一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，包括掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕斷面輪廓的激光測距傳感器、根據(jù)列車通過兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度的數(shù)據(jù)處理主機(jī)和用于速度指示和超速告警的速度顯示終端。本發(fā)明還提供了一種軌道交通車輛精確測速方法。本發(fā)明的有益效果是：激光測距傳感器在列車行駛時不斷掃描軌道路面并測量其到軌道路面的距離，通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)在周期性變化的數(shù)據(jù)中提取出軌枕的特征信號，數(shù)據(jù)處理主機(jī)識別出軌枕特征信號并計算出相鄰兩個軌枕特征信號的時間，用軌枕的鋪設(shè)間距除以該時間即可精確計算出列車行駛速度,具有較高的測速精度，尤其適用于磁懸浮等無輪軌道交通。
【專利說明】
一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及軌道測速系統(tǒng)，尤其涉及一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道交通車輛行駛過程中需要對列車速度進(jìn)行精確測量，便于列車司機(jī)控制行駛測速和總控調(diào)度中心監(jiān)控線路運行狀態(tài)，以及在彎道或者復(fù)雜路況時降低行駛速度，避免發(fā)生脫軌事故。目前軌道交通車輛的測速技術(shù)一般有如下幾種:
1)在車輪上加裝傳感器，通過計量車輪旋轉(zhuǎn)周數(shù)來計算車速，該技術(shù)在雨雪環(huán)境下由于車輪在軌面打滑會導(dǎo)致測速數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差；
2)通過多普勒雷達(dá)原理來實現(xiàn)測速，該技術(shù)已經(jīng)成熟，但測量精度較差并且會受雨雪天氣影響，并且列車速度小于40公里時效果較差；
3)通過GPS定位技術(shù)來計算速度，該技術(shù)廣泛應(yīng)用，但無法在地鐵或者隧道內(nèi)使用并且在較短距離測速的誤差較大；
4)通過RFID技術(shù)測量列車通過特定測量點的時間來計算速度，該技術(shù)的缺陷在于只能在特定地點進(jìn)行測量。
[0003]為保證列車測速數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，目前軌道交通車輛一般采用多種技術(shù)結(jié)合使用來實現(xiàn)列車行駛速度的測量。
[0004]在列車的行駛管理中，有很多地方需要使用到列車精確速度，例如列車的剎車部件由于磨損等原因，制動能力會降低，工程部門需要及時掌握制動能力數(shù)據(jù)來評估是否對制動系統(tǒng)進(jìn)行檢修。此外雨雪等天氣因素也會嚴(yán)重影響列車制動能力，司機(jī)需要根據(jù)當(dāng)前環(huán)境下列車的制動能力來控制車輛行駛速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，包括掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕的斷面輪廓的激光測距傳感器、根據(jù)列車通過兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度的數(shù)據(jù)處理主機(jī)和速度顯示終端。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括處理器、數(shù)據(jù)輸出接口和GPS接收模塊，其中，所述激光測距傳感器的輸出端與所述處理器連接，所述GPS接收模塊的輸出端與所述處理器連接，所述處理器的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)輸出接口、速度顯示終端連接。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)包括車廂，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)和速度顯示終端分別設(shè)置在所述車廂上，所述激光測距傳感器設(shè)置在所述車廂的下方。
[0009]本發(fā)明還提供了一種軌道交通車輛精確測速方法，通過激光測距傳感器掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕的斷面輪廓并識別其特征信號，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，列車行進(jìn)時，激光測距傳感器不斷發(fā)射測距激光信號并接收反射信號，測量其到鐵軌路面的距離，由于鐵軌下鋪設(shè)的軌枕導(dǎo)致測距數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期性的變化。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)實現(xiàn)對激光測距傳感器的測距信號的處理和識別，對測距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測距曲線，由測距曲線中識別出軌枕的特征信號，得到列車通過相鄰兩個軌枕的時間，進(jìn)而計算出列車速度。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，測速數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送到安裝在駕駛室的速度顯示終端，用于顯示列車實時速度并在超速時提供聲光警告。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個數(shù)據(jù)輸出接口，通過該數(shù)據(jù)輸出接口將數(shù)據(jù)輸出給列車控制系統(tǒng)或運行調(diào)度中心，用于評估列車的制動能力和列車運行調(diào)度。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個GPS接收模塊，通過該GPS接收模塊獲取當(dāng)前位置，進(jìn)行速度校準(zhǔn)和軌枕間距的匹配。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:通過在軌道交通車輛上安裝激光測距傳感器，激光測距傳感器在列車行駛時不斷掃描軌道路面并測量其到軌道路面的距離，由于鋪設(shè)的軌枕明顯高于軌道路面，因此測距數(shù)據(jù)會出現(xiàn)周期性變化，通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)在周期性變化的數(shù)據(jù)中提取出軌枕的特征信號，數(shù)據(jù)處理主機(jī)識別出特征信號并計算出相鄰兩個軌枕特征信號的時間，用軌枕的鋪設(shè)間距除以該時間即可精確計算出列車行駛速度。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)的原理框圖。
