一種軌道交通車輛精確測(cè)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(cè)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(cè)距傳感器、根據(jù)列車通過兩根軌枕的時(shí)間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計(jì)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(cè)速方法。本發(fā)明的有益效果是：激光測(cè)距傳感器在列車行駛時(shí)不斷掃描軌道路面并測(cè)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(hào)，數(shù)據(jù)處理主機(jī)識(shí)別出軌枕特征信號(hào)并計(jì)算出相鄰兩個(gè)軌枕特征信號(hào)的時(shí)間，用軌枕的鋪設(shè)間距除以該時(shí)間即可精確計(jì)算出列車行駛速度,具有較高的測(cè)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(cè)速系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及軌道測(cè)速系統(tǒng)，尤其涉及一種軌道交通車輛精確測(cè)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(duì)列車速度進(jìn)行精確測(cè)量，便于列車司機(jī)控制行駛測(cè)速和總控調(diào)度中心監(jiān)控線路運(yùn)行狀態(tài)，以及在彎道或者復(fù)雜路況時(shí)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(cè)速技術(shù)一般有如下幾種:
1)在車輪上加裝傳感器，通過計(jì)量車輪旋轉(zhuǎn)周數(shù)來計(jì)算車速，該技術(shù)在雨雪環(huán)境下由于車輪在軌面打滑會(huì)導(dǎo)致測(cè)速數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差；
2)通過多普勒雷達(dá)原理來實(shí)現(xiàn)測(cè)速，該技術(shù)已經(jīng)成熟，但測(cè)量精度較差并且會(huì)受雨雪天氣影響，并且列車速度小于40公里時(shí)效果較差；
3)通過GPS定位技術(shù)來計(jì)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(cè)速的誤差較大；
4)通過RFID技術(shù)測(cè)量列車通過特定測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間來計(jì)算速度，該技術(shù)的缺陷在于只能在特定地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。
[0003]為保證列車測(cè)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(shí)現(xiàn)列車行駛速度的測(cè)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(dòng)能力會(huì)降低，工程部門需要及時(shí)掌握制動(dòng)能力數(shù)據(jù)來評(píng)估是否對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行檢修。此外雨雪等天氣因素也會(huì)嚴(yán)重影響列車制動(dòng)能力，司機(jī)需要根據(jù)當(dāng)前環(huán)境下列車的制動(dòng)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(cè)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(cè)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(cè)距傳感器、根據(jù)列車通過兩根軌枕的時(shí)間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)速方法，通過激光測(cè)距傳感器掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕的斷面輪廓并識(shí)別其特征信號(hào)，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時(shí)間差以及軌枕的鋪設(shè)間距來計(jì)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(shí)，激光測(cè)距傳感器不斷發(fā)射測(cè)距激光信號(hào)并接收反射信號(hào)，測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)激光測(cè)距傳感器的測(cè)距信號(hào)的處理和識(shí)別，對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測(cè)距曲線，由測(cè)距曲線中識(shí)別出軌枕的特征信號(hào)，得到列車通過相鄰兩個(gè)軌枕的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出列車速度。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，測(cè)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(shí)時(shí)速度并在超速時(shí)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(gè)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(yùn)行調(diào)度中心，用于評(píng)估列車的制動(dòng)能力和列車運(yùn)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(gè)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(cè)距傳感器，激光測(cè)距傳感器在列車行駛時(shí)不斷掃描軌道路面并測(cè)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(cè)距數(shù)據(jù)會(huì)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(hào)，數(shù)據(jù)處理主機(jī)識(shí)別出特征信號(hào)并計(jì)算出相鄰兩個(gè)軌枕特征信號(hào)的時(shí)間，用軌枕的鋪設(shè)間距除以該時(shí)間即可精確計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)速方法的測(cè)速流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]圖1至圖3中的附圖標(biāo)號(hào)為:軌枕I;激光測(cè)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(cè)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(cè)距傳感器2、根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕I的時(shí)間差以及相鄰軌枕I的鋪設(shè)間距來計(jì)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(cè)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(cè)距傳感器2，激光測(cè)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(cè)距傳感器2在車輛行駛時(shí)持續(xù)進(jìn)行測(cè)距并將測(cè)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(huì)造成測(cè)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(hào)，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(hào)。
[0025]如圖2所示，速度顯示終端4實(shí)時(shí)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(shí)通過聲光信號(hào)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(shí)時(shí)測(cè)速數(shù)據(jù)，實(shí)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(shí)時(shí)評(píng)估列車的制動(dòng)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(yùn)行調(diào)度中心傳送列車速度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
