技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在鐵路軌道上開(kāi)動(dòng)的遠(yuǎn)程列車(chē)以及信號(hào)的隨后生成的系統(tǒng)和方法，以用于早期對(duì)不安全的鐵路十字路口或接近的列車(chē)可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的位置進(jìn)行報(bào)警。根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)還可以被用于生成表示被檢測(cè)的列車(chē)的特征的信號(hào)，諸如列車(chē)類(lèi)型及其速度和方向。

背景技術(shù)：

當(dāng)車(chē)輛駕駛員、騎自行車(chē)的人或行人低估了鐵路交叉口處的危險(xiǎn)時(shí)，這些鐵路十字路口通常是悲慘事故發(fā)生的地點(diǎn)。全球范圍內(nèi)，鐵路十字路口是處的事故每年都會(huì)在不安全的十字路口導(dǎo)致幾千的人員傷亡。來(lái)自英國(guó)軌道監(jiān)管局的Http://www.rail-reg.gov.uk/upload/pdf/railsafety0304.pdf顯示大不列顛鐵路網(wǎng)在2004年獨(dú)自具有18起公眾死亡事件，其中的17起發(fā)生在不安全的十字路口處。

當(dāng)需要在列車(chē)運(yùn)行的軌道上執(zhí)行鐵路軌道維護(hù)時(shí)，手動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警是最廣泛使用的方法。通常，一個(gè)或多個(gè)維護(hù)工人需要監(jiān)視遠(yuǎn)離維護(hù)點(diǎn)的位置處的軌道，并且如果列車(chē)出現(xiàn)就呼叫他們正在工作的同事。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于檢測(cè)特定位置處的列車(chē)的多個(gè)系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，當(dāng)列車(chē)通過(guò)傳感器時(shí)被檢測(cè)到，而且輸出的傳感器信號(hào)被用來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)或自動(dòng)級(jí)的道口閘。傳感器能夠通過(guò)電纜或無(wú)線電信號(hào)與報(bào)警系統(tǒng)或自動(dòng)級(jí)道口通信。

美國(guó)專(zhuān)利5,924,651示出了用于向附近人員警告鐵路軌道上正在靠近的列車(chē)的報(bào)警系統(tǒng)和方法。使用了用于響應(yīng)于列車(chē)傳感器檢測(cè)到列車(chē)通過(guò)給定位置處的鐵路軌道而傳送報(bào)警信號(hào)的發(fā)射器。

通過(guò)監(jiān)聽(tīng)軌道來(lái)早期檢測(cè)遠(yuǎn)處的列車(chē)被美國(guó)印第安人所知。通過(guò)經(jīng)過(guò)特定的時(shí)間周期的監(jiān)聽(tīng)，印第安人能夠確定列車(chē)是正在接近還是遠(yuǎn)離。

美國(guó)專(zhuān)利5,265,831描述了用于通過(guò)碰撞聲音接收器來(lái)檢測(cè)碰撞聲音的方法和裝置，所述聲音為諸如由鐵路車(chē)輛正在接近特定位置而導(dǎo)致，而且如果聲音接收器的輸出強(qiáng)度高于特定級(jí)，則在最小時(shí)間內(nèi)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于因不安全的鐵路十字路口導(dǎo)致的悲慘事故數(shù)量很大，所以盡管許多人試圖解決上面在背景技術(shù)部分中所描述的問(wèn)題，但是顯然用于安全系統(tǒng)的自動(dòng)解決方案至今都尚未成功，而且與確保鐵路十字路口處公眾安全的相關(guān)問(wèn)題仍然需要解決。

當(dāng)在沿著軌道的任意位置處需要執(zhí)行被調(diào)度或未被調(diào)度的軌道維護(hù)時(shí)，通常是使用手動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)保護(hù)軌道上的工作人員。

在某些鐵路位置處，存在著遭遇野生動(dòng)物并脫離野生動(dòng)物的傷害的巨大風(fēng)險(xiǎn)，這些事故對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)而言是非常不愉快的，運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)通常需要在繼續(xù)行駛之前消除這些動(dòng)物。本發(fā)明可以被用于在動(dòng)物軌跡與鐵路交叉的附近處在檢測(cè)到正在到來(lái)的列車(chē)時(shí)用光和聲音信號(hào)來(lái)嚇唬動(dòng)物。

