地面检测装置的数据，修正自身位置。

进一步地，所述路口安全区域控制系统将平面交叉路口区域划为路口虚拟安全区域，根据路口专用信号灯的相位状态和接收自所述路口环境感知系统的环境状态信息，判别所述路口虚拟安全区域是否满足通行条件，并将判别结果发送给所述车载控制系统；所述车载控制系统根据所述判别结果控制有轨电车运行。

其中，路口虚拟安全区域为路口安全区域控制系统中虚拟划分的逻辑虚拟区域，用于将有轨电车在平交路口的非封闭部分在路口安全区域控制系统中作为一个逻辑虚拟区域来考虑，以便将有轨电车整个运行线路构造成封闭运行环境。路口虚拟安全区域的长度一般以平交路口进口和平交路口出口作为分割，宽度以有轨电车线路限界并增加一定余量来考虑，具体区域划分可根据实际需求进行调整。

进一步地，所述路口安全区域控制系统根据接收到的所述优先通过请求信息，向路口社会交通控制器请求开放信号，所述路口社会交通控制器控制路口社会交通信号灯的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制系统，所述路口安全区域控制系统根据所述路口社会交通信号灯的相位状态同步控制路口专用信号灯的相位状态。

其中，所述路口社会交通控制器可安装在平交路口路旁(也可和路口安全区域控制器安装到同一机柜)，用于接收路口安全区域控制器发送的列车接近、占用、出清路口信息，根据路口优先策略，控制路口社会交通信号灯的相位状态，同时将相位状态发送给路口安全区域控制器,同步控制路口专用信号灯的相位状态。

其中，路口安全区域控制器通过路口环境感知系统实时采集路口环境状态信息，优选的，在对所述路口环境状态信息进行环境建模、融合、识别后，对路口虚拟安全区域中的可能侵入目标进行识别。

进一步地，当有轨电车到达所述第一地面检测装置时，所述第一地面检测装置通过所述列车位置车载检测装置向所述车载控制系统传输列车接近路口的检测点信息，并接收所述车载控制系统通过所述列车位置车载检测装置发送的列车特征信息和优先通过请求信息，并转发给所述路口安全区域控制系统。

进一步地，当有轨电车通过所述第一地面检测装置，到达所述第二地面检测装置时，所述第二地面检测装置通过所述列车位置车载检测装置向所述车载控制系统传输列车到达路口的检测点信息，并接收所述车载控制系统通过所述列车位置车载检测装置发送的列车特征信息和列车接近路口状态信息，并转发给所述路口安全区域控制系统。

进一步地，当有轨电车通过所述第二地面检测装置，到达第三地面检测装置时，所述第三地面检测装置通过所述列车位置车载检测装置向所述车载控制系统传输列车到达出清路口的检测点信息，并接收所述车载控制系统通过所述列车位置车载检测装置发送的列车特征信息，并转发给所述路口安全区域控制系统。

进一步地，所述路口安全区域控制系统将列车出清路口信息转发给路口社会交通控制器，路口社会交通控制器控制路口社会交通信号灯的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制系统，所述路口安全区域控制系统同步控制路口专用信号灯的相位状态。

进一步地，本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置还可包括网络设备、控制中心服务器和车载定位装置。

其中，所述车载定位装置安装在有轨电车上，选用gps/bd技术、测速单元为主，辅以列车位置检测装置为有轨电车定位，车载控制器根据gps/bd模块定位数据以及里程计数据实时计算有轨电车当前位置，并将位置上传至控制中心服务器。在正常情况下，车载控制器以测速单元数据为基础数据，gps/bd定位数据为辅助数据；当测速单元存在故障时，将降级使用gps/bd数据进行位置计算。有轨电车在运行过程中，可能存在车轮“打滑”或者空转，这就造成里程计统计的数据存在误差，通过在线路沿线部署列车位置检测装置，用于车载控制器对自身定位数据进行校正，满足定位精度要求。

