铁路虚拟轨道区块系统的制作方法

铁路虚拟轨道区块系统
1.本专利申请是申请号为201880029935.9(国际申请号为pct/us2018/030325)、申请人为
″
bnsf铁路公司
″
、发明名称为
″
铁路虚拟轨道区块系统
″
的专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明大体上涉及铁路信令系统，特别地涉及铁路虚拟轨道区块系统。


背景技术：

3.闭塞信令是铁路运输中的公知技术，用于保持列车之间的间距并由此避免相撞。通常，铁路线路划分成轨道区块，自动化信号(典型地为红色、黄色和绿色光线)用于控制列车在区块之间的运行。对于单向轨道而言，闭塞信令允许列车在尾部相撞风险最小的情况下相互跟随。
4.然而，传统的闭塞信令系统存在至少两个严重缺陷。首先，在没有额外的轨道基础设施(诸如，额外的信号以及关联的控制设备)的情况下，不能增大轨道容量。其次，传统的闭塞信令系统不能识别位于未占用区块内的断轨。


技术实现要素：

5.本发明的原理实施在虚拟
″
高密度
″
区块系统中，该虚拟
″
高密度
″
区块系统有利地增大了铁路所使用的现有轨道基础设施的容量。通常，通过将当前物理轨道区块结构划分成多个(例如，4个)区段或
″
虚拟轨道区块
″
，列车闭塞间距被减小以准确地反映列车制动能力。特别地，通过识别列车相对于物理轨道区块内的虚拟轨道区块的位置，在该物理轨道区块内保持列车间距。除了其他方面，本原理避免了需要道旁信号，因为列车制动距离是在机车上保持的，而不是通过道旁信号方面来保持。此外，通过将物理轨道区块划分成多个虚拟轨道区块，可以检测占用的物理轨道区块内的断轨。
附图说明
6.为了更全面理解本发明及其优势，现在参考下文结合附图的描述，附图中：
7.图1是示出代表性数目的未占用物理铁路轨道区块连同关联的信令(控制)屋的图示，每个物理轨道区块根据本发明的原理划分成选定数目的虚拟轨道区块；
8.图2是示出图1的系统的图示，其中有列车正接近最右侧的信令屋；
9.图3是示出图1的系统的图示，其中列车进入最右侧信令屋与中间信令屋之间的最右侧虚拟轨道区块；
10.图4是示出图1的系统的图示，其中列车位于最右侧信令屋与中间信令屋之间的虚拟轨道区块内；
11.图5是示出图1的系统的图示，其中列车进入中间信令屋与最左侧信令屋之间的最右侧虚拟轨道区块；
12.图6是示出图1的系统的图示，其中列车位于中间信令屋与最左侧信令屋之间的虚
拟轨道区块内，并且跟随的第二辆列车正接近最右侧信令屋；
13.图7是示出图1的系统的图示，其中第一辆列车正移出中间信令屋与最左侧信令屋之间的物理轨道区块，并且第二辆列车正进入中间信令屋与最右侧信令屋之间的物理轨道区块；以及
14.图8是示出图7的场景的图示，连同在所描绘的至少一个信令屋附近的任何机车上对相应消息代码的处理。
具体实施方式
15.本发明的原理及其优势通过参考附图1-图8中绘出的示例性实施例可以最好地理解，附图中类似标号指示类似部分。
16.公开了根据本发明原理的两种列车检测方法。一种方法确定未占用区块中的铁轨完整性。第二种方法除了铁轨完整性外，还确定占用区块内的列车位置。下面的讨论在三种不同示例性情况下描述了这些方法：(1)系统在物理轨道区块内休息(没有列车)；(2)在物理轨道区块内操作单辆列车；以及(3)在物理轨道区块内操作多辆列车。在此讨论中，轨道代码a(tc-a)是铁路通常使用的可用开源电子代码，其通过经由相应的物理轨道区块的至少一条铁轨发射的信号来承载。轨道代码b(tc-b)是本原理特有的，提供用于检测列车在占用的物理轨道区块内的一个或多个虚拟轨道区块内的位置，其优选地通过经由相应的物理轨道区块的至少一条铁轨发射的信号来承载。tc-a和tc-b可以通过相同或不同的电信号来承载。优选地，tc-a或tc-b任一都连续发射。通常，tc-a取决于向第二位置发送编码消息的第一位置，反之亦然(也即，一个位置正通过铁轨交换信息)。另一方面，tc-b使用具有隔离分立组件的收发器配对、实施为所发射能量的反射。利用tc-b，系统监测能量通过列车车轴的反射。
