基于激光多普勒測速的列車精確定位方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于軌道列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的列車定位【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位”方法與裝置。該方法過程為，以安裝在列車上的激光多普勒測速儀連續(xù)掃描軌道，高精度測試列車相對于軌道的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離，掃描并識別安裝在軌道旁的編碼信標(biāo)，讀取其編碼信息，輸出數(shù)據(jù)給列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)連續(xù)獲得列車運(yùn)行方向速度和累積運(yùn)行距離，連續(xù)高精度確定列車位置；利用編碼信息查詢車載列車軌道線路數(shù)據(jù)庫，識別列車運(yùn)行的軌道并獲得軌道固定信息、校準(zhǔn)累積運(yùn)行距離。本發(fā)明使列車在軌道線路的全程，具有連續(xù)、可靠和高精度的獨(dú)立自主定位能力，并大幅度降低列車定位系統(tǒng)的維護(hù)工作量和生命周期成本。
【專利說明】基于激光多普勒測速的列車精確定位方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的列車定位【技術(shù)領(lǐng)域】。在軌道列車交通系統(tǒng)中，可用作列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的列車定位子系統(tǒng)，連續(xù)精確測試列車在運(yùn)行中的速度，連續(xù)給出列車已運(yùn)行的軌道里程，并通過固定位置的軌道信標(biāo)進(jìn)行絕對位置標(biāo)定和軌道里程校準(zhǔn)，從而連續(xù)精確定位列車的軌道位置。
【背景技術(shù)】[0002]在軌道列車交通系統(tǒng)中，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的性能與列車定位子系統(tǒng)密不可分。列車定位方法在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用:
★列車定位方法的精度和可靠性是影響列車安全防護(hù)距離的重要因素之一，會關(guān)系到列車的運(yùn)行安全，運(yùn)行間隔，會影響到軌道交通系統(tǒng)的效率；
★列車定位方法的機(jī)理和采用的傳感器是影響列車運(yùn)行控制系統(tǒng)制式的重要因素之一，會關(guān)系到可采用的閉塞制式，會影響到列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的兼容性和生命周期費(fèi)用；現(xiàn)在，國內(nèi)外列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的列車定位方法基本上都采用多傳感器信息融合的集成應(yīng)用定位方案，必然使得定位系統(tǒng)和列車運(yùn)行控制高度復(fù)雜化，但是卻還是存在潛在的系統(tǒng)風(fēng)險；
例如，我國2011年“溫州7.23追尾事故”中(CTCS-2列控系統(tǒng))，用于列車定位的軌道電路系統(tǒng)的嚴(yán)重故障是事故發(fā)生的主要原因；
2013年7月的西班牙火車出軌事故中，其列車運(yùn)行控制系統(tǒng)也顯然沒有發(fā)揮應(yīng)有的作
用；
以及時常見諸報道的地鐵信號系統(tǒng)故障導(dǎo)致降低運(yùn)行模式，乘客滯留，等等；
因而，對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的需求及其迫切性是顯而易見的。其中，列車定位方法及其改進(jìn)對于推動列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究和軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展具有重大和深遠(yuǎn)的意義。
[0003]列車運(yùn)行控制系統(tǒng)和列車定位子系統(tǒng)[1’2]
基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control,CBTC)已成為列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的主流。CBTC通過地~車間的雙向通信，可以實現(xiàn)對列車的閉環(huán)控制，具有較強(qiáng)的操作能力和靈活性，可以方便的在司機(jī)室進(jìn)行信號顯示、速度控制，可以精確控制速度、加速和制動過程，并能準(zhǔn)確確定列車的位置。加速和制動的精確控制可以提高列車運(yùn)行品質(zhì)和節(jié)能水平；
在這個技術(shù)背景下，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)對列車定位子系統(tǒng)提出了新的要求，要求列車定位子系統(tǒng)具有精確可靠的自主定位能力，減小對外界的依賴。
[0004]列車定位系統(tǒng)必須滿足的技術(shù)要求[3]
I)精確性
列車定位的精確性需滿足兩種不同的要求，一個是列車在同一軌道上縱向的定位精確性，另一個是列車在不同軌道之間橫向的定位精確性。在縱向的定位精度必須不低于IOm，在橫向的定位精度必須不低于Im(保證軌道選擇的正確性)；
2)對于時間的可用性
定位系統(tǒng)必須具有執(zhí)行列車定位而不發(fā)生任何間斷的能力，即有很好的連續(xù)性；
3)對于空間的可用性
不管列車運(yùn)行在任何地理領(lǐng)域內(nèi)，定位信息必須不間斷地提供給列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，即有良好的覆蓋性；
4)可靠性和安全性
定位系統(tǒng)與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)相互獨(dú)立，并能檢測和報告本身發(fā)生的失效和故障；
5)可維護(hù)性
定位系統(tǒng)的設(shè)計和使用必須綜合考慮預(yù)防性維護(hù)和校正性維護(hù)等因素，從而使定位系統(tǒng)的生命周期成本最小。
[0005]現(xiàn)有列車定位方法及其不足
1)基于測速電機(jī)或脈沖轉(zhuǎn)速傳感器的列車定位方法[2’4]
通過測速電機(jī)或脈沖轉(zhuǎn)速傳感器測量列車車輪轉(zhuǎn)速來計算列車速度和運(yùn)行距離的方法。輪軌間的空轉(zhuǎn)和滑行是無法避免的，速度傳感器由于受機(jī)車輪對可能發(fā)生空轉(zhuǎn)和滑行的影響，其測量精度會隨著空轉(zhuǎn)和滑行惡化。另外，由于車輪的磨損導(dǎo)致其直徑的減小，也會帶來額外的誤差。為補(bǔ)償空轉(zhuǎn)和滑行、車輪磨損等因素造成的精度降低，存在累積誤差，派生出了復(fù)雜的檢測和誤差補(bǔ)償方案，只能夠在一定條件下降低列車定位的誤差；
2)利用軌道電路的定位技術(shù)[5’6]
軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導(dǎo)體，并用引接線連接信號發(fā)送、接收設(shè)備所構(gòu)成的電氣回路。利用數(shù)字軌道電路對列車進(jìn)行定位是目前城市軌道交通系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)手段。由于以軌道電路長度為最小定位單元，列車在分區(qū)的始末端無法判斷，定位精度差，加大列車間的間隔，限制了區(qū)間通過能力；無法構(gòu)成移動閉塞；設(shè)備維護(hù)調(diào)試工作量大；受氣候環(huán)境變化影響較大，特別是在電氣化區(qū)段易受牽引電流干擾；
3)交叉感應(yīng)回線定位[5’6]
在整個軌道線路沿線鋪設(shè)電纜環(huán)線，電纜環(huán)線位于軌道中間，每隔一定的距離交叉一次。列車經(jīng)過每個電纜交叉點時通過車載設(shè)備檢測環(huán)線內(nèi)信號的相位變化，并對相位變化的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，從而確定列車運(yùn)行的距離，達(dá)到對列車定位的目的。改善了在電氣化區(qū)段易受牽引電流干擾的問題。此定位方法的累積誤差較大，定位精度與交叉區(qū)長度相矛盾，提高定位精度難度較大；
4)基于查詢/應(yīng)答器的列車定位[3’4]
基于查詢/應(yīng)答器和里程計的列車定位是世界鐵路上運(yùn)用最為廣泛的一種方式。其中，查詢/應(yīng)答器定位原理是首先在鐵路干線的沿線上安裝間隔一定距離的查詢/應(yīng)答器作為列車絕對位置的識別，列車每經(jīng)過一個查詢/應(yīng)答器都會獲得一個新的絕對位置。只能給出點式定位信息，存在設(shè)置間距和投資規(guī)模的矛盾。查詢/應(yīng)答器安裝位置的不確定性，也影響其定位精度。由于擁有大量的地面設(shè)備，所以不利于設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)；
5)信標(biāo)(RFID)定位[7’8]
信標(biāo)是安裝在線路沿線反映線路絕對位置的物理標(biāo)志。信標(biāo)分有源信標(biāo)和無源信標(biāo)兩種，有源信標(biāo)可以實現(xiàn)車地的雙向通信，無源信標(biāo)類似于非接觸式IC卡，在列車經(jīng)過信標(biāo)所在位置時，車載天線發(fā)射的電磁波激勵信標(biāo)工作，并傳遞絕對位置信息給列車。由于信標(biāo)提供的位置精度很高，達(dá)厘米量級，常用信標(biāo)作為修正列車實際運(yùn)行距離的手段。采用信標(biāo)定位技術(shù)的信息傳遞是間斷的，即當(dāng)列車從一個信息點獲得地面信息后，要到下一個信息點才能更新信息，若其間地面情況發(fā)生變化，就無法立即將變化的信息實時傳遞給列車；定位精度的提高以加大信標(biāo)密度，犧牲成本為代價；維護(hù)工作量大。信標(biāo)定位技術(shù)往往作為其它定位技術(shù)的補(bǔ)充手段；
