采用RFID设备的积极火车控制系统和装置制造方法及图纸

积极火车控制系统和方法包括：嵌入轨道（60）中并且具有表示存储在其中的位置的数据的多个RFID设备（500），以及安装在火车（50）上以用于从嵌入式RFID设备（500）读取位置数据的RFID读取器/检测器（124）。在火车（50）上和/或在中央设施（70）处处理位置数据，以确定火车位置和/或时间是否与火车路线次序一致。可以例如经由火车控制系统（220）为警报设备（210）和/或为自动化响应生成消息、警报和/或警告。

Active train control system and device with RFID equipment

The active train control system and method include: a plurality of RFID devices (500) embedded in the track (60) and having data representing a location stored therein, and an RFID reader / detector (124) installed on the train (50) for reading location data from the embedded RFID device (500). The location data is processed on the train (50) and / or at the central facility (70) to determine if the train location and / or time is consistent with the train route sequence. Messages, alarms and / or warnings may be generated for the alarm device (210) and / or for the automated response, for example, via the train control system (220).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用RFID设备的积极火车控制系统和装置本申请要求2017年12月7日提交的题为“POSITIVETRAINCONTROLSYSTEMANDAPPARATUSEMPLOYINGRFIDDEVICES”的美国专利申请号15/835,085的优先权，其要求保护2017年2月6日提交的题为“DesignofanElectronicTrainControlSystemforPartsoftheRailNetwork（e.g.,Tanzania）”的美国临时申请号62/499,863的权益，其中的每一个由此通过引用整体地结合于本文。
本专利技术涉及火车控制，并且特别地涉及在轨道（trackway）中采用RFID设备的火车控制装置或单元以及系统和方法。
技术介绍
火车已经是并且将继续是用于运输货物和乘客的大量、可行且经济的装置，尤其是在航空行程过于昂贵或者不方便的中短距离内，例如，由于往返于城市外部的机场的行程和由于安全程序所致的延误。每天有数十万或数百万人搭乘通勤火车、区域铁路线、地铁和地铁列车，因此安全是非常重要的。在世界的某些部分，由于其相对便宜的运行成本和已经存在的基础设施，对火车的依赖性更大。这样的基础设施可能已经过时并且没有得到很好的修复，通常是由于长期使用和缺乏做出技术改进，并且有时是由于在破坏者、小偷和/或恐怖分子意图将这样的基础设施的部分重新用于他们的个人使用或除了铁路以外的其他使用时难以维持状况良好的固定基础设施。与轨（track）上的物体发生碰撞和脱轨似乎是两种最常见的火车事故，并且在许多情况下一起发生。轨和路权（rightofway）异常（例如，由于不正确的道岔（switch）方位和/或不完整的道岔转接）和轨变形和/或缺陷，以及路权中的物体通常导致这样的事故，这通常引起人身伤害和死亡、泄漏和释放对健康和/或环境有危险的材料，以及沿着轨和路权以及距离轨一定距离两者的财产损坏。通常有数十或数百人受伤或被杀或处于危险之下，危害和/或危险化学品已被释放，并且甚至整个社区和城镇也已被损坏或不得不被疏散。