專利名稱：軌道感測設備和方法
相關申請的交叉引用本申請要求2004年9月11日申請的申請?zhí)枮镹o.60/609053的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，在這里合并作為參考。
背景技術：
鐵路系統(tǒng)安全可靠的操作取決于在軌道上運行的車輛的轉動機構的完整性。通常例行檢查火車車輛的輪副和轉向架，以確保它們處于正確的工作狀態(tài)。在維護間隔期間的周期性檢查對于識別出現故障和老化的部件是有效的。但是，這種檢查的頻率對于某種模式的老化性質是不夠的。例如，由于車輛剎車的應用導致車輪沿軌道滑動，車輪在操作期間可能出現扁平點。一旦形成扁平點或某些其它缺陷，就會在車輛懸掛系統(tǒng)中產生導致機械故障的過度振動和其它沖擊以及缺陷，導致其它鐵道車輛和/或軌道部件的過早破壞。需要一種用來檢查軌道車輛轉動結構的改進的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
鐵道車輛的轉向架和輪副在運轉的軌道平面內對軌道施加橫向力，即具有垂直于運轉軌道的分量的力。這些力的初衷是沿鐵軌引導和操縱轉向架和車輛，保持車輛在軌道上。通過從車輪的引導凸緣到軌道的定程擋塊側的接觸壓力，并通過在軌道的運轉表面上的車輛車輪踏面的靜態(tài)和/或動態(tài)摩擦界面，在車輪到軌道的界面處將橫向力從車輪傳送到軌道。
具有采用過大力進行操縱的轉向架、采用不正確的動態(tài)減震并從而出現過量的軌道擺動的轉向架、或具有鎖定的剎車和其它類似故障的輪副的鐵道車輛會導致過量的車輪和軌道磨損和/或車輛的出軌。當車輛通過軌道的測試部分時，通過測量和分析沿運行軌道的橫向力和/或垂直力來檢測鐵道車輛的某些缺陷。這些可檢測的缺陷包括具有過大的操作力的轉向架，具有過量的擺動的轉向架(從側到側振動的運動)；鎖定的剎車、車輪扁平點、老化的車輪軸承，和呈現出與缺陷有關的橫向力和/或垂直力的改變的任何其它車輛缺陷。
描述了由在柔性外殼的一端的發(fā)光二極管或激光二極管和在柔性外殼另一端的電荷耦合光敏陣列組成的感測元件，外殼的兩端分別緊固到鐵路運行軌道。定向該陣列，以便當運行軌道的橫向和/或垂直變形施加到傳感器外殼的端部時，該變形導致來自發(fā)光二極管或激光二極管的光束橫跨電荷耦合陣列移動。將從電荷耦合陣列得到的輸出信號導入到微機并采用微機進行分析，和將從由通過的鐵道車輛施加的橫向力得到的波形特征特性與其它車輛的橫向力測量數據一起存儲在數據庫中。對測量數據采用統(tǒng)計方法來識別超過軟件可選擇的控制限制并表示軌道車輛具有高概率缺陷的力。該數據庫可以包括對于每個通過車輛對火車內的相對軸計數和火車內的相對車輛位置的測量數據的參考?？梢赃x擇性地將來自外部系統(tǒng)的特定登記的車廂數量數據輸入到數據庫，以便采用唯一的車輛登記號來標記車輛數據。
采用微機系統(tǒng)分析每個車輛的數據的特有波形特征，以便預測缺陷的可能類型和缺陷的可能嚴重性。在用戶的選擇中，可以將測量數據和/或分析結果發(fā)送到維護計劃系統(tǒng)，該維護計劃系統(tǒng)用來激活即刻警報發(fā)送到火車駕駛員，和/或將警報發(fā)送給另一個人或系統(tǒng)?？梢赃M一步將發(fā)送的警報根據可能的缺陷的類型和嚴重性來分類，用于響應動作的各個級別和緊急情況的各個級別?？梢詫崟r進行數據處理和警報，或者在火車通過后進行處理。
可以采用計量器強制測量系統(tǒng)(GRMS)車輛或采用校準的液壓缸或類似的系統(tǒng)，通過將已知力施加到運行軌道來校準橫向力和/或垂直力系統(tǒng)。作為替換，可以通過分析經過該系統(tǒng)的大量火車的力數據的分布和/或根據具有已知缺陷的樣本軌道車輛來校準該系統(tǒng)。
已經在歷史上歸類為由工廠導致的不確定的或意外的較長車輛的某些鐵路出軌現在被認為與在車輪與軌道界面處的橫向力對垂直力的比率(L/V比率)的高數值有關。這種橫向力測量系統(tǒng)與垂直力測量系統(tǒng)整合或者當與單獨的垂直力測量系統(tǒng)結合使用時，這種橫向力測量系統(tǒng)提供了L/V比率的直接測量。


