专利名称：用于标识机车的轨道分配的系统方法和计算机可读媒体的制作方法
用于标识机车的轨道分配的系统 方法和计算机可读媒体相关申请的交叉引用本发明是基于2007年3月19日提交的No. 60/895610的美国临时申 请，并要求其优先权。
技术背景机车通常以轨道编号的形式规定性地分配有特定的轨道，典型地是 用于运输计划的目的，诸如调度路线。另外，几个列车控制系统实施控 制信号，用于控制该机车沿着特定的轨道位于各不同区域。于是，如果 列车控制系统不知道该机车正确分配的轨道编号，以及该编号是否与该 机车当前所处于的轨道相符，那么该列车控制系统对其所实施用于该机 车的正确控制信号就没有多少确定性。目前有些方法可以帮助标识4几车当前的轨道编号。然而，这些方法 具有明显的缺陷，尤其是在机车典型地开始运动并且需要标识它们的轨 道编号的多轨道区域中。例如，诸如轮轴计数器和轨道电路的线路 (wayside)设备需要大量维护，这在多个区域中是很不理想的，包括多 轨道区域。另外，已经结合轨道切换方向使用低成本的GPS技术来支持 机车轨道编号的标识。然而，这种技术只提供单轨道区域中机车轨道编 号的有意义标识，或者在能够确定正确的轨道分配之前需要列车移动。于是，许多当前的列车控制系统没有装备以在多轨道区域中标识该 机车的轨道编号，于是使得该机车操作员必须通过无线电、视觉观察或 者通过纯推测来手动确定该机车编号。相应地，提供一种能够在多轨道 区域中标识该机车轨道编号的系统将是有利的，从而列车控制系统就能 够从该机车从该多轨道区域移动并沿着其路径出来的时候就准确地实施 信号。发明内容在本发明的 一个实施例中，提供一种用于标识沿着轨道行进的机车 的轨道分配的系统。该系统包括机车上的至少一个车载接收器，用于与 多个卫星进行无线通信，以提供该机车上至少一个车载天线的各自初始 位置。另外，该系统包括至少一个路旁接收器，其与该至少一个车栽接收器无线耦合。该至少一个线落接收器与该轨道相邻定位，以与该多个 卫星进行无线通信，以将该至少一个车载天线的各自初始位置的各自修 正位置提供给该至少一个车栽接收器。在本发明的另 一实施例中，提供一种用于标识沿着轨道行进的机车 的轨道分配的方法。该方法包括让机车上的至少一个车载接收器与多个 卫星进行无线通信，随后确定该机车上的至少一个车载天线的各自初始 位置。该方法进一步包括将至少一个线路接收器与该至少一个车载接收 器无线耦合，其中该至少一个线路接收器与该轨道相邻定位。该方法进一步包括让该至少一个线路接收器与该多个卫星进行无线通信，以将该 至少一个车载天线的各自初始位置的各自修正位置提供给该至少一个车载接收器。在本发明的另 一实施例中，提供一种用于标识沿着轨道行进的机车 的轨道分配的计算机可读媒体。该机车上的至少一个车载接收器被配置 成与多个卫星进行无线通信，使得确定该机车上的至少一个车栽天线的 各自初始位置。另外，将相邻该轨道定位的至少一个线#收器与该至 少一个车载接收器无线耦合。该至少一个线路接收器被配置成与该多个 卫星进行无线通信，以将该至少一个车栽天线的各自初始位置的各自修 正位置提供给该至少一个车载接收器。该计算机可读媒体包括用于确定 该至少一个车载天线的各自初始位置的各自修正位置的计算机程序编 码。
通过参照附图中所示本发明的具体实施例进行上面简要描述的本发 明的更具体描述。要理解的是，这些附图只描述了本发明的典型实施例， 并因此不要认为是对其范围的限制，通过使用附图并结合另外的特性和 细节来描述和解释本发明的实施例，其中图1为用于标识机车的轨道分配的系统的一个实施例的示意图； 图2为用于标识机车的轨道分配的系统的一个实施例的局部示意图；和图3的流程图描述了用于标识机车的轨道分配的方法的示范实施例。
具体实施方式