即使可能似乎是相对“轻微”的事故，经济损失也能容易地上升到数百万美元。火车移动的控制可以通过具有轨的地理上“固定的区块”的系统，其中在允许另一火车进入固定区块之前，轨的每个区块或长度将必须没有火车。信令和切换首先被手动控制，例如，由路旁塔中的调度员手动控制，并且之后随着技术进步（例如，利用电信令）在一定程度上被自动化到某个程度。通常，地理区块可能较大，并且因此轨利用率较低，但是如果火车的行进方向和速度相似、轨处于良好状况，并且火车运行员和调度员的部分没有人为错误，则其运转得相对良好。因为火车基于前方的轨情况应该是什么而在固定的区块系统中运行，所以实际状况经常偏离应该是的情况，并且事故频繁且经常是灾难性的。固定的区块控制仍然在广泛使用，以用于轻度使用的铁路系统以及在其中现代的高科技基础设施可能尚不可获得和/或负担不起的世界部分中。降低这样的事故风险的一种方法是强制执行（mandate）所谓的“积极火车控制（positivetraincontrol）”，如根据在美国颁布的“2008年铁路安全改进法案”所要求的。预期的安全益处当中的是维持火车分离、避免碰撞、强制线速度、实现临时速度限制以及改进铁路工人的路旁安全性。一个结果是已在基于计算机的火车控制方面的增加，其被理解成依赖于采用无线电通信来监控火车移动和轨状况的集中式计算机。用以进行积极火车控制的常规方法被理解成依赖于向中央计算机或设施报告各个火车的方位和运行，对与运行在铁路系统上的火车相关的数据、来自常规来源的轨和路旁数据等等的累积和监控，以及该数据和运行次序与全部火车的通信。该复杂的系统必然依赖于复杂的通信系统，该复杂的通信系统必须互连全部的火车和全部的各种路旁和轨传感器，以用于将数据和状态信息从全部系统元件连续传输至中央计算机，并且以将协调数据、运行指令、警报和控制指令传送至全部的火车和全部的系统元件和传感器。这种系统不仅必然使通信系统要求复杂化（例如，为了实现合适的可靠性、准确性和冗余），而且其还必然需要大量可靠和冗余的中央计算资源，全部的这些都是昂贵的。如在美国使用的这样的系统可能过于复杂且过于昂贵而无法在其中融资和/或基础设施有限的世界部分中实现。因为这样的系统（例如，集中控制的系统）必须是“故障安全的”，因为必须通过将整个铁路和其上的全部火车置于安全运行状况中来快速响应装备和/或通信的任何故障。这通常通过恢复到绝对区块运行来被实现，在绝对区块运行中火车速度大幅度地降低，例如，在不存在路旁信号或路旁信号不运行的情况下降低到25mph，以及在存在路旁信号并且路旁信号正在运行的情况下降低到50mph以下，在世界的某些部分中（例如，在发展中国家中）并不是这种情况，并且火车分离的情况大幅度地增加，从而大幅度地降低了整个受影响的铁路系统的容量和效率。此外，在某些场所中，存在故意破坏和/或偷窃所安装的基础设施和装置的问题，并且因此提供可以降低表观基础设施和/或隐藏其基础设施的火车控制系统将似乎是合期望的，以便降低对这样的基础设施的损坏和/或损失，以及避免由此其要被损坏或移除所提供的安全水平的降低。典型的美国风格的积极火车控制系统采用广泛的信令，并且需要大量的轨道基础设施，全部的这些对于将有的破坏者、小偷和恐怖分子都是暴露和显而易见的。申请人相信，还可能存在针对一种火车控制装置的需要，该火车控制装置可以提供对依赖于对复杂的轨上基础设施有依赖的集中化监控和控制的常规昂贵系统而言不太复杂且不太昂贵的替换方案。申请人还详细可能存在对于相对简单且成本较低、相对较小和/或相对容易安装的轨相关基础设施的需要，使得其的存在不明显，例如，在视觉上不是显而易见的。因此，积极火车控制系统可以包括：嵌入在轨道中的坡道（grade）下方的多个RFID设备，并且每个嵌入式RFID设备具有存储在其中的数据，该数据包括唯一标识符、其被嵌入的地理位置的位置数据，或两者，其中唯一标识符与地理位置相关联；安装在火车上的积极火车控制单元，其中每个火车具有唯一火车标识符并且被批准以根据火车路线次序（trainroutingorder）运行，其包括：安装在火车上的RFID读取器/检测器，其包括安装在位置中的天线，从而在火车接近于其时，检测和读取存储在一些RFID设备中的唯一标识符和位置数据；处理器，以用于根据唯一标识符和/或根据位置数据来确定火车是否处于与火车路线次序相一致的地理位置处，或者以用于使得唯一标识符和/或位置数据要被通信设备传输，或两者；操作员警报设备，以用于以人类可感知的形式提供消息、警报和警告；以