在总体铁路网络安全系统下使用路旁信号来优化列车驾驶

摘要

所公开的实施例提供一种系统和方法，其在遵从路旁轨道安全系统(例如，“列车自动防护”(ATP)系统)的要求的同时使用路旁信令提供优化的列车驾驶策略。

说明书

技术领域

所公开的实施例提供一种用于通过在遵从“列车自动防护”(ATP)系统的 要求的同时使用路旁信令提供优化的列车驾驶策略来提高增强安全的能力的方 法。

背景技术

各种传统列车防护系统已经在世界各地被开发，以提供用于确保人为故障 的情况下的安全操作的铁路技术安装为目的。

积极列车控制(PTC)是指传统上已知的技术，其被设计用于防止列车与列 车的碰撞、超速脱轨、由于列车的未授权入侵造成的对在其授权界限内工作的 铁路工人的伤亡或损伤以及防止通过向左切换在错误位置中的列车移动。尽管 PTC系统基于它们实施的自动的水平和功能、利用的系统体系架构和它们能够 假设的列车控制的程度在复杂度和精密度上广泛地变化，但是PTC系统是一致 的在于它们是利用计算机和无线电数据链路来完成PTC功能(例如监视和控制 列车移动以提供提高的安全性)的基于处理器的信号和列车控制系统(参见联 邦法规(CFR)部分236的标题49代码，子部分H)。

更具体地，PTC要求列车接收与其位置有关的信息并且在其处其被允许安 全行进，即“移动授权”。列车上的仪器强制执行这些移动授权，由此防止不安 全的移动。PTC系统常常使用全球定位系统(GPS)导航来跟踪列车移动或利 用其他机制来计算其轨道位置。因此，PTC旨在提供列车分离或碰撞避免、线 路速度强制执行、临时速度限制并确保铁路工人路旁安全。

然而，可以通过使用PTC来实现各种其他益处；例如，由PTC系统获得和 分析的信息能够实现板上和板下系统以控制列车和组成机车增加燃气效率并执 行机车诊断以改进维护。因为由PTC系统利用的数据被无线传输，所以其他应 用也能够使用数据。

早期列车防护系统被称为“列车止动器”，其仍然由各大都市地铁系统使用。 在这样的实施方式中，在每个信号旁边的是可移动的夹具，其在信号是红色时 触摸通过列车上的阀门并打开制动线路，由此施加列车的紧急制动；在信号示 出绿色时，夹具退开并且不阻止列车的操作。

其他系统包括Integra-Signum系统，其中列车仅仅在给定位置处受到影响， 例如无论何时列车忽视红色信号，都施加紧急制动并且关闭机车的马达。额外 地，这样的系统常常要求操作员确认示出停止或警告的远处信号(例如持续自 动警告系统-CAWS)；列车操作员未能对信号做出响应导致列车停止。这样的实 施方式提供针对彼此跟随的列车的充分的制动距离；然而，这样的基于确认的 系统不总是防止列车与路径交叉的车站中的意外事件，因为从红色信号到下一 障碍物的距离可能对于列车而言太短而不能制动到停止。

较高级的系统(例如PZB或Indusi)提供点式机车信令和计算确定列车是 否能够在下一红色信号之前停止的制动曲线并且在列车不能这样做时制动列车 的列车防护系统。这个方法的一个缺点在于在信号已经切换成绿色时在信号之 前防止列车的加速。为了克服该问题，诸如Linienzugbeeinflussung的一些系统 允许额外的磁体被放置在远处信号与家庭信号之间，或者从信令系统到板上计 算机的数据传输是连续的。

较新的传统PTC列车防护系统使用机车信令，其中列车持续地接收关于其 到其他列车的相对位置的信息。在这样的系统中，列车上计算机处理器运行示 出列车操作员他可以多么快地驾驶而非他依靠外部信号的软件。这种类型的系 统常用于高速度列车，其中列车的速度使列车操作员难以读取外部信号，在远 处信号与家庭信号之间的列车的长度或距离对于列车而言太短而不能制动。

发明内容

所公开的实施例提供一种方法，在该方法中列车防护系统的信号被捕获并 由运行在列车上的列车控制和操作员辅助系统中的或可由列车上的列车控制和 操作员辅助系统访问的一个或多个计算机处理器上的计算机算法分析以制定用 于优化列车驾驶的命令和指令。结果，由根据所公开的实施例设计的列车上的 列车控制和操作员辅助系统控制的列车没有违反总体列车防护系统的任何规 则。