17.虚拟轨道区块位置(vbp)消息代表占用数据，其从tc-a和tc-b信号确定并被发射到附近机车上的计算机，优选地经由无线通信链路发射。下面的讨论阐述了优选实施例，但不是表示本发明原理的每个实施例。tc-a优选地通过发射器-接收器配对来实施，每一配对的发射器和接收器位于不同位置。tc-b优选地利用发射器-接收器配对来实施，每一配对的发射器和接收器位于同一位置。来自发射器的能量特征与从绝缘接头到列车的最近车轴的距离成比例。
18.图1-图8中绘出的轨道区段表示物理轨道区块101a-101d，其中物理轨道区块101a和101d示出了部分，物理轨道区块101b和101c示出了完整的。物理轨道区块101a-101d通过传统的绝缘接头102a-102c来分隔。信号控制屋103a-103c与绝缘接头102a-102c相关联。每个信令屋103优选地在相应绝缘接头102两侧的轨道上发射，如下文进一步讨论的。
19.如在图1-图8中提供的图例所指示的，实线箭头表示使用tc-b信号在列车占用轨道期间的轨道代码传输。虚线箭头表示使用tc-a信号在未占用轨道期间的轨道代码传输。
20.根据本发明，每个物理轨道区块101a-101d划分成多个虚拟轨道区块或
″
虚拟轨道区块
″
。在图示实施例中，这些虚拟轨道区块的每个表示每个物理轨道区块101a-101d的四分之一(25％)，不过在备选实施例中，每个物理轨道区块的虚拟轨道区块的数目可以变化。在图1-图8中，房屋#1(103a)与虚拟轨道区块a
1-h1相关联，房屋#2(103b)与虚拟轨道区块a
2-h2相关联，房屋#3(103c)与虚拟轨道区块a
3-h3相关联。换言之，在图示实施例中，每个房
屋103与相应绝缘接头102左边的四(4)个虚拟轨道区块(也即，虚拟轨道区块a
i-di)以及相应绝缘接头102右边的四(4)个虚拟轨道区块(也即，虚拟轨道区块e
i-hi)相关联。在此配置中，虚拟轨道区块重叠(例如，房屋#1所关联的虚拟轨道区块e
1-h1与房屋#2所关联的虚拟轨道区块a
2-d2重叠)。
21.图1绘出了附近没有列车的轨道区段。此时，从房屋#1(103a)发射tc-a，由房屋#2(103b)接收，反之亦然。这对于房屋#2(103b)和房屋#3(103c)同样如此。所有三个位置生成并发射vbp消息11111111，等同于在相应的虚拟轨道区块a
i-hi(i＝1，2或3)上各自都未占用轨道。表1分列了针对图1所示场景的各种代码：
22.表1
[0023][0024]
x＝不发射或不关心
[0025]
图2绘出了同一轨道区段，其中一辆列车104正从右边进入。此时，在房屋#1(103a)与房屋#2(103b)之间发射tc-a，房屋#1和#2分别生成并发射vbp消息11111111用于虚拟轨道区块a
1-h1和a
2-h2。这对于从房屋#2(103b)到房屋#3(103c)也是如此。然而，由于被物理轨道区块101d中的列车分流，房屋#3(103c)的右路不再从其右边的下一房屋(未示出)接收tc-a，因此房屋#3停止向右边发射tc-a。房屋#3(103c)接着开始向右边发射tc-b，以便确定物理轨道区块101d内的占用程度(也即，列车所位于的一个或多个虚拟轨道区块)，作为虚拟轨道区块占用进行传送。这种情况下，房屋#3(103c)确定列车在物理轨道区块101d的虚拟轨道区块f
