專利名稱：探測鐵路軌道的變化或障礙的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路運輸，更具體而言，涉及感測鐵軌沖毀、鐵軌偏移、軌枕振動(pumping tie)和/或鐵路道口上的車輛停留。
技術(shù)背景鐵路軌道通常具有一對鋼軌，所述一對鋼軌由置于道碴材料上的多根 垂直放置的軌枕支撐。許多鐵路軌道地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，在這些地區(qū)，如果沒 有發(fā)生可能對軌道造成破壞的已知事故，則可能不容易獲知軌道的狀況。 例如，鐵路軌道或鐵軌可能由于暴風(fēng)雪或其它自然事件如地震(在這種情況 下軌道可能移位)而遭到破壞。軌枕的移動和/或道碴材料的移位可造成偏 移。在其它情況下，例如在軌道鄰近水體的情況下，道碴可能移動或沖毀， 從而造成軌枕移位并因此導(dǎo)致軌道移位。軌道還可能由于人為事故例如船 只碰撞支撐橋梁的 一根或多根支柱而移位。類似地，在過度振動軌枕的情況下，特別是水泥軌枕由于對道碴的拍 打而可能被破壞。軌枕振動是鐵路軌枕下面的缺乏養(yǎng)護(hù)的道碴材料(基石) 造成的一種狀況。當(dāng)列車車輪經(jīng)過軌枕上方時，驅(qū)使軌枕向下進(jìn)入基石中。 一旦車輪在軌枕上方滾過，則軌枕即從基石中升起。軌枕的下沉和隨后的 上升可為幾英寸的位移。木軌枕允許較大的移動。然而，當(dāng)使用混凝土軌 枕時，振入基石導(dǎo)致水泥軌枕在軌枕底部慢慢碎裂，從而最終導(dǎo)致混凝土 軌枕提前失效。車輛(轎車、卡車、客車等)停在鐵路道口上是導(dǎo)致列車出軌和/或死亡 的另 一種事件。雖然機(jī)車司機(jī)能夠在觸碰車輛之前目視看到車輛處于鐵路 軌道上，但在一些情況下列車沒有足夠的時間減速和/或停下。當(dāng)車輛被道 口擋桿攔截時，這種情形使得車輛可解救自身的唯一方法是撞向并破壞道 口擋桿。然而，大多數(shù)司機(jī)通常沒有采取這種行動。如果列車帶有拖車車廂，在由于鐵軌移位導(dǎo)致車廂車輪出現(xiàn)故障或車 輪出軌的情況下，這種事故不一定被立即發(fā)現(xiàn)。未能注意到這種事故可能這種對鐵路的破壞、鐵路的阻斷和/或車廂的故障可能導(dǎo)致列車出軌。 對于鐵路的損壞，目前識別鐵路變化的最佳方案是通過目視檢查。即使進(jìn) 行目視檢查，根據(jù)已出現(xiàn)的損壞和/或檢查的頻率，也可能錯過或不能足夠 及時地識別已有的或形成中的鐵路移位。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及感測鐵路沖毀、鐵路移位、軌枕振動和/或鐵路道口上的車 輛停留的系統(tǒng)和方法。當(dāng)發(fā)生所述事件時，有關(guān)這些事件的信息被報告至 一位置，以避免列車遭遇這些地段的鐵路軌道。對此，纟皮露通過感測軌道周圍的環(huán)境變化以確定鐵^4九道安全承載軌道上的鐵路車輛的能力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括探測鐵路軌道周圍磁場并產(chǎn)生 磁場指示數(shù)據(jù)的傳感器。處理來自傳感器的數(shù)據(jù)以識別鐵軌周圍磁場變化 的處理器也是該系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)的另一部分為與處理器通信的通信 設(shè)備，用于傳輸影響鐵軌安全承載鐵路車輛的能力的鐵軌周圍環(huán)境變化的指示才示i己。還披露通過感測軌道周圍的環(huán)境變化以確定鐵路軌道安全承載軌道上 的鐵路車輛的能力的方法。該方法包括探測鐵路軌道周圍磁場的步驟。該 方法還包括產(chǎn)生磁場指示數(shù)據(jù)的步驟和識別軌道周圍磁場變化的步驟。該 方法還包括傳輸影響軌道安全承載鐵路車輛能力的軌道周圍環(huán)境變化的指 示才示t己。