[0028]如圖1所示，所述軌道交通車輛精確測(cè)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(cè)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(cè)速方法，通過激光測(cè)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(shí)別其信號(hào)，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕I的時(shí)間差以及軌枕I的鋪設(shè)間距來計(jì)算出列車的行駛速度。
[0030]如圖1至圖3所示，列車行進(jìn)時(shí)，激光測(cè)距傳感器2不斷發(fā)射測(cè)距激光信號(hào)并接收反射信號(hào)，測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)激光測(cè)距傳感器2的測(cè)距信號(hào)的處理和識(shí)別，對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測(cè)距曲線，由測(cè)距曲線中識(shí)別出軌枕I的特征信號(hào)，得到列車通過相鄰兩個(gè)軌枕I的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出列車速度。
[0032]如圖1至圖3所示，測(cè)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(shí)時(shí)速度并在超速時(shí)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(gè)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(shí)關(guān)閉激光測(cè)距傳感器2，延長激光測(cè)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(gè)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(yùn)行調(diào)度中心，用于評(píng)估制動(dòng)能力和列車運(yùn)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(gè)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(yàn)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(shí)會(huì)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(dòng)告警限速值。另外，某些軌道區(qū)間會(huì)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(chǔ)的對(duì)應(yīng)位置軌枕I的鋪設(shè)間隔數(shù)據(jù)來修正測(cè)量結(jié)果。
[0036]軌道交通建設(shè)時(shí)為保證軌道的穩(wěn)固性，在施工時(shí)會(huì)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(cè)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(cè)距傳感器2，在列車行駛時(shí)不斷掃描軌道路面并測(cè)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(cè)距數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)周期性變化，通過數(shù)字信號(hào)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(hào)，進(jìn)而計(jì)算出軌道交通車輛經(jīng)過兩個(gè)軌枕I的時(shí)間t，通過預(yù)先存儲(chǔ)的軌枕I的鋪設(shè)間距L，利用公式V=L/t即可計(jì)算出列車車速。
[0038]本發(fā)明提供一種軌道交通車輛精確測(cè)速系統(tǒng)和方法，激光測(cè)距傳感器2安裝在軌道交通車輛的車廂5的下方，激光測(cè)距傳感器2發(fā)射激光測(cè)距信號(hào)測(cè)量其到軌道的距離，將測(cè)距數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理主機(jī)3處理后形成測(cè)距曲線，并在曲線中識(shí)別出軌道的軌枕I的特征信號(hào)，計(jì)算相鄰兩個(gè)軌枕I的特征信號(hào)的時(shí)間，即可計(jì)算出列車的車速。可用于實(shí)時(shí)測(cè)量列車行駛速度以及評(píng)估列車制動(dòng)性能等應(yīng)用。
[0039]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)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(shí)施只局限于這些說明。對(duì)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(jiǎn)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(xiàng)】
1.一種軌道交通車輛精確測(cè)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(cè)距傳感器、根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時(shí)間差以及相鄰軌枕的鋪設(shè)間距來計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)速系統(tǒng)，其特征在于:所述軌道交通車輛精確測(cè)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(cè)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(cè)速方法，其特征在于:通過激光測(cè)距傳感器掃描鋪設(shè)在鐵軌下的軌枕斷面輪廓并識(shí)別其信號(hào)，根據(jù)列車通過相鄰兩根軌枕的時(shí)間差以及相鄰軌枕的鋪設(shè)間距來計(jì)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(cè)速方法，其特征在于:列車行進(jìn)時(shí)，激光測(cè)距傳感器不斷發(fā)射測(cè)距激光信號(hào)并接收反射信號(hào)，測(cè)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(cè)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(cè)速方法，其特征在于:通過數(shù)據(jù)處理主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光測(cè)距傳感器的測(cè)距信號(hào)的處理和識(shí)別，對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后形成測(cè)距曲線，由測(cè)距曲線中識(shí)別出軌枕的特征信號(hào)，得到列車通過相鄰兩個(gè)軌枕的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)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(cè)速方法，其特征在于:測(cè)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(shí)時(shí)速度并在超速時(shí)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(cè)速方法，其特征在于:數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個(gè)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(yùn)行調(diào)度中心，用于評(píng)估列車剎車系統(tǒng)制動(dòng)能力和列車運(yùn)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(cè)速方法，其特征在于:數(shù)據(jù)處理主機(jī)包括一個(gè)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(hào)】B61L15/00GK105905134SQ201610398082
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】閆澤濤, 劉瑞濤
【申請(qǐng)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