一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法与流程

本发明涉及轨道交通信号领域，具体涉及一种安全的真闭环智能防跟随信号机装置及其方法。

背景技术：

1、目前铁路信号系统的信号机存在一个重要功能性问题：信号机的点灯和灭灯完全受室内联锁或者列控的控制，而室内控制是依据其他条件，比如计轴和轨道电路、列车主动定位来判断列车的位置，这种逻辑设计，在目前的系统架构下，需要关联多个设备，受到列车定位的精度、通信延时、运算和检测性能等多方面约束，在当下云联锁、云列控以及追求高效紧密跟踪的cbtc和车车通信系统(灭灯情况下主要是降级的场景)快速发展的情况中，不能及时关闭信号机以防止后车误用了前车的信号。

2、另一方面，目前使用的色灯信号机主要有灯泡式信号机和led式信号机两种。传统灯泡式信号机又分探照式和与透镜式两种。探照式采用机械机构切换灯光颜色，达不到故障安全要求，在我国已经被淘汰。透镜式的每一组透镜只能发出一种颜色的灯光，如要显示多种不同颜色灯光时，必须有多组透镜和多个灯泡。透镜式信号机的光源(即灯泡)是没有颜色的，在信号机机构上采用菲涅尔透镜过滤后给出不同的颜色。然而透镜式信号机也存在一些问题：1)颜色问题：有的厂家为了提高显示距离，片面提高信号透镜的透过率，使颜色变淡，有的产品用肉眼都能明显看出颜色有很大偏差。2)灯泡偏差问题：除了光电参数外，光中心高度公差要求严格，更换灯泡后可能降低信号灯的发光强度，影响显示距离，从而造成危险。3)灯光调整问题：色灯信号机的焦点调整工作要求非常高，稍有偏差则影响显示距离，缺乏行之有效的调整和测试方法。

3、led式信号机采用发光盘(led点阵)作为光源，不同颜色的信号机采用不同的发光led，寿命长，但是仍存在下述问题：1)色衰问题：led发光盘信号机存在颜色使用一段时间后出现色衰现象而不能及时发现，对行车安全构成危险。2)led灯源点亮程度检测困难多。led发光盘通常是由多组led发光管串并联构成，目前tbt3242_2010led铁路信号机构通用技术条件中规定损坏70％报警，50％灭灯，检测方法十分有限，目前基本上都是通过在室内检测驱动回路电流值来判断，这种方法受影响环节很多，在环境不好或者距离过远时，容易误检，如果不能准确识别故障情况影响灭灯判断，对行车安全构成严重危险。3)节能问题：led信号机仅修改了室外光源，然而室内设备仍然是采用检测驱动回路电流的方式来判断信号机亮灭情况，为了达到室内能够检测到灭灯的情况，采用了一些技术手段去满足电流要求，这就使得节能优点丧失殆尽。综合上述可知，现有的信号机仍不能满足实际应用需求，需要对其进行改进。

4、可以理解的是，上述陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、基于前述技术问题，本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种安全的真闭环智能防跟随信号机装置及其方法，该信号机装置将运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等相结合，使得其自身为一个基本单位，通过上述模块即可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。同时该信号机装置可通过其运算模块控制各个模块以实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制，具有较高的独立性以及驱动控制准确性。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种真闭环智能防跟随信号机装置，包含：

4、运算模块，其用于控制信号机装置的各个模块；

5、通信模块，其用于所述运算模块与外部的上层控制系统之间的通信；

6、信号灯模块，其用于所述信号机装置的信号显示，所述信号灯模块包含至少两个灯位，所述运算模块可设置各个灯位之间的运行逻辑关系；

7、检测模块，其用于监测与信号机装置相关的各类信息，并将监测的信息发送给所述运算模块，其中，与信号机装置相关的各类信息包含信号灯模块的信息；

8、所述运算模块控制各个模块可实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制。

9、可选的，所述运算模块包含两个运算子模块，所述运算模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

10、所述运算模块使同一信号灯模块的各个灯位之间可相互检查灯组状态，并可实现灯位之间的自动转换，所述运算模块还可设置信号灯模块的各个灯位的亮灯顺序和优先级顺序。

11、可选的，所述通信模块包含两个通信子模块，所述通信模块采用二乘二取二或三取二冗余架构设计；

12、所述通信模块通过安全以太网通信、无线通信、本地现场总线通信和高速实时以太网通信中的至少一种方式与所述上层控制系统进行通信。

13、可选的，所述上层控制系统包含：远端的联锁系统、列控系统和列车中的至少一个。

14、可选的，所述信号灯模块的每个灯位包含：

15、光源；

16、驱动模块，其用于所述光源的驱动；

17、声光报警模块，其用于当前灯位的报警。

18、可选的，所述检测模块包含：

19、至少两个光强采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述光强采集模块用于检测所述灯位发出的光的强度以及其他外部光的干扰强度；

20、至少两个波长采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述波长采集模块用于检测所述灯位发出的光的波长信息以及其他外部光的波长信息；