結(jié)合附圖，通過隨后的發(fā)明詳述，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將顯而易見， 其中圖1為本發(fā)明示范性實施方案的示意圖。 圖2為本發(fā)明示范性實施方案結(jié)合服務(wù)設(shè)施和列車的示意圖。 圖3為在鐵路沿線不同位置用于多種用途的本發(fā)明示范性實施方案的 示意圖。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明示范性實施方案的示意圖。如圖所示，傳感器組件10包括傳感器12和嵌入式處理器14。傳感器12為三軸磁性傳感器12，例如 Honeywell HMC2003三軸磁力計。傳感器12測量沿X軸、Y軸和Z軸的低 磁場強(qiáng)度，其中可探測到傳感器周圍磁場超出給定范圍的變化。在優(yōu)選實 施方案中，傳感器提供模擬信號，并采用地面或地球作為磁場參照物。設(shè)置處理器14以允許在與該處理器相連的傳感器12或多個傳感器12 與路旁裝置或通訊設(shè)備16和/或機(jī)車18之間就磁場讀數(shù)進(jìn)行通信?？赏ㄟ^ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)例如但不限于控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network, "CAN") 進(jìn)行通信。CAN為嵌入式處理器之間的通信所采用的電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)重要協(xié) 議。如圖2所示，通信還可在路旁裝置16、列車20和服務(wù)設(shè)施或基站 (depot)22之間進(jìn)行。盡管未示出，但通信還可在路旁裝置16和可工作來避 免列車駛向已探測出磁場變化的鐵路的鐵路設(shè)備之間進(jìn)行。對于各傳感器/處理器組合或組件10，處理器14還將對傳感器12提供 的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化。如以下更為詳細(xì)地討論的，根據(jù)傳感器/處理器組 件10被用于的應(yīng)用類型，處理器14將對信號運用專門的軟件濾波算法24 (software filter algorithm)以進(jìn)一步降低噪聲。此外，根據(jù)從路旁裝置16接到 的指令，處理器14還將運作來測量傳感器12的輸出并保存測量結(jié)果作為 零基準(zhǔn)值以用作所探測到的任何i茲場變化的基準(zhǔn)。圖3為傳感器/處理器組件10如何用于鐵路30的示范性實施方案的示 意圖。根據(jù)設(shè)想的用途，將傳感器/處理器組件10放在道碴材料32內(nèi)、附 著到鐵路枕軌33、和/或放在鐵路道口區(qū)域34內(nèi)。對于任意應(yīng)用在優(yōu)選實 施方案中，以固定的間隔放置組件10，該間隔決定了所需的作用范圍。如圖所示，路旁裝置16通過通信網(wǎng)絡(luò)40、 41經(jīng)由各傳感器各自的處 理器14與傳感器12交接。傳感器/處理器組件10與路旁裝置16之間的通 信可通過無線網(wǎng)絡(luò)40、有線網(wǎng)絡(luò)41和/或它們的組合進(jìn)行?？刹僮髀放匝b 置16，向傳感器12下達(dá)零基準(zhǔn)輸出指令，以及經(jīng)由無線電和/或其它通訊 協(xié)議與列車20和/或基站22進(jìn)行通信45。檢出分辨率(detection resolution) 的類型由傳感器/處理器組件的安裝數(shù)量決定。雖然本發(fā)明的應(yīng)用眾多，但幾種應(yīng)用易于想到。通過將本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò) 放在鐵路軌道的車輛道口區(qū)域34或鐵路道口內(nèi)，當(dāng)列車20駛近道口區(qū)域 34時，可以纟罙測到道口區(qū)域34中存在的車輛。這可以是因為傳感器12探測到道口區(qū)域34內(nèi)的^f茲場變化。在這種應(yīng)用中，對于單個傳感器/處理器組 合10，處理器14將低通濾波器47應(yīng)用于傳感器輸出以清除任何噪聲干擾。 低通濾波器截止頻率足夠高，從而能夠探測經(jīng)過道口區(qū)域34的物體，特別 是在任意物體停留在道口區(qū)域34內(nèi)的情況下。在這種應(yīng)用中，路旁裝置16接收來自道口傳感器(未示出)的信號，以 表明列車20正在駛近以及道口防護(hù)裝置正在起動。