[0018]圖3是本發(fā)明一種軌道交通車輛精確測速方法的測速流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]圖1至圖3中的附圖標(biāo)號為:軌枕I;激光測距傳感器2;數(shù)據(jù)處理主機(jī)3;處理器31;數(shù)據(jù)輸出接口 32; GPS接收模塊33;速度顯示終端4;車廂5。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，包括掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕I的斷面輪廓的激光測距傳感器2、根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕I的時間差以及相鄰軌枕I的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度的數(shù)據(jù)處理主機(jī)3和速度顯示終端4。
[0022]如圖2所示，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)3包括處理器31、數(shù)據(jù)輸出接口32、和GPS接收模塊33，其中，所述激光測距傳感器2的輸出端與所述處理器31連接，所述GPS接收模塊33的輸出端與所述處理器31連接，所述處理器31的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)輸出接口 32、速度顯示終端4連接。
[0023]如圖2所示，在軌道交通車輛的下方安裝激光測距傳感器2，激光測距傳感器2與處理器31通過數(shù)據(jù)和電源線纜連接，激光測距傳感器2在車輛行駛時持續(xù)進(jìn)行測距并將測距數(shù)據(jù)傳送給處理器31。
[0024]如圖2所示，由于鋪設(shè)在軌道上的砟石和軌枕I上的緊固螺栓等物體，會造成測距數(shù)據(jù)形成的掃描曲線并非光滑曲線，如圖3所示存在大量的干擾信號，處理器31通過濾波、限幅等算法來濾除干擾，最終提取出軌枕I的特征信號。
[0025]如圖2所示，速度顯示終端4實時顯示列車行駛速度數(shù)值，并在超過當(dāng)前軌道區(qū)間限速值時通過聲光信號告警。
[0026]如圖2所示，GPS接收模塊33通過數(shù)據(jù)總線與處理器31連接，傳送列車當(dāng)前位置坐標(biāo)信息，用于匹配當(dāng)前軌道區(qū)間限速數(shù)值，以及匹配當(dāng)前軌道軌枕I鋪設(shè)間距數(shù)據(jù)。
[0027]如圖2所示，數(shù)據(jù)輸出接口32用于為列車內(nèi)其他系統(tǒng)或設(shè)備提供實時測速數(shù)據(jù)，實現(xiàn)列車行駛控制或參數(shù)監(jiān)控功能，例如與剎車系統(tǒng)連接，可以實時評估列車的制動能力，為行駛控制系統(tǒng)提供剎車距離反饋。數(shù)據(jù)輸出接口 32也可通過無線網(wǎng)絡(luò)為運行調(diào)度中心傳送列車速度監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0028]如圖1所示，所述軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)包括車廂5，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)3和速度顯示終端4分別設(shè)置在所述車廂上5，所述激光測距傳感器2設(shè)置在所述車廂5的下方。
[0029]如圖1至圖3所示，一種軌道交通車輛精確測速方法，通過激光測距傳感器2掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕I的斷面輪廓來識別其信號，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕I的時間差以及軌枕I的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度。
[0030]如圖1至圖3所示，列車行進(jìn)時，激光測距傳感器2不斷發(fā)射測距激光信號并接收反射信號，測量其到鐵軌路面的距離，由于鐵軌下鋪設(shè)的軌枕I導(dǎo)致測距數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期性的變化。
[0031]如圖1至圖3所示，通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)3實現(xiàn)對激光測距傳感器2的測距信號的處理和識別，對測距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測距曲線，由測距曲線中識別出軌枕I的特征信號，得到列車通過相鄰兩個軌枕I的時間，進(jìn)而計算出列車速度。
[0032]如圖1至圖3所示，測速數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送到安裝在駕駛室的速度顯示終端4，用于顯示列車實時速度并在超速時提供聲光警告。
[0033 ] 如圖1至圖3所示，數(shù)據(jù)處理主機(jī)3包括一個加速度傳感器，通過加速度傳感器判別列車是否處于靜止或處于勻速行駛狀態(tài)，并在靜止或勻速狀態(tài)時關(guān)閉激光測距傳感器2，延長激光測距傳感器2使用壽命。
[0034]如圖1至圖3所示，數(shù)據(jù)處理主機(jī)3包括一個數(shù)據(jù)輸出接口32，通過該數(shù)據(jù)輸出接口32將數(shù)據(jù)輸出給列車控制系統(tǒng)或運行調(diào)度中心，用于評估制動能力和列車運行調(diào)度。