附图说明

详细描述具体引用附图，在附图中：

图1是列车系统的说明，其中路旁安全系统(例如列车自动防护系统)与 列车和其板上智能交互。

图2示出了安全系统的速度轮廓和随后的实际列车速度轮廓，其中根据所 公开的实施例来利用提供介入服务的时间的信号。

图3示出了执行的以基于由提供介入服务的时间的信号提供的数据来确定 当前驾驶策略是否在安全界限内的操作。

图4示出了在根据所公开的实施例确定恰当的驾驶策略时如何利用速度目 标位置和随后的目标速度。

图5示出了关于如何使用目标位置和速度以提供恰当的驾驶策略的该概念。

图6示出了能够用于提供所公开的实施例的设备的实施例。

具体实施方式

所公开的实施例提供一种用于在遵从包括积极列车控制(PTC)和“列车自 动防护”(ATP)系统的这样的列车防护系统的要求的同时提供优化的列车驾驶 策略的方法。应当理解，当前公开的实施例可以结合ATP系统和/或在全世界中 使用的其他PTC系统来使用。因此，对ATP或PTC系统特征的任何引用仅仅 是示范性的并且不限于当前所公开的实施例的利用。

所公开的实施例提供一种方法，在该方法中总体列车防护系统的信号由列 车上的设备捕获并由运行在被提供在列车上的并且被包含在列车上的列车控制 和操作员辅助系统(例如，由纽约AirBrake营销的在“LEADER”商标下的商 用系统)中的一个或多个计算机处理器上的计算机算法分析。列车防护信号被 分析并用于制定由列车上的列车控制和操作员辅助系统制定和输出的、用于优 化的列车驾驶的命令和指令。结果，由根据所公开的实施例设计的列车上的列 车控制和操作员辅助系统控制的列车没有违反总体列车防护系统的任何规则。

所公开的实施例可以被实施以在遵从“自动列车防护”(ATP)系统的要求 的同时通过使用路旁信令提供优化的列车驾驶策略来增强安全性。因此，路旁 信号由列车上的列车控制和操作员辅助系统捕获。

由总体安全系统使用的传统路旁信令系统用于控制列车速度并经由灯信令 通过固态路旁设备来引导列车路线。然而，已经实施了要求经由例如PTC将这 样的信号无线传输到列车的各种法规。更具体地，使用PTC，路旁天线系统可 以用于将数据作为数字信号从传统设备(例如轨道电路、灯等)的各种工件传 输到列车，并且更具体地传输到运行被提供有当前公开的实施例的功能的列车 上的列车控制和操作员辅助系统的列车上的一个或多个机车。

因此，所公开的实施例提供知道来自路旁安全系统的数据、警告和方向的 列车上的列车控制和操作员辅助系统，即使该信息也可以在视觉上被提供给列 车操作员。

如果操纵员未能采取由总体安全系统建议的、指示的或要求的动作，则列 车上的列车控制和操作员辅助系统能够强制执行确保安全的动作。额外地，通 过使得列车上的列车控制和操作员辅助系统具有对指示来自路旁安全系统的数 据、警告和方向的信息的访问，列车上的列车控制和操作员辅助系统能够在提 供优化的列车驾驶方向时考虑该数据。

例如，如图1所示，在铁路系统100内，列车105可以在包括各种路线的 轨道上行进。所公开的实施例利用使用天线系统110对信号的通信来捕获由路 旁安全系统生成和维持的信息。

由总体安全系统使用的传统路旁信令系统用于控制列车速度并经由灯信令 通过固态路旁仪器来引导列车路线。然而，已经实施了要求经由例如PTC将这 样的信号无线传输到列车的各种法规。更具体地，使用PTC，图1的路旁天线 115将数据作为数字信号从传统设备(例如轨道电路、灯等)的各种工件传输到 列车105，并且更具体地传输到运行被提供有当前公开的实施例的功能的列车上 的列车控制和操作员辅助系统的列车上的一个或多个机车。

因此，所公开的实施例提供知道来自路旁安全系统的数据、警告和方向的 列车上的列车控制和操作员辅助系统，即使该信息也可以在视觉上被提供给列 车操作员。

如果操纵员未能采取由总体安全系统建议的、指示的或要求的动作，则列 车上的列车控制和操作员辅助系统能够强制执行确保安全的动作。额外地，通 过使得列车上的列车控制和操作员辅助系统具有对指示来自路旁安全系统的数 据、警告和方向的信息的访问，列车上的列车控制和操作员辅助系统能够在提 供优化的列车驾驶方向时考虑该数据。

如图1所示，在ATP系统100的方向下，列车105可以在包括各种路线的 轨道网络上行进。所公开的实施例利用对天线系统110(包括路旁天线和被包含 并被耦合到列车上的列车控制和操作员辅助系统115的天线)接收到的信号的 通信。以这种方式，被定位在列车105上的列车上的列车控制和操作员辅助系 统115可以捕获由ATP系统生成和维持的信息。

