用於不具有絕緣接頭的軌道信號系統的方法、系統和計算機代碼的製作方法

2023-07-30 15:54:11 6

專利名稱：用於不具有絕緣接頭的軌道信號系統的方法、系統和計算機代碼的製作方法
技術領域：
本發明領域涉及軌道運輸，更具體地說，涉及一種鐵路信號系統。
背景技術：
包括在鐵軌的間隔開的軌道之上運行的一個或更多軌道車輛的固定軌 道運輸系統已經是一種將貨物和人從一個地理位置運送到另一地理位置的 高效途徑。在人口稠密的國家以及道路運輸系統未有改善的國家中，軌道 車輛會是用於是人和貨物移送的主要設備。另外，軌道運輸使用在人很少 甚至無人存在的區域。另外，在整個世界的範圍內可能存在幾百萬公裡的 鐵軌需要被維護。
在整個美國，存在二十萬線路信號設備，它們布置成與鐵路系統相聯 系。鐵路系統包括沿著軌道定位的線路設備，例如，轉轍器、信號以及車 輛檢測器。線路設備可以限定為例如，軌道轉轍器位置裝置、軌道佔用檢 測器、線路信號設備、隔熱箱檢測器、熱輪檢測器、打滑設備檢測器、高 水檢測器、高/寬載荷檢測器、自動設備識別系統、幹線交叉系統、互鎖控 制器系統或位於鄰近所述軌道並用於監視所述軌道狀態的任何其他設備、 環境狀況、和/或鐵路車輛。各個線路設備裝置位於整個鐵路系統內，因此 地理上比較分散並且通常位於難於到達的地方。
鐵路一般釆用使用顏色的線路信號以及這些信號的位置以將移動授權 信息傳送給列車機組人員。這些信號由線路信號裝置局部控制。線路信號 裝置傳送信號點之間的信息，其中所述信號點將鐵軌的兩個導軌用作導電 體以形成軌道電路。絕緣軌道接頭被添加在這些信號點處以允許單獨的軌 道電路形成在兩個信號點之間。目前，固態編碼的軌道電路被用於鐵路信
號發送。這些軌道一般是直流(DC)編碼脈衝，其用來傳送信號點之間的 信息。這些線路信號裝置取決於線路信號點處的絕緣鐵軌接頭以防止信號 傳播到非預期接收信號的裝置。
圖1描述使用絕緣連接軌道的固態編碼DC軌道系統的現有技術的示例性實施例。鐵軌9在相鄰軌道13相遇之處之間具有絕緣接頭10。該絕 緣接頭IO被用來形成用於鐵路信號傳送的塊11、 12。塊ll、 12的第一端 處的信號裝置14、 15發送DC編碼的脈衝，這些脈沖被塊11、 12的第二 端處的信號裝置17、 18檢測到並解碼。根據信號裝置，發送信號、檢測 以及解碼信號傳送發生在塊11、 12的兩個方向或，換句話說還發生在從 第二端到第一端的方向。為了確保預期的信號^皮接收，信號裝置14、 17、 15、 18之間的通信在固定碼幀期間內同步。因此，各個隔熱箱11、 12內 的第一信號裝置14、 15在第一個半周期內發送信息，第二信號裝置17、 18在第二個半周期內發送信息。絕緣接頭10將所述信號保持在各個塊內 並且因此防止信號發送到另一塊11、 12內。
儘管大部分的軌道部件被認為實際上主要是機械的，但是其中的許多 還用於電氣目的。信號穿過所述鐵軌發送的軌道點中的鐵軌、枕木、路 基、絕緣接頭、軌距板、軌距杆以及閘口面板必須都具有正確的電氣特性 以及精確的機械特性，以便所述信號設備適當運行。這包括線路信號、車 內信號以及閘口報警系統。
在鐵軌的維護中，絕緣接頭是特別關注的。由於鐵軌中的機械不連續 性，所述絕緣接頭必須經常承受比鐵軌自身經受更嚴酷的"重擊"。路基 和次等級的材料會受到影響，並且在大量的鐵路運輸之下軌道會發生顯著 的"抽吸"。儘管所有的這些，但是絕緣接頭必須維持良好的機械連接， 以及，理想位置完美的電絕緣。
在運行中，由絕緣接頭提供的電絕緣度不會很完美，即使當絕緣接頭 完美時。這主要是由於提供每個絕緣接頭周圍的導電通道的路基電阻。但 是每個絕緣接頭的絕緣層的性能最終會下降。因此，鐵路業主以及用戶會
從減小直接歸因於絕緣的鐵路接頭的鐵路維護問題的鐵路中受益。

發明內容