图1描述了特别是在多轨道区域中沿着轨道14行进的机车12的轨 道分配的系统10。该轨道14例如可以是这种多轨道区域中的多个轨道中的一个轨道。在本发明的示范实施例中，所使用的轨道分配是轨道标识 参数，诸如轨道编号，但是其它轨道分配也可以使用，并且在本发明的 范围内。如在图2的示范实施例中所述，该系统10包括一对车载接收器16、 18，例如固定在该机车12上的诸如GPS漫游(rover)接收器，使得它 们关于轨道14的中心线大致对称。虽然图2在示范实施例中描述了与机 车12的相对侧n、 19相邻定位的车载接收器16、 l8,但是车栽接收器 例如可以与该机车的相对端相邻定位。在其中车载接收器定位在该;K车 的相对端的这种示范实施例中，这种设置具有各种优点，诸如减轻多路 径效应。车载接收器16、 18与GPS卫星20、 22、 24、 26进行无线通信，以 提供各个车载天线28、 30的各个初始位置。如本领域的熟练技术人员可 以理解的，车载接收器16、 l8例如通过确定从车载天线28、 30到每一 相应GPS卫星20、 22、 24、 26的伪距离来确定每一相应车载天线28、 30 的初始位置，诸如GPS漫游天线，并利用这些值来近似得到每一车载天 线28、 30的绰度、经度、高度和时间。在系统10的示范实施例中，车 载接收器和线路接收器(下面所讨论的)或者都专门使用Ll GPS卫星频 率，或者分别使用L1和L2 GPS卫星频率来确定该车载天线的位置，从 而减少或消除例如由于电离层效应、星历误差、GPS卫星时钟误差、以及 对流层效应而引起的误差源。然而，该系统并不限于利用Ll和L2 GPS 卫星频率的车载接收器和线膝接收器(下面讨论的)，并且利用任何在 未来可获得的卫星GPS频率，或者其它GPS扩展系统，诸如WAAS,如本 领域的熟练技术人员所理解的。虽然一对车载接收器16、 18和它们各自 对应的车载天线28、 30按照图2中所示那样定位，但是可以使用任何数 量的车载接收器和对应的车栽天线，并且可以沿着机车定位在任何位置。 在系统10的示范实施例中，当将不同的GPS卫星频率用于该车栽接收器 16、 18和线路接收器(下面讨论的)时，可以获得在例如以足够的精度 确定该轨道M (以及该轨道的标识)的位置的精确度，所述足够的精度 是指能够在轨道之间相隔大约15英尺的多轨道区域中的多条轨道之间进 行区分。在一个示范实施例中，该系统能够确定例如在诸如多轨道区域 中相隔大于6英尺的相邻轨道的位置。另外，如图1中所述，系统10包括例如与各自的一对线路天线40、42相耦合的一对线路接收器32、 34,诸如一对GPS标准接收器。在该线 路接收器与该GPS卫星20、 22、 24、 26进行无线通信之前，勘测每一线 路天线40、 42的位置，包括它们各自的绵度、经度和高度。然而，可以 通过本领域的熟练技术人员所熟悉的任何可以接受的方法来确定线路天 线40、 42的实际位置，并随后将其输入到线路接收器32、 34(参见下面) 中。然后将所勘测的每一线路天线40、 42的位置输入到各自线漆接收器 32、 34中。当输入所勘测的每一线路天线的位置的时候，每一线路接收 器32、 34与每一GPS卫星20、 22、 24、 26进行无线通信，以基于从线 路天线40、 42到GPS卫星20、 22、 24、 26的一组伪距离确定每一相应 线路天线40、 42的测量位置。每一线^收器然后对每一天线的测量位 置和勘测位置进行评估，以确定从线路天线40、 42到GPS卫星20、 22、 24、 26的伪距离修正值，再使用该修正值来确定测量位置中的误差。线 路天线40、 42的测量位置可以通过将该伪距离修正值包括到从线路天线 40、 42到GPS卫星20、 22、 24、 26的伪距离中来增强。在系统10的示 范实施例中，使用每一线路天线的测量位置中的误差来确定每一GPS卫 星20、 22、 24、 26的伪距离修正值。虽然一对线路接收器32、 34和它 们各自对应的线路天线40、 42按照图1中所示那样定位，但是各个线路 接收器和线路天线典型地沿着机车轨道的间隔递增，并且在每一递增位 置处可以定位多于一对的各个线路接收器和线路天线。在系统的一个示 范实施例中，每一对线路接收器和线路天线例如可以每30英里的间隔递 增。线路接收器32、 34基于勘测位置和该GPS测量位置之间的线路天线 40、 42的位置中的测量误差，计算到每一GPS卫星20、 22、 24、 26的伪 距离修正值。于是，用于每一GPS卫星20、 22、 24、 26的伪距离修正值 随后被计算在到每一 GPS卫星的测量伪距离中，从而使每一 GPS测量的 误差最小化。在图1 - 2的该示范实施例中， 一对线路接收器32、 34都 与相邻于轨道14的线路无线电44进行耦合，并从而都通过该线路无线 电将各个GPS卫星20、 22、 24、 26的伪距离修正值无线通信给定位在机 车12上的车栽无线电46。