其中，所述网络设备用于列车位置检测装置、路口安全区域控制器、路口环境感知系统、车载控制器、路口专用信号灯、控制中心服务器之间的网络传输。车载控制器与控制中心服务器通过无线网络进行数据传输，列车位置地面检测装置、路口安全区域控制器、路口环境感知系统、路口专用信号灯、控制中心服务器之间，以及列车位置车载检测装置与车载控制器之间可通过局域网进行数据传输。

其中，所述控制中心服务器安装在控制中心，用于接收车载控制器发送的列车位置等状态信息，接收路口安全区域控制器发送的路口状态信息，通过调度工作站显示线路实时信息，以便调度员监控线路状态。

进一步地，对所述环境状态信息进行建模时的建模步骤如下：

1)实时采集平面交叉路口区域的图像信息(例如通过摄像头)；

2)提取所述图像信息中的目标的特征信息，对所述目标进行标定；

3)采集平面交叉路口区域周围环境的三维信息(例如通过激光雷达)；

4)根据存储在所述路口安全区域控制器(601)中的平面交叉路口的电子地图，将步骤1)采集的图像信息和步骤3)采集的三维信息进行标识，实现平面交叉路口的环境建模。

进一步地，对所述环境信息进行建模后的融合步骤如下：

a)将多个不同环境感知设备的检测数据转换到路口虚拟安全区域的坐标系下，对多个环境感知设备进行联合标定；

b)从上述图像信息和三维信息中选取特定标定物(例如：路口轨道上的某个点)；

c)通过特定标定物来获取标定物在图像信息和三维信息上的相对应特征点；

d)通过同一特征点来实现图像信息采集装置坐标系与三维信息采集装置坐标系的统一，完成两个坐标系的空间对准。

其中，图像采集装置例如摄像头，三维信息采集装置例如激光雷达。

进一步地，在上述融合步骤之后，还包括识别步骤：

a)基于已完成融合步骤的各环境感知设备所采集到的目标物征信息，将路口虚拟安全区域中障碍物(例如：某个闯红灯的且已侵入路口虚拟安全区域的社会车辆)目标特征信息进行提取；

b)分析并获取可能或已侵入路口虚拟安全区域的目标；

c)通过实时感知的环境状态信息，分析可能或已侵入路口虚拟安全区域的目标的运动趋势；

d)如果检测到影响有轨电车安全通过路口虚拟安全区域的目标，路口安全区域控制器将路口虚拟安全区域通行状态实时传送给车载控制器；如果未检测到影响有轨电车安全通过路口虚拟安全区域的目标，继续重复步骤a-c。

e)有轨电车未获得平面交叉路口通行权限时，所述环境感知系统不进行环境障碍物目标识别。

本公开的有益效果：

通过构建路口虚拟安全区域，将有轨电车非完全封闭运行环境构造成完全封闭环境，使得有轨电车信号控制满足信号闭塞控制条件。

通过在平交路口旁适当位置安装环境感知装置，实时采集有轨电车运行环境状态信息，进行环境建模、融合、识别，并结合路口安全区域控制器、列车位置检测装置的信息，实现了路口虚拟安全区域的安全性判别。

采用列车位置检测装置、路口安全区域控制器、路口环境感知装置等构建一个基于路口固定设备的路口虚拟安全区域控制系统，每个路口配置一套，对于有轨电车配置数量较多但路口数量较少时，能显著减少路口设备数量，降低设备维护工作量。

路口虚拟安全区域相比采用物理安全区域可以根据有轨电车运营速度、平交路口社会交通限速等情况的变化灵活调整，增加了系统灵活性。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置的原理示意图。

