專利名稱：一種列車絕對速度的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種絕對速度的測量裝置，尤其是涉及一種列車絕對速度的測量裝置。
背景技術(shù)：
列車的速度是列車運行控制中最基本和最重要的參數(shù)。目前隨著技術(shù)的進步和運 營服務的提高，對各種列車運行控制系統(tǒng)的研究不斷加強。作為實現(xiàn)系統(tǒng)功能的先決條件， 列車運行絕對速度的檢測也就顯得越來越重要。列車的測速裝置多種多樣，無論何種裝置，其核心目標都是提高測量精度。當前列 車測速主要有以下幾種裝置1)接觸式測速裝置，主要包括測速電機、脈沖轉(zhuǎn)速傳感器；2) 非接觸式測速裝置，主要有雷達測速裝置、GPS衛(wèi)星定位裝置。從應用情況看，測速電機裝置雖然比較簡單，但在低速時感生電動勢較低，造成測 量精度降低，當車速低于一定值時測速單元甚至不能工作，并且系統(tǒng)可靠性較差。脈沖轉(zhuǎn) 速傳感器裝置由于利用輪軸旋轉(zhuǎn)獲取信息，因此必須克服空轉(zhuǎn)和滑行等因素造成的精度降 低。為了保證這種裝置的測量精度還必須對輪緣磨耗造成的誤差進行修正。接觸式測速裝 置獲得的列車速度不是列車的絕對速度而是相對速度，因此誤差較大，在列車速度不高以 及列車運行間隔比較大的條件下，基本能夠滿足控制的需求。非接觸式測速裝置可以獲得列車的絕對速度，目前主要的測速裝置為雷達測速裝 置和GPS衛(wèi)星定位裝置。雷達測速裝置雖然能克服空轉(zhuǎn)和滑行的影響，但在小型化和實用 化方面需要有所突破，并且對線路要求比較嚴格。當列車處于低速運行狀態(tài)下時，雷達的多 普勒效應不明顯，造成測速精度降低。采用GPS衛(wèi)星定位裝置是目前一種比較先進的技術(shù) 手段，國際上包括我國在內(nèi)的許多國家都已經(jīng)進行了利用GPS定位的列車測速試驗。這種 裝置可以達到較高的測量精度，但存在的主要問題是①當線路平行股道十分接近或有多 個列車進出站時，難以識別列車占用的是哪一股道，容易引起速度測量的混亂；②在地形復 雜地段，例如在山區(qū)和隧道內(nèi)，由于無線電波傳播特性的影響會產(chǎn)生信號盲區(qū)，特別是在地 鐵列車上的應用受到限制；③在地鐵列車中運用GPS衛(wèi)星定位裝置測速需要很大的系統(tǒng)支 持和巨大的經(jīng)費投入。另外從國家安全角度出發(fā)GPS衛(wèi)星定位方法需要充分探討。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種擺脫了測 量輪對旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)測速裝置，適合在多種條件測量，測量精度高，測速范圍廣，安全可靠，設(shè) 備安裝檢修方便的列車絕對速度的測量裝置。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種列車絕對速度的測量裝 置，其特征在于，該裝置包括圖像傳感器、圖像處理模塊、速度輸出顯示模塊，所述的圖像傳 感器與圖像處理模塊連接，所述的圖像處理模塊與速度輸出顯示模塊連接，所述的速度輸 出顯示模塊與所要檢測的設(shè)備上的顯示單元和控制單元連接。[0008]所述的圖像傳感器通過通用輸入/輸出接口 GPIO與圖像處理模塊連接。所述的圖像傳感器為高速攝像頭或者紅外攝像頭。所述的圖像處理模塊為大規(guī)?，F(xiàn)場可編程器件FPGA。所述的所要檢測的設(shè)備包括城市軌道交通列車、中低速磁懸浮列車。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、可測量列車運行的絕對速度，不受輪緣磨損、列車空轉(zhuǎn)/滑行等影響，測量精度 高特別是在低速下；2、使用范圍廣適用于各種類型的城市軌道交通列車，亦可用于中低速磁浮列車；3、安全可靠，不受地形變化等因素的影響；4、設(shè)備安裝和檢修方便，觀察顯示器上顯示的采集軌道圖像信號，可以確定設(shè)備 是否運行正常。5、相關(guān)算法采用FPGA硬件電路實現(xiàn)，提高了運算的速度和可靠性；6、大大擴大了測速范圍，設(shè)計可達80km/h，可以在城市地鐵列車上使用；7、實現(xiàn)了移動物體自身的速度檢測。

