基于單傳感器的地鐵列車測速方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單傳感器的地鐵列車測速方法及裝置，涉及軌道交通【技術領域】，本發(fā)明根據(jù)列車性能參數(shù)，判斷速度傳感器的實際測速值是否超出正常范圍，以確認是否發(fā)生了車輪空滑或瞬時測速故障，若認定測速值不正常，則估算出可信測速值，提高了測速的準確性和有效性，避免了在速傳車輪空滑或速度傳感器瞬時故障的情況下，測速系統(tǒng)測速無效，通過對速度傳感器自身測速結果的檢測和處理，保證了系統(tǒng)的安全性，也大大提高了系統(tǒng)的可用性。
【專利說明】基于單傳感器的地鐵列車測速方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通【技術領域】，特別涉及一種基于單傳感器的地鐵列車測速方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，準時、低運行間隔成為發(fā)展目標，因此要求信號系統(tǒng)具有高度的自動化及智能化。通過信號系統(tǒng)核心設備即車載自動防護系統(tǒng)(ATP)來保證軌道交通的安全運行。車載ATP設備通過采集當前的列車速度，根據(jù)地面控制設備傳送的速度等控制信息，來防止列車超速以及闖信號等危險事件。而車載ATP設備所有的防護功能基準是采集的速度必須可靠，真實反映出當前的速度。因此一般采用通過速度傳感器來精確測試速度。輪軸脈沖速度傳感器(下面簡稱速度傳感器)的原理基于檢測車輪的轉動次數(shù)來精確計算出速度。而車輪在牽引或制動過程中容易出現(xiàn)空轉或者打滑(下面簡稱空滑)，且在低速時有不小的機率車輪抱死。
[0003]但目前的一種廉價且簡單易行的測速方案為基于單個速度傳感器的模型。當速度傳感器發(fā)生空滑時，這時已經沒有任何輔助速度傳感器檢測速度傳感器是否發(fā)生空滑，此時速度傳感器的測量速度將非常不可信。
[0004]通常情況下，速度傳感器測速穩(wěn)定性都較好。但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)，如果速度傳感器安裝在動力輪上，在大功率動力輸出階段，動力輪很容易發(fā)生空轉；如果速度傳感器安裝在從動輪上，在較大制動力輸出階段，從動輪很容易發(fā)生滑行，在暴雨、大雪等惡劣天氣(尤其是路軌積水、結冰)，車輪空滑的情況將會更為嚴重，由于輪軸脈沖速度傳感器測速原理的天然缺陷，速度傳感器會受到很大的影響，給出錯誤的測速結果，而速度傳感器本身的軟硬件系統(tǒng)也總是會有一定故障幾率，在某些時刻會給出具有較大偏差的測速結果，當速度傳感器受到車輪空滑的不良影響，測速系統(tǒng)將無法正確提供測速，這時可以通過測速值的階躍性變化來判斷是否發(fā)生了空滑，從而判斷測速是否有效。但速度傳感器如果發(fā)生了瞬時測速誤差偏大，這時也無法正常判斷速度傳感器是否發(fā)生空滑，會出現(xiàn)誤判的測速無效，降低了系統(tǒng)的可用性。

【發(fā)明內容】

[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是:如何提高測速的準確性和有效性。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于單傳感器的地鐵列車測速方法，所述方法包括以下步驟:
[0009]S1:獲取當前采樣周期的實際測速值，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若是，則執(zhí)行步驟S2，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；[0010]S2:對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較，若所述能量總和大于所述能量閾值，則執(zhí)行步驟S3，否則直接執(zhí)行步驟S4 ；
[0011]S3:對所述前N個采樣周期的可信測速值進行濾波，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分；
[0012]S4:將所述前N個采樣周期的可信測速值進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
[0013]其中，步驟S1中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0014]S101:計算所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0015]其中，步驟S1中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0016]S102:根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0017]其中，步驟S5中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
[0018]其中，步驟S3中，對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
[0019]本發(fā)明還公開了一種基于單傳感器的地鐵列車測速裝置，所述裝置包括:
[0020]獲取判斷模塊，用于獲取當前采樣周期的實際測速值，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；
[0021]能量比較模塊，用于對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較；
[0022]濾波模塊，用于對所述前N個采樣周期的可信測速值進行濾波，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分；
[0023]擬合外推模塊，用于將所述前N個采樣周期的可信測速值進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
[0024]其中，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0025]計算所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0026]其中，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0027]根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0028]其中，所述擬合外推模塊中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
[0029]其中，所述濾波模塊中對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
[0030](三)有益效果
[0031]本發(fā)明根據(jù)列車性能參數(shù)，對速度傳感器的實際測速值，先檢測其變化率，進一步確認是否發(fā)生了車輪空滑或瞬時測速故障，若認定測速值不正常，則估算出可信測速值，提高了測速的準確性和有效性，避免了在速傳車輪空滑或速度傳感器瞬時故障的情況下，測速系統(tǒng)測速無效，通過對速度傳感器自身測速結果的檢測和處理，保證了系統(tǒng)的安全性，也大大提高了系統(tǒng)的可用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一種實施方式的基于單傳感器的地鐵列車測速方法的流程框圖；
[0033]圖2是實際測速值的示意圖；
[0034]圖3是前N個采樣周期的可信測速值對應的頻域功率譜密度示意圖；
[0035]圖4是對前N個采樣周期的可信測速值進行低通濾波的示意圖；
[0036]圖5是曲線擬合、數(shù)據(jù)外推獲得當前周期的可信測速值的示意圖；
[0037]圖6是本發(fā)明一種實施方式的基于單傳感器的地鐵列車測速裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0039]圖1是本發(fā)明一種實施方式的基于單傳感器的地鐵列車測速方法的流程框圖；參照圖1，所述方法包括以下步驟:
[0040]S1:獲取當前采樣周期的實際測速值，參照圖2，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若是，則執(zhí)行步驟S2，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；
