一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通领域，更具体的说，涉及一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统及方法。

背景技术：

随着城市交通拥堵问题日益突出，多种公共交通解决方案被提出，包括地铁、brt(快速公交系统)、轻轨、智轨等。其中以智轨电车为核心运载工具的智能轨道快运系统具有建设周期短、基础设施投资小、城市适应性高、综合运力强等优势特点，具有较好的应用前景。

智轨电车采用高铁柔性编组，利用“虚拟轨道跟随控制”技术在既定“虚拟轨迹”上运行，具有轻轨、地铁等轨道列车的零排放、无污染的特性，并支持多种供电方式，由于在城市道路路面上行驶，无需敷设道床及铁轨，基于实时感知的循迹线行驶。

但是，智轨电车在线路上仍存在折返作业、与其他线路互联互通以及车辆段调车作业的需要，需要通过技术手段保障智轨电车在虚拟岔区通行时的运行安全。

现有技术的相关专利或论文提出的列车位置占用检测方案及虚拟道岔系统有以下问题：

1)通过信标检测的车辆位置为离散位置，未判断车辆运行方向及位置，在一个岔区需安装多套信标读取设备，对正线及车辆基地的施工难度增大；

2)未考虑敌对进路造成影响以及关键设备失效情况，采用基于中心统一调度的控制方法，实用性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，解决现有技术的智轨电车在虚拟岔区通行的运行安全问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统，包括车载设备和地面设备：

所述车载设备，与地面设备进行无线通信，在靠近虚拟岔区时发送申请虚拟进路命令，根据地面设备的允许通行或禁止通行信号，决定是否驶入虚拟岔区；

所述地面设备，根据申请进路信号，结合与车载设备的相对位置信息，进行联锁控制逻辑判断，反馈允许通行或禁止通行信号至车载设备；

其中，所述虚拟岔区为地面设备形成的一个无线覆盖区域。

在一实施例中，所述车载设备包括车载标签、车载主机和车载人机界面：

所述车载标签，与车载主机连接，与地面设备进行无线通信，计算车辆相对位置信息，接收地面设备发送的运营提示信息并发送到车载主机，接收车载主机的申请虚拟进路命令并发送到地面设备；

所述车载主机，与车载人机界面连接，存储有运营线路的线路数据库，接收车载人机界面的操作指令，根据车辆的相对位置信息对比线路数据库得到车辆在线路上的位置信息，结合车辆运行计划，向车载标签发送申请虚拟进路命令；