及中央设施，其包括：中央设施通信系统，以用于接收来自在轨道上运行的一个或多个火车的传输，并且以用于传输至在轨道上运行的一个或多个火车；一个或多个服务器，以用于接收由中央设施通信系统接收到的唯一标识符、位置数据和唯一火车标识符，并且以用于确定一个或多个火车中的每一个是否在与其火车路线次序相一致的位置和时间处运行；其中，当针对特定火车的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对在轨道上可移动的火车进行积极火车控制的方法，其包括：/n在轨道中嵌入多个RFID设备或使多个RFID设备嵌入在轨道中，所述RFID设备至少在轨道的区块之间的边界处被嵌入在轨道中的坡道下方，并且每个嵌入式RFID设备具有存储在其中的数据，所述数据包括：唯一标识符、包括嵌入式RFID设备在那里嵌入的轨道上的地理位置的位置数据，或者唯一标识符和位置数据两者，其中所述唯一标识符与所述嵌入式RFID设备在那里嵌入的沿着轨道的地理位置相关联；/n提供或获得用于安装在运行在轨道上的火车上的积极火车控制单元，其中每个火车具有唯一火车标识符并且被批准以根据火车路线次序运行，所述积极火车控制单元实行以下步骤：/n当火车接近嵌入式RFID设备中的每个特定一个时，检测和读取被存储在嵌入轨道中的RFID设备之一中的唯一标识符和/或位置数据；/n传输从嵌入式RFID设备和唯一火车标识符接收到的唯一标识符和/或位置数据，并且/或者根据所述位置数据和/或根据从所述嵌入式RFID设备接收到的唯一标识符来确定所述火车是否处于与该火车的火车路线次序相一致的地理位置处，或两者；以及/n提供或获得实行以下步骤的中央设施：/n从运行在轨道上的一个或多个火车接收包括位置数据和唯一火车标识符的传输，并且传输至运行在轨道上的一个或多个火车；/n处理接收到的数据以确定一个或多个火车中的每一个是否在与该火车的相应火车路线次序相一致的位置处和时间处运行；/n当特定火车的位置和/或时间与所述特定火车的火车路线次序不一致时，生成针对所述特定火车的消息、警报和/或警告，并且将所述消息、警报和/或警告传输至所述特定火车；/n所述特定火车接收由所述中央设施传输的消息、警报和/或警告，并且通过经由操作员警报设备以人类可感知的形式提供所述消息、警报和/或警告来响应于针对所述特定火车的消息、警报和/或警告。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170206 US 62/499863;20171207 US 15/8350851.一种对在轨道上可移动的火车进行积极火车控制的方法，其包括：
在轨道中嵌入多个RFID设备或使多个RFID设备嵌入在轨道中，所述RFID设备至少在轨道的区块之间的边界处被嵌入在轨道中的坡道下方，并且每个嵌入式RFID设备具有存储在其中的数据，所述数据包括：唯一标识符、包括嵌入式RFID设备在那里嵌入的轨道上的地理位置的位置数据，或者唯一标识符和位置数据两者，其中所述唯一标识符与所述嵌入式RFID设备在那里嵌入的沿着轨道的地理位置相关联；
提供或获得用于安装在运行在轨道上的火车上的积极火车控制单元，其中每个火车具有唯一火车标识符并且被批准以根据火车路线次序运行，所述积极火车控制单元实行以下步骤：
当火车接近嵌入式RFID设备中的每个特定一个时，检测和读取被存储在嵌入轨道中的RFID设备之一中的唯一标识符和/或位置数据；
传输从嵌入式RFID设备和唯一火车标识符接收到的唯一标识符和/或位置数据，并且/或者根据所述位置数据和/或根据从所述嵌入式RFID设备接收到的唯一标识符来确定所述火车是否处于与该火车的火车路线次序相一致的地理位置处，或两者；以及
提供或获得实行以下步骤的中央设施：
从运行在轨道上的一个或多个火车接收包括位置数据和唯一火车标识符的传输，并且传输至运行在轨道上的一个或多个火车；
处理接收到的数据以确定一个或多个火车中的每一个是否在与该火车的相应火车路线次序相一致的位置处和时间处运行；
当特定火车的位置和/或时间与所述特定火车的火车路线次序不一致时，生成针对所述特定火车的消息、警报和/或警告，并且将所述消息、警报和/或警告传输至所述特定火车；
所述特定火车接收由所述中央设施传输的消息、警报和/或警告，并且通过经由操作员警报设备以人类可感知的形式提供所述消息、警报和/或警告来响应于针对所述特定火车的消息、警报和/或警告。