[0041]S2:對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度(所述前N個采樣周期為離散的，本實施方式中通過取離散傅里葉變換幅度平方值來計算離散速度值頻率功率譜密度)，參照圖3，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較，若所述能量總和大于所述能量閾值，則執(zhí)行步驟S3，否則直接執(zhí)行步驟S4 ；[0042]本步驟中，通過比較結果，可以判斷出之前若干個周期的可信測速值連續(xù)性變化是否理想，如果不理想，則認為該速度傳感器發(fā)生了傳感器車輪空滑或者是測速瞬時誤差偏大，需要對前N個采樣周期的可信測速值進行低通濾波，以削減頻域的高頻部分，反之，則無需進行濾波。
[0043]S3:參照圖4，對所述之前N個周期的可信測速值進行濾波(此處可采用低通濾波、帶通濾波等方式來實現(xiàn)濾波，本實施方式中采用低通濾波來實現(xiàn))，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分(濾波截止頻率可適當大于預設頻率f。);
[0044]S4:參照圖5，將所述前N個采樣周期的可信測速值(此處的前N個采樣周期的可信測速值，若流程是執(zhí)行過步驟S3的，則為進行低通濾波后的前N個采樣周期的可信測速值)進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
[0045]由于高、中、低速下正常的速度變化率應該是從大到小各不相同的，在本實施方式中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍可通過兩種方式，第一種為:
[0046]SlOl:計算所述當前采樣周期的實際測速值與前I個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0047]第二種為:
[0048]S102:根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前I個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0049]優(yōu)選地，步驟S5中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
[0050]優(yōu)選地，步驟S3中，對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
[0051]本發(fā)明還公開了一種基于單傳感器的地鐵列車測速裝置，參照圖6，所述裝置包括:
[0052]獲取判斷模塊，用于獲取當前采樣周期的實際測速值，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；
[0053]能量比較模塊，用于對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較；
[0054]濾波模塊，用于對所述前N個采樣周期的可信測速值進行濾波，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分；
[0055]擬合外推模塊，用于將所述前N個采樣周期的可信測速值(此處的前N個采樣周期的可信測速值，若是濾波模塊傳輸來的，則為進行低通濾波后的前N個采樣周期的可信測速值)進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
[0056]優(yōu)選地，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0057]計算所述當前采樣周期的實際測速值與前I個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0058]優(yōu)選地，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:
[0059]根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前I個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
[0060]優(yōu)選地，所述擬合外推模塊中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
[0061]優(yōu)選地，所述濾波模塊中對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
[0062]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種基于單傳感器的地鐵列車測速方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:S1:獲取當前采樣周期的實際測速值，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若是，則執(zhí)行步驟S2，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；S2:對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較，若所述能量總和大于所述能量閾值，則執(zhí)行步驟S3，否則直接執(zhí)行步驟S4 ；S3:對所述前N個采樣周期的可信測速值進行濾波，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分；S4:將所述前N個采樣周期的可信測速值進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:S101:計算所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:S102:根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
4.如權利要求1~3中任一項所述的方法，其特征在于，步驟S5中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
5.如權利要求1~3中任一項所述的方法，其特征在于，步驟S3中，對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
6.一種基于單傳感器的地鐵列車測速裝置，其特征在于，所述裝置包括:獲取判斷模塊，用于獲取當前采樣周期的實際測速值，并判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍，若否，則直接將所述當前采樣周期的實際測速值作為可信測速值；能量比較模塊，用于對前N個采樣周期的可信測速值計算頻域功率譜密度，計算所述頻率功率譜密度中大于預設頻率的部分的能量總和，并將所述能量總和與能量閾值進行比較；濾波模塊，用于對所述前N個采樣周期的可信測速值進行濾波，以濾除大于濾波截止頻率的高頻部分；擬合外推模塊，用于將所述前N個采樣周期的可信測速值進行曲線擬合，并根據(jù)擬合結果和當前采樣周期的時間點進行數(shù)據(jù)外推，以獲得當前采樣周期的估算速度值，并將所述估算速度值作為可信測速值。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:計算所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值之差的第一絕對值，并將所述第一絕對值與速度閾值進行比較，若所述第一絕對值大于所述速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
8.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述獲取判斷模塊中，判斷所述當前采樣周期的實際測速值是否超出正常范圍包括:根據(jù)所述當前采樣周期的實際測速值與前1個采樣周期的可信測速值計算加速度的第二絕對值，并將所述第二絕對值與加速度閾值進行比較，若所述第二絕對值大于所述加速度閾值，則判定為所述當前采樣周期的實際測速值超出了正常范圍，否則判定為所述當前采樣周期的實際測速值未超出正常范圍。
9.如權利要求6~8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述擬合外推模塊中的曲線擬合為線性擬合、多項式曲線擬合、二次曲線擬合或曲線板擬合。
10.如權利要求6~8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述濾波模塊中對所述前N個采樣周期的可信測速值通過有限沖擊響應濾波器、無限沖擊響應濾波器或卡爾曼濾波器進行濾波。
【文檔編號】G01P3/00GK103743920SQ201310743676
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】于筱 申請人:北京交控科技有限公司