用于监视铁路平交道口的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

该申请要求于2018年1月24日向美国专利商标局提交的美国临时申请no.62/621,071的权益，其内容通过引用整体并入本文。

背景

1、技术领域

本公开的各方面总体上涉及用于监视铁路平交道口的系统和方法。

2、

背景技术：

铁路平交道口，在本文中也称为平交道口、水平道口或简称为道口，是铁轨与道路相交的位置。已经开发出警告系统来警告人们和汽车在铁路平交道口接近的火车。自然地，尽可能避免在平交道口发生事故是至关重要的。例如，火车出轨可能是灾难性事件。火车因机动车辆或行人而撞车通常会导致致命的后果。

恒定警告时间装置，也称为平交道口预测器(gcp)或水平道口预测器，是一种电子装置，其连接到铁轨的轨道并配置为检测接近的火车的存在并确定其速度以及与铁路平交道口的距离。恒定警告时间装置与道口控制器相结合，将使用此信息来生成恒定警告时间信号，以控制道口警告装置。

道口警告装置是警告火车在道口接近的装置，其示例包括带有门臂的道口门(例如，常见于高速公路平交道口的红白条纹的木或玻璃纤维臂，用以警告驾驶员有接近的火车)，道口灯(例如经常在高速公路平交道口与上述道口门臂结合使用的红色闪烁灯)和/或道口铃或其他音频警报装置。

此外，车辆存在检测系统可以与道口门结合实施，例如以确保在道口门关闭或打开之前清除道口内的交通。车辆存在检测系统通常在高火车频率和交通流量的平交道口实施。实施车辆存在检测系统的其他因素可以包括车道宽度，轨道宽度和多条轨道，从相邻的交叉路口、车道等排队，平交道口几何形状，驾驶员行为等。

当前，使用感应回路来实现车辆存在检测系统。施工人员在平交道口的两侧挖部分道路，并安装感应回路和相关的电缆。四车道道口(双向两个车道)通常需要12-16个感应回路和电缆才能连接到位于道口机柜中的控制系统。机柜位于道口附近，并容纳平交道口的电力电子装置，控制系统，安全警报等。当前的解决方案足够有效；但是，安装感应回路既昂贵又费时。此外，维护感应回路和相关装置可能很昂贵。

技术实现要素：

本公开的简要描述的各方面涉及用于监视铁路平交道口的系统和方法。

本公开的第一方面提供了一种用于监视铁路平交道口的系统，该系统包括：用于照亮铁路平交道口的路段的照明装置，以及与该照明装置通信的控制装置，其中照明装置配置为在照亮铁路平交道口的路段的同时获取该路段的数据，其中控制装置配置为接收和评估所述数据。

本公开的第二方面提供了一种用于监视铁路平交道口的方法，该方法包括：在通过至少一个照明装置照亮铁路平交道口的路段的同时，获取该路段的数据；通过与至少一个照明装置通信的控制装置接收数据；以及通过控制装置评估数据，其中控制装置配置为与激活道口警告装置的部件通信。

附图说明

图1示出了根据本公开的示例性实施例的具有四象限门的已知铁路平交道口的示意图。

图2示出了根据本公开的示例性实施例的具有监视系统的铁路平交道口的示意图。

图3示出了根据本公开的示例性实施例的监视系统的系统架构的第一示意图。

图4示出了根据本公开的示例性实施例的监视系统的系统架构的第二示意图。

图5示出了根据本公开的示例性实施例的监视系统的系统架构的第三示意图。

图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于监视铁路平交道口的方法的流程图。

具体实施方式

为了促进对本发明的实施例、原理和特征的理解，在下文中参考说明性实施例中的实施方式对它们进行解释。特别地，在监视铁路平交道口的系统和方法的背景下对它们进行了描述。然而，本发明的实施例不限于在所描述的装置或方法中使用。

在下文中描述为构成各种实施例的部件和材料旨在是说明性的而非限制性的。与本文描述的材料执行相同或相似功能的许多合适的部件和材料旨在被包含在本发明的实施例的范围内。

图1示出了根据本公开的示例性实施例的具有四象限门的已知铁路平交道口100的示意图。铁路平交道口100设置在道路102与铁轨104交叉的位置。车辆106沿着道路102在两个方向上行驶。

道口100包括多个铁路道口警告装置，也称为平交道口警告装置，其警告车辆106在道口100处有火车接近。铁路道口警告装置包括四象限门，该四象限门包括两个入口门110和两个出口门120。入口和出口门110、120限制进入轨道交叉区域108。门110、120包括具有或不具有沿臂间隔开的门臂灯的门臂。除了门110、120之外，还安装了道口灯具(或灯)130。其他的铁路道口警告装置可以包括铁路道岔，道口铃或其他音频警报装置。