本發明的示例性實施例致力於 一種系統、方法以及電腦程式代碼， 用於通過不需要絕緣接頭的鐵路使可識別的信號傳播。為此，在示例性的 實施例中，公開了一種鐵軌系統和方法，當多個發送器和多個接收器使用 軌道進行通信時，該鐵路軌道系統通過不具有絕緣接頭的軌道而在特定發 送器和特定接收器之間提供通信。所述方法包括在特定時間內從特定發送
6器發送唯一信號。唯一信號通過鐵軌得以傳送，其中所述鐵軌在連續鐵軌 之間不具有絕緣接頭並且是唯一信號穿過其中行的介質，其中所述唯一信 號是可由多個接收器檢測到但是不可讀取。所述特定的接收器被起動以在 特定時間內讀取唯一信號。
還公開了 一種用於線路信號設備之間通信的鐵軌信號系統。該系統包 括發送器，該發送器基於在限定的時間內發送唯一信號，頻率調製所述唯 一信號以及相位調製所述唯一信號其中的至少一個來發送所述唯一信號。 鄰近發送器的鐵軌還設置為在連續鐵軌之間不具有絕緣接頭並且是唯一信 號穿過其傳送的介質。接收器還被公開為鄰近所述鐵路軌道以基於能夠在 所述限定時間內接收所述唯一信號被發送的信號、頻率解調所述唯一信號 和/或相位解調所述唯一信號來接收所述唯一信號。
在另一實施例中，在具有計算機處理器的鐵軌信號系統中，提供一種 計算機軟體代碼，其中當多個發送器和多個接收器使用所述軌道通信時， 所述計算機處理器通過不具有有絕緣接頭的軌道而在特定發送器和特定接 收器之間提供通信。所述計算機軟體代碼包括用於在特定時間內從特定發 送器發送唯一信號的計算機軟體模塊。該計算機軟體代碼還具有用於通過 鐵軌發送所述唯一信號的計算機軟體模塊，其中所述唯一信號可被多個接 收器檢測到但不可讀。計算機軟體模還設置用於起動所述特定接收器以在 特定時間內讀取所述唯一信號。


通過參考示於附圖中的特定實施例將提供以上簡要描述的本發明的更 具體的描述。要理解到，這些附圖僅描述本發明的一般實施例因此不被認 為是對其範圍的限制，通過使用附圖將更加具體和詳細地描述和解釋本發
明，其中
圖1描述使用絕緣接頭軌道的固態編碼的DC軌道系統的現有技術的 示例性實施例；
圖2描述沒有絕緣接頭的信號軌道系統的示例性實施例；
圖3描述用於沒有絕緣接頭的信號軌道系統中的發送/接收方塊圖的示 例性實施例；以及
圖4描述用於在沒有絕緣接頭的鐵軌系統中使用的信號軌道系統的步驟的流程圖的示例性實施例。
具體實施例方式
現在詳細參考和本發明一致的實施例，其中的例子圖示在所述附圖 中。只要可能，在所有附圖的範圍內使用的相同附圖標記指的是相同或相 似的部件。雖然相對於鐵路系統描述了本發明，例如但不限於通過鐵軌通 信的線路信號裝置，但是本領域內的技術人員將容易地認識到本發明的示 例性的實施例還可以用於其他系統中，在此信號信息通過公用載波從另一 位置發送到另一位置。
本發明的示例性實施例通過為鐵軌信號系統提供一種系統、方法以及 計算機軟體代碼以在不需要沿著導軌設置絕緣接頭的情況下進行操作從而
解決現有技術中的問題。本領域內的技術人員將認識到，例如包括CPU、 存儲器、1/0、程序存儲器、連接總線以及其他合適部件的數據處理系統的
系統可包括用於執行該方法的合適程序設備。
更廣泛地說，所述技術效果是沿著軌道不需要絕緣接頭操作鐵軌信號 系統。本發明的示例性實施例可以描述於計算機能夠執行的指令的 一 般上 下文中，例如通過計算機執行的程序模塊。 一般地，程序模塊可包括執行 特定任務或實施特定抽象數據類型的例行程序、程序、目標、部件、數據 結構等。例如，以本發明的示例性實施例為基礎的軟體程序以不同的語言 編碼，用於不同的計算平臺。本發明的例子可以在是採用網絡瀏覽器的網 絡埠的背景下得以實施。然而，將認識到，以本發明的示例性實施例為 基礎的原理也可以和其他類型的計算機軟體 一起得以實施。
而且，本領域內的技術人員將認識到本發明的例子可以和其他計算機 系統結構一起實施，其中所述計算機系統結構包括可攜式裝置、多處理器 系統、基於微處理器或可編程的消費電子產品、小型計算機、大型計算機 等。本發明的例子還可實施於分布式計算的環境中，在此任務是通過經由 通信網絡被連接的遠距處理裝置得以執行的。在分布式計算環境中，程序 模塊可以位於包括存儲器裝置的當地和遠距計算機存儲介質中。