圖1是示例性軌道感測和分析系統(tǒng)的示意圖。
圖2是示例性軌道傳感器應用的照片。
圖3說明了與軌道力感測系統(tǒng)的一個實施例相結合的測量原理。
圖4提供了垂直傳感器安裝和橫向傳感器安裝的照片。
圖5說明了由于軌道傾斜而導致的傳感器電壓曲線。
圖6說明了傳感器間隔和車輪大小的關系。
圖7-18說明了來自軌道感測系統(tǒng)的一個實施例的示例性信號。
圖19a-d說明了在軌道位移感測和分析方法中的步驟。
圖20表示來自已知傳動裝置的缺陷的信號。
圖21-22表示用于確定軌道車輛和軌道之間的靜態(tài)和動態(tài)能量力的信號曲線。
圖23表示用來檢測出現在靜態(tài)橋的未對準的系統(tǒng)的示意圖。
圖24表示用來檢測出現在移動橋的未對準的系統(tǒng)的示意圖。
圖25表示示意性說明將激光傳感器定位到示例性橋部件上用來感測橋傾斜和/或未對準的橋的一部分。
具體實施例方式
采用軌道位移測量設備來獲得表示當車輛轉動通過測量設備時軌道車輛的車輪施加到軌道上的載荷的數據。然后，處理該數據，提取表示與車輛相關的轉動機構的良好狀態(tài)的信息。
圖1說明了示例性軌道感測和分析系統(tǒng)。將一個或多個傳感器置于沿著導軌的位置，以便獲得當軌道車輛通過時來自軌道的信息。在圖1的實施例中，沿兩個平行導軌軌道102、104的每一個放置六個激光傳感器105、107。激光傳感器105、107提供響應于例如由通過的軌道車輛的車輪施加到軌道上的橫向和垂直力造成的軌道102、104的傾斜的信號。在已公開歐洲專利文獻WO01/18487 A1和WO2004/005864 A1中描述了激光檢測器和傾斜監(jiān)控設備，在此將其全部引入作為參考。可以采用激光傳感器105、107來檢測軌道的橫向和/或垂直傾斜。一般來講，傳感器用來檢測由通過的車輛導致的軌道102、104的變化。位于激光傳感器105、107的兩端的車輪傳感器109、111觸發(fā)激光傳感器105、107的致動。將激光傳感器105、107的信號線和電源線117、125集中在信號電纜分配器119中并在分配站120中連接到信號轉換器121以及評估計算機112。將車輪傳感器線123嵌入分配器119并引導至信號轉換器121。信號轉換器121還包括用于單個傳感器的具有保護超低電壓的電源。例如通過在計算機112中執(zhí)行的軟件來處理來自傳感器的信號，用來提取有用的信息，以下將進行更充分地描述。例如通過描述的調制解調器115或其它通信設備，可以將提取的信息、原始信號或部分處理的信號傳輸到供進一步使用的遠端位置。
圖2是采用車輪傳感器204、垂直激光傳感器206和橫向激光傳感器208的實際軌道側傳感器配置202的照片。可以理解，在其它實施例中可以與激光傳感器一起使用其它類型的軌道傳感器，例如變形測量器、加速計、聲波和/或超聲波檢測器等。圖4a-b表示垂直激光傳感器(圖4a)和橫向激光傳感器(圖4b)的特寫照片。
圖3描述采用激光傳感器來檢測軌道傾斜的測量原理。諸如發(fā)光二極管或激光二極管310的光源將光束指向諸如位于柔性外殼相對端的電荷耦合光敏陣列的傳感器(或檢測器)312，其外殼兩端分別固定到軌道。定向該陣列以使得軌道的局部變形引起光束入射到傳感器上的點的可感知的相對移動。當沒有力作用到軌道上時，激光束的圖象位于傳感器表面的中心。傳輸相應于偏差L1和L2的部分電流(I1和I2)，但是，它們被表示為部分電壓(U1和U2)。
圖5表示測量系統(tǒng)的輸出位置的理想電壓曲線和其由車輪踏面損壞所引起的調制。圖6說明了如何采用在兩個平行軌道的每一個上的一排六個傳感器來掃描具有直徑1145mm的軌道車輛車輪。由激光器傾斜引起的傳感器的電壓曲線復制了軌道的定向彈起變形(彈性線)。例如，響應車輪踏面老化產生不連續(xù)的電壓曲線。響應曲線對于每個車輛/車輪將是唯一的并且取決于車輛速度及溫度。采用合適的校準/補償信息，可以從原始信號提取各種類型的有用信息，這些信息在以前從來沒有被認為是可獲得的?？梢栽谲浖兄苯犹幚碓趥鞲衅魈幍玫降碾妷弘娖酱问降脑紨祿鵁o需進一步篩選。