提供道口100作为道口的示例。每个道口可以包括不同的道口警告装置。同样，有不同类型的道口门。标准门，也称为两个象限门，由两个入口门组成，可防止接近的车辆进入交叉区域108。实施四象限门以防止驾驶员在降低的入口门110周围非法驾驶车辆。

道口警告装置110、120、130通过例如电缆的连接元件142与平交道口预测器(gcp)系统140通信。示出了gcp系统140与道口警告装置110、120、130之间的连接仅是示例性的，用于某些道口警告装置110、120、130。此外，应当注意，部件示意性地示出并且未按比例绘制，特别是未相对于彼此按比例绘制。

如前所述，gcp系统140结合安装在轨道104中的电路，配置为检测接近的火车的存在，确定其速度和与铁路道口100的距离，计算火车何时将到达道口100，并将使用此信息来生成恒定的警告时间信号，以控制道口警告装置110、120、130。典型地，道口控制器，例如可以是正常通电的主继电器，布置在gcp系统140和警告装置110、120、130之间，例如沿着连接元件142并由其可操作地联接，其中gcp系统140的输出给主继电器的线圈供电。根据预编程的时间(例如，几秒钟和/或几分钟)，在接近的火车的预计到达时间之前，gcp系统140配置为使得给主继电器线圈供电的输出关闭以放下主继电器并激活道口警告装置110、120、130。道口控制器的其他配置是可能的。应当注意，由于本领域普通技术人员熟悉这些装置和系统，因此将不进一步详细描述gcp系统140，主继电器(道口控制器)和警告时间装置110、120、130。

铁路平交道口100还可以包括与入口门和出口门110、120结合的车辆存在检测系统，主要用于将出口门120保持在升高的位置，直到清除道口区域108内的交通。车辆存在检测系统由位于入口/出口门110、120与轨道交叉区域108中的铁轨104之间的感应回路150(以虚线表示)实现和图示。感应回路150安装在道路102中，并提供对车辆(例如车辆106)的电磁检测。安装多个感应回路150是昂贵且耗时的。此外，维护感应回路和相关装置可能很昂贵。

新的传感器技术提供了避免开挖道路的机会，从而减少了安装和时间以及维护成本，并具有实时检测和分类大量现实事件并做出相应反应的能力。

图2示出了根据本公开的示例性实施例的用于监视铁路平交道口250的系统200。系统200在本文中也称为监视系统200。道路202在道口250处与铁轨204交叉。接近道口250的车辆交通由箭头示出。

铁路平交道口250包括二象限门，其包括两个入口门210。入口门210限制进入轨道交叉区域208，也称为交叉区域。轨道交叉区域208(图2中的阴影区域)是道路202和铁轨204共同的区域，特别是在入口门210和出口门之间(如果已安装)。

入口门210包括具有或不具有沿臂间隔开的门臂灯的门臂。其他的道口警告装置可以包括道口灯，铁路道岔，道口铃或其他音频警报装置。应当注意，铁路平交道口250是与系统200结合使用的示例。然而，如图1所示的道口100或铁路平交道口的许多其他实施例可以与监视系统200结合使用。

系统200包括至少一个照明装置220，用于照明道口250的路段。图2的示例性实施例包括布置在铁轨206的相对侧以及道路204的相对侧的两个照明装置220、230。系统200可以包括多于两个的照明装置220、230，例如位于道口250的不同点处的三个或四个照明装置。照明装置220、230基本相同并且包括相同的主要功能。每个照明装置220、230配置为在照亮铁路平交道口250的路段的同时获得该路段的数据，其中，该路段具体地是交叉区域208的路段。

控制装置240与照明装置220、230通信。控制装置240配置为接收和评估照明装置220、230的数据。此外，控制装置240配置为基于照明装置220、230的数据来检测、跟踪和分类该路段内的对象。在另一个实施例中，控制装置240配置为与激活道口警告装置的部件(例如入口门110)通信。

在照明的同时，照明装置220、230扫描道口250的周围和外围并获得由控制装置240评估的数据。控制装置240例如由一个或多个软件应用程序配置为检测、跟踪和分类关键交叉区域208内和周围的对象，例如汽车和行人。一旦在交叉区域208中检测到对象，就可以执行预定义的动作。例如，如果在交叉区域208内检测到车辆或行人，并且火车正在接近道口250，则可以激活灯和/或声音以警告驾驶员或行人离开道口250。此外，如果存在入口门210和/或出口门，则可以将其升起，以使车辆或其他对象能够离开交叉区域208。