而且，製造的產品，例如預製盤或其他類似的電腦程式產品，用於 數據處理系統，可包括記錄在其上的存儲介質和程序設備，用於定向數據處理系統以便於實施本發明的示例性實施例的方法。該裝置和製造產品也 落入本發明的精神和範圍內。
現在參照附圖，將描述本發明的實施例。本發明能以許多方式得以實 施，這些方式包括作為一種系統(包括計算機處理系統)、方法(包括計 算機實施方法)、裝置、計算機可讀介質、電腦程式產品、圖形用戶界 面，其包括網絡埠或具體固定在計算機可讀存儲器中的數據結構。下面 描述本發明的幾個實施例。
圖2描述用於沒有絕緣接頭的鐵軌中的信號軌道系統的示例性實施 例。如本領域內的技術人員將認識到的，本發明的一方面可以被實施為替 換現有的線路信號裝置，升級現有線路信號裝置，和/或同現有線路信號裝 置相結合地工作的新式線路信號裝置。使用了一種形式的時分多路傳輸。 時分多路傳輸是一種為每個傳送裝置分配時隙以通過共用介質發送從而避 免竟爭的技術。
圖示了多個信號裝置20、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27。在示例性的 實施例中，每個信號裝置具有發送器30和接收器31。每個發送器30與共 用時鐘35同步。時鐘源35可包括，但不限於，全球定位系統(GPS)時 鍾和/或時間信號的播報，例如WWV和/或WWVB廣播。時鐘源35可以 通過無線通信和/或通過有線通信被提供給每個發送器30。
一定範圍的共用接收器31內的發送器30被分配具有唯一的時隙用於 傳送。如所示，某些範圍的共用接收器31內的每個發送器30被分配具有 一時隙，例如但不限於時隙1到6。該時隙的大小設置成能夠確保給要被 發送的信號足夠時間而不會和被發送的另一信號幹涉。同樣地，如果來自 特定發送器的信號應該在特定時間抵達特定的接收器，那麼每個接收器還 被分配唯一的時隙，用於接收所述發送信號。如所示，假定與信號裝置27 有關的發送器30被分配有時隙1。與信號裝置24相關聯的接收器31也分 配具有時隙1。因此，當時鐘源35處於時隙1的時間時，信號裝置27的 發送器30和信號裝置24的接收器31被打開以分別發送和接收。如上公 開的本發明的示例性實施例允許沿著所述線路或鐵軌40得以發送的信號 數量產生變化並且還可允許恆定地調節時間間隔以優化地使用可用的帶 寬。如進一步公開的塊50、 51、 52示於圖2中。
然而其中圖1的塊由絕緣接頭10限定，圖2中的塊由線路信號55的位置限定。另外，如圖1所示，信號裝置看起來在給定距離之後重複。這 種情況的發生是由於該各個信號裝置之間的距離分開足夠遠使得來自這些 裝置的信號將不會與來自其他各個裝置的信號幹涉。更具體地說，第一信
號裝置21足夠遠離第二信號裝置27使得發送器30和接收器31或信號裝 置21、 27不會與來自其他信號裝置27、 21的信號幹涉。
本發明的示例性實施例還使用相位調節而為調製信號做準備。圖3描 述用於在鐵軌之間沒有絕緣接頭的鐵軌信號系統的發送/接收方塊圖的示例 性實施例。載波頻率60可以是例如場可調製的，以使其可以被設置成足 夠低的頻率以將代碼信息傳送到在塊的相對端處的它的預期接收器，即使 在改變路基狀況的情況下，同時限制信號傳播以使遠距信號裝置的幹涉最 小化。
為了確保接收器31不使來自接收器30而不是所希望的接收器30的 信號解碼，唯一的相位信號可被分配給每個發送器30。載波頻率是採用唯 一識別所述發送器的可重複的調製特徵(signature)進行調製的相位。調 相器可以被配置以僅使具有匹配的相位信號的DC代碼通過。
如所示，發送器30包括代碼發生器61,例如但不限於DC代碼發生 器。代碼發生器61提供重複的代碼。還設置有被連接到軌道63的調相器 62。還提供了相位信號發生器65和本地振蕩器66。相位信號發生器65產 生傳送唯一發送器特徵的重複代碼。發送器30發送出用於特定接收器31 的載波頻率。