2.根据权利要求1所述的积极火车控制方法，其中所述检测和读取被存储在嵌入在轨道中的一些RFID设备中的唯一标识符和/或位置数据包括：检测和读取被存储在嵌入在轨道中的多个独立RFID设备中的唯一标识符和/或位置数据，所述多个独立RFID设备在特定位置处彼此接近，所述多个独立RFID设备中的每一个具有存储在其中的与特定位置相关联的唯一标识符，并且在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个具有被存储在其中的特定位置的相同位置数据，由此处于或经过特定位置的火车检测和读取被存储在嵌入特定位置处的多个独立RFID设备中的至少一个中的唯一标识符和/或位置数据。


3.根据权利要求2所述的积极火车控制方法，进一步包括：针对一致性，至少比较被存储在嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个中的位置数据和/或与如读取的其唯一标识符相关联的位置数据，并且当位置数据不一致时，则生成消息、警报和/或警告，以及：
使得所述操作员警报设备以人类可感知的形式提供所述消息、警报和/或警告；或者
使得所述通信设备将所述消息、警报和/或警告传输至所述中央设施；或者
使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告，并且使得通信设备将所述消息、警报和/或警告传输至所述中央设施。


4.根据权利要求3所述的积极火车控制方法，进一步包括：将控制信号传送到火车上的火车控件，以在生成所述消息、警报和/或警告时至少调整火车的速度。


5.根据权利要求4所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控件根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


6.根据权利要求3所述的积极火车控制方法，其中在以下情况下，位置数据不一致：
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的位置数据彼此不一致；或者
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的位置数据与火车路线次序不一致；或者
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的位置数据彼此不一致并且与火车路线次序不一致。


7.根据权利要求3所述的积极火车控制方法，其中在以下情况下，位置数据不一致：
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的与唯一标识符相关联的位置数据彼此不一致；或者
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的与唯一标识符相关联的位置数据与火车路线次序不一致；或者
如从嵌入在特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个读取的与唯一标识符相关联的位置数据彼此不一致并且与火车路线次序不一致。


8.根据权利要求2所述的积极火车控制方法，进一步包括：将至少如读取的被存储在嵌入特定位置处的多个独立RFID设备中的每一个中的位置数据传输至中央设施，所述中央设施针对一致性来比较如读取的位置数据，并且当比较的位置数据不一致时，则中央设施生成消息、警报和/或警告并且将所述消息、警报和/或警告传输至火车。


9.根据权利要求8所述的积极火车控制方法，其包括：火车接收由所述中央设施传输的消息、警报和/或警告，并且所述火车使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告。


10.根据权利要求9所述的积极火车控制方法，进一步包括：在生成所述消息、警报和/或警告时，将控制信号传送到火车控件以至少调整火车的速度。


11.根据权利要求10所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控件根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


12.根据权利要求8所述的积极火车控制方法，进一步包括：修改所述火车路线次序并且根据修改的火车路线次序将火车引导到旁轨或引导到不同的轨。


13.根据权利要求1所述的积极火车控制方法，其中所述检测和读取被存储在于特定位置处被嵌入轨道中的一些RFID设备中的唯一标识符和位置数据包括：通过多个独立RFID读取器/检测器来检测和读取唯一标识符和位置数据，由此获得被存储在于特定位置处嵌入的多个RFID设备之一中的唯一标识符和位置数据的独立读数。


14.根据权利要求13所述的积极火车控制方法，进一步包括：针对一致来比较至少位置数据和/或在多个独立读数中获得的与唯一标识符相关联的位置数据，并且当位置数据不一致时，则生成消息、警报和/或警告，以及：
使得所述操作员警报设备以人类可感知的形式提供所述消息、警报和/或警告；或者
使得所述通信设备将所述消息、警报和/或警告传输至所述中央设施；或者
使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告，并且使得所述通信设备将所述消息、警报和/或警告传输至所述中央设施。


15.根据权利要求14所述的积极火车控制方法，进一步包括：将控制信号传送到火车上的火车控件，以在生成所述消息、警报和/或警告时至少调整火车的速度。


16.根据权利要求15所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控件根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


17.根据权利要求13所述的积极火车控制方法，进一步包括：修改所述火车路线次序并且根据修改的火车路线次序将火车引导到旁轨或引导到不同的轨。


18.根据权利要求14所述的积极火车控制方法，其中在以下情况下，位置数据不一致：
如由所述多个独立RFID读取器/检测器中的每一个读取的位置数据彼此不一致；或者
如由所述多个独立RFID读取器/检测器中的每一个读取的位置数据与火车路线次序不一致；或者
如由所述多个独立RFID读取器/检测器中的每一个读取的与唯一标识符相关联的位置数据彼此不一致；或者
如由所述多个独立RFID读取器/检测器中的每一个读取的与唯一标识符相关联的位置数据与火车路线次序不一致；或者
前述各项的任何组合。