術語“處理模塊”可以包括單個處理器件或多個處理器件。這種處理器件可以是微處理器、微控制器、數字信號處理器、微機、中央處理單元、現場可編程門陣列、可編程邏輯器件、狀態(tài)機、邏輯電路、模擬電路、數字電路、和/或基于操作指令處理信號(模擬和/或數字)的任何器件。處理模塊可以可操作地與存儲器件耦合或集成。存儲器件可以是單個存儲器件或多個存儲器件。這種存儲器件可以是只讀存儲器、隨機訪問存儲器、易失性存儲器、非易失性存儲器、靜態(tài)存儲器、動態(tài)存儲器、閃存和/或存儲數字信息的任何器件。這里所采用的計算機是包括至少一個處理模塊的器件。
本領域技術人員可以理解，本發(fā)明的實施例可以具體化為包括處理模塊的器件、方法或系統(tǒng)，和/或包括至少一個程序代碼模塊的計算機程序產品。因此，本發(fā)明可以采用整個硬件實施例或軟件和硬件方面相組合的實施例的形式。另外，本發(fā)明可以包括計算機可用存儲介質上的計算機程序產品，其具有包含在介質中的計算機可用程序代碼裝置?？梢岳萌魏魏线m的計算機可讀介質，包括硬盤、CD-ROM、DVD、光存儲器件和磁存儲器件。
例如，計算機可用或計算機可讀介質可以是或包括但不限于電子、磁、光學、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)、設備、器件或傳播介質。計算機可讀介質的更具體的示例(非排除性地列舉)包括如下具有一條或多條導線的電連接、便攜式計算機磁盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或閃存)、光纖和便攜式光盤只讀存儲器(CD-ROM)、CD ROM、DVD(數字視頻盤)或其它電子存儲介質。注意，計算機可用或計算機可讀介質甚至可以是紙或其它程序被打印在其上的合適介質，因為可以通過例如對紙或其它介質的光學掃描來電子化地獲得該程序，然后編譯、解析或以合適的方式進行必要的其它處理，然后存儲在計算機存儲器中。
可以采用面向對象的和/或傳統(tǒng)的過程編程語言包括但不限于Java、Smalltalk、Perl、Python、Ruby、Lisp、PHP、“C”、FORTRAN、或者C++來編寫用于實現本發(fā)明的一些實施例的操作的計算機程序代碼?？梢栽谟脩粲嬎銠C上完全地或在用戶計算機上部分地執(zhí)行程序代碼，因為獨立軟件包部分在用戶計算機上且部分在遠程計算機上或完全在遠程計算機上。在后者的情況下，可以通過局域網(LAN)或廣域網(WAN)將遠程計算機與用戶計算機連接，或可以與外部計算機進行該連接(例如，通過采用因特網服務提供商的因特網)。
在此參考根據本發(fā)明的實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述本發(fā)明的一些實施例。可以理解，可以通過計算機可讀程序代碼模塊來實施流程圖中和/或方框圖中的每個方框和流程圖或方框圖中各方框的組合?？梢詫⑦@些程序代碼模塊提供給通用計算機、專用計算機、嵌入式處理器或其它可編程數據處理設備的處理模塊來產生一機器，以便經由計算機或其它可編程數據處理設備的處理模塊進行執(zhí)行的程序代碼模塊創(chuàng)建了用來實施在流程圖和/或方框圖的方框中指定的功能的裝置。
也可以將這些計算機程序代碼模塊存儲在計算機可讀存儲器中，用來引導計算機或其它可編程數據處理設備以特定的方式運行，以便存儲在計算機可讀存儲器中的程序代碼模塊產生一件產品。
可以將計算機程序代碼模塊加載到計算機或其它可編程數據處理設備，從而產生將在計算機或其它可編程設備上執(zhí)行的一系列可操作步驟，用來產生計算機可執(zhí)行程序，以便在計算機或其它可編程設備上執(zhí)行的指令提供用來執(zhí)行在流程圖和/或方框圖的方框中指定的功能的步驟。
圖19a-d提供用來在軌道感測系統(tǒng)的一個實施例上使用的測量數據的獲取、原始數據的預處理、信號的評估、信息的存儲和統(tǒng)計分析的示例性流程圖。本發(fā)明的一些實施例是指圖19a-d的流程圖中所闡述的一個步驟或多個步驟的組合。
定義以下是在本說明書中所用的一些術語定義的列表這里所用的術語“非車輪缺陷”是指在除了車輪外的軌道車輛的一部分上存在的缺陷，其通過車輪向軌道上施加力。