每个照明装置220、230包括激光雷达传感器。激光雷达(lidar)代表“光检测和测距”，是一种现代的测量方法，它通过用905nm的脉冲激光照射目标并使用传感器来测量反射脉冲来测量目标的距离。激光返回时间(飞行时间)和波长的差异将返回点云，可以从该点云进行目标的数字3d重建。附加处理可提供实时成像和对象分类，例如在汽车，卡车，自行车，人和固定对象上。

根据示例性实施例，每个照明装置220、230包括激光雷达传感器，其中，激光雷达传感器包括至少一个激光束，该激光束配置为每秒绕360度旋转多次。在另一个实施例中，激光雷达传感器可以包括多个垂直对准的激光束，例如六个或八个激光束，其每秒绕360度旋转多次。这使传感器能够连续准确地捕获周围环境的点云，例如每秒60帧(fpr)。目前，激光雷达为物体检测提供了最可靠的解决方案。

在另一个实施例中，照明装置220、230布置在铁路平交道口250的现有道口基础设施上。例如，照明装置220、230可以布置在现有的道口警告装置的杆或柱上。

此外，照明装置220、230，例如激光雷达传感器，由电源供电。在一个实施例中，照明装置220、230经由道口设备(例如位于道口平房260中的道口控制器)接收恒定的功率。

在一个示例中，控制装置240容纳在道口平房260中，道口平房通常位于靠近铁路平交道口处。道口平房260包括控制平交道口250所必需的设备和装置，例如gcp和道口控制器。

在一个实施例中，照明装置220、230和控制装置240经由有线连接，例如经由以太网电缆进行通信。在另一个实施例中，照明装置220、230和控制装置240无线通信。如果通信是无线的，则照明装置220、230和控制装置240包括例如空中接口，例如wi-fi，以例如经由互联网进行无线通信。如果控制装置240位于道口平房260中，则例如安装在道口平房260上的天线262可用于控制装置240与照明装置220、230之间的无线通信。可替代地，控制装置240可以位于平交道口250的远处，例如在中央火车操作员站或铁路操作中心。在这种情况下，信号和/或数据由照明装置220、230无线传输到控制装置240。

如前所述，具有控制装置240和照明装置220、230的监视系统200在平交道口100、250的轨道交叉区域108、208内检测、跟踪和分类对象，特别是车辆、骑自行车的人和行人，以提高安全性，并避免或减轻平交道口100、250的关键区域内的事故。

监视系统200的进一步应用可以包括例如对行进通过平交道口100、250的火车的火车车厢进行计数以确保火车仍然完整，检测火车的方向或测量火车的速度。此外，监视系统200可以代替平交道口100、250的岛状电路。平交道口的岛状电路在交叉区域108、208的任一侧延伸穿过轨道交叉区域108、208(加50英尺，有时甚至更多)。岛状电路的任何占用都将激活道口警告装置，例如装置110、120、130、210。岛状电路的任何占用将停用道口警告装置。因此，离开交叉区域108、208的火车离开岛状电路并停用警告装置。可以利用监视系统200代替岛状电路。

监视系统200的另一应用可以是高级交通抢占。在这种情况下，监视系统200在火车到达平交道口250之前很长例如几英里处检测到接近的火车。信号被发送到交通灯控制器，交通灯控制器继而进入预设模式，使所有道路交通畅通无阻，从而在启用前清空平交道口250。这确保了没有车辆由于例如来自附近道路交通灯的后备交通而被困在道口250上。

图3示出了根据本公开的示例性实施例的监视系统200的系统架构300的第一示意图。系统架构300可以用于例如关于图2所描述的监视系统200。如关于图1和图2所描述的，监视系统200可以用于平交道口100、250。

图3示出了控制装置240的部件。控制装置240与照明装置220、230通信，并从照明装置220、230接收数据和信息。这样的数据和信息与激光返回时间(飞行时间)和波长有关，具体而言，基于由照明装置220、230发出的透射脉冲激光，激光返回时间和反射脉冲的波长之间的差异。控制装置240配置为评估数据和信息，例如基于激光返回时间和反射脉冲的波长的点云来生成对象的3d重建。

控制装置240可以被实现为软件或软件和硬件的组合。根据图3的示例，控制装置240被实现为软件和硬件的组合。控制装置240包括计算机硬件310，其可以是例如工业pc。工业计算机旨在用于工业目的，并且主要用于过程控制和/或数据采集。然而，应当注意，可以使用适合于执行控制装置240的功能的其他类型的计算机硬件。计算机硬件310运行鲁棒的嵌入式操作系统320。操作系统320(系统软件)管理计算机硬件310和控制装置240的软件资源。此外，控制装置240包括服务器330，也称为激光雷达服务器330，其是用于基于照明装置220、230提供的数据和信息来检测、跟踪和分类平交道口的指定区域内的对象的软件应用程序。激光雷达服务器330实时准确地检测、跟踪和分类对象。