所述车载人机界面，接收车载主机的运营提示信息，提供操作界面并将操作指令发送至车载主机。

在一实施例中，所述地面设备包括地面基站、地面联锁和调度管理系统：

所述地面基站，与地面联锁连接，与车载标签进行无线通信，接收车载标签发送的申请虚拟进路命令并发送至地面联锁，接收地面联锁发送的运营提示信息并发送至车载标签；

所述地面联锁，与调度管理系统连接，接收车载设备的申请虚拟进路命令进行联锁控制逻辑判断，决定是否开放虚拟进路，并将运营提示信息发送到地面基站；

所述调度管理系统，与地面联锁连接，与车载主机进行无线通信，向地面联锁和车载主机发送车辆运行计划。

在一实施例中，所述地面基站的数量为多个，多个地面基站之间通过无线通信所形成矩形无线覆盖区域作为虚拟岔区的检测区域。

在一实施例中，地面设备与车载设备采用超宽带技术组建无线通信链路，进行车辆无线同步定位。

在一实施例中，所述车载人机界面，强制定位车辆位置并通过车载标签与地面基站间通信，向地面联锁人工申请进路。

在一实施例中，所述地面联锁，在地面基站故障时判断虚拟岔区为占用状态。

在一实施例中，所述车载主机，在车载标签故障时自动向调度管理系统报告设备状态。

为了实现上述目的，本发明提供了一种智轨电车在虚拟岔区通行控制方法，包括以下步骤：

s1、车载主机判断接近虚拟岔区；

s2、车载主机通过车地无线通信链路，向地面联锁申请进路；

s3、地面联锁与地面基站进行通信，判断虚拟岔区内是否有智轨电车形成敌对关系，如果是，则进入步骤s5，如果否，则进入步骤s4；

s4、地面联锁反馈允许通信信号至车载主机，进入步骤s6；

s5、地面联锁向车载主机反馈禁止通行对车载主机申请保存及队列管理，进入步骤s2；

s6、智轨电车驶入虚拟岔区，地面联锁持续监视虚拟岔区智轨电车；

s7、地面联锁检测计算智轨电车驶出虚拟岔区。

在一实施例中，所述虚拟岔区，为多个地面基站之间通过无线通信所形成矩形无线覆盖区域。

在一实施例中，所述步骤s2中的车地无线通信链路，由车载设备的车载标签与地面设备的地面基站之间采用超宽带技术组建，进行车辆无线同步定位。

在一实施例中，所述步骤s6进一步包括：通过车载人机界面进行显示允许通行信号。

在一实施例中，所述步骤s1和步骤s2之间，进一步包括：当车载主机无法自动向地面联锁申请进路时，车载人机界面强制定位车辆位置并通过车载标签与地面基站间通信，向地面联锁人工申请进路。

在一实施例中，所述步骤s1之前，进一步包括以下步骤：当车载标签故障时，车载主机自动向调度管理系统报告设备状态。

在一实施例中，所述步骤s2和步骤s3之间，进一步包括：当地面基站故障时，地面联锁判断虚拟岔区为占用状态。

本发明提出一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，基于uwb超宽带定位技术，在虚拟岔区实时计算智轨电车在虚拟岔区的精确位置，通过地面联锁完成车辆在虚拟岔区的防护控制，调度管理系统可在特殊情况下保障关键设备故障情况下的智轨电车安全运行，在满足故障-安全原则的情况下，与车辆运行计划结合，实现智轨电车在虚拟岔区的安全运营，具备良好的推广前景。

本发明提供的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，具体具有以下有益效果：

1)车载主机设置完整的运营线路数据库，通过从地面基站获取的车载标签的相对位置坐标信息，确定智轨电车在运营线路中的位置，并可结合车辆运行计划，自动向地面联锁发送申请虚拟进路命令；

2)地面联锁基于uwb定位技术，计算虚拟岔区范围内车辆的精确位置，实现对虚拟区段的占用、出清检测，实现对虚拟进路的允许、禁止控制，如果运行途中有偏离计划虚拟进路情况时，则地面联锁禁止其他智轨电车申请敌对进路；

3)智轨电车的虚拟进路申请由地面联锁处理，地面联锁将对应的进路允许/禁止状态通过uwb通信链路发送至车载设备并对司机进行提示，虚拟岔区无需增加其他通信设备；

4)地面基站、车载标签之间基于uwb通信技术进行通信，实现了定位、短程通信二合一，且地面基站之间通过无线链路通信，无需大面积施工，适用于正线、隧道、车辆基地、车库等多种应用场景。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明一实施例的智轨电车在虚拟岔区通行控制系统的结构示意图；

图2揭示了根据本发明一实施例的地面联锁对车辆界限建模示意图；

图3揭示了根据本发明一实施例的地面联锁敌对关系示意图；

图4揭示了根据本发明一实施例的智轨电车在虚拟岔区通行控制方法流程图。

图中各附图标记的含义如下：

10智轨电车；

11车载标签；

12车载主机；

13车载人机界面；

14车辆中轴线；

20虚拟岔区；

21地面基站；

22地面基站；

23地面基站；

24地面基站；

30地面联锁；

40调度管理系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

本发明提出的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，摆脱了传统轨道交通解决方案基于一维空间进行判断的限制，且考虑了单点故障情况下的后备控制模式，在尽可能减少地面设备的同时，实现车地之间的通信功能，满足智轨电车向地面联锁申请虚拟岔区的进路，满足地面虚拟进路的允许/禁止信息等运营场景需求，在满足故障-安全原则的情况下，与车辆运行计划结合，实现智轨电车在虚拟岔区的安全运营，具备良好的推广前景。