3-h3内，因此生成vbp消息，其具有1111(未占用)用于其左边的物理轨道区块101c的虚拟轨道区块a
3-d3，1(未占用)用于其右边的物理轨道区块101d的虚拟轨道区块e3，以及000(占用)用于其右边的物理轨道区块101d的虚拟轨道区块f
3-h3。表2分列了针对图2所示场景的各种代码：
[0026]
表2
[0027][0028][0029]
x＝不发射或不关心
[0030]
图3绘出了同一轨道区段，现在列车进入房屋#2(103b)与房屋#3(103c)之间的物理轨道区块101c，同时仍然占用房屋#3(103c)右边的物理轨道区块101d。此时，在房屋#1
(103a)与房屋#2(103b)之间继续发射tc-a，房屋#1(103a)生成vbp消息11111111用于虚拟轨道区块a
1-h1，房屋#2生成vbp消息1111111用于虚拟轨道区块a
2-g2。然而，由于被物理轨道区块101c中的列车分流，房屋#2(103b)的右路不再从房屋#3(103c)接收tc-a，因此房屋#2停止向右边发射tc-a。代替地，房屋#2开始向右边发射tc-b，以便确定物理轨道区块101c内的虚拟轨道区块被占用的程度。
[0031]
特别地，列车已经进入物理轨道区块101c的虚拟轨道区块h2，房屋#2(103b)相应地在其vbp消息中为虚拟轨道区块h2生成0。由于绝缘接头102c的两侧在最近的虚拟轨道区块内都被分流，因此房屋#3(103c)现在为虚拟轨道区块a
3-h3生成并发射vbp消息00000000。表3分列了针对图3所示场景的各种代码：
[0032]
表3
[0033][0034]
x＝不发射或不关心
[0035]
图4绘出了同一轨道区段，现在列车在房屋#2(103b)与房屋#3(103c)之间。此时，在房屋#1(103a)与房屋#2(103b)之间继续发射tc-a，房屋#1生成vbp消息11111111用于虚拟轨道区块a
1-h1，房屋#2生成vbp消息11111用于虚拟轨道区块a
2-d2。房屋#2(103b)的右路仍然接收不到来自房屋#3(103c)的tc-a，因此房屋#2继续向右边发射tc-b，以检测物理轨道区块101c内列车的虚拟轨道区块位置。随着列车位于虚拟轨道区块f
2-h2内，房屋#2(103b)生成并发射vbp消息，其具有11111用于虚拟轨道区块a
2-e2以及000用于虚拟轨道区块f
2-h2。
[0036]
由于物理轨道区块101d不再被占用，房屋#3(103c)向左边发射tc-b，向右边发射tc-a。具体地，随着列车位于虚拟轨道区块b
3-d3内，房屋#3(103c)生成vbp消息，其具有0000用于虚拟轨道区块a
3-d3以及1111用于虚拟轨道区块e
3-h3。表4分列了针对图4所示场景的各种代码：
[0037]
表4
[0038][0039]
x＝不发射或不关心
[0040]
图5绘出了同一轨道区段，现在列车在房屋#1(103a)与房屋#2(103b)之间的物理
轨道区块101b上，以及在房屋#2(103b)与房屋#3(103c)之间的物理轨道区块101c上。房屋#1和房屋#3都使用tc-b信号来确定列车虚拟轨道区块位置，其中房屋#1确定列车位置在虚拟轨道区块h1内，房屋#3确定列车位置在虚拟轨道区块a
3-b3内。当列车在虚拟轨道区块h1中，房屋#1(103a)生成vbp消息，其具有1111111用于虚拟轨道区块a
1-g1，以及0用于虚拟轨道区块h1。由于绝缘接头102b的两侧在最近的虚拟轨道区块内都被分流，房屋#2(103b)生成vbp消息00000000用于虚拟轨道区块a
2-h2。
[0041]