本發(fā)明是早期預(yù)警系統(tǒng)和方法，其可以在上面描述的所有情況中使用以大大地減小鐵路軌道上發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。如將示出的，由于軌道和列車(chē)技術(shù)正在持續(xù)改進(jìn)，列車(chē)的速度是逐漸增加的。因此，早期檢測(cè)，即在距離報(bào)警位置更長(zhǎng)距離處列車(chē)的檢測(cè)變得日益重要。然而，早期檢測(cè)和相應(yīng)的早期預(yù)警并不是在所有情況中都是被期望的，因?yàn)橐恍┝熊?chē)會(huì)比其他列車(chē)慢很多，而且太早的報(bào)警會(huì)導(dǎo)致具有太長(zhǎng)報(bào)警周期的低效系統(tǒng)。因此，本發(fā)明允許檢測(cè)不同速度的列車(chē)，并且向平交路口發(fā)送信號(hào)以在列車(chē)通過(guò)之前的恒定時(shí)間關(guān)閉該平交路口。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法具有若干優(yōu)點(diǎn)：

由于新的低噪聲傳感器技術(shù)以及傳感器沿著鐵軌輪廓的特定位置處的軌道(在這些位置處信噪比被最優(yōu)化)的布置，本發(fā)明用于早期列車(chē)檢測(cè)的系統(tǒng)和方法能夠比背景技術(shù)中的技術(shù)更早地檢測(cè)列車(chē)。

另外，本發(fā)明實(shí)施方式中的系統(tǒng)能夠基于列車(chē)與報(bào)警位置的距離、方向、列車(chē)速度、列車(chē)到達(dá)該位置所需的時(shí)間等來(lái)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，諸如報(bào)警信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)是自主的，即其不會(huì)損害沿著軌道的現(xiàn)有系統(tǒng)或者鐵路業(yè)務(wù)，而且僅需要少量的技術(shù)設(shè)施。

該系統(tǒng)可以是永久的或者臨時(shí)的，即該系統(tǒng)可以被永久地建立在鐵路十字路口附近，或者其能夠由維護(hù)隊(duì)用來(lái)建立臨時(shí)用于每個(gè)維護(hù)工程的系統(tǒng)。

由于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的機(jī)械和功能方面，其容易安裝和操作，因此降低了與永久或臨時(shí)報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的成本。因此，有利的設(shè)計(jì)使其同樣適用于遠(yuǎn)程鐵路十字路口，在該遠(yuǎn)程鐵路十字路口處，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)成本/效益已經(jīng)阻礙了報(bào)警系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施方式，其中來(lái)自列車(chē)的信號(hào)(S1)，即在軌道中傳播的波被檢測(cè)和分析。

圖2示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施方式，其中來(lái)自列車(chē)的信號(hào)(S1)和被地震地(seismically)傳播的信號(hào)(S2)被檢測(cè)和分析。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元的實(shí)施方式。

圖4在截面圖中示出了傳感器單元的一些機(jī)械元件的實(shí)施方式以及該傳感器單元通過(guò)使用夾具固定到鐵軌上。

具體實(shí)施方式

所提出的用于早期列車(chē)檢測(cè)的系統(tǒng)和方法基于多個(gè)傳感器裝置，該多個(gè)傳感器裝置能夠檢測(cè)在鐵路軌道上行駛的列車(chē)的各種特性并在沿著正在行駛的列車(chē)的附近的鐵路軌道的特定位置處發(fā)射報(bào)警信號(hào)或信息信號(hào)的。本發(fā)明的主要目的是提供簡(jiǎn)單且安全的系統(tǒng)以檢測(cè)不安全的鐵路十字路口處的列車(chē)。

然而，本發(fā)明還可以在任意位置處被使用，其中，在該任意位置處，正在行駛的列車(chē)的早期檢測(cè)是至關(guān)重要的，諸如，在鐵路軌道維護(hù)位置處。

由正在接近的列車(chē)生成的波通過(guò)兩個(gè)鐵軌和地下來(lái)傳播，且由位于安全位置(諸如平交路口)處的傳感器所記錄，以確保安全。這些列車(chē)的早期檢測(cè)因參照?qǐng)D1描述的下述原理而能夠?qū)崿F(xiàn)：