本发明提出了一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统，包括车载设备和地面设备：

所述车载设备，与地面设备进行无线通信，在靠近虚拟岔区时发送申请虚拟进路命令，根据地面设备的允许通行或禁止通行信号，决定是否驶入虚拟岔区；

所述地面设备，根据申请进路信号，结合与车载设备的相对位置信息，进行联锁控制逻辑判断，反馈允许通行或禁止通行信号至车载设备；

其中，所述虚拟岔区为地面设备形成的一个无线覆盖区域。

图1揭示了根据本发明一实施例的智轨电车在虚拟岔区通行控制系统的结构示意图，如图1所示，本发明提出的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统，包括车载标签11、车载主机12、车载人机界面13、地面基站、地面联锁30、调度管理系统40。

在图1所示的实施例中，车载设备包括：车载标签11、车载主机12和车载人机界面13。

车载标签11，安装于智轨电车10的两端固定位置。

较佳的，车载标签11数量为2台，在智轨电车的两端各安装1台。

轨道交通常用的轨道电路、计轴等定位方式受轨道安装方式约束，并不适用于智轨电车运行环境，而道路交通使用的gps、惯导、视觉、激光等定位手段受隧道、天气、建筑等影响，无法保障对车辆的可靠检测。

本实施例中，车载标签11与地面设备的地面基站之间基于超宽带技术组成车地无线通信链路，并实现车辆定位，具备短程通信功能。

超宽带(ultrawide-band，uwb)采用虚拟无线同步的定位方法，通过精确测量无线脉冲在空间中飞行到达各基站的时间差(tdoa)，可解算获得多个标签的实时位置，从而实现精确定位。

同时，地面基站和车载标签通信时无需任何网线等连接，系统结构简单，易于现场安装，不受数量限制，易于扩充组网。

车载标签11，基于uwb超宽带定位技术，在进入与地面基站通信范围后，通过与地面基站通信，获得智轨电车相对于地面基站的位置坐标信息。

较佳的，单个地面基站的通信距离不低于200米。

车载主机12，存储有运营线路的线路数据库，所述线路数据库中包含有站台、路口、虚拟岔区等关键线路点的坐标。

车载主机12，通过与车载标签11通信，获取车载标签11相对于地面基站的相对位置，并结合线路数据库信息即可实现车辆的准确定位。

车载主机12，根据运行计划、地面联锁响应时间等因素，在虚拟岔区的既定位置通过车载标签11与地面基站之间的通信链路，自动向地面联锁30发送申请虚拟进路命令。

车载主机12，接收地面联锁30发送的虚拟进路的允许/禁止通行状态信息等运营提示信息，通过车载人机界面13进行提示。

当车辆进入禁止通行的虚拟进路时，车载主机12可通过车载人机界面13进行报警并输出制动信号。

车载人机界面13，接收车载主机12的运营提示信息，提供操作界面供司机操作，并将司机的操作指令信息发送至车载主机12，通过车载标签11发送至地面基站并转发至地面联锁30。