根据示例性实施例，控制装置240可以包括一个或多个另外的软件应用，例如，平交道口应用350，其利用来自激光雷达服务器330的经处理的数据或信息。激光雷达服务器330和其他应用程序(包括应用程序350)通过应用程序编程接口(api)340进行通信。这样的其他软件应用程序可以执行特定任务。例如，平交道口应用程序350可以生成控制消息并将其发送到接近的火车以确保安全行为。平交道口应用程序350可以收集和转发有关平交道口的日志记录信息，或者检测并确认道口门按预期方式打开和关闭。另一个软件应用程序可以检测轨道交叉区域内的构成安全风险的异常并触发相应动作。

在另一个实施例中，执行客户端人机界面(hmi)360的外部计算机连接到在计算机硬件310上执行的激光雷达服务器330，以校准和/或配置设置。另外，客户端hmi360可以用于可视化平交道口100、250的实时操作。

在另一个示例中，控制装置240可以是被编程为与照明装置220、230交互的现有装置。例如，控制装置240可以借助于软件被结合到现有的路边控制装置中，例如恒定警告装置或道口控制器。控制装置240可以是被编程到现有道口控制器中的模块。

图4示出了系统架构400的第二示意图，并且图5示出了根据本公开的示例性实施例的监视系统200的系统架构500的第三示意图。系统架构400、500可结合例如关于图1和图2描述的平交道口100、250用于例如关于图2描述的监视系统200。系统架构400、500包括与系统架构300类似的元件，因此将不针对此类元件进行详细描述。

图4和图5示出了体现为激光雷达传感器的照明装置220，其与控制装置240通信。在两个实施例中，控制装置240包括工业pc形式的硬件。工业pc运行实施为激光雷达服务器的服务器430、530，其是用于基于照明装置220提供的数据和信息来检测、跟踪和分类平交道口的指定区域内的对象的软件应用程序。激光雷达服务器430，530实时准确地检测、跟踪和分类对象。控制装置240还包括一个或多个应用程序450、550，用于基于服务器430、530提供的数据和信息来处理数据和/或执行特定任务。

根据图4的实施例，服务器430将例如比特的信号发送至路边控制单元470，路边控制单元470可以是例如路边道口控制器或平交道口预测器。具体来说，服务器430将比特发送到固态道口控制器(sscc)480，并发送到出口门管理系统(egms)490。服务器430发送的比特可以例如与被调查区域(具体为平交道口)的占用状态和健康状态有关。基于所发送的比特，egms490可以触发平交道口的出口门打开，以便任何“被困”的车辆都可以离开交叉区域。sscc可能会触发道口警告装置激活。

根据图5的实施例类似于根据图4的实施例，但是控制装置240另外包括用户界面(ui)560，以与服务器530和/或应用程序550交互，例如，修改设置或修改应用程序550，其中ui560在工业pc510上实现。架构500包括用于在计算机硬件(即，工业pc510)上运行的用于道口门(入口/出口门)的逻辑570和用于道口灯、道口铃等的逻辑580。用于道口门的道口控制装置590以及道口灯和铃在单独的专用硬件部件上运行。

图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于监视铁路平交道口的方法600的流程图。方法600可结合例如关于图1和图2描述的平交道口100、250用于例如关于图2描述的监视系统200。方法600包括已经详细描述并且因此将不关于方法600详细描述的监视系统200的元件。

方法600包括：在由至少一个照明装置220、230照亮铁路平交道口100、250的路段的同时获得610该路段的数据，由与至少一个照明装置220、230通信的控制装置240接收620该数据，并由控制装置240评估630该数据，其中控制装置240配置为与激活道口警告装置110、120、130、210的部件通信。评估630包括基于至少一个照明装置220、230的数据来检测、跟踪和分类该路段内的对象。方法600还包括当在该路段内检测到对象时激活640道口警告装置110、120、130、210。

系统200和方法600通过将照明装置220、230在适当位置处安装在平交道口100、250上来提供360度视角。可以在仿真中评估最佳装置安装位置。装置220、230(激光雷达传感器)的安装和校准快速简便。相对于汽车，卡车，自行车，人和固定对象，可以每秒60帧(fpr)的速度进行实时成像和对象分类。与例如摄像机不同，系统200在变化的光照和天气条件下是鲁棒的。此外，与例如利用道路中的感应回路操作的车辆存在检测系统相比，系统200更便宜。

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