接收器31包括被連接到軌道63的相位解調器70。本地振動器66和 相位信號檢測器72被連接到相位解調器70。相位解調器70和相位信號檢 測器72去除導致原始信號的重複代碼信息。
通過去除絕緣接頭10，所述軌道電路之間的電氣間距也被移除。較小 的電氣邊界需要形成在信號點附近以確定列車何時穿過邊界。該列車檢測 的分辨度要求使得信號在移動的列車之前沒有降級。高頻信號可用來提供 較短範圍的列車檢測機制。該信號的振幅和/或頻率可被調節以獲得列車檢 測的預期分辨度。在一個方面，分開的高頻軌道電路可以用作覆層以提供 該特性。在另一實施例中，所述高頻信號可以施加在上述調製信號上。在 一個方面，可以使用上述的調製信號的相互調製技術產生該高頻信號。
本發明的示例性實施例確保發送器沒有彼此幹涉，其中每個接收器解
10碼具體地相應於各個接收器的信號。這是通過使用上述可以與頻率和調相
相結合使用的TDM技術而實現的。
圖4描述用於在沒有絕緣接頭的鐵軌系統中使用的信號軌道系統的步 驟的流程圖的示例性實施例。如所示，流程圖80包括在特定時間從發送 器發送唯一信號，步驟82。該信號通過鐵軌得以發送，步驟84。被表示 成以接收唯一信號的接收器被激活以在特定時間接收，步驟86。為了進一 步確保正確信號被所述接收器接收，信號頻率和/或相位通過所述發送器得 以調製，其中所述接收器被設定成以接收該特定的頻率和/或調相信號，步 驟88。如果當軌道車輛穿過某一軌道段時需要傳送信號，所述流程圖可以 進一步包括在發送唯一信號90之前檢測某一段上的軌道車輛。例如，高 頻信號可以被用於特定的軌道段上以在信號邊界90處或附近檢測軌道車 輛。為了確保所述發送器和接收器在正確的時間工作，每個都與公共時間 同步。如上所述，流程圖80中的步驟可以使用計算機軟體代碼得以實 施。
儘管參照示例性實施例描述了本發明，但是本領域內的技術人員將認 識到，在不背離本發明的精神和範圍內，可以進行各種改變、省略和/或增 加，並且等同物可以替換其中的元件。另外，可以進行許多修改以使特定 情況或材料在不背離其範圍的情況下適合於本發明的教導。因此，注意 到，本發明不限於被公開為認為是實施本發明的最佳模式的特定實施例， 但是要注意到本發明將包括落入附屬權利要求的範圍內的所有實施例。而 且，除非具體說明，否則使用的任何術語第一、第二等不表示任何次序或 重要性，而是這些術語第一、第二等被用來區分一個元件和另一元件。
ii
權利要求
1.在一種鐵路軌道系統中，當多個發送器和多個接收器使用軌道進行通信時，該鐵路軌道系統通過不具有絕緣接頭的軌道而在特定發送器和特定接收器之間提供通信，一種方法包含a)在特定時間內從所述特定發送器發送唯一信號；b)通過鐵軌傳送所述唯一信號，其中所述鐵軌在連續鐵軌之間不具有絕緣接頭並且是所述唯一信號穿過其中運行的介質，其中所述唯一信號可由所述多個接收器檢測到但是不可讀取；c)起動所述特定接收器以在所述特定時間內讀取所述唯一信號。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述唯一信號還包含頻率調製所述 唯 一信號和相位調製所述唯一信號其中的至少一個。
3. 如權利要求l所述的方法，其中發送所述唯一信號包含當鐵軌在特 定軌道段上通過時發送所述唯一信號。
4. 如權利要求3所述的方法，其中還包含當軌道車輛在特定軌道段上 通過時由音頻軌道線路檢測所述軌道車輛。
5. 如權利要求l所述的方法，其中還包含使所述發送器和接收器同步 至相同的時間。
6. 如權利要求1所述的方法，其中發送所述唯一的信號還包含在較低 頻率下發送所述唯一信號，足以將所述唯一信號中的編碼信息傳送到所述 接收器，同時限制信號傳播以使多個接收器中的其他接收器的幹涉最小 化。