6)裂縫波導(dǎo)定位技術(shù)[9]
裂縫波導(dǎo)是中空的鋁質(zhì)矩形方管，在其頂部每隔一定距離開有窄縫，采用連續(xù)波頻率通過裂縫耦合出不均勻的場強(qiáng)，對連續(xù)波的場強(qiáng)進(jìn)行采集和處理，并通過計數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù)，從而計算出列車走行的距離，確定列車在線路中的位置。此方法受鐵軌長度的影響較大，屬分段計數(shù)定位，定位精度不足，特別是受到現(xiàn)在推廣的無縫鋼軌的限制；
7)無線擴(kuò)頻通信定位技術(shù)[4’5]
利用車站、軌旁和列車上的擴(kuò)頻電臺，一方面通過這些電臺在列車與軌旁控制室之間傳遞安全信息，另一方面也利用它們對列車進(jìn)行定位。軌旁電臺的位置是固定不變的，并經(jīng)過精確測量。所有的電臺都由同步時鐘精確同步。軌旁計算機(jī)或車載計算機(jī)利用不同電臺傳輸信息的時間延時可以精確計算出列車的位置。美國AATC系統(tǒng)采用無線測距進(jìn)行定位。需要在區(qū)段沿線設(shè)置用于測距的專用的擴(kuò)頻基站和中心控制站，投資成本較高，運(yùn)行維護(hù)工作量和費(fèi)用高；
8)INS (慣性定位系統(tǒng))列車定位[4’10]
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有不依賴外界信息，完全獨(dú)立自主地提供多種較高精度的導(dǎo)航參數(shù)(位置、速度、姿態(tài))的優(yōu)點，具有抗電子輻射干擾、全天候、隱蔽性好等特點。但是它的系統(tǒng)精度主要取決于慣性測量器件(陀螺儀和加速度計)，導(dǎo)航參數(shù)的誤差隨時間而積累，因而不適合長時間的單獨(dú)導(dǎo)航；
9)航位推算系統(tǒng)定位[4’11]
航位推算是在知道當(dāng)前時刻位置的條件下，通過測量移動的距離和方位，推算下一時刻位置的方法，使用加速度計、磁羅盤、陀螺儀。航位推算系統(tǒng)受到傳感器本身溫漂、敏感度等的影響，在短時間內(nèi)測量具有較高的精度，但長時間使用會導(dǎo)致較大的累積誤差，因此在使用航位推算系統(tǒng)進(jìn)行列車測速定位時，需要解決累積誤差的補(bǔ)償問題；
10)基于衛(wèi)星導(dǎo)航的列車定位方法[4a°]
使用GPS、格洛納斯GLONASS、伽利略定位系統(tǒng)(Galileo Positioning System)等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位方法，并對其進(jìn)行增強(qiáng)。該定位方法使用多個衛(wèi)星的偽距，經(jīng)過計算獲得一個可信的列車位置區(qū)間。北美ARES、PTC、PTS系統(tǒng)采用GPS進(jìn)行定位。由于基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)容易受到地形的影響，造成衛(wèi)星的信號無法很好的接收到；也受惡劣天氣的影響，因此可靠性比較低。這個方法無法滿足鐵路系統(tǒng)在隧道環(huán)境以及遮蔽環(huán)境下的要求；
11)雷達(dá)測速[4’12]
列車上載有的雷達(dá)始終向軌面或地面發(fā)射雷達(dá)波，利用多普勒頻移效應(yīng)原理，計算列車運(yùn)行速度。多普勒雷達(dá)測速方法比較復(fù)雜，需要考慮雷達(dá)校正問題，需要解決小型化和實用化的問題，同時，其對鐵路線路要求也比較嚴(yán)格，不同地面反射系數(shù)等問題。以目前國際先進(jìn)水平的多普勒雷達(dá)測速系統(tǒng)與激光多普勒測速儀器的測速誤差相比較，多普勒雷達(dá)測速系統(tǒng)的測速誤差較大，差不多相差8倍左右。另外，其測速誤差還會來源于:
☆軌道沿途地面狀況的變化；
☆列車的動態(tài)加/減速；
☆雷達(dá)安裝的對齊角度誤差；
12)基于軌道數(shù)字地圖匹配的列車定位方法[4’n’13]
由于列車運(yùn)行軌跡的曲率是非常小的，采用廉價的陀螺傳感器很難識別這些曲線，因此采用光纖陀螺。這個方法通過光纖陀螺測量角速度，再通過速度傳感器測量結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終與地圖數(shù)據(jù)庫中提取的角速度進(jìn)行匹配，進(jìn)而得到列車的位置。被匹配算法修正過的速度傳感器比單純采用速度傳感器獲得的列車位置的誤差有明顯的降低。但是定位算法對列車運(yùn)行速度敏感，當(dāng)列車低速運(yùn)行或速度變化較大的情況下，匹配結(jié)果不理想。
[0006]基于多傳感器信息融合的列車定位方法[1’4a°]
在列車定位技術(shù)的選擇與比較中不難發(fā)現(xiàn)，只利用一種已有定位方法很難全面滿足“列車定位系統(tǒng)必須滿足的技術(shù)要求”，因此，目前在列控系統(tǒng)中定位的方法往往是綜合運(yùn)用，將幾種方法融合，進(jìn)行互補(bǔ)。多傳感器融合的定位系統(tǒng)的組合應(yīng)用方式多樣，在干線高速鐵路和城市軌道交通中的應(yīng)用也有很大區(qū)別，此處選取代表性的兩個組合定位系統(tǒng)作為代表； 1)城市軌道交通，選取技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的“基于查詢應(yīng)答器(信標(biāo))和里程計的地鐵列車定位系統(tǒng)”(簡稱為“地鐵信標(biāo)里程計定位系統(tǒng)”);
“地鐵信標(biāo)里程計定位系統(tǒng)”的不足:
☆列車定位的精確性較低
車載速度傳感器是通過測量車輪轉(zhuǎn)速來計算列車瞬時速度，不可避免的誤差來自于車輪“空轉(zhuǎn)”、“打滑”和“磨損”。經(jīng)測算，其中僅因地鐵列車輪的“磨損”而帶來的誤差就大于
0.06%，而“空轉(zhuǎn)”、“打滑”是誤差的主要來源，雖然經(jīng)過加速度計作補(bǔ)償處理，仍然難以消除，因而其定位誤差仍然遠(yuǎn)大于先進(jìn)的激光多普勒測速儀器小于0.05%的測速定位誤差；☆可維護(hù)性及可靠性低
由多個分系統(tǒng)集成，系統(tǒng)構(gòu)成很復(fù)雜，因而增加了維護(hù)難度，并且會對系統(tǒng)可靠性帶來不利影響；
☆系統(tǒng)投資和運(yùn)行維護(hù)成本高
據(jù)市場調(diào)查，系統(tǒng)的車載設(shè)備估計總價為23~25萬元，地鐵軌道內(nèi)的信標(biāo)(RFID)的價值，估算約為5~6萬元/km，需要運(yùn)行維護(hù)；
2)干線高速鐵路，選取最具有代表性的中國高速鐵路CTCS-3列控系統(tǒng)“基于軌道電路/車輪測速/雷達(dá)測速/查詢應(yīng)答器”的列車定位子系統(tǒng)(簡稱為“CTCS-3列車定位子系統(tǒng)”);
“CTCS-3列車定位子系統(tǒng)”的不足:
☆列車定位的精確性較低
由于測量車輪轉(zhuǎn)速來計算列車瞬時速度的方法帶來的誤差很大，“CTCS-3定位系統(tǒng)”±曾加了“多普勒測速雷達(dá)”來進(jìn)行測速修正。據(jù)收集的技術(shù)信息，德國DEUTA雷達(dá)速度傳感器是歐洲高速列車ETCS/ERTMS系統(tǒng)推薦的解決方案，測速范圍0.2_600km/h。其測速誤差為:小于 0.4 km/h (V<100 km/h)
小于 0.4%(V>100 km/h)
并且，其測速誤差還會來源于:
軌道沿途地面狀況的變化；
列車的動態(tài)加/減速；
雷達(dá)安裝的對齊角度誤差；
可見，其最終的列車定位誤差必然遠(yuǎn)大于先進(jìn)的激光多普勒測速儀器小于0.05%的測速定位誤差；
☆可維護(hù)性及可靠性低
由多個分系統(tǒng)集成，系統(tǒng)構(gòu)成很復(fù)雜，因而增加了維護(hù)難度，并且會對系統(tǒng)可靠性帶來不利影響；
☆系統(tǒng)投資和運(yùn)行維護(hù)成本高
與“地鐵信標(biāo)里程計定位系統(tǒng)”相比較，“CTCS-3定位系統(tǒng)”用更加昂貴的“多普勒測速雷達(dá)”代替了 “加速度計”，每列車安裝兩套。“CTCS-3列車定位子系統(tǒng)”車載設(shè)備的總價值約為27~29萬元。軌道內(nèi)的信標(biāo)(RFID)的價值，估算約為0.24~0.30萬元/km，需要運(yùn)行維護(hù)。
[0007]本發(fā)明所采用的激光多普勒速度測試技術(shù)[14’15]
本發(fā)明中用于列車速度測試的儀器為激光多普勒測速儀，通過其激光束連續(xù)照射列車鋼軌進(jìn)行相對速度測試，屬于非接觸性速度測試技術(shù)。其技術(shù)原理是公知的利用激光的多普勒效應(yīng)進(jìn)行連續(xù)方向、速度測試，對測得的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分計算即可得到激光多普勒測速儀與被測物之間累積的相對位移。本發(fā)明所涉及的激光多普勒測速儀，采用激光后向雙散射型光路的系統(tǒng)構(gòu)成方式，結(jié)構(gòu)緊湊；其內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以并行多個數(shù)據(jù)處理線程，通過工業(yè)數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)。國際上有多家公司制造和銷售此類測速儀器，廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，實際測試精度明顯優(yōu)于其它類型的速度測試系統(tǒng)，耐惡劣工作環(huán)境能力強(qiáng)，長期運(yùn)行可靠性高。
[0008]本發(fā)明的目的
☆使列車在軌道線路的全程，具有連續(xù)、獨(dú)立自主的定位能力；
☆大幅度提聞列車定位的精確性；
☆顯著改善列車定位子系統(tǒng)的可維護(hù)性及可靠性；