如果道口沒有車輛，則 路旁裝置16利用傳感器/處理器組件10告知道口系統(tǒng)，還將該信息傳達(dá)給 機(jī)車20。在另一種優(yōu)選實施方案中，路旁裝置16配置來不斷向道口探測器 提供道口狀況。如果車輛處于軌道30上，則經(jīng)由路旁裝置16向駛近的列 車20發(fā)出警告。在另一種優(yōu)選實施方案中，傳感器/處理器組件10附著在 道口防護(hù)擋桿上。當(dāng)列車20駛近，擋桿51降落到適當(dāng)位置時，如果它周 圍的磁場不同，或者換言之如果探測到車輛正處于軌道上，擋桿則自動抬 起，允許車輛離開道口區(qū)域而不必破壞道口擋桿51。本發(fā)明的另 一應(yīng)用是用于探測偏移鐵軌，以及此外的應(yīng)用是用于探測 軌枕振動。使用本發(fā)明并以地球磁場作為參照，可探測軌枕33沿三個方向 的移動。同樣，偏移鐵軌還可在列車駛近該段軌道之前被探測。在這種應(yīng) 用中，路旁裝置16以足夠高的截止頻率將低通濾波器47應(yīng)用于傳感器， 以針對所有的列車速度探測軌枕的移動。路旁裝置16向基站22報告軌道 狀況。如果探測到軌道狀況的變化，具體而言探測到軌枕33的變化，則除 了向基站22報告所述變化以外，還向正駛近該段軌道30的任何機(jī)車18發(fā) 出警告信號。報告給任何駛近的列車20的信號45可以是但不限于警報、 聲音消息等。還可向其它鐵路設(shè)備例如聯(lián)鎖裝置(interlocking)(未示出)發(fā)出 信號45，以阻止列車駛向所探測到的偏移軌道。在另一應(yīng)用中，如果由機(jī)車18牽引的一截車廂54上的車輪52發(fā)生故 障，例如車輪52出軌，則本發(fā)明用于探測該問題。因為車廂54的金屬車 輪52可能接觸軌枕33或刮蹭鐵軌57的側(cè)部，所以由于與組成列車20的 其它車廂54相比在刮蹭車輪52周圍的磁場改變而引起磁場變化。對此， 本發(fā)明將探測刮蹭車輪52引起的磁場變化。在另一應(yīng)用中，本發(fā)明用于探測道碴32沖毀。利用以固定間隔埋設(shè)在 道碴32中的傳感器/處理器組件10的網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)道碴32移動造成的磁場 變化確定鐵路道碴32的移動。處理器14將頻率極低的低通濾波算法47運用于傳感器12輸出以清除錯誤信號。通過向處理器14傳送指令的路旁裝 置16監(jiān)測傳感器/處理器組件10的輸出。處理器14告知路旁裝置16所探 測到的任何磁場變化。路旁裝置16通過聲音消息、警報等向駛近的列車20 發(fā)出警告信號和/或現(xiàn)狀報告45,向鐵路服務(wù)設(shè)施22發(fā)出訊號，或者向信 號控制設(shè)備例如聯(lián)鎖裝置發(fā)出訊號，以阻止列車駛過該軌段。盡管通過目前所認(rèn)定的優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，許多改變和改進(jìn)是顯而易見的。因而，本發(fā)明不限 于具體示例性實施方案而應(yīng)在所附權(quán)利要求的全部構(gòu)思和范圍內(nèi)進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.通過感測軌道周圍的環(huán)境變化以確定鐵路軌道安全承載軌道上的鐵路車輛的能力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a)傳感器，其用于探測鐵路軌道周圍的磁場并產(chǎn)生磁場指示數(shù)據(jù)；b)處理器，其用于處理來自所述傳感器的數(shù)據(jù)以識別軌道周圍磁場的變化；和c)與所述處理器通信的通信設(shè)備，其用于傳輸影響軌道安全承載鐵路車輛的能力的軌道周圍環(huán)境變化的指示標(biāo)記。
2. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述軌道周圍的環(huán)境包括用于鐵路軌道以 安全承載軌道上的鐵路車輛的支撐體的變化。
3. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述軌道周圍的環(huán)境包括鄰近軌道放置并 可能防礙鐵路車輛沿軌道行駛的物體。
4. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述軌道周圍的環(huán)境包括橫跨軌道放置并 可能防礙鐵路車輛沿軌道行駛的物體。
5. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中通訊設(shè)備向列車、服務(wù)設(shè)施和防止列車駛 向被監(jiān)控軌道的鐵路設(shè)備中的至少 一種發(fā)出軌道支撐體受損的通知。
6. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在鐵路道碴材料中，以確 定所述道碴材料周圍的磁場是否改變。
7. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在鐵路軌枕上，以確定軌 枕是否移動。
8. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在鐵路軌枕上，以確定軌 道車廂的車輪是否不再行駛在軌道上。
9. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在車輛橫穿鐵路的區(qū)域內(nèi)， 以確定車輛是否橫在鐵路上。
10. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在鐵路軌道附近，以確 定軌道是否偏移。
11. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳感器固定在道口防護(hù)擋桿上，以 確定物體是否橫在鐵路軌道道口區(qū)域。
12. 權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)程裝置與道口系統(tǒng)通信，以告知道口 系統(tǒng)車輛橫在鐵路上。
13. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳感器確定磁場在多個方向上的變化。
14. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器還包括濾波器，以減少所述 傳感器探測到的噪聲信號。
15. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述濾波器包括高通濾波器和低通濾波 器中的至少一種。
16. 通過感測軌道周圍的環(huán)境變化以確定鐵路軌道安全承載軌道上的 鐵路車輛的能力的方法，該方法包括a) 探測鐵路軌道周圍的磁場；b) 產(chǎn)生磁場指示數(shù)據(jù)；c) 識別4九道周圍的；茲場變化；和d) 傳輸影響軌道安全承載鐵路車輛的能力的軌道周圍環(huán)境變化的指 示標(biāo)記。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中所述探測軌道周圍^t場變化的步驟還包
18. 權(quán)利要求16的方法，其中所述探測軌道周圍磁場變化的步驟還包 括探測鄰近軌道放置并可能防礙鐵路車輛沿軌道行駛的物體。
19. 權(quán)利要求16的方法，其中所述探測軌道周圍磁場變化的步驟還包 括探測橫跨軌道放置并可能防礙鐵路車輛沿軌道行駛的物體。
20. 權(quán)利要求16的方法，其中所述傳輸環(huán)境變化指示標(biāo)記的步驟還包 括向列車、服務(wù)設(shè)施和防止列車駛向被監(jiān)控軌道的鐵路設(shè)備中的至少 一種 傳輸軌道支撐體受損的通知。
全文摘要
通過感測軌道周圍的環(huán)境變化以確定鐵路軌道安全承載軌道上的鐵路車輛的能力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器，其用于探測鐵路軌道周圍的磁場并產(chǎn)生磁場指示數(shù)據(jù)；處理器，其用于處理來自所述傳感器的數(shù)據(jù)以識別軌道周圍磁場的變化；和與所述處理器通信的通信設(shè)備，其用于傳輸影響軌道安全承載鐵路車輛的能力的軌道周圍環(huán)境變化的指示標(biāo)記。
文檔編號B61K9/00GK101242985SQ200680030100
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者馬克·巴托尼克 申請人:通用電氣公司