這里所用的術語“軌道車輛”一般是指包括設計用于沿鐵路行駛的車輪的任何車輛，包括但不限于軌道車廂和火車頭。
在對信號特征進行比較的上下文中使用的術語“相關的”是指在相似的條件下獲得的并具有在0.5到1.0之間的相關系數的信號特征。在更具體的實施例中，彼此相關的信號特征具有在0.7到1.0之間的相關系數。相似的條件包括但不限于一個或多個以下變量溫度、載荷重量、軌道強度、激光傳感器數目和位置，以及信號處理或處理信號特征來將一個或多個這些變量標準化。在對于落入預定范圍內的信號特征的某些標準或特征的一個或多個分配的值或分數的基礎上信號特征也是相關的。
在此所使用的術語“預定的車輪缺陷信號特征”是指從通過安裝到至少一個軌道的一個或多個傳感器的軌道車輛的已知的車輪缺陷觀察到的車輪信號特征?？梢越浻赏ㄟ^一個或多個激光傳感器的一次或多次重復的已知車輪缺陷來確定預定的車輪缺陷信號特征，和在多次重復的情況下，將信號特征平均，從而得到平均信號特征，或者得到這種特征的范圍閾值。已知的車輪缺陷可以包括但不限于扁平點、偏心、車輪脫皮、徑向彎曲表面、踏面堵塞和不希望的車輪形狀。
在此所使用的術語“預定的非車輪缺陷信號特征”是指從通過一個或多個安裝到至少一個軌道的激光傳感器的軌道車輛的已知非車輪缺陷所觀察到的車輪信號特征?？梢越浻赏ㄟ^一個或多個激光傳感器一次或多次重復的已知非車輪缺陷來確定預定的非車輪缺陷信號特征，并且在這種多次重復的情況下，將信號特征平均，從而獲得平均信號特征，或獲得該特征的范圍閾值。
在此所使用的術語“信號流”是指由一個或多個激光傳感器產生的系列信號數據。
在此所使用的術語“枕間”是指連續(xù)鐵道枕木之間的間隔。
在此所使用的術語“垂直激光傳感器”是指以能夠感測該軌道的垂直偏斜的方式安裝到軌道的激光傳感器。
在此所使用的術語“橫向激光傳感器”是指以能夠感測該軌道的水平偏斜的方式安裝到軌道的激光傳感器。在一個具體實施例中，將橫向激光傳感器定向到軌道，使它們能相對垂直激光傳感器旋轉90度。
術語“正常橫向力”是當軌道車輛正常工作時從車輪橫向施加到軌道的那些力。
車輪分析圖7-18描述了從軌道感測系統(tǒng)的一個實施例得到的示例性信號。圖7表示來自感測整個火車的單一激光傳感器的信號樣本。圖8表示來自感測兩個通過的火車頭的單一傳感器的信號組。圖9表示來自感測兩個通過的火車頭的兩個相鄰的傳感器的信號組。y軸是垂直力，x軸是車輪圓周。
圖10-13描述了從例如圖6所示的一列垂直傳感器得到的示例性信號，并采用其用來識別車輪扁平點。圖10a表示由圖10b所示的車輪扁平點產生的示例性信號。在相關實施例中，將說明車輪扁平點特征的信號組與在美國鐵路協(xié)會(AAR)、聯邦鐵路管理局(FRA)或加拿大運輸車輪規(guī)范下應被廢棄的車輪產生的信號相比較。與這些規(guī)范類似的標準允許快速準確地識別應被廢棄的車輪。圖11表示由包含兩個扁平點的車輪產生的示例性信號。圖12表示由包含單個62mm扁平點的車輪產生的示例性信號。圖13表示分別示出了兩個相鄰的2英寸和3.5英寸扁平點的另一信號組。
圖14-16描述了由經歷車輪剝離的車輪產生的示例性信號。圖14a說明了來自呈現出圖14b所示的車輪剝離的車輪的信號組。引起踏面疲勞破壞的重載荷導致了車輪剝離(或散裂)。當剝離或散裂直徑為3/4英寸或更大并且剝離或散裂圍繞車輪的外圍或多或少連續(xù)時或者當任一剝離或散裂直徑為1英寸或更大時，必須移除該車輪不再使用。圖16表示由經歷車輪剝離的早期階段的車輪產生的信號組。當踏面形成了高于踏面1/8英寸或更高的金屬時，車輪應被廢棄。這是由自身附著到車輪的金屬所引起的。一般采用鋼制車輪量規(guī)通過視覺檢查來確定踏面堵塞。圖15a表示由經歷圖15b所示的踏面堵塞的車輪產生的信號組，見1501。通過該實施例容易確定經歷不可接受的堵塞級別的車輪，而不需要視覺檢查。移除具有這種缺陷的識別的車輪不再使用，從而避免不希望的軌道事件。