第一信號(hào)(S1)(即在鐵軌中傳播的聲波)的傳播速度比正在行駛的列車(chē)(6)的行駛速度快。因此，列車(chē)引起的波在列車(chē)(6)自身之前能夠更早地到達(dá)觀察點(diǎn)處。

由于質(zhì)量大，所以正在行駛的列車(chē)(6)生成高振幅的波(10a，10b)。這些波的傳播距離非常長(zhǎng)，因?yàn)槠渌p效應(yīng)小。因此，這些波列的特定模式能夠被識(shí)別，即使在大的距離處(其增加了報(bào)警前置時(shí)間)。通常，鐵軌的行為類(lèi)似于波的波導(dǎo)，因此，這些波具有比地震波更高的振幅。

假設(shè)當(dāng)鐵路路堤系統(tǒng)的邊界條件維持穩(wěn)定時(shí)，類(lèi)似列車(chē)的傳播波在幅度、頻率含量和信號(hào)特性方面僅經(jīng)歷非常小的變化。這允許對(duì)特性“波圖像”進(jìn)行定義或?qū)Σ煌牧熊?chē)類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)記(signature)。

聲音和地震記錄中的特性特征允許在檢測(cè)算法中使用的不同信號(hào)處理技術(shù)(波形相關(guān)性、小波分析和信號(hào)卷積方法)的應(yīng)用。

一旦通過(guò)實(shí)時(shí)分析確認(rèn)了列車(chē)的檢測(cè)，就立即向現(xiàn)有信號(hào)裝置(閃光燈、信號(hào)鐘)或收費(fèi)公路控制器發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。從列車(chē)檢測(cè)獲取的信號(hào)(包括列車(chē)方向、速度、到達(dá)時(shí)間等)在一個(gè)實(shí)施方式中也可以被發(fā)送給控制中心以用于分析和記錄日志。

在下文中，將參照附圖進(jìn)行描述本發(fā)明和本發(fā)明的實(shí)施方式。

在圖1中示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)包括被布置以被固定到鐵路軌道的至少一個(gè)鐵軌(10a,10b)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)，

其中，傳感器單元(2a,2b,...)中的每個(gè)傳感器單元被布置成用于檢測(cè)由正在行駛的列車(chē)(6)引起的并通過(guò)鐵軌(10a，10b)傳播的第一信號(hào)(S1)，

其中，傳感器單元(2a,2b,...)中的每個(gè)傳感器單元被至少劃分成第一腔室(21)和第二腔室(22)，其中，第一和第二腔室(21，22)由電磁屏蔽(23)分離，所述第一腔室(21)包括：

壓電元件(24)，該壓電元件(24)被固定到所述第一腔室(21)的外壁(25)上，

放大器(26)，該放大器(26)被布置以放大第一元件輸出信號(hào)(s1eo)，該第一元件輸出信號(hào)(s1eo)表示由所述壓電元件(25)檢測(cè)到的所述第一信號(hào)(s1)，其中，所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')是來(lái)自所述放大器(26)的放大后輸出信號(hào)，所述電磁屏蔽(23)包括被布置以將所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')從所述第一腔室(21)傳遞至所述第二腔室(22)的一個(gè)或多個(gè)饋通裝置(27)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，第一腔室和/或第二腔室由位于傳感器單元(2a,2b,...)內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)金屬箱(21a,22a...)構(gòu)成。金屬箱將進(jìn)一步使得低噪聲放大器(26)不受傳感器單元(2a,2b,...)外部的外部噪聲的影響。在該實(shí)施方式中，用于分離腔室的電磁屏蔽(23)可以由金屬箱(21a,22a,...)的壁構(gòu)成。

在檢測(cè)第一信號(hào)(s1)時(shí)，壓電元件(24)的位置和布置對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳可能的信噪比而言是重要的。