由总体安全系统使用的传统路旁信令系统用于控制列车速度并经由灯信令 通过固态路旁设备来引导列车路线。然而，已经实施了要求经由例如PTC将这 样的信号无线传输到列车的各种法规。更具体地，使用PTC，图1的天线系统 110实现对数据作为数字信号从传统仪器(例如轨道电路、灯、等等)的各种工 件列车105的传输和接收，并且更具体地传输到运行被提供有当前公开的实施 例的功能的列车上的列车控制和操作员辅助系统115的列车105上的一个或多 个机车。

因此，所公开的实施例提供知道来自路旁安全系统的数据、警告和方向的 列车上的列车控制和操作员辅助系统，即使该信息也可以在视觉上被提供给列 车操作员。

如果操纵员未能采取由总体安全系统建议的、指示的或要求的动作，则列 车上的列车控制和操作员辅助系统能够强制执行确保安全的动作。额外地，通 过使得列车上的列车控制和操作员辅助系统具有对指示来自路旁安全系统的数 据、警告和方向的信息的访问，列车上的列车控制和操作员辅助系统能够在提 供优化的列车驾驶方向时考虑该数据。

所公开的实施例提供一种用于在保持在ATP系统等的安全庇护下的同时实 现优化的列车驾驶策略的方法。为了进行这个，ATP系统的信号由列车上的列 车控制和操作员辅助系统捕获并由运行在列车上的列车控制和操作员辅助系统 上的控制或提供对列车操纵员的推荐或指导的算法考虑，使得列车不违反总体 安全系统的任何规则，同时推荐或实施优化的驾驶策略以减少燃气消耗，改进 安全等。

为了有效工作，系统需要避免触发来自ATP系统的介入。ATP系统有效地 跟踪列车的位置并确保列车不通过其授权界限(LOA)，其是列车被授权以接近 的当前路线上的最远位置。另外，ATP系统还核实列车不超过轨道网络中的任 何速度限制。如果列车超过ATP系统的阈值，则ATP系统可以取决于情况而触 发惩罚制动应用以使列车变慢或触发紧急介入。

所公开的实施例提供完成该特征的至少两种方法。

在第一种所公开的实施例方法中，“提供介入服务的时间的”信号由列车防 护系统(例如PTC或ATP系统)提供。该信号连同其他类型的信号一起从被定 位靠近列车在其上行进的轨道的(在天线信令系统110中包含的)路旁信号天 线被发送。该发送由(在天线信令系统110中包含的)列车上的天线接收并由 列车上的列车控制和操作员辅助系统115分析以确定优化的列车驾驶策略。更 具体地，优化的列车驾驶策略由驾驶策略引擎135基于各种数据来生成，各种 数据包括例如在从安全系统(例如，ATP、PTC、等等)100发送的被传输的信 号中包含的当前列车动态120、列车动态前瞻数据125和提供介入服务的时间的 数据。

提供介入服务的时间的信号是在当前列车速度处的时间的测度，根据时间 的测度列车上的列车控制和操作员辅助系统将应用介入或惩罚制动以更改列车 的操作。

图2示出了安全系统的速度轮廓(例如ATP速度轮廓)和随后的实际列车 速度轮廓(实际列车速度)。提供介入服务的时间的信号包括在实际列车速度轮 廓违反安全系统速度轮廓之前被计算为时间差(△t)的提供介入服务的时间。

图3示出了执行的以基于由提供介入服务的时间的信号提供的数据来确定 当前驾驶策略是否在安全界限内的操作。如图3所示，在305处，基于从安全 系统发送到列车上的列车控制和操作员辅助系统的信号来做出关于提供介入服 务的时间的确定；在实施方式中，该确定可以单独基于从路旁安全系统接收到 的提供介入服务的时间的信号中接收到的数据。

在310处，确定提供介入服务的时间是否大于零加阈值。该阈值是可配置 参数并且以秒为单位来测量；通过使得该值可配置，列车或ATP系统操作员能 够在避免提供介入服务时实现其期望的安全水平，即设置较小数允许驾驶策略 中的较大风险，因为其在分析中提供较少的“缓冲”。也就是说，在目的是避免 ATP提供介入服务的情况下，通过增加在可接受的策略与提供介入服务的点之 间的缓冲，理论上减小该介入的风险。以相同的方式，减小缓冲或阈值使得系 统能够更激进地工作并且提供更接近触发提供介入服务的点的策略。