在系统10另外的示范实施例中，可以通过多个GPS卫星定购业务中 的一个来代替线路接收器32、 34,将每一GPS卫星20、 22、 24、 26的伪 距离修正值提供给车载天线28、 30，如本领域的熟练技术人员理解的那 样。如图1 - 2中所述，每一相应线路接收器32、 34 (通过线路无线电 44)与车载接收器16、 18进行无线耦合。随后将上述由每一相应线M 收器32、 34所确定的伪距离修正值并入到车载天线28、 30与GPS卫星 20、 22、 24、 26之间的伪距离中，以提供到由相应车载接收器16、 18 所确定的每一车载天线28、 30的相应初始位置的修正位置。每一线i^ 收器32、 34被图示阐述为与轨道14相邻定位，以便当机车进入线, 收器32、 34的最接近距离内时与机车12进行无线通信。线i^收器32、 34将用来确定每一车栽天线28、 30的位置的GPS卫星20、 22、 24、 26 的各个伪距离修正值提供给每一车载天线28、 30的相应车载接收器16、 18。如先前所讨论的，每一伪距离修正值都基于线路天线40、 42的修正 距离。当接收到每一车载天线28、 30位置的相应伪距离修正值时，每一 车载接收器16、 18根据车栽天线的初始位置和线路接收器所提供的伪距 离修正值来确定每一车栽天线28、 30的修正位置。在系统10的示范实 施例中，每一车载天线28、 30的修正位置包括4个GPS卫星范围中的每 一个的4个伪距离修正值。在该系统的另一示范实施例中，当机车沿着 轨道H行进时，车栽接收器16、 18例如在规定的时间间隔，诸如每隔1 秒，对线路接收器32、 34进行采样以得到各个车栽天线28、 30的修正 位置。如图2中所示， 一对处理器36、 38与每一对车载接收器16、 18进 行耦合，以从每一相应车载接收器16、 18接收每一车载天线28、 30的 每一修正位置。当每一处理器36、 38接收到每一车载天线28、 30的修 正位置时，每一处理器诸如通过将该修正位置例如经过卡尔曼(Kalman) 滤波器来计算该车载天线的修正位置的平均值。另外，当计算每一车载 天线28、 30的修正位置的平均值时，该系统10例如提供其中让每一处 理器36、 38相互比较其各自计算的平均值的步骤，以确保车栽天线的修 正位置的各个平均值相等，或者在可接受的范围内。另外，每一处理器 36、 38可以比较各个修正位置，以确保它们落入在可接受的地理范围内， 确定系统10正常工作。通过计算两个车载天线位置的平均值，每一处理 器将车载天线位置映射到轨道14的位置上。在系统10中的车栽接收器 16、 18或者处理器36、 38其中之一发生故障的情况下，车载接收器16、 18对和处理器36、 38对中的另一个仍然通信，以对该两个车栽天线位置 求平均值。虽然图2所示的系统10的第一实施例包括两个处理器36、 38,但是该系统可以包括第二实施例，例如在每一机车上包括一个处理器、 一个车载接收器和一个车栽天线。在该系统的第二实施例中，诸如附加的转速计的其它装置例如可以用来提供对位置确定的支持。在该系统10的第 一实施例中，例如当监视机车速度可以用来确定该机车位置并从而连续监视该轨道位置时，在诸如进入隧道时的非GPS接收情况期间可以 另外使用转速计。除了转速计之外，例如在非GPS接收情况期间可以利 用其它导航帮助，诸如加速度计和/或回转仪。在该系统的示范实施例中，当将每一车栽天线的修正位置映射到轨 道上时，处理器可以通过多种方式中的一种来使用其以标识机车的轨道 编号。处理器36、 38可以包括存储器37、 39,其中存储用于纬度/经度/ 高度值范围的轨道标识编号，并且处理器36、 38例如可以通过查找处理 器的存储器37、 39中的车载天线28、 30的平均绵度/经度/高度来确定 该轨道的标识编号。另外，处理器36、 38可以发送轨道位置信号到中央 控制站，并接收确认轨道编号的正确标识的轨道标识信号。