計(jì)算和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，在鐵軌的端頭(head)一側(cè)上檢測(cè)信號(hào)是有利的。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器單元(2a,2b,...)因此被布置成被安裝在鐵軌(10a,10b)的端頭的基本垂直側(cè)上，而且其中傳感器單元(2a,2b,...)內(nèi)部的壓電元件(24)被布置成面向鐵軌(10a,10b)的端頭的垂直側(cè)。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器單元(2a,2b,...)進(jìn)一步包括第二壓電元件(24a)(在附圖中未示出)，被布置成面向所述鐵軌(10a,10b)的端頭(10h)的底部。

根據(jù)可替換的實(shí)施方式，傳感器單元(2a,2b,...)包括各自面向鐵軌的兩個(gè)或更多個(gè)壓電元件。這些壓電元件可以都面向鐵軌的端頭一側(cè)、鐵軌的連結(jié)板(web)或者端頭、連結(jié)板與底座(foot)的結(jié)合。在該實(shí)施方式中，來(lái)自壓電元件的信號(hào)可以在傳感器單元中被結(jié)合，或在處理之前被單獨(dú)地放大。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)包括包含信號(hào)處理器(31)的控制單元(3)，該控制單元(3)被布置成接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,....)中的每個(gè)傳感器單元的表示第一信號(hào)(s1)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')、處理第一傳感器輸出信號(hào)(s1')并基于第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的特性生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的特性的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

上面和下面描述的實(shí)施方式能夠以不同的配置進(jìn)行結(jié)合，以便一些腔室由金屬箱構(gòu)成，而其他腔室不由金屬箱構(gòu)成。不同的傳感器實(shí)施方式及其配置也能夠與用于生成報(bào)警信號(hào)的不同控制系統(tǒng)配置計(jì)算相結(jié)合。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是用于早期檢測(cè)在鐵路軌道上行駛的列車(chē)(6)的方法，該方法通過(guò)使用列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，該列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)包括被布置以被固定到至少一個(gè)鐵軌(10a,10b)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)，該方法包括以下步驟：

將一個(gè)或多個(gè)所述傳感器單元(2a,2b,...)固定到至少一個(gè)鐵軌(10a,10b)上，

由所述傳感器單元(2a,2b,...)檢測(cè)通過(guò)鐵軌(10a,10b)從列車(chē)(6)進(jìn)行聲音傳播的一個(gè)或多個(gè)第一信號(hào)(s1)，

在信號(hào)處理器(31)中接收表示所述第一信號(hào)(s1)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')，

在所述信號(hào)處理器(31)中處理所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')，并基于所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')來(lái)生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的特性的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，用于早期檢測(cè)行駛的列車(chē)(6)的方法包括以下步驟：

由被固定到每個(gè)所述傳感器單元(2a,2b,...)的第一腔室(21)的外壁(25)上的兩個(gè)或更多個(gè)壓電元件(24)來(lái)檢測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)第一信號(hào)(s1)，

在所述第一腔室(21)的放大器中放大用于表示由所述壓電元件(25)所檢測(cè)的所述第一信號(hào)(s1)的所述第一元件輸出信號(hào)(s1eo)，

通過(guò)每個(gè)所述傳感器單元(2a,2b,...)的電磁屏蔽的饋通裝置(27)將每個(gè)所述傳感器單元(2a,2b,...)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')從所述第一腔室(21)饋送到第二腔室(22)，以及

將所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')或修改后的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')從所述傳感器單元(2a,2b,...)傳遞給所述控制系統(tǒng)(3)的所述信號(hào)處理器(31)。在一個(gè)實(shí)施方式中，在被傳遞給控制系統(tǒng)之前，所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')在所述第二腔室(22)中被修改或轉(zhuǎn)換成更適用于信號(hào)傳遞的格式。

在本發(fā)明的可替換實(shí)施方式中，列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)包括控制單元(3)和被布置成被固定到鐵路軌道的至少一個(gè)鐵軌(10a,10b)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)。

每個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)被布置成用于檢測(cè)由正在行駛的列車(chē)(6)引起并通過(guò)鐵軌(10a，10b)傳播的第一信號(hào)(S1)。

包括信號(hào)處理器(31)的控制單元(3)被布置成接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,....)中的每個(gè)傳感器單元的表示第一信號(hào)(s1)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')、持續(xù)處理第一傳感器輸出信號(hào)(s1')并基于第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的特性生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的特性的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是用于早期檢測(cè)在鐵軌(10a,10b)上正在行駛的列車(chē)(6)的方法，該方法通過(guò)使用如上所述的列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)進(jìn)行檢測(cè)，該方法包括以下步驟：