在另一實施方式中，采用一排激光傳感器來監(jiān)控軌道車輪，用來識別具有不希望的形狀的車輪。圖18a表示從具有圖18b所示的多邊形形狀剖面的車輪得到的信號組?？梢垣@得用于其它形狀的信號特征，其它形狀包括橢圓形/卵形、可塑車輪和其它非圓形狀。監(jiān)控車輪并與已知信號特征進行比較，用來隔離有問題的車輪。在某些示例中，車輪可以變形，以便它們保持圓形但不是正圓?？梢詫嵤┒鄠€傳感器，以便產生過采樣，該過采樣生成用于車輪直徑計算所必須的重復圖案。圖2表示沿枕木之間的軌道即枕間排列的六個傳感器的實施例。該排傳感器是用來產生過采樣所必須的合適排列?？梢蕴幚硭a生的信號并分析該信號，以便確定所有存在問題的車輪的直徑/半徑。
如上所述的信號組的監(jiān)控將允許識別已經有問題的或處于即將有問題狀態(tài)的車輪，以便在災難性的損壞或傷害前能替代或檢查這些車輪?？梢愿鶕涷灮蛘呖梢愿鶕斍暗墓I(yè)標準來確定表示存在問題的閾值。
非車輪軌道車輛分析在其它實施例中，采用單個或多個激光傳感器來確定非車輪缺陷，例如但不限于鐵道車輛軸承缺陷、轉向架缺陷(彈簧/橫梁)和其它將唯一機械特征從軌道車輛發(fā)送到軌道的其它缺陷。圖20表示來自單個激光傳感器的信號組。在一個實施例中，發(fā)明人發(fā)現，可以通過監(jiān)控圖20所示的高頻噪聲特征來識別齒輪缺陷，見2001。在一具體實施例中，在監(jiān)控高頻噪聲特征之前均衡低頻信號。隨后可以識別、檢查、替換和/或修理軌道車輛。在其它實施例中，確定已知缺陷的信號特征，然后采用該信號特征來監(jiān)控并識別缺陷，以便也可以找到這些缺陷。
在進一步的實施例中，將來自激光傳感器陣列并呈現出表示有缺陷軸承的特征的的信號組與從軌道車輛內側和/或外側軸承、電車用電動機軸承、車輪和/或變速箱得到的紅外數據比較，以便使數據的冗余允許更準確地確定缺陷。圖17表示來自具有缺陷軸承的軌道車廂或火車頭的信號組。在一個測試裝配中，檢測用于軌道車輛的表示老化軸承的圖案。然后，檢測用于那個車輛的熱軸檢測器數據，并確認實際上由軌道檢測系統(tǒng)識別的準確軸承正在預熱。
也可以采用單個或多個激光傳感器來確定高力的共振或者振蕩轉向架設置條件，例如但不限于轉向架擺動和綁定轉向架。在一具體實施例中，從橫向傳感器得到已知轉向架問題的信號特征，隨后采用該信號特征來監(jiān)控和識別軌道車輛的轉向架的問題。
軌道分析和軌道碰撞分析根據另一實施例，采用一個或多個激光傳感器來確定軌道車輛和軌道之間的靜態(tài)和動態(tài)能量力。圖21和22表示通過處理來自激光傳感器的信號而得到的由通過的火車施加到軌道上的動能的圖形。在相關實施例中，實施單個或多個激光傳感器，以便確定共振碰撞條件，作為可以導致不希望的軌道破壞的動能測量的函數。可以采用垂直和/或橫向傳感器來得到這個用于進一步處理和分析并確定與軌道上不希望的應力的相關性的信號數據。
位于橋的軌道對準是非常重要的一個問題。由于橋尤其是吊橋和回轉型橋的移動，或者由通過的小船和車輛對橋結構的碰撞而導致的使橋移位的傾向，存在著橋處的軌道變得未對準的較高的可能性。這會導致嚴重的軌道損壞、出軌和其它災難性的后果。在一個實施例中，發(fā)明人研發(fā)了對該問題的解決方案，包括在軌道/橋接合點使用激光傳感器。圖23表示用于靜態(tài)橋1001的橋對準監(jiān)控配置，其中，將第一傳感器1002放置在軌道/橋接合點1003，這里進站引線(rail approach)與橋跨界面對準，將第二傳感器1004置于支撐結構1005附近的橋1001上。在其它實施例中，如使用這里的教導進行配置時本領域技術人員可確定的，可以根據橋的長度來沿橋在多個位置放置一個或多個傳感器，包括左右兩個軌道。另外，可以在橋橫木(2509，圖25)的垂直和/或水平軸上放置傳感器，可以將鐵路運行軌道(2505、2507，圖25)緊固到該橋橫木上。由梁(2511、2513，圖25)來支撐橋橫木2509，并通過鉤狀螺栓將橋橫木緊固到梁2511、2513上。隨后可以由桁架支撐梁(見http//pghbridges.com/bridges)?？梢匝剡@些其它組件來定位傳感器，以便檢測在不一定會影響軌道對準的軌道支撐結構中的移位。在另一實施例中，可以修改激光傳感器，以便將激光組件放置在引橋處，并且將檢測器組件放置在橋跨處，或者反之亦然。以預定的時間間隔致動激光器。收集該信號并采用處理模塊和計算機可讀程序代碼模塊來通過計算機進行評估，用于使計算機確定對準信號與預定標準的偏差。在未對準的情況下，產生通知用戶潛在的問題的報警信號。激光傳感器可以包括外殼，用來防止激光器和檢測器暴露于環(huán)境條件。圖24表示用于移動橋跨1011的橋監(jiān)控對準結構，其中，修改激光傳感器以便激光器1010和檢測器1012不嚴格地彼此接合，而是在橋跨界面1013和進站引線處1014可分離。一旦關閉移動橋1011，激光器1010和檢測器1012被致動，以便確定橋1011的正確的重新對準。