19.根据权利要求13所述的积极火车控制方法，进一步包括：将至少在多个独立读数中获得的位置数据传输至中央设施，针对一致性来比较在多个独立读数中获得的位置数据，以及当多个独立读数的位置数据不一致时，则生成消息、警报和/或警告并且将所述消息、警报和/或警告传输至火车。


20.根据权利要求19所述的积极火车控制方法，进一步包括：接收在火车上传输的所传输的消息、警报和/或警告，并且使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告。


21.根据权利要求20所述的积极火车控制方法，进一步包括：将控制信号传送到火车上的火车控件，以响应于接收到的消息、警报和/或警告来至少调整火车的速度。


22.根据权利要求21所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控件根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


23.根据权利要求17所述的积极火车控制方法，进一步包括：修改所述火车路线次序并且根据修改的火车路线次序将火车引导到旁轨或引导到不同的轨。


24.根据权利要求1所述的积极火车控制方法，进一步包括：
从成像器和/或视觉成像器接收图像数据，该成像器和/或视觉成像器具有沿着火车前方轨道的视野，以提供表示其的图像数据，以及：
处理来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据；或者
传输来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据；或者
处理来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据，并且传输来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据。


25.根据权利要求24所述的积极火车控制方法，进一步包括：
处理来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据，以确定轨道中是否存在异常，并且在轨道中存在异常时，生成消息、警报和/或警告，使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告，并且传输所述消息、警报和/或警告；和/或
处理来自所述处于所述中心设施处的成像器和/或视觉成像器的图像数据，以确定轨道中是否存在异常，并且在轨道中存在异常时，在所述中央设施处生成消息、警报和/或警告，并且传输来自所述中央设施的消息、警报和/或警告。


26.根据权利要求25所述的积极火车控制方法，进一步包括：将控制信号传送到火车上的火车控件，以响应于所述消息、警报和/或警告来至少调整火车的速度。


27.根据权利要求26所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控制根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


28.根据权利要求25所述的积极火车控制方法，进一步包括：修改火车路线次序并且根据修改的火车路线次序将火车引导到旁轨或引导到不同的轨。


29.根据权利要求25所述的积极火车控制方法，进一步包括：接收由所述中央设施传输的消息、警报和/或警告，以及使得所述操作员警报设备提供所述消息、警报和/或警告。


30.根据权利要求29所述的积极火车控制方法，进一步包括：将控制信号传送到火车上的火车控件，以响应于所述消息、警报和/或警告来至少调整火车的速度。


31.根据权利要求30所述的积极火车控制方法，进一步包括：响应于所述控制信号，使得所述火车控制根据预定的减速曲线或根据预定的安全紧急减速曲线或两者来降低火车速度和/或停止火车。


32.根据权利要求24所述的积极火车控制方法，进一步包括：
利用接收到所述图像数据的位置的位置数据对来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据进行地理标记；或者
利用接收到所述图像数据的日期和时间的时间数据和日期数据对来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据加日期时间戳；或者
利用接收到所述图像数据的位置、日期和时间的位置数据、时间数据和日期数据对来自所述成像器和/或视觉成像器的图像数据进行地理标记和加日期时间戳。


33.根据权利要求1所述的积极火车控制方法，其中所述通信经由以下各项中的任何一个或多个：蜂窝通信系统、蜂窝基站和中继器系统、GSM蜂窝系统、GPRS蜂窝系统、无线通信、无线电通信、宽带链路、另一无线和/或蜂窝系统、互联网和/或另一网络、无线电通信系统、直接无线电通信、有线和/或光纤设备、220MHz通信设备、868MHz无线电系统、900MHz通信设备、WiFi网络、自组织网络、蓝牙、RFID设备、无线电网络、一个或多个中继器和/或中继、一个或多个陆线和/或光纤、卫星链路、互联网连接、LAN网络、WAN网络或前述内容的任何或全部内容的组合。


34.一种在轨道上可移动的火车的积极火车控制系统，其包括：
在坡道下方嵌入在轨道中的多个RFID设备，所述RFID设备被至少嵌入在轨道的区块之间的边界处，并且每个所述嵌入式RFID设备具有存储在其中的数据，所述数据包括：唯一标识符、包括嵌入式RFID设备在那里嵌入的轨道上的地理位置的位置数据，或者唯一标识符和位置数据两者，其中所述唯一标识符与所述嵌入式RFID设备在那里嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟广泰，钟汉平，黄育琳，
申请(专利权)人：阿万特国际科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US