图2是本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置设置的路口虚拟安全区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图1所示，本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置包括列车位置检测系统101,102,103,104,105、路口安全区域控制系统601和路口环境感知系统301,302；路口环境感知系统301,302实时采集路口的环境状态信息，并将环境状态信息传送给路口安全区域控制系统601；列车位置检测系统包括列车位置地面检测装置101,102,103；列车位置地面检测装置101,102,103的第一地面检测装置101和第二地面检测装置102依次安装在平面交叉路口的列车进入方向，第一地面检测装置101用于接收列车特征信息和优先通过请求信息并发送给路口安全区域控制系统601，第二地面检测装置102用于接收列车特征信息和列车接近路口的状态信息(状态信息即列车已接近路口并将通过路口)并发送给所述路口安全区域控制系统601。

列车位置地面检测装置101,102,103的第三地面检测装置103安装在平面交叉路口的列车离去方向，用于检测确认有轨电车是否已经完全离开平面交叉路口并将所述检测确认的信息发送给所述路口安全区域控制系统601。

有轨电车在经过所述列车位置地面检测装置101,102,103时，车载控制系统401,402通过列车位置车载检测装置104,105获取所述列车位置地面检测装置101,102,103的数据，修正自身位置。

所述路口安全区域控制系统601将平面交叉路口区域划为路口虚拟安全区域901，根据路口专用信号灯201的相位状态和接收自所述路口环境感知系统301,302的环境状态信息，判别所述路口虚拟安全区域901是否满足通行条件，并将判别结果发送给车载控制系统401,402；车载控制系统401,402根据所述判别结果控制有轨电车运行。

所述路口安全区域控制系统601根据接收到的所述优先通过请求信息，向路口社会交通控制器801请求开放信号，所述路口社会交通控制器801控制路口社会交通信号灯701的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制系统601，所述路口安全区域控制系统601根据所述路口社会交通信号灯701的相位状态同步控制路口专用信号灯201的相位状态。

当有轨电车到达所述第一地面检测装置101时，所述第一地面检测装置101通过所述列车位置车载检测装置104,105向所述车载控制系统401,402传输列车接近路口的检测点信息(即告知车载控制系统401,402，目前列车将到达路口的第一地面检测装置101，该检测装置101的id、位置、所在路口、类型，是第一地面检测装置101等检测装置的基础信息，即检测点信息)，并接收所述车载控制系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息和优先通过请求信息，并转发给所述路口安全区域控制系统601。

当有轨电车通过所述第一地面检测装置101，到达所述第二地面检测装置102时，所述第二地面检测装置102通过所述列车位置车载检测装置104,105向所述车载控制系统401,402传输列车到达路口的检测点信息，并接收所述车载控制系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息和列车接近路口状态信息，并转发给所述路口安全区域控制系统601。

当有轨电车通过所述第二地面检测装置102，到达第三地面检测装置103时，所述第三地面检测装置103通过所述列车位置车载检测装置104,105向所述车载控制系统401,402传输列车到达出清路口的检测点信息，并接收所述车载控制系统401,402通过所述列车位置车载检测装置104,105发送的列车特征信息，并转发给所述路口安全区域控制系统601。

所述路口安全区域控制系统601将列车出清路口信息转发给路口社会交通控制器801，路口社会交通控制器801控制路口社会交通信号灯701的相位状态，并将该相位状态发送给所述路口安全区域控制系统601，所述路口安全区域控制系统601同步控制路口专用信号灯201的相位状态。

本公开的基于固定设备的有轨电车路口安全区域控制装置还可包括网络设备501,502,503,504、控制中心服务器1001和车载定位装置1101,1102,1103,1104。

其中，所述车载定位装置1101-1104安装在有轨电车上，选用gps/bd技术、测速单元为主，辅以列车位置检测装置为有轨电车定位，车载控制器401,402根据gps/bd模块定位数据以及里程计数据实时计算有轨电车当前位置，并将位置上传至控制中心服务器1001。在正常情况下，车载控制器401,402以测速单元数据为基础数据，gps/bd定位数据为辅助数据；当测速单元存在故障时，将降级使用gps/bd数据进行位置计算。有轨电车在运行过程中，可能存在车轮“打滑”或者空转，造成里程计统计的数据存在误差，通过在线路沿线部署列车位置检测装置，用于车载控制器401,402对自身定位数据进行校正，满足定位精度要求。