將一個(gè)或多個(gè)所述傳感器單元(2a,2b,...)固定到鐵路軌道的至少一個(gè)鐵軌(10a,10b)上，

由所述傳感器單元(2a,2b,...)檢測(cè)由正在行駛的列車(chē)(6)引起并通過(guò)鐵軌(10a,10b)的一個(gè)或多個(gè)第一信號(hào)(s1)，

在計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)中接收表示所述第一信號(hào)(s1)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')，

在所述計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)中持續(xù)處理所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')，并基于來(lái)自所述傳感器單元(2a,2b,...)中的至少兩個(gè)傳感器單元的所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')來(lái)生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的特性的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述信號(hào)處理器(31)是被計(jì)算機(jī)實(shí)施的。信號(hào)處理器(31)可以使用計(jì)算機(jī)上的一個(gè)或多個(gè)物理處理器來(lái)執(zhí)行如上所述的計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)處理器(31)被部分地嵌入到被專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)成用于如上所述的任務(wù)的硬件中。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)。

該系統(tǒng)的其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)接收并比較來(lái)自多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)的信號(hào)來(lái)確定正在行駛的列車(chē)(6)的各種特性(諸如方向、速度等)的能力。然而，由于沿著該系統(tǒng)的鐵軌并位于兩個(gè)傳感器之間的小信號(hào)多樣性(diversity)，可能很難從接收到的信號(hào)中獲取一些特性，諸如列車(chē)的方向。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，為了改善被布置在相同鐵軌上的傳感器之間的信號(hào)多樣性，布置用于抑制第一信號(hào)(s1)的聲音阻尼器(7)被布置與被固定到同一鐵軌(10a,10b)上的所述傳感器單元(2a,2b,...)中的兩個(gè)傳感器單元之間的鐵軌(10a,10b)物理接觸。該阻尼器可以是通常被用于列車(chē)橡膠平交路口的儀表盤(pán)(gauge pad)或任意其他適當(dāng)?shù)穆曇糇枘崞?。該阻尼器可由例如橡膠、樹(shù)、橡膠與木頭的組合、或具有良好的聲音阻尼屬性的任意其他材料制成。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，信號(hào)處理器(31)包括包絡(luò)檢測(cè)器(32)和包絡(luò)信號(hào)比較器(33)，其中，包絡(luò)檢測(cè)器被布置用于持續(xù)地檢測(cè)來(lái)自每個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的包絡(luò)信號(hào)(sl'e)，包絡(luò)信號(hào)比較器被布置用于持續(xù)地將從來(lái)自傳感器單元(2a,2b,...)的至少一個(gè)傳感器單元的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')檢測(cè)到的一時(shí)間段(T)的包絡(luò)信號(hào)(s1'e)與預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(s1'p)進(jìn)行比較，其中，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于當(dāng)在時(shí)間段(T)上包絡(luò)信號(hào)(s1'e)與預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)相比具有越來(lái)越高的振幅時(shí)生成指示正在接近的列車(chē)(6)的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。在圖1和2中所示的信號(hào)(s1')和(s2')以及包絡(luò)信號(hào)(s1'e)僅用于說(shuō)明的目的，而且這些信號(hào)和包絡(luò)可以具有不同的形狀。信號(hào)(s1')和(s2')將通常由多個(gè)頻率分量組成，而且它們的振幅將根據(jù)例如列車(chē)的速度、距離和列車(chē)類(lèi)型而變化。

被用于進(jìn)行比較的預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)可以是專(zhuān)用于在軌道網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的每個(gè)列車(chē)類(lèi)型的。然而，為了改善列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)的靈敏度，更被專(zhuān)門(mén)定義的包絡(luò)信號(hào)可以通過(guò)記錄針對(duì)在其處安裝列車(chē)傳感器(2a,2b,...)的特定位置的這種信號(hào)來(lái)獲得。這些被記錄的信號(hào)之后可以被分析，以獲得被用作預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)的特征包絡(luò)。