21、至少两个方向采集模块，其分别设置于各个灯位上，所述方向采集模块用于检测所述灯位发出的光的具体方向信息。

22、可选的，所述检测模块还包含：

23、过车检测模块，其用于检测列车车头或车尾是否进入当前信号机装置对应的预设防护区域。

24、可选的，所述过车检测模块采用异构二取二设计，当所述过车检测模块检测到列车车头进入当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块将其检测信息发送给运算模块控制关闭当前信号机装置，所述运算模块通过所述通信模块将所述过车检测模块的检测信息发送给上层控制系统；

25、当所述过车检测模块检测到列车车尾出清当前信号机装置对应的预设防护区域后，所述过车检测模块通过运算模块和通信模块向上层控制系统发送列车使用完成信息，以允许上层控制系统释放当前信号机装置。

26、可选的，所述过车检测模块可实时检测当前预设防护区域内是否有非法列车经过信息，当所述过车检测模块检测到有非法列车经过时，采取故障安全措施，并可在后期进行过车报警复原设置。

27、可选的，当前信号机装置的预设防护区域包含：

28、以当前信号机装置的机柱中心点为基准，沿列车轨道左侧m米至右侧n米之间的区域范围，其中，m和n为任意自然数。

29、可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的驱采一致性闭环控制方法，包含：

30、信号机装置启动，初始化检测信号机装置的各个模块工作正常，在整个信号机装置自检正常后进入无显示状态；

31、信号机装置维持当前显示状态，并进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

32、通信模块接收上层控制系统的命令并对其进行解析，同时运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，得出当前信号机装置的第一显示状态和上层控制系统的命令中包含的命令显示状态；

33、运算模块将第一显示状态和命令显示状态进行一致性对比，若两者一致则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，运算模块控制信号灯模块改变当前显示状态，使信号灯模块按照上层控制系统的命令中包含的命令显示状态进行显示；

34、运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态一致时，返回等待命令状态并维持当前显示状态。

35、可选的，还包含：

36、当检测的当前显示状态与上层控制系统的命令中包含的命令显示状态不一致时，运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致并控制信号机装置进行报警；

37、运算模块根据其对信号灯模块的预设逻辑和配置情况，控制信号灯模块显示降级情况下的显示状态；

38、运算模块通过检测模块检测当前信号机装置的显示状态；

39、运算模块将当前信号机装置的显示状态与预设降级情况下的显示状态进行一致性对比，若两者一致，则返回等待命令状态并维持当前显示状态，若两者不一致，则进行异常处理模式。

40、可选的，所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

41、运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

42、运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

43、可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的智能防跟随列车的闭环控制方法，包含：

44、信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

45、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的灭灯命令，运算模块控制信号灯模块实施灭灯控制；

46、运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是灭灯显示状态，则进入异常处理模式，若是灭灯显示状态则返回等待命令状态。

47、可选的，还包含：

48、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示禁止灯命令，运算模块控制信号灯模块实施禁止信号显示；

49、运算模块通过检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，若当前信号机装置的显示状态不是禁止信号显示状态，则进入异常处理模式，若是禁止信号显示状态则返回等待命令状态。

50、可选的，还包含：

51、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的显示允许灯命令，运算模块控制信号灯模块实施允许信号显示；

52、运算模块通过检测模块检测是否有列车按照命令方向穿越当前信号机装置，若无，运算模块控制检测模块对当前信号机装置的显示状态进行检测，并根据检测结果进入维持显示状态或异常处理模式；

53、若有列车越过当前信号机装置，运算模块将当前穿越信息上传给上层控制系统，并根据预设的延迟情况，进入禁止灯命令的控制状态。

54、可选的，所述异常处理模式中，运算模块切断当前信号机装置的电源；

55、运算模块通过通信模块向上层控制系统反馈驱采不一致信息；

56、运算模块通过声光报警模块对现场可能接近的列车发出警报信息，然后进入等待命令状态。

57、可选的，一种前述的真闭环智能防跟随信号机装置的非法过车防护的闭环控制方法，包含：

58、信号机装置进入等待命令状态等待上层控制系统的相关命令；

59、当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的禁止列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿越当前信号机装置；

60、当有列车反向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车反向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。

61、可选的，当运算模块通过通信模块接收到上层控制系统发来的允许列车通过命令，运算模块通过检测模块检测是否有列车反向穿过当前信号机装置，若有，运算模块将闯灯报警信息和对应穿越信息上传给上层控制系统，同时启动声光报警模块予以警告；若无，运算模块通过检测模块检测是否有列车正向穿越当前信号机装置；

62、当有列车正向穿越当前信号机装置时，运算模块将对应穿越信息上传给上层控制系统，当无列车正向穿越当前信号机装置时，返回等待命令状态。

63、本发明与现有技术相比具有以下优点：

64、本发明的一种真闭环智能防跟随信号机装置及其方法中，该信号机装置将运算模块、通信模块、信号灯模块和检测模块等相结合，使得其自身为一个基本单位，通过上述模块即可实现其自身状态的状态检测和闭环控制功能，不过分依赖于联锁或者列控的控制，具有较强的闭环控制功能。同时该信号机装置可通过其运算模块控制各个模块以实现所述信号机装置的驱采一致性闭环控制、智能防跟随列车的闭环控制以及非法过车防护的闭环控制，具有较高的独立性以及驱动控制准确性。