[0035]如圖1至圖3所示，數(shù)據(jù)處理主機(jī)3包括一個GPS接收模塊33，通過該GPS接收模塊33獲取當(dāng)前位置，進(jìn)行速度校驗和軌枕I間距的匹配。列車在不同行駛區(qū)間的限速要求不同，例如在轉(zhuǎn)彎時會根據(jù)不同的轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)定限速值，因此通過GPS接收模塊33接收到位置坐標(biāo)來變動告警限速值。另外，某些軌道區(qū)間會根據(jù)地質(zhì)條件的不同，枕木或軌枕I的間隔有變化，根據(jù)GPS接收到位置信息，基于預(yù)先存儲的對應(yīng)位置軌枕I的鋪設(shè)間隔數(shù)據(jù)來修正測量結(jié)果。
[0036]軌道交通建設(shè)時為保證軌道的穩(wěn)固性，在施工時會在鐵軌下方鋪設(shè)枕木，鐵軌安裝在枕木上。近年隨著整體澆筑技術(shù)在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用，開始采用軌枕。無論采用枕木還是軌枕，其鋪設(shè)間距和公差都遵循相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
[0037]本發(fā)明提供一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法，通過在軌道交通車輛的車廂5上安裝激光測距傳感器2，在列車行駛時不斷掃描軌道路面并測量其到軌道路面的距離。由于鋪設(shè)的軌枕I要高于軌道路面，因此測距數(shù)據(jù)會出現(xiàn)周期性變化，通過數(shù)字信號處理技術(shù)在周期性變化的數(shù)據(jù)中提取出軌枕I的特征信號，進(jìn)而計算出軌道交通車輛經(jīng)過兩個軌枕I的時間t，通過預(yù)先存儲的軌枕I的鋪設(shè)間距L，利用公式V=L/t即可計算出列車車速。
[0038]本發(fā)明提供一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)和方法，激光測距傳感器2安裝在軌道交通車輛的車廂5的下方，激光測距傳感器2發(fā)射激光測距信號測量其到軌道的距離，將測距數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理主機(jī)3處理后形成測距曲線，并在曲線中識別出軌道的軌枕I的特征信號，計算相鄰兩個軌枕I的特征信號的時間，即可計算出列車的車速?？捎糜趯崟r測量列車行駛速度以及評估列車制動性能等應(yīng)用。
[0039]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，其特征在于:包括掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕斷面輪廓的激光測距傳感器、根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及相鄰軌枕的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度的數(shù)據(jù)處理主機(jī)和用于速度指示和超速告警的速度顯示終端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括處理器、數(shù)據(jù)輸出接口和GPS接收模塊，其中，所述激光測距傳感器的輸出端與所述處理器連接，所述GPS接收模塊的輸出端與所述處理器連接，所述處理器的輸出端分別與所述數(shù)據(jù)輸出接口、速度顯示終端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)，其特征在于:所述軌道交通車輛精確測速系統(tǒng)包括車廂，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)和速度顯示終端分別設(shè)置在所述車廂上，所述激光測距傳感器設(shè)置在所述車廂的下方。4.一種軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:通過激光測距傳感器掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕斷面輪廓并識別其信號，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及相鄰軌枕的鋪設(shè)間距來計算出列車的行駛速度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:列車行進(jìn)時，激光測距傳感器不斷發(fā)射測距激光信號并接收反射信號，測量其到鐵軌路面的距離，由于鐵軌下鋪設(shè)的軌枕導(dǎo)致測距數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期性的變化。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)實現(xiàn)對激光測距傳感器的測距信號的處理和識別，對測距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測距曲線，由測距曲線中識別出軌枕的特征信號，得到列車通過相鄰兩個軌枕的時間，進(jìn)而計算出列車速度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:測速數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送到安裝在駕駛室的速度顯示終端，用于顯示列車實時速度并在超速時提供聲光警生口 ο8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個數(shù)據(jù)輸出接口，通過該數(shù)據(jù)輸出接口將數(shù)據(jù)輸出給列車控制系統(tǒng)或運行調(diào)度中心，用于評估列車剎車系統(tǒng)制動能力和列車運行調(diào)度。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個GPS接收模塊，通過該GPS接收模塊獲取當(dāng)前位置，進(jìn)行速度校準(zhǔn)和軌枕間距的匹配。
【文檔編號】B61L15/00GK105905134SQ201610398082
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】閆澤濤, 劉瑞濤
【申請人】深圳航天科技創(chuàng)新研究院, 深圳市航天華拓科技有限公司