其它装置或技术可以用来确定机车12的位置，并从而标识机车12的轨道分配，并且都落入在本发明实施例的范围内，包括各种线路装置，诸如轮轴计数器和轨道电路、将轨道标识提供给机车的机车信号、将轨道标识提供给列车的应答器或标签读取装置、通过机车中的用户接口进行的列车驱动器输入、由调度员使用一种方案并需要该机车占据区组和 将其位置报告给调度员而进行的轨道编号指定、雷达测距技术、激光测距技术、其它全球定位系统，诸如全球轨道导航卫星系统(GloNass)， 伽利略以及基于扩展的相关GPS卫星(WAAS, EGN0S， MSAS以及未来的其 它扩展系统)。图3描述了用于标识沿着轨道14行进的机车12的轨道分配的方法 IOO的示范实施例。该方法100起始于101,将4几车12上的一对车载接 收器16、 18与多个GPS卫星20、 22、 24、 26进行无线通信102。该方法 IOO进一步包括确定104在机车12上的对车栽天线28、 30的各自初始 位置。该方法100进一步包括将一对线路接收器32、 34与一对车载接收 器16、 18进行无线耦合106,其中该对线路接收器32、 34相邻于轨道 14定位。该方法100进一步包括在结束109之前，将该对线漆接收器32、 34与GPS卫星20、 22、 24、 26进行无线通信108,以便将该对车栽天线 28、 30的各自初始位置的各自修正位置提供给该对车载接收器16、 18。基于前述说明，本发明的上述实施例可以使用计算机编程或工程技 术来实施，包括计算机软件、固件、硬件、或者其子组的任何组合，其 中技术效果是要标识沿着轨道行进的机车的轨道分配。根据所讨论的本 发明的实施例，可以在一个或多个计算机可读媒体内实施或提供任何这 样得到的具有计算机可读编码方式的程序，从而制造计算机程序产品， 即制造物品。计算机可读媒体例如可以是固定(硬件)驱动、磁盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)等的半导体存储器、或者诸如互联网 或其它通信网络或链接的任何发射或接收媒体。可以通过直接从一个媒 体执行该编码、通过从一个媒体将该编码拷贝到另一媒体、或者通过在 网络上传输该编码来制造和/或使用包含计算机编码的制造物品。计算机科学领域中的熟练技术人员容易地能够使用通常目的或专用目的的计算机硬件、诸如使用微处理器来组合按照所述方式创建的软件, 以创建本发明的该方法实施例的计算机系统或计算机子系统。用于制造、 使用或者销售本发明实施例的设备可以是一个或多个处理系统，包括但 并不限于中央处理单元(CPU)、存储器、存储装置、通信链接和装置、 服务器、1/0装置、或者一个或多个处理系统的任何子部件，包括软件、 固件、硬件或者其子组的任何组合，其实施本发明的所述这些实施例。所记载的说明书使用范例来公开本发明的实施例，包括最佳实施方 式，并且也使得本领域的熟练技术人员能够制造和使用本发明的实施例。 本发明实施例的专利范围通过权利要求书限定，并且可以包括本领域的 熟练技术人员所熟悉的其它范例。这种其它范例如果并不具有与权利要 求书的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括实质上并没有与该 权利要求书的文字语言不同的等同结构元件，那么它们也在本发明的权 利要求书的范围之内。部件列表10 系统12 机车14 轨道16车栽接收器17 相对側18车载接收器19 相对侧20 GPS卫星 22 GPS卫星 24 GPS卫星 26 GPS卫星 28 车载天线 30车载天线 32 线路接收器 34 线漆接收器 36 处理器37存储器 38 处理器 39存储器 40 线路天线 42 线路天线 44 线路无线电 46 车载无线电 100 方法102 步骤104 步骤106 步骤108 步骤109 步骤
权利要求
1.一种用于标识沿着轨道(14)行进的机车(12)的轨道分配的系统(10)，包括在所述机车上的至少一个车载接收器(16、18)，其用于与多个卫星(20、22、24、26)进行无线通信，以便提供在所述机车上的至少一个车载天线(28、30)的各自初始位置；以及至少一个线路接收器(32、34)，其与所述至少一个车载接收器(16、18)进行无线耦合；所述至少一个线路接收器与所述轨道(14)相邻定位，用于与所述多个卫星(20、22、24、26)进行无线通信，以便将所述至少一个车载天线(28、30)的各自初始位置的各自修正位置提供给所述至少一个车载接收器(16、18)。