☆大幅度降低列車定位系統(tǒng)的生命周期成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的；
I基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位方法，如圖1所示，其特征在于:
1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離；
3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離；
4)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”；
5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置。
[0010]2根據(jù)權(quán)利I所述的“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位方法，如圖1所示，其特征在于:
1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離。安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
[0011]3基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，如圖2所示，其特征在于:
1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離；
3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離；
4)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征如圖2中舉例所示，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成。多個相同的信標(biāo)單元按照編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上。安裝基座和信標(biāo)單元均以耐腐蝕的材料制造；
5)按照對“列車運(yùn)行距離和定位”進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，選擇在列車軌道線路的一些節(jié)點安裝“編碼信標(biāo)”，每一節(jié)點安裝至少一件；
6)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件；
7)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊。按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)；
8)當(dāng)列車運(yùn)行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元；
每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”；
如此，輸出的“速度?時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形。根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間:
T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度)
再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼；
由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼
信息；
9)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”；
10)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置；
11)每當(dāng)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，利用二進(jìn)制編碼信息查詢其內(nèi)部存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性。
[0012]4根據(jù)權(quán)利3所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，如圖2所示，其特征在于:
1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離。安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位和“編碼信標(biāo)”進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
[0013]5基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，如圖3所示，其特征在于:
1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離；
3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離；
4)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征如圖2中舉例所示，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成。多個相同的信標(biāo)單元按照編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上。安裝基座和信標(biāo)單元均以耐腐蝕的材料制造；
5)按照對“列車運(yùn)行距離和定位”進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，選擇在列車軌道線路的一些節(jié)點安裝“編碼信標(biāo)”，每一節(jié)點安裝至少一件；
6)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件；
7)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊。按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)；
8)當(dāng)列車運(yùn)行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元；
每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”；
如此，輸出的“速度?時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形。根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間:
T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度)
再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼；
由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼
信息；
9)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”；
10)在“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”內(nèi)，“工業(yè)計算機(jī)”中運(yùn)行的“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置；
11)每當(dāng)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，通過其“工業(yè)計算機(jī)”內(nèi)運(yùn)行的“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”利用二進(jìn)制編碼信息查詢存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性。
[0014]6根據(jù)權(quán)利5所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，如圖3所示，其特征在于:
1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離。安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；
2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位和“編碼信標(biāo)”進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
[0015]7基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置，如圖4所示，其特征在于:
I)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”；
2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部；
3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離；
4)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸；
5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0016]8根據(jù)權(quán)利7所述的“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置”，如圖4所示，其特征在于:
1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”;
2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位。
[0017]9基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置，如圖5所示，其特征在于:
1)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”、“編碼信標(biāo)”；
2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部；
3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離；
4)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束依次照射掃描“列車鋼軌”和“編碼信標(biāo)”的信標(biāo)單元時，識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元編碼排列的二進(jìn)制編碼信息；
5)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸；
6)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，包括“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0018]10根據(jù)權(quán)利9所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”，如圖5所示，其特征在于:
1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”；
2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位。
[0019]11基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置，如圖6所示，其特征在于:
I)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”、“編碼信標(biāo)”； 2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部；
3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離；
4)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束依次照射掃描“列車鋼軌”和“編碼信標(biāo)”的信標(biāo)單元時，識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元編碼排列的二進(jìn)制編碼信息；
5)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸；
6)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”包括“工業(yè)計算機(jī)”、“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”、“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。
[0020]12根據(jù)權(quán)利11所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”，如圖6所示，其特征在于:
1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”；
2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位。
[0021]有益效果
本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點:
1)首先將具有高度精確和可靠性的“激光多普勒速度測試儀及技術(shù)”應(yīng)用到列車測速定位領(lǐng)域；
2)采用可以被“激光多普勒速度測試儀”識讀的、低成本和低維護(hù)需求的“編碼信標(biāo)”作為絕對物理位置標(biāo)記；
3)將“激光多普勒速度測試儀及技術(shù)”與“編碼信標(biāo)”結(jié)合，通過識讀“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息并結(jié)合“編碼信標(biāo)”的絕對物理位置數(shù)據(jù)，來進(jìn)行列車定位校準(zhǔn)，使列車具有更加精確可靠的自主定位能力；
4)通過識讀“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息來查詢車載的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，獲得軌道線路各區(qū)段的相關(guān)固定信息。
[0022]本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點:
1)以一套系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)列車運(yùn)行方向、速度測試和定位，精確度和可靠性更高；
2)無論列車運(yùn)行在任何地理領(lǐng)域內(nèi)，都能確保定位信息不間斷地提供給列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，具有良好的覆蓋性；
3)與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)相互獨(dú)立，并能檢測和報告本身發(fā)生的失效和故障；
4)大幅度降低列車定位子系統(tǒng)的投資；
5)綜合考慮預(yù)防性維護(hù)和校正性維護(hù)等因素，使定位系統(tǒng)的生命周期成本大幅度降低。
[0023]圖1是本發(fā)明“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位方法”的示意圖；
圖2是本發(fā)明“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法”的示意圖； 圖3是本發(fā)明“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法”的示意圖； 圖4是本發(fā)明“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置”的示意圖；
圖5是本發(fā)明“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”的示意圖； 圖6是本發(fā)明“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”的示意圖； 圖7是本發(fā)明實施例1的示意圖；
圖8是本發(fā)明實施例2的示意圖；
圖9是本發(fā)明實施例3的示意圖；
其中:1_列車鋼軌、2-高壓空氣吹掃鋼軌裝置、3-列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(包括，列車軌道線路數(shù)據(jù)庫)、4_在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置、5-激光多普勒速度測試儀、6-編碼信標(biāo)、7-數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)(包括，工業(yè)計算機(jī)、數(shù)據(jù)處理和顯示軟件、列車軌道線路數(shù)據(jù)庫)。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明；
本發(fā)明的基本思想是融合“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，使列車具有獨(dú)立、連續(xù)和可靠的自主高精度定位能力，再通過增加融合“編碼信標(biāo)”，進(jìn)一步提高列車定位的精確性與可靠性，并大幅度降低列車定位系統(tǒng)的維護(hù)工作量和生命周期成本。
[0025]實施例1
采用附圖1所示的裝置實現(xiàn)“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位”
對“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置”的方法與裝置進(jìn)行詳細(xì)描述如
下:
1)“激光多普勒測速儀”，采用“博騰電子產(chǎn)品(成都)有限公司”制造的“SLM200200”型“激光多普勒速度/長度測試儀”，其基本參數(shù)如下:
最大測試速度 10000m/min (600km/h)
最小測試速度 0.8m/min (0.048km/h)
測試距離2000mm 有效測試景深200mm 測試精度0.05%
測試重復(fù)性0.02%
測試間隔時間40叱 測試加速度500m/S2 測試激光斑點尺寸3mm
外形尺寸(長X寬X高)317謹(jǐn)X130_X75謹(jǐn) 儀器重量4.5kg 耐環(huán)境保護(hù)等級IP67 電源DC 25V 功耗20W
2)“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”，根據(jù)列車底部的固定安裝條件，結(jié)合“激光多普勒測速儀”的外形尺寸，特別設(shè)計符合列車底部設(shè)備安裝防護(hù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的安裝防護(hù)裝置?！凹す舛嗥绽諟y速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，在“激光多普勒測速儀”的鏡頭處安裝中空管狀防護(hù)罩，并接入干燥壓縮空氣，由防護(hù)罩內(nèi)向外吹風(fēng)，提供對于“激光多普勒測速儀”的鏡頭和激光束光路的保護(hù)。“激光多普勒測速儀”由列車供電系統(tǒng)供電，并設(shè)獨(dú)立蓄電池作備用電源；