車廂/火車頭跟蹤和管理通過采用電磁類型傳感器，可以方便地確定軌道車輛的存在和位置。這種傳感器需要軌道車輛的移動，以便建立可靠的信號。在鐵路環(huán)境中，通常產生會使來自電磁傳感器的信號模糊的電磁輻射。另外，在零速度時，電磁傳感器不能檢測軌道車輛。在低速時，電磁傳感器很難檢測軌道車輛，尤其是存在電磁噪聲時。了解軌道車輛位于哪個軌道和位置是非常重要的。激光傳感器的實施避免了這些問題，因為激光傳感器不受電磁輻射的影響(抗擾)并能檢測在零速度時的軌道車輛。
另外，使用兩個或多個傳感器不僅能確定軌道車輛的存在和位置，而且能確定軌道車輛移動的方向和軌道車輛的速度。在一可替換實施例中，使用單個激光傳感器通過分析當車輪通過時信號流的波形變形之間的速度來確定車輪速度。
在另一個實施例中，在調車場分類過程中使用多個激光傳感器。考慮到軌道的斷開、分類和分級，發(fā)明人發(fā)現，感測在調車場中軌道車輛的位置以及分辨軌道車輛的載荷在調車場過程中是非常有益的。鐵路采用駝峰調車場來排列火車。駝峰調車場基本上提供車廂能與許多火車的之一連接的轉撤點。通過轉撤火車頭來推動一串車廂傾斜。當車廂達到傾斜或駝峰的頂峰時，從該串中釋放車廂并落下該駝峰從而獲得速度。部分落下該斜坡或駝峰，車廂將遇到使車廂速度減慢為合適的速度的延遲器件。理想的速度表示正好(但不大于)足夠引起結合車廂的連接器嚙合的能量。車廂也將遇到一系列的轉轍器從而使車廂指向合適的火車。當車廂與火車連接時任何過大的速度或能量都將被轉換到車廂和裝載的貨物。通常從駝峰調車場指揮塔遠程控制延遲器件和轉轍器。
同時，在駝峰或其它調車場中，可以從遠程位置由地面上的操作員來控制火車頭。遠程控制火車頭系統(tǒng)(RCL)通常包括由操作員攜帶的RCL器件。RCL操作員的位置對調車場的管理是重要的，并且將控制信號發(fā)送到火車頭。從地面觀察，RCL操作員不總是具有調車場的整個布局的合適的視角，大大少于全部火車。同時，由于操作員不在火車上，他不能通過他所坐的位置感覺到火車中的力，盡管大部分訓練有素的行車操作員能感覺到。
當車輛滾動通過梯狀物(ladder)到達分類洼地(classificationbowl)時，一般沿斜坡由重力推動車輛。因此，速度和動量受裝載重量的影響并將影響車輛的速度和管理。在戰(zhàn)略位置使用激光傳感器來監(jiān)控軌道車輛的位置并得到車輛重量。另外，知道重量不僅有助于確定車輛移動通過調車場的速度，而且還有助于驗證和跟蹤裝載內容。由于軌道車輛只在鐵軌上行駛，并且在軌道調車場中特定的鐵軌具有特定的目的，許多分配給其它車輛的任務包含特定鐵軌上可預測的車輛移動。因此，了解車輛在任何時刻的位置提供了關于車輛的所有任務狀態(tài)的信息。例如，了解車輛當前在特定鐵軌上的特定點表示車輛正在執(zhí)行過程中的功能或操作、車輛已經完成的功能或操作、未來的功能或操作的合適的時機。因此，如這里所描述的，能感測軌道車輛的移動或不移動的激光傳感器的使用能優(yōu)化并按優(yōu)先順序排列整個調車場的車輛移動?？梢愿鶕枰詫τ谶\輸空間必須的間隔將傳感器放置在路徑改變的點或直的鐵軌中。在一具體實施例中，通過沿駝峰調車場中的軌道使用激光偏斜傳感器來改進在美國專利No.6377877(在此并入作為參考)中所教導的系統(tǒng)和方法。
可以采用一個或多個激光傳感器作為用在軌道車輛報告站中的主要數據源。將這種站分布在整個轉撤調車場并且報告車廂可以用于車廂庫存跟蹤。當報告車廂通過報告站時，報告車廂將發(fā)送信號(有線、光或無線)。