所述运营提示信息，包括前方虚拟岔区的虚拟进路的允许/禁止通行状态信息、其他智轨电车运行状态信息和报警信号。

操作界面的操作指令信息，包括取消虚拟进路信息和申请虚拟进路信息。

在图1所示的实施例中，地面设备包括地面基站、地面联锁30和调度管理系统40。

地面基站仅需外部提供电源，地面基站之间通过无线方式通信。

地面基站，通过uwb技术的无线方式与车载标签11通信，计算获得智轨电车相对于地面基站的位置坐标信息并发送给地面联锁30。

地面基站，接收车载主机12通过车载标签11发送的控制命令，并转发至地面联锁30。

地面基站，将岔区内地面联锁30的虚拟进路状态，发送至车载标签11，从而发送至车载主机12。

较佳的，地面基站，数量为4个，包括地面基站21、地面基站22、地面基站23和地面基站24。

地面基站之间通过无线通信所形成的正方形覆盖区域，作为虚拟岔区20的检测区域。

当不满足条件时，宜适当增加地面基站数量。

地面基站形成一个通信范围作为检测区域，该范围覆盖虚拟岔区的所在区域，并且大于虚拟岔区的所在区域。

可选的，地面基站之间的无线通信可采用wifi和数传电台等。

在其他实施例中，地面基站之间可以通过有线传输。

当车载标签11进入到与虚拟岔区20的地面基站的通信范围时，车载标签11自动运算沿行车方向车载标签11与虚拟岔区20的纵向距离。

车载主机12与车载标签11通信，获取智轨电车10相对位置坐标，并通过对比线路数据库得到车辆在线路上的位置信息。

在一个虚拟岔区20设置1套地面联锁30。

地面联锁30，与地面基站连接，接收地面基站发送的智轨电车10的车载标签11的相对位置信息及接收的虚拟进路申请信号，结合车辆限界和车辆参数，判断智轨电车在虚拟岔区的占用和出清状态，为智轨电车10办理相应进路设置，并将虚拟岔区进路状态发送至其他接近的通信车辆。

地面联锁30，根据虚拟岔区检测范围内是否有其他通信车辆或敌对进路，进行联锁控制逻辑判断。

如果满足条件，则向智轨电车10开放虚拟进路，并通过uwb信道发送允许通行信号至车载主机12，由车载人机界面13进行提示；

如果不允许开放，通过uwb信道发送禁止通行信号至车载主机12，通过车载人机界面13进行提示。

更进一步的，虚拟岔区的地面联锁，在虚拟岔区场景较少、线路发车密度较低、具备冗余的地面通信链路时，可在全线中心设一套地面联锁，控制正线及车辆基地的虚拟岔区。

调度管理系统40，负责车辆的运营管理。

调度管理系统40，向车载主机12、地面联锁30发送车辆运行计划，控制地面联锁30开放虚拟进路。

每次运行前，车载主机12通过调度管理系统40获取当次运行计划。

地面联锁30基于预存车载标签11的装车位置及车辆限界，进行虚拟岔区检测区域内车辆限界建模。

图2揭示了根据本发明一实施例的地面联锁对车辆界限建模示意图，如图2所示，地面基站定义了虚拟岔区检测区域的平面坐标系。

假设智轨电车10的车辆单编组的长度为l，宽度为h，车载标签11安装于车辆中轴线14且与车头相距a。

当智轨电车10进入图2所示的位置，车载标签11通过与地面基站通信，解算得出其在坐标系内位置为(α,β)，从而车辆单编组在虚拟岔区内已占据了以(α+a,β-h/2)、(α+a,β+h/2)、(α-(l-a),β-h/2)、(α-(l-a),β+h/2)为端点的区域。

更进一步的，车辆处于虚拟道岔时，还需考虑车辆铰接处的夹角。

图3揭示了根据本发明一实施例的地面联锁敌对关系示意图，如图3所示，虚拟岔区20对应的检测区域内，后续有智轨电车10b申请虚拟进路时，若智轨电车10a占用智轨电车10b的行车进路，此时地面联锁30对智轨电车10b禁止开放进路，并提示智轨电车10b的司机。

同时，地面联锁30对虚拟岔区检测区域内智轨电车10a进行实时监视，直至智轨电车10a的限界驶出该虚拟道岔区域。

特别地，除车载自动方式外，考虑了其他控制方式，保障智轨电车在虚拟岔区安全通行。

更进一步的，车载主机12无法自动向地面联锁30发送申请虚拟进路命令时，通过车载人机界面13强制定位车辆位置，并通过车载标签11与地面基站间的uwb通信链路向地面联锁30人工申请进路。