3)本實施例，以CRH5動車組的車體(寬度3200mm)底部骨架為“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”的安裝位置；我國列車軌道寬度為1435mm,采用60 kg/m規(guī)格“列車鋼軌”；
4)安裝固定“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”時，確?！凹す舛嗥绽諟y速儀”的激光束以有效測試距離和景深，照射在“列車鋼軌”的側(cè)面適當(dāng)位置，以鋼軌軌頭的側(cè)面為佳；
5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”為CTCS-3級列控系統(tǒng)?！凹す舛嗥绽諟y速儀”與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線進(jìn)行連接；
6)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，可以自帶壓縮空氣機(jī)或利用列車上的壓縮空氣系統(tǒng)供應(yīng)壓縮空氣，帶空氣壓力調(diào)節(jié)裝置；其安裝位置在列車底部，相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，用特別設(shè)計的裝置安裝固定。在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的情況下，用長度適當(dāng)?shù)膰姎夤?，使噴氣嘴對?zhǔn)和盡量靠近“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”通過控制電路接口控制“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”的啟動及停止；
7)列車將要啟動前，“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”控制“激光多普勒測速儀”啟動測試；列車運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”掃描軌道連續(xù)測試列車相對于軌道的運(yùn)行速度，以及列車在軌道上累積運(yùn)行的軌道里程；
8)“激光多普勒測速儀”將測試所得的數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”;
9)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”連續(xù)獲得列車在軌道上運(yùn)行的方向、速度、累積運(yùn)行的軌道里程，通過列車初始位置信息和數(shù)據(jù)處理連續(xù)確定列車所處的精確位置；
10)根據(jù)列車軌道線路環(huán)境和氣候情況，“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”按需要控制啟動“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，用高壓空氣吹掃鋼軌特定部位，來去除可能存在的塵土或積雪；
11)按照“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”(CTCS-3級列控系統(tǒng))的要求，本實施例的車載裝置(“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”)應(yīng)該在列車首尾各布置一套。在考慮系統(tǒng)冗余時，可以再增加布置一套本實施例裝置，作為系統(tǒng)的熱備用；
此實施例通過一系列的措施，實現(xiàn)了“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位”方法與裝置，與已有列車定位技術(shù)相比，具有在本發(fā)明的“有益效果”中描述的顯著優(yōu)點。
[0026] 實施例2
采用附圖8所示的裝置實現(xiàn)“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位”
對“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”的方法與裝置進(jìn)行詳細(xì)描述如下:
I)“激光多普勒測速儀”，采用“博騰電子產(chǎn)品(成都)有限公司”制造的“SLM200200”型“激光多普勒速度/長度測試儀”，其基本參數(shù)如下:
最大測試速度 10000m/min (600km/h)
最小測試速度 0.8m/min (0.048km/h)
測試距離2000mm 有效測試景深200mm 測試精度0.05%
測試重復(fù)性0.02%
測試間隔時間40叱 測試加速度500m/S2 測試激光斑點尺寸3mm
外形尺寸(長X寬X高)317謹(jǐn)X130_X75謹(jǐn) 儀器重量4.5kg 耐環(huán)境保護(hù)等級IP67 電源DC 25V 功耗20W
2)“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”，根據(jù)列車底部的固定安裝條件，結(jié)合“激光多普勒測速儀”的外形尺寸，特別設(shè)計符合列車底部設(shè)備安裝防護(hù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的安裝防護(hù)裝置?！凹す舛嗥绽諟y速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，在“激光多普勒測速儀”的鏡頭處安裝空管狀防護(hù)罩，并接入干燥壓縮空氣，由防護(hù)罩內(nèi)向外吹風(fēng)，提供對于“激光多普勒測速儀”的鏡頭和激光束光路的保護(hù)?！凹す舛嗥绽諟y速儀”由列車供電系統(tǒng)供電，并設(shè)獨(dú)立蓄電池作備用電源；
3)本實施例，以CRH5動車組的車體(寬度3200mm)底部骨架為“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”的安裝位置；我國列車軌道寬度為1435mm,采用60 kg/m規(guī)格“列車鋼軌”；
4)安裝固定“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”時，確?！凹す舛嗥绽諟y速儀”的激光束以有效測試距離和景深，照射在“列車鋼軌”的側(cè)面適當(dāng)位置，以鋼軌軌頭的側(cè)面為佳；
5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”為CTCS-3級列控系統(tǒng)?！凹す舛嗥绽諟y速儀”與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線進(jìn)行連接；
6)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征如圖2中舉例所示，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成。多個相同的信標(biāo)單元按照編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上。安裝基座和信標(biāo)單元分別以耐腐蝕的工程塑料和橡膠材料制造；
7)按照對列車運(yùn)行距離和定位進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，在列車軌道線路上以固定間距(例如，5km)安裝“編碼信標(biāo)”，并在所有重要節(jié)點都安裝“編碼信標(biāo)”，每點安裝I?2件；
8)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件；
9)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊。按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)；
10)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，可以自帶壓縮空氣機(jī)或利用列車上的壓縮空氣系統(tǒng)供應(yīng)壓縮空氣，帶空氣壓力調(diào)節(jié)裝置；其安裝位置在列車底部，相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，用特別設(shè)計的裝置安裝固定。在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的情況下，用長度適當(dāng)?shù)膰姎夤埽箛姎庾鞂?zhǔn)和盡量靠近“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”通過控制電路接口控制“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”的啟動及停止；
11)列車將要啟動前，“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”控制“激光多普勒測速儀”啟動測試；列車運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”掃描軌道連續(xù)測試列車相對于軌道的運(yùn)行方向、速度，以及列車在軌道上累積運(yùn)行的軌道里程；
12)當(dāng)列車運(yùn)行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元；
每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”；
如此，輸出的“速度?時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形。根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間:
T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度)
再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼；
由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼
信息；
同時，由于“激光多普勒測速儀”內(nèi)部具有多線程數(shù)據(jù)處理能力，“激光多普勒測速儀”仍然保持連續(xù)方向、速度測試，不受掃描和識讀“編碼信標(biāo)”的影響；
13)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”；
14)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置；
15)每當(dāng)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，利用二進(jìn)制編碼信息查詢其內(nèi)部存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性；
16)根據(jù)列車軌道線路環(huán)境和氣候情況，“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”按需要控制啟動“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，用高壓空氣吹掃鋼軌特定部位，來去除可能存在的塵土或積雪；
17)按照“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”(CTCS-3級列控系統(tǒng))的要求，本實施例的車載裝置(“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”)應(yīng)該在列車首尾各布置一套。在考慮系統(tǒng)冗余時，可以再增加布置一套本實施例裝置，作為系統(tǒng)的熱備用；
此實施例通過一系列的措施，實現(xiàn)了 “基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位”方法與裝置，與已有列車定位技術(shù)相比，具有在本發(fā)明的“有益效果”中描述的顯著優(yōu)點。
[0027] 實施例3
采用附圖9所示的裝置實現(xiàn)“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位”對“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”的方法與裝置進(jìn)行詳細(xì)描述如下:
1)“激光多普勒測速儀”，采用“博騰電子產(chǎn)品(成都)有限公司”制造的“SLM200200”型“激光多普勒速度/長度測試儀”，其基本參數(shù)如下:
最大測試速度 10000m/min (600km/h)
最小測試速度 0.8m/min (0.048km/h)
測試距離2000mm 有效測試景深200mm 測試精度0.05%
測試重復(fù)性0.02%
測試間隔時間40叱 測試加速度500m/S2 測試激光斑點尺寸3mm
外形尺寸(長X寬X高)317謹(jǐn)X130_X75謹(jǐn) 儀器重量4.5kg 耐環(huán)境保護(hù)等級IP67 電源DC 25V 功耗20W
2)“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”，根據(jù)列車底部的固定安裝條件，結(jié)合“激光多普勒測速儀”的外形尺寸，特別設(shè)計符合列車底部設(shè)備安裝防護(hù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的安裝防護(hù)裝置?！凹す舛嗥绽諟y速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，在“激光多普勒測速儀”的鏡頭處安裝空管狀防護(hù)罩，并接入干燥壓縮空氣，由防護(hù)罩內(nèi)向外吹風(fēng)，提供對于“激光多普勒測速儀”的鏡頭和激光束光路的保護(hù)。“激光多普勒測速儀”由列車供電系統(tǒng)供電，并設(shè)獨(dú)立蓄電池作備用電源；
3)本實施例，以CRH5動車組的車體(寬度3200mm)底部骨架為“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”的安裝位置；我國列車軌道寬度為1435_，采用60 kg/m規(guī)格“列車鋼軌”；
4)安裝固定“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”時，確?！凹す舛嗥绽諟y速儀”的激光束以有效測試距離和景深，照射在“列車鋼軌”的側(cè)面適當(dāng)位置，以鋼軌軌頭的側(cè)面為佳；
5)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”內(nèi)包括“工業(yè)計算機(jī)”、“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”、“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以連接多臺“激光多普勒測速儀”，對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行控制和接收處理“激光多普勒測速儀”傳來的測試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行動態(tài)圖形化顯示?！凹す舛嗥绽諟y速儀”與“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線進(jìn)行連接；“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(例如，CTCS-3級列控系統(tǒng))通過數(shù)據(jù)傳輸接口進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸；
6)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征如圖3中舉例所示，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成。多個相同的信標(biāo)單元按照編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上。安裝基座和信標(biāo)單元分別以耐腐蝕的工程塑料和橡膠材料制造；
7)按照對列車運(yùn)行距離和定位進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，在列車軌道線路上以固定間距(例如，5km)安裝“編碼信標(biāo)”，并在所有重要節(jié)點都安裝“編碼信標(biāo)”，每點安裝I?2件；
8)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件；
9)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊。按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)；
10)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，可以自帶壓縮空氣機(jī)或利用列車上的壓縮空氣系統(tǒng)供應(yīng)壓縮空氣，帶空氣壓力調(diào)節(jié)裝置；其安裝位置在列車底部，相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，用特別設(shè)計的裝置安裝固定。在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的情況下，用長度適當(dāng)?shù)膰姎夤?，使噴氣嘴對?zhǔn)和盡量靠近“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位；“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”通過控制電路接口控制“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”的啟動及停止；
11)列車將要啟動前，“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”控制“激光多普勒測速儀”啟動測試；列車運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”掃描軌道連續(xù)測試列車相對于軌道的運(yùn)行方向、速度，以及列車在軌道上累積運(yùn)行的軌道里程；
12)當(dāng)列車運(yùn)行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元；
每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”；
如此，輸出的“速度?時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形。根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間:
T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度)
再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼；
由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼
信息；
同時，由于“激光多普勒測速儀”內(nèi)部具有多線程數(shù)據(jù)處理能力，“激光多普勒測速儀”仍然保持連續(xù)速度測試，不受掃描和識讀“編碼信標(biāo)”的影響；