可以使用一個或多個激光傳感器來檢測在軌道車輛中的不平衡的裝載?？梢允褂眠@種系統(tǒng)在運動中稱量軌道車輛的重量。根據車輪感測也可以采用一個或多個激光傳感器來鎖定轉撤點。
獲取并評估測試信號樣本圖19a-d提供了可用于軌道感測系統(tǒng)的一個實施例的測量數據的獲取、原始數據的預處理、信號的評估、信息的存儲和統(tǒng)計分析的一個實施例的示例性流程圖。
根據一個實施例，本發(fā)明旨在提供一種用于識別軌道車輛車輪缺陷的方法，包括獲得由軌道車輛通過安裝到軌道上的至少一個垂直激光傳感器而產生的測試信號樣本；并確定所述測試信號樣本是否包括與預定的車輪缺陷信號特征相關的信號特征。在一具體實施例，該方法還包括諸如使信號標準化的處理所述信號樣本的步驟。在該方法的另一具體實施例中，從連續(xù)安裝到所述軌道上的一排六個垂直激光傳感器得到測試信號樣本。
根據另一個實施例，本發(fā)明旨在提供一種用來識別軌道車輛非車輪缺陷的方法，包括獲得由軌道車輛通過安裝到軌道上的至少一個垂直激光傳感器而產生的測試信號樣本；并確定所述測試信號樣本是否包括與預定的非車輪缺陷信號特征相關的信號特征。
在另一實施例，本發(fā)明旨在提供一種確定軌道車輛速度的方法，包括從安裝到軌道上的至少一個垂直激光傳感器獲得信號樣本，其中信號樣本包括波形圖案；并測量在連續(xù)的波形變形上的點之間的時間。
本發(fā)明的另一實施例提供一種系統(tǒng)，用來產生表示鐵道上的垂直碰撞力并用于處理和評估的信號流，該系統(tǒng)包括在橫跨至少六個連續(xù)枕間的連續(xù)軌道部分的軌道上安裝第一排六個垂直激光傳感器；用于該第一排六個垂直激光傳感器的電源；至少一個安裝在自第一排的軌道上游的車輪傳感器，用來根據軌道車輛通過至少一個車輪傳感器來致動電源；和與該排傳感器通信連接的計算機，該計算機包括至少一個處理模塊和計算機可讀程序代碼模塊，用來使計算機處理由該排六個垂直激光傳感器產生的處理信號。該系統(tǒng)還包括至少一個安裝在到第一排的軌道上游或下游或兩者的橫向激光傳感器；或者該系統(tǒng)還包括安裝到在相應的連續(xù)軌道部分的相對軌道的第二排六個垂直激光傳感器；或者該系統(tǒng)還包括至少一個安裝在到第二排的所述相對軌道上游或下游或兩者的橫向激光傳感器；或者該系統(tǒng)還包括安裝到在相應的連續(xù)軌道部分的相對軌道上的第二排六個垂直激光傳感器；至少一個安裝在到所述第二排的所述相對軌道上游或下游或兩者的橫向激光傳感器；和至少一個安裝在自所述第二排六個垂直激光傳感器的所述相對軌道上游的車輪傳感器；或者其組合。
在一具體實施例中，本發(fā)明旨在提供一種用于產生表示鐵道上的垂直和橫向碰撞力并用于處理和評估的信號流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝到在橫跨至少六個連續(xù)枕間的連續(xù)軌道部分的軌道上的第一排六個垂直激光傳感器；安裝到在相應連續(xù)軌道部分的相對軌道上的第二排六個垂直激光傳感器；用于該第一排或第二排六個垂直激光傳感器或者兩者的電源；至少一個安裝在自所述第一排的軌道上游的車輪傳感器，用來根據軌道車輛通過至少一個車輪傳感器來致動電源；至少一個安裝在自所述第二排六個垂直激光傳感器的相對軌道上游的車輪傳感器；第一排上游的至少一個橫向激光傳感器和第一排下游的至少一個橫向激光傳感器；和第二排上游的至少一個橫向激光傳感器和第二排下游的至少一個橫向激光傳感器。
在進一步的實施例中，本發(fā)明提供一種用來識別從軌道車輛施加到軌道的反常橫向力的方法，該方法包括將至少一個橫向激光傳感器安裝到軌道上；獲得由通過橫向激光傳感器的軌道車輛產生的測試信號樣本；和評估測試信號樣本是否包括表示偏離正常橫向力的橫向力的特征。評估該測試信號樣本可以包括評估所述信號樣本是否包括與由經歷轉向架擺動的軌道車輛產生的預定特征相關的特征；或者評估該測試樣本是否包括與經歷車輪阻塞的軌道車輛產生的預定特征相關的特征；或者評估所述測試信號樣本是否包括表示偏離正常橫向力大于10％的橫向力的特征。
在另一實施例中，本發(fā)明旨在提供一種用來確定軌道橋的未對準的方法，該方法包括從安裝到軌道橋的一個或多個激光傳感器得到測試信號樣本；并識別所述測試信號樣本是否偏離正常對準信號。