更进一步的，单个地面基站故障时，地面联锁30判断虚拟岔区为占用状态，此时智轨电车在中心人工引导下行车。

更进一步的，当车载标签11发生故障时，车载主机12自动向调度管理系统40报告，此时智轨电车10在中心人工引导下行车。

调度管理系统40在制定运营计划时，尽量防止出现多车同时通行同一个岔区的情况。

本发明提出的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，在保证车辆定位精度及整体系统运行安全的前提下，减少对道路路面安装要求，实施方便。

本发明适用于其他轨道交通制式或按照轨道交通方式运营的交通制式。

本发明提出了一种智轨电车在虚拟岔区通行的控制方法，可实现虚拟岔区占用/空闲检测，完成联锁关系的判断并排列虚拟进路，确保电车在虚拟岔区通行的安全。

本发明提出的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制方法，包括以下步骤：

s1、车载主机判断接近虚拟岔区；

s2、车载主机通过车地无线通信链路，向地面联锁发送申请虚拟进路命令，申请进路，；

s3、地面联锁与地面基站通信，判断虚拟岔区内是否有智轨电车形成敌对关系，如果是，则进入步骤s5，如果否，则进入步骤s4；

s4、反馈允许通信信号至车载主机，进入步骤s6；

s5、地面联锁向车载主机反馈禁止通行，对车载主机申请保存及队列管理，进入步骤s2；

s6、智轨电车驶入虚拟岔区，地面联锁持续监视虚拟岔区智轨电车；

s7、地面联锁计算智轨电车驶出虚拟岔区。

更进一步的，所述虚拟岔区，为多个地面基站之间通过无线通信所形成矩形无线覆盖区域。

更进一步的，所述步骤s2中的车地无线通信链路，由车载设备的车载标签与地面设备的地面基站之间采用超宽带技术组建，进行车辆无线同步定位。

更进一步的，所述步骤s6允许通行信号通过车载人机界面进行显示。

更进一步的，所述步骤s1和步骤s2之间，进一步包括：当车载主机无法自动向地面联锁申请进路时，车载人机界面强制定位车辆位置并通过车载标签与地面基站间通信，向地面联锁人工申请进路。

更进一步的，所述步骤s1之前，进一步包括以下步骤：当车载标签故障时，车载主机自动向调度管理系统报告设备状态。

更进一步的，所述步骤s2和步骤s3之间，进一步包括：当地面基站故障时，地面联锁判断虚拟岔区为占用状态。

本发明提出一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，基于uwb超宽带定位技术，在虚拟岔区实时计算智轨电车在虚拟岔区的精确位置，通过地面联锁完成车辆在虚拟岔区的防护控制，调度管理系统可在特殊情况下保障关键设备故障情况下的智轨电车安全运行，在满足故障-安全原则的情况下，与车辆运行计划结合，实现智轨电车在虚拟岔区的安全运营，具备良好的推广前景。

本发明提供的一种智轨电车在虚拟岔区通行控制系统和方法，具体具有以下有益效果：

1)车载主机设置完整的运营线路数据库，通过从地面基站获取的车载标签的相对位置坐标信息，确定智轨电车在运营线路中的位置，并可结合车辆运行计划，自动向地面联锁发送申请虚拟进路命令；

2)地面联锁基于uwb定位技术，计算虚拟岔区范围内车辆的精确位置，实现对虚拟区段的占用、出清检测，实现对虚拟进路的允许、禁止控制，如果运行途中有偏离计划虚拟进路情况时，则地面联锁禁止其他智轨电车申请敌对进路；

3)智轨电车的虚拟进路申请由地面联锁处理，地面联锁将对应的进路允许/禁止状态通过uwb通信链路发送至车载设备并对司机进行提示，虚拟岔区无需增加其他通信设备；

4)地面基站、车载标签之间基于uwb通信技术进行通信，实现了定位、短程通信二合一，且地面基站之间通过无线链路通信，无需大面积施工，适用于正线、隧道、车辆基地、车库等多种应用场景。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

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