如果比较指示提供介入服务的时间大于阈值，则做出驾驶策略处于安全界 限内的确定。因此，在315处输出这个的指示。然而，如果比较指示提供介入 服务的时间小于阈值，则做出驾驶策略未处于安全界限内的确定。因此，在320 处输出这个的指示。这些指示可以简单地被实施为到运行在列车上的列车控制 和操作员辅助系统的软件算法的数据输出并且用作当前使用的驾驶策略被优化 以避免路旁安全系统提供介入服务的双重检查或确认。备选地，数据可以用在 其他应用中和/或被输出到列车操作员或以某种方式被发送到总体安全系统以确 保或指示系统的要求的考虑或遵从系统的要求。

在第二种所公开的实施例方法中，定义并利用速度目标位置和随后的目标 速度。更具体地，如图4所示，路旁安全系统使用天线系统100将目标速度和 目标速度位置405发送到列车400；因此，针对路旁安全系统的天线将该数据发 送到被包含在列车上的列车上的列车控制和操作员辅助系统中或耦合到列车上 的列车上的列车控制和操作员辅助系统的天线。列车上的列车控制和操作员辅 助系统利用所发送的速度值作为在目标位置405(即速度目标位置)处的最大准 许速度。列车上的列车控制和操作员辅助系统利用“前瞻”功能来做出关于包 括列车在目标位置处的速度的各种参数的未来预测。列车上的列车控制和操作 员辅助系统还确定给定当前列车控制设置(即节流阀、动态制动器和空气制动 设置)的各种其他列车动态，包括加速度、制动力和列车中的力，以及它们随 后的与轨道阈值的比较(即安全系统的速度限制界限和驾驶阈值)。以这种方式， 列车上的列车控制和操作员辅助系统能够进一步确保当前实施的列车驾驶策略 处于规定的安全界限内。

图5示出了关于如何使用目标位置和速度以提供恰当的驾驶策略的该概念。 如图5所示，目标位置和在该位置处的目标速度由优化的驾驶策略算法(联机 的列车控制和操作员系统的部分)从安全系统505接收。这经由天线系统接收。 优化的驾驶策略算法之后在510处分析数据并使用其作为用于由前瞻功能引用 的最大可允许速度。结果，在515处做出当前驾驶策略是否违反在目标位置处 的目标速度的确定。

如果没有的话，则做出驾驶策略处于安全界限内的确定。因此，在520处 输出这个的指示。然而，如果比较指示最大速度将经由当前驾驶策略超过，则 做出驾驶策略没有处于安全界限内的确定。因此，在525处输出这个的指示。 这些指示可以简单地被实施为到运行在列车上的列车控制和操作员辅助系统的 软件算法的数据输出并且用作当前使用的驾驶策略被优化以避免路旁安全系统 提供介入服务的双重检查或确认。备选地，数据可以用在其他应用中和/或被输 出到列车操作员或以某种方式被发送到总体安全系统以确保或指示系统的要求 的考虑或遵从系统的要求。

所公开的实施例可以结合各种列车上的列车控制和操作员辅助系统及其部 件来实施。因此，应当理解，所公开的实施例可以被并入到或耦合到列车上的 列车控制和操作员辅助系统部件，包括例如可以包括硬件、软件、固件或其特 定组合的提供速度显示的PTC系统模块，在列车的至少一个机车上的速度控制 单元，动态地通知变化的轨道或信号条件的速度控制单元的部件，被用于强制 执行沿列车路线的固定速度界限的板上导航系统和轨道剖面数据库，被配置为 通知列车的存在的信令设备从而与被配置为直接向列车发出移动授权的集中式 PTC系统通信的双向数据通信链路。

因此，以上识别的功能可以用以上识别的硬件、软件和估计的各种组合来 实施。因此，为了执行这些类型的操作，被提供以执行这些操作的列车智能可 以包括(但不限于)图6中示出的设备。如该图所示，列车智能600可以被包 含在列车105(如图1所示)上。无论实施方式如何，列车智能600可以包括一 个或多个计算机处理单元605，其可以耦合到存储器610(被实施为一个或多个 传统上已知的和商用的可编程和/或只读或可重编程存储器器件)。存储器610可 以用于存储与控制软件615以及任选的操作系统或环境620两者相关联的或实 施控制软件615以及任选的操作系统或环境620两者的计算机指令，其用于执 行防护在一个或多个计算机应用、软件代码包和/或各种所谓的或包括的子例程 中的操作。这些指令可以用于执行在上述方法和确定中包含的指令。

此外，列车智能还可以包括根据所公开的实施例实现对消息和信令(例如 从路旁应答器接收到的信令)、数据和控制指令的接收和发送两者的一个或多个 通信端口625。另外，列车智能600可以包括人机接口630，其可以包括例如使 得操作员能够接收和审查由列车智能600利用或产生的数据、将指令或输入方 向提供给控制软件615、访问在存储器610中包含的数据等的显示器。结果，人 机接口630还可以包括其他传统上已知的特征，包括键盘、鼠标、触摸板、各 种按钮和开关等。