7. —種用於在線路信號裝置之間通信的鐵路軌道信號系統，該系統包含a) 發送器，該發送器基於在限定時間內發送唯一信號、頻率調製所述 唯一信號以及相位調製所述唯一信號其中的至少一個而發送所述唯一信號；b) 鐵路軌道，該鐵路軌道鄰近所述發送器，該鐵路軌道在連續鐵軌之間不具有絕緣接頭並且是所述唯一信號通過其傳送的介質；c) 接收器，該接收器鄰近所述鐵軌，以基於能夠在所述限定時間內接 收所述唯一信號被發送的信號其中的至少一個、頻率解調所述唯一信號以及相位解調所述唯一信號來接收所述唯一信號。
8. 如權利要求7所述的系統，還包含多個發送器和接收器，其中只要 所述唯一信號相容於特定發送器和特定接收器，則所述特定發送器和所述特定接收器能夠發送和接收所述唯一信號。
9. 如權利要求7所述的系統，還包含具有至少發送器和接收器的信號 裝置。
10. 如權利要求7所述的系統，其中所述發送器包含編碼發生器、相 位調製器、相位信號發生器和本地振動器其中的至少一個，用來產生所述 唯一信號。
11. 如權利要求7所述的系統，其中所述發送器包含相位解調器、本 地振動器以及相位信號檢測器其中的至少一個，用來讀取所述唯一信號。
12. 如權利要求7所述的系統，還包含時鐘源，以使所述發送器和所 述接收器的運行時間同步。
13. 如權利要求7所述的系統，還包含檢測器，以確定何時軌道車輛 在特定的軌道段上通過。
14. 如權利要求13所述的系統，其中所述檢測器包含音頻軌道線路。
15. 如權利要求14所述的系統，其中所述音頻軌道線路的頻率相對於 特定的檢測距離來說是可調節的。
16. 在具有計算機處理器的鐵路軌道信號系統中，當多個發送器和多 個接收器使用所述鐵軌進行通信時，該鐵軌信號系統通過不具有絕緣接頭 的鐵軌在特定發送器和特定接收器之間提供通信， 一種計算機軟體代碼包 含a) 用於在特定時間內從所述特定發送器發送唯一信號的計算機軟體模塊；b) 用於通過鐵軌軌道發送所述唯一信號的計算機軟體模塊，其中所 述鐵路軌道在連續軌道之間不具有絕緣接頭並且是所述唯一信號穿過其傳 送的所述介質，其中所述唯一信號可由所述多個接收器檢測但不可讀取；計算機軟體模塊。 ^ ' ^ '
17. 如權利要求16所述的計算機軟體代碼，其中所述唯一信號還包含 在限定時間內發送所述唯一信號、頻率調製所述唯一信號以及相位調製所述唯一信號其中的至少一個。
18. 如權利要求16所述的計算機軟體代碼，其中用於發送所述唯一信 號的計算機軟體模塊還包含當軌道車輛通過特定軌道段上時，用於發送所 述唯一信號的計算機軟體模塊。
19. 如權利要求16所述的計算機軟體代碼，還包含用於使所述發送器 和所述接收器同步至相同時間的計算機軟體^t塊。
20. 如權利要求18所述的計算機軟體代碼，還包含當軌道車輛在特定 軌道段上通過時用於起動所述發送器的計算機軟體模塊。
21. 如權利要求16所述的計算機軟體代碼，用於發送所述唯一信號的 計算機軟體模塊還包含計算機軟體模塊，該計算機軟體模塊用於在較低頻 率下發送所述唯一信號，其足以將所述唯一信號中的編碼信息傳送到所述 接收器，同時限制信號傳播以使多個接收器中的其他接收器的幹涉最小 化。
全文摘要
一種鐵軌系統，當多個發送器和多個接收器使用軌道進行通信時，該鐵軌系統通過特定發送器和特定接收器之間不具有絕緣接頭的軌道提供通信，一種方法包含在特定時間內從所述特定發送器發送唯一信號。所述唯一信號通過鐵軌得以傳送，其中所述鐵軌在連續鐵軌之間不具有絕緣接頭並且是唯一信號穿過其運行的介質，其中所述唯一信號是可由所述多個接收器檢測到的但是不可讀取。所述特定接收器被激發在特定時間內讀取所述唯一信號。
文檔編號B61L1/18GK101588953SQ200780050434
公開日2009年11月25日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年1月24日
發明者安德魯·L·魯吉羅, 班傑明·P·丘奇, 傑弗裡·M·弗裡斯 申請人:通用電氣公司