房屋#3(103c)的左路仍然接收不到来自房屋#2(103b)的tc-a，其继续向左边发射tc-b以确定物理轨道区块101c内列车的虚拟轨道区块位置，在此情况下是虚拟轨道区块a
3-b3。房屋#3(103c)还向右边发射tc-b，因为右边的物理轨道区块101d不再接收到来自其右边的房屋(未示出)的tc-a。这表明第二辆列车正在从右边接近房屋#3(103c)。房屋#3(103c)相应地生成vbp消息，其具有00用于虚拟轨道区块a
3-b3，11111用于虚拟轨道区块c
3-g3，以及0用于虚拟轨道区块h3。表5分列了针对图5所示场景的各种代码：
[0042]
表5
[0043][0044]
x＝不发射或不关心
[0045]
图6绘出了同一轨道区段，其中第一辆列车在房屋#1(103a)与房屋#2(103b)之间，第二辆列车在房屋#3(103c)的右路上。房屋#1和房屋#2都组合使用tc-b信号来为第一辆列车确定列车虚拟轨道区块位置在虚拟轨道区块b
2-d2内。房屋#1(103a)因此生成vbp消息，其具有11111用于虚拟轨道区块a
1-e1以及000用于虚拟轨道区块f
1-h1。房屋#2(103b)生成vbp消息，具有0000用于虚拟轨道区块a2和1111用于虚拟轨道区块e
2-h2。
[0046]
房屋#2(103b)的右路和房屋#3(103c)的左路现在都发射和接收tc-a信号。房屋#3(103c)继续向右边发射tc-b并检测到在物理轨道区块101d的虚拟轨道区块f
3-h3内的第二辆列车。房屋#3(103c)因此生成vbp消息，其具有11111用于虚拟轨道区块a
3-e3以及000用于虚拟轨道区块f
3-h3。表6分列了针对图6所示场景的各种代码：
[0047]
表6
[0048][0049]
x＝不发射或不关心
[0050]
图7绘出了同一轨道区段，其中第一辆列车现在在房屋#1(103a)左边的房屋(未示出)与房屋#1之间的物理轨道区块101a内，并且在房屋#1(103a)与房屋#2(103b)之间的物理轨道区块101b内。由于绝缘接头102a的两侧在最近的虚拟轨道区块内都被分流，房屋#1(103a)使用tc-b信令检测第一辆列车的存在，并生成和发射vbp消息00000000用于虚拟轨道区块a
1-h1。由于被第一辆列车分流，房屋#2(103b)的左路仍然接收不到来自房屋#1(103a)的tc-a，因此房屋#2继续向左边发射tc-b。房屋#2(103b)现在还向右边发射tc-b，因为由于被第二辆列车分流，右边的物理轨道区块101c不再接收到来自房屋#3(103c)的tc-a。
[0051]
具体地，根据tc-b信令，房屋#2检测到第一辆列车在虚拟轨道区块a
2-b2内，虚拟轨道区块c
2-g2未占用，并且第二辆列车在虚拟轨道区块h2内。房屋#2(103b)因此生成并发射vbp消息，其具有00用于虚拟轨道区块a
2-b2，11111用于虚拟轨道区块c
2-g2，以及0用于虚拟轨道区块h2。第二辆列车现在在房屋#2(103b)与房屋#3(103c)之间的物理轨道区块101c中，并且在房屋#3(103c)与房屋#3(103c)右边的房屋(未示出)之间的物理轨道区块101d中。在这种情况下，由于绝缘接头102c的两侧在最近的虚拟轨道区块内都被分流，房屋#3(103c)生成vbp消息00000000用于虚拟轨道区块a
3-h3。表7分列了针对图7所示场景的各种代码：
[0052]
表7
[0053][0054]
x＝不发射或不关心
[0055]
图8绘出了将多个道旁占用指示组合成一个列车占用通用视图。在图示的实施例中，每个房屋的左边四个虚拟轨道区块与相邻房屋的右边四个虚拟轨道区块重叠。这对于每个房屋的右侧同样如此。如果道旁数据如图8所示对齐并进行逻辑