13)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”；
14)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置；
15)每當(dāng)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，通過其“工業(yè)計算機(jī)”內(nèi)運(yùn)行的“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”利用二進(jìn)制編碼信息查詢存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性；
16)根據(jù)列車軌道線路環(huán)境和氣候情況，“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”按需要控制啟動“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，用高壓空氣吹掃鋼軌特定部位，來去除可能存在的塵土或積雪；
17)按照“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”(CTCS-3級列控系統(tǒng))的要求，本實施例的車載裝置(“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”)應(yīng)該在列車首尾各布置一套。在考慮系統(tǒng)冗余時，可以再增加布置一套本實施例裝置，作為系統(tǒng)的熱備用；
此實施例通過一系列的措施，實現(xiàn)了 “基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位”方法與裝置，與已有列車定位技術(shù)相比，具有在本發(fā)明的“有益效果”中描述的顯著優(yōu)點。
[0028]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]參考文獻(xiàn)
[1]基于多傳感器信息融合的列車定位方法研究，北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文，
2007年6月
[2]CBTC系統(tǒng)中列車安全定位方法的研究，北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，20080601
[3]高速鐵路列車定位技術(shù)的研究，北方交通大學(xué)學(xué)報，1999年10月第23卷，第5期
[4]多傳感器定位在高速鐵路的應(yīng)用，鐵道通信信號，2006年12月，第42卷，第12期
[5]軌道交通列車定位技術(shù)的選擇與比較，電子設(shè)計工程，2010年11月，第18卷，第
11期
[6]幾種列車定位系統(tǒng)性能比較分析，鐵道技術(shù)監(jiān)督，第38卷，第6期
[7]RFID在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，鐵路通信信號工程技術(shù)(RSCE)，2012年8月
[8]應(yīng)用RFID技術(shù)實現(xiàn)地鐵列車精確定位的研究，科技信息，2010年第33期
[9]城市軌道交通的列車定位技術(shù)，電子技術(shù)應(yīng)用，2002年，Vol.28 N0.7
[10]多傳感器信息融合的列車定位方法研究，機(jī)械與電子，2011(4)
[11]基于GPS和GSM-R的列車定位系統(tǒng)研究，西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，20080501
[12]磁浮列車測試定位方法綜述，兵工自動化，2008年，第21卷，第I期
[13]移動閉塞系統(tǒng)列車組合定位導(dǎo)航技術(shù)研究，控制與決策，2008年11月，第23卷，第11期
[14]雙光束激光多普勒測速系統(tǒng)，物理實驗，第25卷，第3期，2005年3月
[15]激光多普勒測速技術(shù)的最新發(fā)展動向，激光技術(shù)，1993年6月
【權(quán)利要求】
1.基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離； 3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離； 4)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”； 5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離；安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
3.基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離； 3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離； 4)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征為，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成；多個相同的信標(biāo)單元按照二進(jìn)制編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上；安裝基座和信標(biāo)單元均以耐腐蝕的材料制造； 5)按照對“列車運(yùn)行距離和定位”進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，選擇在列車軌道線路的一些節(jié)點安裝“編碼信標(biāo)”，每一節(jié)點安裝至少一件； 6)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件； 7)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊；按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)； 8)當(dāng)列車運(yùn)行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元； 每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”； 如此，輸出的“速度~時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形；根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間: T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度) 再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼； 由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼信息； 9)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”； 10)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置； 11)每當(dāng)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，利用二進(jìn)制編碼信息查詢其內(nèi)部存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消 除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離；安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位和“編碼信標(biāo)”進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
5.基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)“激光多普勒測速儀”通過“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”固定安裝在列車底部； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射在“列車鋼軌”上進(jìn)行相對速度測試，同時對測得的速度值進(jìn)行積分運(yùn)算得到累積運(yùn)行距離； 3)“激光多普勒測速儀”所測得的速度和計算的累積運(yùn)行距離分別等于列車相對于“列車鋼軌”的運(yùn)行速度和累積運(yùn)行距離； 4)“編碼信標(biāo)”的基本構(gòu)造特征為，由安裝基座和多個不透光信標(biāo)單元構(gòu)成；多個相同的信標(biāo)單元按照編碼要求，進(jìn)行間隔排列或不間隔排列，并固定在安裝基座上；安裝基座和信標(biāo)單元均以耐腐蝕的材料制造； 5)按照對“列車運(yùn)行距離和定位”進(jìn)行校準(zhǔn)的需要，選擇在列車軌道線路的一些節(jié)點安裝“編碼信標(biāo)”，每一節(jié)點安裝至少一件；6)將“編碼信標(biāo)”的詳細(xì)信息，以及列車軌道線路固定信息記入“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”軟件； 7)在列車軌道線路節(jié)點，“編碼信標(biāo)”的具體安裝位置是在列車軌道內(nèi)的軌枕上，“列車鋼軌”的旁邊；按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，使“編碼信標(biāo)”的安裝基座長軸線平行于“列車鋼軌”，并且與“列車鋼軌”保持要求的距離，“編碼信標(biāo)”上的信標(biāo)單元位于“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束的照射掃描光路上，能夠確保遮擋激光束，使激光束照射在信標(biāo)單元上時形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)； 