盡管這里已經示出并描述了本發(fā)明的各種實施例，但是顯而易見，僅僅是以示例的方式提供了這些實施例?？梢栽诓黄x本發(fā)明的情況下做出各種變化、修改和替換。因此，本發(fā)明僅由所附權利要求的精神和范圍限制。
在此所引用的所有參考的教導整體并入到與本發(fā)明的教導不一致的范圍。
權利要求
1.一種用來識別軌道車輛車輪缺陷的方法，包括得到由通過安裝到軌道的至少一個垂直激光傳感器的軌道車輛產生的測試信號樣本；和確定所述測試信號樣本是否包括與預定的車輪缺陷信號特征相關的信號特征。
2.一種用來識別軌道車輛非車輪缺陷的方法，包括得到由通過安裝到軌道的至少一個垂直激光傳感器的軌道車輛產生的測試信號樣本；和確定所述測試信號樣本是否包括與預定的非車輪缺陷信號特征相關的信號特征。
3.一種用來產生表示鐵道上的垂直碰撞力并用于處理和評估的信號流的系統(tǒng)，包括安裝到在橫跨至少六個連續(xù)枕間的連續(xù)軌道部分的軌道上的第一排六個垂直激光傳感器；用于所述第一排六個垂直激光傳感器的電源；至少一個安裝在自所述第一排的所述軌道上游的車輪傳感器，用來根據軌道車輛通過所述至少一個車輪傳感器來致動所述電源；和與所述排通信連接的計算機，所述計算機包括至少一個處理模塊和計算機可讀程序代碼模塊，用來使所述計算機處理由所述排的六個垂直激光傳感器產生的處理信號。
4.一種用來產生表示鐵道上的垂直和橫向碰撞力并用于處理和評估的信號流的系統(tǒng)，包括安裝到在橫跨至少六個連續(xù)枕間的連續(xù)軌道部分的軌道上的第一排六個垂直激光傳感器；安裝到在相應連續(xù)軌道部分的相對軌道上的第二排六個垂直激光傳感器；用于所述第一排或所述第二排的六個垂直激光傳感器或者兩者的電源；至少一個安裝在自所述第一排的軌道上游的車輪傳感器，用來根據軌道車輛通過所述至少一個車輪傳感器來致動所述電源；至少一個安裝在自所述第二排六個垂直激光傳感器的所述相對軌道上游的車輪傳感器；所述第一排的上游的至少一個橫向激光傳感器和所述第一排的下游的至少一個橫向激光傳感器；和所述第二排的上游的至少一個橫向激光傳感器和所述第二排的下游的至少一個橫向激光傳感器。
5.一種用來識別從軌道車輛施加到軌道的反常橫向力的方法，包括將至少一個橫向激光傳感器安裝到軌道上；得到由通過所述橫向激光傳感器的軌道車輛產生的測試信號樣本；和評估所述測試信號樣本是否包括表示偏離正常橫向力的橫向力的特征。
6.一種確定軌道橋的未對準的方法，包括從安裝到所述軌道橋上的激光傳感器得到測試信號樣本；和評估所述測試信號樣本是否偏離預定的對準信號樣本。
7.根據權利要求6的方法，其中所述激光傳感器包括位于引橋的激光組件和安裝到所述軌道橋的檢測器，或者反之亦然。
8.根據權利要求6的方法，其中如果所述軌道橋是移動的橋，所述激光傳感器可以用于所述引橋的打開和關閉，而不會破壞激光傳感器在所述軌道橋關閉時的功能。
9.一種用來監(jiān)控軌道橋的結構完整性的系統(tǒng)，包括在有助于感測軌道橋部件的傾斜的位置安裝到所述部件的兩個或多個激光傳感器；和與所述兩個或多個激光傳感器通信連接的計算機，所述計算機包括至少一個處理模塊和至少一個計算機可讀程序代碼模塊，用來使所述計算機識別所述部件的關鍵傾斜。
10.根據權利要求9的系統(tǒng)，其中所述部件是軌道、橋橫木、橋梁或橋支撐。
全文摘要
一種軌道感測和分析系統(tǒng)，利用激光傳感器105、107來檢測由通過的軌道車輛施加的載荷而導致的軌道102、104的位移?？梢愿袦y垂直和/或橫向的位移/載荷。在得到的信號中的特征表示有關軌道車輛的有用信息，諸如車輪狀態(tài)、軸承狀態(tài)、轉向架狀態(tài)、轉向架擺動的程度、總載荷、載荷分布等等?？梢圆捎脵M向力對垂直力(L/V)的比率作為評估標準。
文檔編號E01B35/00GK101057128SQ200580038336
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權日2004年9月11日
發(fā)明者P·赫澤爾, J·F·諾夫辛格, T·M·沙納漢 申請人:通用電氣公司