2. 权利要求1的系统，其中所述轨道(14)是多轨道区域中多个相 邻轨道中的一个，所述机车(12)被配置为沿着所述多轨道区域中的所 述轨道行进。
3. 权利要求1的系统，其中所述系统(10)包括一对车载接收器(16、 18)和相应的一对车载天线(28、 30)，所述车载接收器关于沿所述轨 道的中心线对称定位在所述机车(12)上。
4. 权利要求3的系统，其中所迷车载接收器对(16、 18)被配置成 与四个卫星(20、 22、 24、 26)进行无线通信，以便确定从所述相应车 载天线(28、 30)到所述四个卫星的相应第一组伪距离，所述车载接收 器对被配置成基于所述各自第一组伪距离来确定所述车栽天线对的各自 测量位置。
5. 权利要求4的系统，其中所述系统(10)包括一对线路接收器(32、 34)以及相应的一对线路天线(40、 42),所述线路天线对的实际3巨离 被确定和输入到所述线路接收器对中。
6. 权利要求5的系统，其中当将所述线路天线对(40、 42)的所述 实际位置输入到所述线漆接收器对(32、 34)中时，所述线落接收器对 与所述卫星(20、 22、 24、 26)进行无线通信，以确定从所述各个线路 天线到所述四个卫星的相应第二组伪距离，以确定所述各个线路天线的 测量位置，其中所述线落接收器对(32、 34 )被配置成将所述测量位置 与所述实际位置进行比较，以确定从所述各个线路天线(40、 42)到所 述四个卫星(20、 22、 24、 26)的一组伪距离修正值，其中通过将所述伪距离修正值组合并到所述第二组伪距离中来增强所述测量位置的精确 性。
7. —种用于标识沿着轨道(14)行进的机车(12)的轨道分配的方 法(100)，所述方法(100)包括使在所述机车上的至少一个车载接收器(16、 18)与多个卫星(20、 22、 24、 26)进行无线通信(102);确定U04)在所述机车上的至少一个车载天线(28、 30)的各自初 始位置；将至少一个线路接收器(32、 34)与所述至少一个车栽接收器(16、 18 )进行无线耦合(106 );所述至少一个线路接收器相邻于所述轨道(14 ) 定位；使所述至少一个线路接收器(32、 34)与所述多个卫星(20、 22、 24、 26)进行无线通信(108)，以将所述至少一个车载天线(28、 30) 的各自初始位置的各自修正位置提供给所述至少一个车载接收器U6、 18)。
8. 权利要求7的方法(100),其中所述方法进一步包括将一对车载 接收器(16、 18)与四个卫星(20、 22、 24、 26)进行无线通信，并确 定在所述机车(12)上的一对车载天线(28、 30)的各自初始位置。
9, 权利要求8的方法(100),进一步包括 基于所述车栽接收器对(16、 18)与所述四个卫星(20、 22、 24、26)进行的无线通信，确定从所述各个车载天线(28、 30)到所述四个 卫星的相应第一组伪距离；以及基于所述第一组伪距离确定所述车载天线(28、 30)对的测量位置。
10, 权利要求9的方法，进一步包括 确定一对线路天线(40、 42)的实际位置；以及 将所述线路天线(40、 42)对的所述实际位置输入到所述线#收器对(32、 34)中。
全文摘要
提供一种用于标识沿着轨道(14)行进的机车(12)的轨道分配的系统(10)。该系统包括在机车上的至少一个车载接收器(16、18)，用于与多个卫星(20、22、24、26)进行无线通信，以提供在机车上的至少一个车载天线(28、30)的各自初始位置。另外，该系统(10)包括至少一个线路接收器(32、34)，其与至少一个车载接收器进行无线耦合。该至少一个线路接收器与轨道相邻定位，以与多个卫星进行无线通信，以将至少一个车载天线的各自初始位置的各自修正位置提供给至少一个车载接收器。也提供一种用于标识沿着轨道(14)行进的机车(12)的轨道分配的方法(100)。
文档编号B61L25/02GK101269666SQ20081008548
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月19日 优先权日2007年3月19日
发明者C·A·斯图尔, J·巴克尔, T·奥特苏博 申请人:通用电气公司