8)當(dāng)列車運(yùn) 行經(jīng)過安裝有“編碼信標(biāo)”的列車軌道線路節(jié)點時，“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束將依次掃描照射“列車鋼軌”和信標(biāo)單元； 每當(dāng)激光束掃描I個信標(biāo)單元時，由于形成的光斑不在“激光多普勒測速儀”的有效測速景深范圍內(nèi)，“激光多普勒測速儀”不能測得速度數(shù)據(jù)，輸出“零速度信號”;然而在信標(biāo)單元之間的空隙，激光束掃描“列車鋼軌”，可正常測得速度，輸出“正常速度信號”； 如此，輸出的“速度~時間”信號波形呈現(xiàn)與信標(biāo)單元排列方式相對應(yīng)的脈沖波形；根據(jù)已知的信標(biāo)單元寬度及“激光多普勒測速儀”實測的當(dāng)前列車運(yùn)行速度，可知激光束掃過一個信標(biāo)單元寬度所需的時間: T=(信標(biāo)單元寬度/當(dāng)前列車運(yùn)行速度) 再通過“激光多普勒測速儀”的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序，將“T”時間寬度的“零速度信號”識讀為I位“0”碼；將“1”時間寬度的“正常速度信號”識讀為I位“I”碼； 由于每一件“編碼信標(biāo)”的多個信標(biāo)單元，均按照二進(jìn)制編碼要求作不同的編碼排列，因此，“激光多普勒測速儀”將識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元的編碼排列所代表的二進(jìn)制編碼信息； 9)“激光多普勒測速儀”將速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”，并在識讀出“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息時，實時將其傳輸給“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”； 10)在“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”內(nèi)，“工業(yè)計算機(jī)”中運(yùn)行的“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”對速度和累積運(yùn)行距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而連續(xù)精確地確定列車的運(yùn)行方向、速度和在“列車鋼軌”上的位置； 11)每當(dāng)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”接收到“激光多普勒測速儀”傳輸來的“編碼信標(biāo)”的二進(jìn)制編碼信息后，通過其“工業(yè)計算機(jī)”內(nèi)運(yùn)行的“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”利用二進(jìn)制編碼信息查詢存儲的“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，可以識別掃描到的“編碼信標(biāo)”，確定列車所運(yùn)行的軌道、獲取軌道線路固定信息、對累積運(yùn)行距離進(jìn)行標(biāo)定或(和)校準(zhǔn)(消除誤差)處理，從而提高列車定位的精確度及可靠性。
6.根據(jù)權(quán)利5所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位方法，其特征在于: 1)增加“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”，固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離；安裝時將其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位； 2)列車在“列車鋼軌”上運(yùn)行時，“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”噴出的高壓空氣對“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位和“編碼信標(biāo)”進(jìn)行吹掃，清除可能存在的灰土或積雪。
7.基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置，其特征在于: 1)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”； 2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部； 3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離； 4)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸； 5)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
8.根據(jù)權(quán)利7所述的“基于激光多普勒測速的軌道列車精確定位裝置”，其特征在于: 1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”； 2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位。
9.基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置，其特征在于: 1)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”、“編碼信標(biāo)”； 2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部； 3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離； 4)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束依次照射掃描“列車鋼軌”和“編碼信標(biāo)”的信標(biāo)單元時，識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元編碼排列的二進(jìn)制編碼信息； 5)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸； 6)“列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”，包括“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
10.根據(jù)權(quán)利9所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”，其特征在于: 1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”； 2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激光束將要掃描的部位。
11.基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置，其特征在于: I)包括“激光多普勒測速儀”、“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”、“列車鋼軌”、“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”、“編碼信標(biāo)”；2)“激光多普勒測速儀”被裝配在“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”內(nèi)，“在列車上安裝及防護(hù)激光多普勒測速儀的裝置”對“激光多普勒測速儀”進(jìn)行防護(hù)，兩者一體化固定安裝在列車底部； 3)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束連續(xù)照射“列車鋼軌”進(jìn)行相對速度測試并計算累積運(yùn)行距離； 4)“激光多普勒測速儀”發(fā)出的激光束依次照射掃描“列車鋼軌”和“編碼信標(biāo)”的信標(biāo)單元時，識讀出“編碼信標(biāo)”信標(biāo)單元編碼排列的二進(jìn)制編碼信息； 5)“激光多普勒測速儀”通過控制和數(shù)據(jù)電纜與“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”連接，進(jìn)行操作控制和數(shù)據(jù)傳輸； 6)“數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)”包括“工業(yè)計算機(jī)”、“數(shù)據(jù)處理和顯示軟件”、“列車軌道線路數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。
12.根據(jù)權(quán)利11所述的“基于激光多普勒測速及信標(biāo)校準(zhǔn)的軌道列車精確定位裝置”，其特征在于: 1)還包括“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”； 2)“高壓空氣吹掃鋼軌裝置”被固定安裝在列車底部，其安裝位置相對于“激光多普勒測速儀”更靠近列車運(yùn)行方向的頭部并保持適當(dāng)距離，其高壓空氣噴嘴對準(zhǔn)“列車鋼軌”上“激光多普勒測速儀”的激 光束將要掃描的部位。
【文檔編號】G01P3/68GK103612649SQ201310602215
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李建國, 何成祥 申請人:成都南中軟易科技有限公司