圖1為測速原理示意圖；圖2為測速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為測速裝置安裝示意圖。圖1中d為列車運行方向，圖3中3為車輪。具體實施裝置
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。 實施例本實用新型安裝在列車上，如圖1所示，在列車運行方向d上，圖像采集裝置從位 置a移動至位置b，連續(xù)采集到軌道圖像1和圖像2，這2幀圖像之間存在重疊部分3，說明 圖像1和圖像2之間存在相關(guān)性。以重疊部分3作為模板，圖像1和圖像2作為背景，存入 FPGA開發(fā)板上的RAM中。模板在背景上逐點移動，計算出這兩幅背景與模板具有最大歸一 化互相關(guān)值的位置(xl，yl)和(x2，y2)，再根據(jù)這2個位置確定模板移動的距離，即模板的 位移像素值，結(jié)合采樣時間，從而得出列車運行速度。采樣時間圖像傳感去拍攝到的一幀圖像，具有確定的像素點個數(shù)，例如 640*480，每個像素點的采樣時間由圖像傳感器的主工作時鐘決定，如0. 04微秒，這樣，一 幀圖像的采樣時間就是640*480*0. 04 = 0. 0123秒。測速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要由圖像傳感器101、圖像處理模塊102、速 度輸出顯示模塊103三部分組成。其中，圖像傳感器101與圖像處理模塊102通過GPIO接 口相連，當裝置安裝在列車上時，處理獲得的速度信號通過多功能車廂總線MVB傳送給顯 示單元和列車控制單元。圖像處理和速度計算均采用大規(guī)?，F(xiàn)場可編程器件FPGA實現(xiàn)。如圖3所示，圖像傳感器4 (高速攝像頭或紅外攝像頭)可以安裝于列車車體1或 轉(zhuǎn)向架的下部各位置，圖像傳感器4將實時采集到的軌道2圖像信息傳送給圖像處理模塊(主要是FPGA的信號處理單元)，對軌道2圖像信息進行處理并運用互相關(guān)算法計算出列 車運行速度，F(xiàn)PGA的信號處理單元5可以安裝在列車車廂的任意位置；信號傳輸采用列車 通信網(wǎng)絡(luò)即MVB總線，將速度的計算結(jié)果傳送給列車控制系統(tǒng)和顯示器6。
權(quán)利要求1.一種列車絕對速度的測量裝置，其特征在于，該裝置包括圖像傳感器、圖像處理模 塊、速度輸出顯示模塊，所述的圖像傳感器與圖像處理模塊連接，所述的圖像處理模塊與速 度輸出顯示模塊連接，所述的速度輸出顯示模塊與所要檢測的設(shè)備上的顯示單元和控制單 元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種列車絕對速度的測量裝置，其特征在于，所述的圖像傳 感器通過通用輸入/輸出接口 GPI0與圖像處理模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種列車絕對速度的測量裝置，其特征在于，所述的圖像傳 感器為高速攝像頭或者紅外攝像頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種列車絕對速度的測量裝置，其特征在于，所述的圖像處 理模塊為大規(guī)?，F(xiàn)場可編程器件FPGA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種列車絕對速度的測量裝置，其特征在于，所述的所要檢 測的設(shè)備包括城市軌道交通列車、中低速磁懸浮列車。
專利摘要本實用新型涉及一種列車絕對速度的測量裝置，該裝置包括圖像傳感器、圖像處理模塊、速度輸出顯示模塊，所述的圖像傳感器與圖像處理模塊連接，所述的圖像處理模塊與速度輸出顯示模塊連接，所述的速度輸出顯示模塊與所要檢測的設(shè)備上的顯示單元和控制單元連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型擺脫了測量輪對旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)測速方法，具有適合在多種條件測量，測量精度高，測速范圍廣，安全可靠，設(shè)備安裝檢修方便等優(yōu)點。
文檔編號G01P3/38GK201788188SQ20102029726
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者吳雄文, 周宇恒, 寇若嵐, 徐磊, 李玲, 柳初萌, 胡浩, 謝維達, 錢存元 申請人:同濟大學