根據(jù)本發(fā)明，還能夠通過(guò)例如向預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)的集合中持續(xù)地添加每次列車(chē)經(jīng)過(guò)傳感器(2a,2b,...)時(shí)被測(cè)量的包絡(luò)信號(hào)(s1'e)來(lái)訓(xùn)練列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，還可以通過(guò)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析或卷積技術(shù)，諸如被持續(xù)測(cè)量的包絡(luò)信號(hào)(s1'e)的平均值、中間值，來(lái)改善現(xiàn)有的預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)。訓(xùn)練可以在列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)操作之前或期間執(zhí)行。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，包絡(luò)信號(hào)比較器(33)被布置用于將來(lái)自被固定到相同軌道(10a,10b)上的傳感器單元(2a,2b,...)的至少兩個(gè)傳感器單元的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的包絡(luò)信號(hào)(s1'e)進(jìn)行比較，并且進(jìn)一步被布置用于檢測(cè)正在行駛的列車(chē)(6)的方向(s11)，其中列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)包括列車(chē)(6)的方向(s11)。

該方向應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地相對(duì)于鐵軌(10a,10b)或相對(duì)于方位基點(diǎn)(cardinal point)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)被布置用于通過(guò)將包絡(luò)信號(hào)(s1'e)與針對(duì)不同列車(chē)類(lèi)型的預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)正在行駛的列車(chē)的類(lèi)型。針對(duì)不同列車(chē)類(lèi)型的預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)的包絡(luò)長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)足夠用于將特定的列車(chē)類(lèi)型與其他類(lèi)型進(jìn)行區(qū)分，但是并不是必須包括用于一個(gè)或多個(gè)整個(gè)列車(chē)組的包絡(luò)。在該實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于在包絡(luò)信號(hào)比較器(33)檢測(cè)到包絡(luò)信號(hào)(s1'e)在時(shí)間段(T)上等于預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)時(shí)，生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的類(lèi)型(s12)的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于通過(guò)在包絡(luò)信號(hào)比較器(33)中將包絡(luò)信號(hào)(s1'e)幅度的增加或減小與預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)進(jìn)行比較來(lái)生成表示與正在接近的列車(chē)的距離(s13)的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于生成表示直到正在行駛的列車(chē)(6)到達(dá)傳感器(2a,2b,...)被布置的位置處或在已知的相對(duì)于傳感器位置的位置中沿著鐵軌(10a,10b)的另一位置處的時(shí)間的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)用于確保列車(chē)平交路口的安全。在該實(shí)施方式中，所述傳感器單元(2a,2b,...)中的至少兩個(gè)傳感器單元被布置在位于列車(chē)平交路口的對(duì)立側(cè)上的相同鐵軌(10a,10b)上。然而，傳感器單元(2a,2b,...)還可以位于列車(chē)平交路口的相同側(cè)上，如果發(fā)現(xiàn)對(duì)于特定安裝而言這更為方便的話。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于生成列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)，該列車(chē)報(bào)警信號(hào)包括針對(duì)車(chē)輛等待穿過(guò)平交路口而將提供的等待時(shí)間。該等待時(shí)間可以是直到列車(chē)已經(jīng)通過(guò)安全裕度的剩余時(shí)間。該等待時(shí)間對(duì)于駕駛員而言是有用的信息，并且能夠避免危險(xiǎn)狀況，其中在危險(xiǎn)狀況中，駕駛員有機(jī)會(huì)穿過(guò)軌道因?yàn)闆](méi)有軌道位于視野內(nèi)。等待時(shí)間指示器是該系統(tǒng)正在運(yùn)行以及鼓勵(lì)駕駛員等待直到列車(chē)已經(jīng)通過(guò)的指示。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)包括音頻信號(hào)比較器(34)，被布置用于將來(lái)自傳感器單元(2a,2b,...)的至少兩個(gè)傳感器單元的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的高達(dá)50kHz的頻率分量進(jìn)行比較。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以通過(guò)在將所得到的信號(hào)與預(yù)定義包絡(luò)信號(hào)(p1'e)進(jìn)行比較之前將來(lái)自?xún)蓚€(gè)或更多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)的第一傳感器輸出信號(hào)(s1')或包絡(luò)信號(hào)(s1'e)進(jìn)行結(jié)合來(lái)改善列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，結(jié)合信號(hào)是包絡(luò)信號(hào)(s1'e)的平均值。第一傳感器輸出信號(hào)(s1')可以在各種頻率分量被結(jié)合之前被進(jìn)行傅里葉變換。在該實(shí)施方式中，相比于其他頻率分量，一些頻率分量可以被不同的加權(quán)。帶通濾波器、高通濾波器或低通濾波器也可以用來(lái)減小表示主要噪聲的頻率分量的貢獻(xiàn)。如上所述的信號(hào)的結(jié)合將改善信噪比，而且使得其能夠更早地檢測(cè)列車(chē)。其還可以更精確地計(jì)算表示例如距離、速度、方向、到達(dá)時(shí)間等的輸出報(bào)警信號(hào)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)包括四個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)，其中，兩個(gè)傳感器單元位于軌道(10b,10b)方向上聲音阻尼器(7)的每一側(cè)上。在該實(shí)施方式中，位于一側(cè)上的兩個(gè)傳感器能夠作為一對(duì)來(lái)運(yùn)行，以通過(guò)應(yīng)用如上所述的卷積技術(shù)或其他相關(guān)的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)改善所得到的信噪比。當(dāng)從每一對(duì)中得到的信號(hào)被與來(lái)自傳感器單元(2a,2b,...)的另一對(duì)的信號(hào)進(jìn)行比較時(shí)，正在行駛的列車(chē)(6)及其方向、速度等可以通過(guò)持續(xù)地將它們的信號(hào)包絡(luò)彼此進(jìn)行比較以及持續(xù)地將它們的信號(hào)包絡(luò)與針對(duì)公知列車(chē)類(lèi)型的預(yù)定義信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行比較而從有效信號(hào)中獲得。