其中，所述网络设备501-504用于列车位置检测装置、路口安全区域控制器601、路口环境感知系统301,302、车载控制器401,402、路口专用信号灯201、控制中心服务器1001之间的网络传输。车载控制器与控制中心服务器通过无线网络进行数据传输，列车位置地面检测装置、路口安全区域控制器、路口环境感知系统、路口专用信号灯、控制中心服务器之间，以及列车位置车载检测装置与车载控制器之间可通过局域网进行数据传输。

其中，所述控制中心服务器1001安装在控制中心，用于接收车载控制器401,402发送的列车位置等状态信息，接收路口安全区域控制器601发送的路口状态信息，通过调度工作站显示线路实时信息，以便调度员监控线路状态。

所述路口安全区域控制系统601对所述环境状态信息进行建模，建模步骤如下：

1实时采集平面交叉路口区域的图像信息；

2提取所述图像信息中的目标的特征信息，对所述目标进行标定；

3采集平面交叉路口区域周围环境的三维信息；

4根据存储在所述路口安全区域控制器601中的平面交叉路口的电子地图，将步骤1)采集的图像信息和步骤3采集的三维信息进行标识，实现平面交叉路口的环境建模。

对所述环境信息进行建模后的融合步骤如下：

a)将多个不同环境感知设备的检测数据转换到路口虚拟安全区域的坐标系下，对多个环境感知设备进行联合标定；

b)从上述图像信息和三维信息中选取特定标定物(例如：路口轨道上的某个点)；

c)通过特定标定物来获取标定物在图像信息和三维信息上的相对应特征点；

d)通过同一特征点来实现图像信息采集装置坐标系与三维信息采集装置坐标系的统一，完成两个坐标系的空间对准。

其中，图像采集装置例如摄像头，三维信息采集装置例如激光雷达。

在上述融合步骤之后，还包括识别步骤：

a)基于已完成融合步骤的各环境感知设备所采集到的目标物征信息，将路口虚拟安全区域中障碍物(例如：某个闯红灯的且已侵入路口虚拟安全区域的社会车辆)目标特征信息进行提取；

b)分析并获取可能或已侵入路口虚拟安全区域的目标；

c)通过实时感知的环境状态信息，分析可能或已侵入路口虚拟安全区域的目标的运动趋势；

d)如果检测到影响有轨电车安全通过路口虚拟安全区域的目标，路口安全区域控制器将路口虚拟安全区域通行状态实时传送给车载控制器；如果未检测到影响有轨电车安全通过路口虚拟安全区域的目标，继续重复步骤a-c。

e)有轨电车未获得平面交叉路口通行权限时，所述环境感知系统不进行环境障碍物目标识别。

图2示例性的示出了路口虚拟安全区域901的划分步骤：

1)在列车运行方向即方向1，由路口专用信号灯201确定路口虚拟安全区域901在方向1的起始点；

2)在列车运行方向即方向1，由平面交叉路口离去方向的第三列车位置地面检测装置103确定路口虚拟安全区域901在方向1的终点；

3)路口虚拟安全区域901在方向1的起始点可以根据有轨电车的运行速度进行调整；

4)在方向2，路口虚拟安全区域901的范围主要由3部分组成，1为有轨电车线路限界；2为有轨电车路口环境感知装置301、302检测到社会车辆、行人等朝有轨电车线路限界方向的运动趋势后，车载控制系统发出制动指令时社会车辆、行人的移动距离，可根据道路等级、路口限速等实际情况计算；3为安全裕量；

5)路口虚拟安全区域901范围可以根据道路等级、路口交通情况等实际情况进行设置调整。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。