″
或
″
，则列车占用可以确定为最近的占用虚拟轨道区块。换言之，附近接收到vbp代码的任何列车可以确定其附近任何其他列车的位置，而不需要方位信令。表8分列了针对图8所示场景的代码：
[0056]
表8
[0057][0058]
x＝不发射或不关心
[0059]
根据本发明的原理，确定虚拟轨道区块被占用还是未占用可以使用多种技术的任一来实现。优选地，使用已有的关键逻辑控制器和轨道基础设施，并且在确定虚拟轨道区块是否未占用时，系统与现有的电子代码设备对接。
[0060]
在图示的实施例中，系统在作为标准物理轨道区块的25％增量的虚拟轨道区块之间区分，不过在备选实施例中，物理轨道区块可以划分成更短或更长的虚拟轨道区块。此外，在图示的实施例中，当在列车下有断轨时，关键逻辑控制器记录、设置警报并指示断轨的位置给最近的虚拟轨道区块(物理轨道区块的25％增量)。
[0061]
优选地，系统检测列车的前端(引导)和后端(牵引)车轴并有能力在接近时提前检测和验证轨道占用。本原理不受用于确定列车位置的任何特定硬件系统或方法的约束，并且可以使用多种已知方法中任一，连同传统的硬件。
[0062]
例如，车轮位置可以使用从物理轨道区块的一端向该物理轨道区块的另一端发射并被列车的车轮分流的电流来检测。通常，由于轨道的阻抗是已知的，从绝缘接头发射的电流沿着区块将与分流位置成比例，其中从列车前端提供的电流检测前端车轮，从列车后端提供的电流检测后端车轮。一旦列车位置已知，个体虚拟轨道区块的占用也是已知的。尽管dc或ac电流都可以用于检测虚拟轨道区块被占用还是未占用，如果使用ac覆盖，则ac电流优选地不超过60hz并且保持关闭直到轨道电路被占用。
[0063]
此外，列车位置可以使用传统的铁路公路道口预警系统硬件来检测，诸如运动传感器。而且，非轨道相关的技术也可以用于确定列车位置，诸如全球定位系统(gps)跟踪、射频检测，等等。
[0064]
在图示实施例中，最大分流敏感度是0.06ohm，通信格式基于可互操作列车控制(itc)消息收发，并且对轨道电路健康的监控基于从0-100％和100-0％的平稳过渡。
[0065]
在优选实施例中，功耗要求符合现有道旁接口单元(wiu)规范。日志记录要求包括百分比占用、确定占用的方法、以及特定时刻的方向；消息传输内容和定时；校准时间和结果；断轨确定；错误代码；等等。
[0066]
上述实施例基于轨道电路最大长度为12,000英尺，这是固定的(也即，不移动)，不过在备选实施例中轨道电路最大长度可以变化。尽管上面描述的位描述对于未占用虚拟轨道区块是1，对于占用虚拟轨道区块是0，在备选实施例中也可以使用相反的逻辑。
[0067]
用于测量轨道位置和生成tc-b的一种技术基于从物理轨道区块的一端向该物理轨道区块的另一端发射并被列车的车轮分流的电流。通常，由于轨道的阻抗是已知的，从绝缘接头发射的电流将与沿着区块的分流位置成比例。一旦列车位置已知，个体虚拟轨道区块的占用也是已知的。
[0068]
尽管已经参考特定实施例描述了本发明，这些描述不意味着在限制意义上进行解释。在参考本发明的描述后，对所公开实施例的各种修改以及本发明的备选实施例，对于本领域技术人员而言将变得明显。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例可以很容易用作修改或设计用于实现本发明相同目的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等效构造并不偏离所附权利要求所述阐述的本发明的精神和范围。
[0069]
因此可以预期，权利要求将覆盖落入本发明真正范围内的任何这种修改或实施例。