傳感器單元(2a,2b,...)的特性對(duì)于列車(chē)檢測(cè)安全系統(tǒng)(1)早期檢測(cè)列車(chē)的能力而言是重要的。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)傳感器單元(2a,2b,....)被劃分成至少第一腔室(21)和第二腔室(22)，其中，第一和第二腔室(21，22)由電磁屏蔽或EMC、電磁兼容屏蔽(23)分離，所述第一腔室(21)包括：

壓電元件(24)，該壓電元件(24)被固定到所述第一腔室(21)的外壁(25)上，

放大器(26)，該放大器(26)被布置用于放大第一元件輸出信號(hào)(s1eo)，該第一元件輸出信號(hào)表示由所述壓電元件(25)檢測(cè)到的所述第一信號(hào)(s1)，其中，所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')是來(lái)自所述放大器(26)的放大后輸出信號(hào)，所述電磁屏蔽(23)包括用于將來(lái)自所述第一腔室(21)的所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')傳遞給所述第二腔室(22)的一個(gè)或多個(gè)饋通裝置(27)，所述第二腔室(22)包括穿過(guò)該第二腔室的其中一個(gè)外壁(29)的一個(gè)或多個(gè)套管(28)，所述套管被布置成用于攜帶所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')的電線。根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元(2a,2b,...)能夠檢測(cè)并放大來(lái)自正在行駛的列車(chē)(6)的所述第一信號(hào)(s1)，其中因傳感器元件被直接固定到所述傳感器單元的外壁上而使得所述第一傳感器輸出信號(hào)(s1')具有低信噪比。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器單元(2a,2b,...)的外壁(25)被直接粘到鐵軌(10a,10b)上。粘膠的類(lèi)型依賴(lài)于該系統(tǒng)的應(yīng)用。持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的膠或螺釘可以用于永久性安裝。對(duì)于在維護(hù)位置處使用的列車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)(1)，非永久性粘膠可用來(lái)允許在使用后容易地移除。具有饋通電容器(27)的雙腔室傳感器單元減小了被引入到第一腔室(21)中的噪聲，因而改善了該系統(tǒng)的信噪比。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器元件可以是被直接粘到或螺釘固定到外壁(25)上的壓電元件(24)。

作為粘膠或螺釘?shù)奶鎿Q，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以有利地將傳感器單元(2a,2b,...)夾到鐵軌(10b,10b)上，如圖4所示，其中，夾具(50)被布置用于將傳感器單元(2a,2b,...)夾到鐵軌(10b,10b)上。

由于軌道中安裝尺寸的限制，傳感器的物理尺寸應(yīng)當(dāng)小。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，傳感器是基于加速計(jì)技術(shù)的，其中，傳感器單元(2)包括壓電元件(24)和無(wú)噪聲放大器。壓電元件(24)可以被固定到傳感器單元(2)殼體的底部上，以確保壓電元件(24)與該殼體之間的良好的聲音接觸。

其他傳感器也可以被用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中。重要參數(shù)是魯棒性和靈敏度，其中，候選傳感器可以是基于半導(dǎo)體技術(shù)的地震檢波器或MEMS傳感器。小尺寸傳感器可以被直接附著到鐵軌上，例如通過(guò)使用針對(duì)該目的的粘膠以給出期望的聲音連接性，或者可以在鐵軌輪廓中鉆孔以通過(guò)螺釘將傳感器固定到鐵軌的外部，或者設(shè)計(jì)夾具系統(tǒng)?？商鎿Q的傳感器固定用于將傳感器附著到接近或位于鐵軌之間的混凝土軌枕。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，為了能夠應(yīng)用相關(guān)性和卷積方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若干傳感器可以被安裝在兩個(gè)鐵軌上。依賴(lài)于所使用的信號(hào)處理算法，傳感器可以被放置在沿著軌道的等距離間隔處，或者放置在不同間隔處。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，地震信號(hào)與聲音信號(hào)相結(jié)合而被使用以如圖2所示那樣檢測(cè)正在行駛的列車(chē)。一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)被布置用于檢測(cè)通過(guò)地自列車(chē)(t)而被地震地傳播的第二信號(hào)(s2)，其中，計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)處理器(31)被布置用于接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)的表示第二信號(hào)(s2)的第二傳感器輸出信號(hào)(s2')，持續(xù)地處理第二傳感器輸出信號(hào)(s2')并基于第一傳感器輸出信號(hào)(s1')和第二傳感器輸出信號(hào)(s2')的特性來(lái)生成表示正在行駛的列車(chē)(6)的特性的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，分離的傳感器單元(2a,2b,...)用于檢測(cè)聲音和地震信號(hào)。進(jìn)一步地，來(lái)自每個(gè)傳感器單元(2a,2b,...)的傳感器電纜可以與從每個(gè)傳感器至控制單元(3)的電纜完全分離。在該實(shí)施方式中，控制單元(3)可以使用不同的算法來(lái)處理來(lái)自各個(gè)地震和聲音檢測(cè)器的信號(hào)(s1')和(s2')。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器靠近控制系統(tǒng)或中央獲取系統(tǒng)，而且傳感器電纜是非常短的。然而，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，能夠使用長(zhǎng)達(dá)100米的傳感器電纜來(lái)將信號(hào)從傳感器攜帶至中央獲取系統(tǒng)。盡管這些電纜很有抵抗性(resistant)，但是在幾個(gè)月的永久安裝情況中它們可以被覆蓋管所覆蓋以避免損壞電纜。

在本發(fā)明的實(shí)施方式，由能夠處理來(lái)自多通道的數(shù)據(jù)的獲取系統(tǒng)以連續(xù)模式進(jìn)行聲音和/或地震數(shù)據(jù)的處理、數(shù)字轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，用于傳統(tǒng)聲音和/或地震應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備適用于這些需求。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，包括軌道異常信號(hào)(s14)的列車(chē)報(bào)警信號(hào)(s10)在在鐵軌(10a,10b)中檢測(cè)到異常時(shí)被生成。軌道異常信號(hào)(s14)可以在在鐵路軌道上沒(méi)有列車(chē)時(shí)而噪聲特性不同于常規(guī)狀況時(shí)被生成。其可以是因?yàn)榻邮盏降膩?lái)自在運(yùn)載同一列車(chē)的鐵路軌道的兩個(gè)鐵軌上的列車(chē)的信號(hào)的不期望的差異，諸如信號(hào)包絡(luò)差異或者頻率分量差異。在類(lèi)似的實(shí)施方式中，列車(chē)異常信號(hào)還可以在接收到的信號(hào)指示列車(chē)異常(諸如具有損壞的車(chē)輪的問(wèn)題)時(shí)被生成。