一種軌道交通車輛精確測速系統和方法
【專利摘要】本發明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統，包括掃描鋪設在鐵軌下的軌枕斷面輪廓的激光測距傳感器、根據列車通過兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設間距來計算出列車的行駛速度的數據處理主機和用于速度指示和超速告警的速度顯示終端。本發明還提供了一種軌道交通車輛精確測速方法。本發明的有益效果是：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，通過數據處理主機在周期性變化的數據中提取出軌枕的特征信號，數據處理主機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和方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及軌道測速系統，尤其涉及一種軌道交通車輛精確測速系統和方法。
【背景技術】
[0002]軌道交通車輛行駛過程中需要對列車速度進行精確測量，便于列車司機控制行駛測速和總控調度中心監控線路運行狀態，以及在彎道或者復雜路況時降低行駛速度，避免發生脫軌事故。目前軌道交通車輛的測速技術一般有如下幾種:
1)在車輪上加裝傳感器，通過計量車輪旋轉周數來計算車速，該技術在雨雪環境下由于車輪在軌面打滑會導致測速數據出現偏差；
2)通過多普勒雷達原理來實現測速，該技術已經成熟，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定位技術來計算速度，該技術廣泛應用，但無法在地鐵或者隧道內使用并且在較短距離測速的誤差較大；
4)通過RFID技術測量列車通過特定測量點的時間來計算速度，該技術的缺陷在于只能在特定地點進行測量。
[0003]為保證列車測速數據的準確性和可靠性，目前軌道交通車輛一般采用多種技術結合使用來實現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據來評估是否對制動系統進行檢修。此外雨雪等天氣因素也會嚴重影響列車制動能力，司機需要根據當前環境下列車的制動能力來控制車輛行駛速度。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統和方法。
[0006]本發明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統，包括掃描鋪設在鐵軌下的軌枕的斷面輪廓的激光測距傳感器、根據列車通過兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設間距來計算出列車的行駛速度的數據處理主機和速度顯示終端。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述數據處理主機包括處理器、數據輸出接口和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據輸出接口、速度顯示終端連接。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述軌道交通車輛精確測速系統包括車廂，所述數據處理主機和速度顯示終端分別設置在所述車廂上，所述激光測距傳感器設置在所述車廂的下方。
[0009]本發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在鐵軌下的軌枕的斷面輪廓并識別其特征信號，根據列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及軌枕的鋪設間距來計算出列車的行駛速度。
[0010]作為本發明的進一步改進，列車行進時，激光測距傳感器不斷發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，由于鐵軌下鋪設的軌枕導致測距數據出現周期性的變化。
[0011]作為本發明的進一步改進，通過數據處理主機實現對激光測距傳感器的測距信號的處理和識別，對測距數據進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，進而計算出列車速度。
[0012]作為本發明的進一步改進，測速數據通過數據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]作為本發明的進一步改進，數據處理主機包括一個數據輸出接口，通過該數據輸出接口將數據輸出給列車控制系統或運行調度中心，用于評估列車的制動能力和列車運行調度。
[0014]作為本發明的進一步改進，數據處理主機包括一個GPS接收模塊，通過該GPS接收模塊獲取當前位置，進行速度校準和軌枕間距的匹配。
[0015]本發明的有益效果是: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，由于鋪設的軌枕明顯高于軌道路面，因此測距數據會出現周期性變化，通過數據處理主機在周期性變化的數據中提取出軌枕的特征信號，數據處理主機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是本發明一種軌道交通車輛精確測速系統的示意圖。
[0017]圖2是本發明一種軌道交通車輛精確測速系統的原理框圖。
[0018]圖3是本發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]下面結合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0020]圖1至圖3中的附圖標號為:軌枕I;激光測距傳感器2;數據處理主機3;處理器31;數據輸出接口 32; GPS接收模塊33;速度顯示終端4;車廂5。
[0021]如圖1所示，本發明提供了一種軌道交通車輛精確測速系統，包括掃描鋪設在鐵軌下的軌枕I的斷面輪廓的激光測距傳感器2、根據列車通過相鄰兩根軌枕I的時間差以及相鄰軌枕I的鋪設間距來計算出列車的行駛速度的數據處理主機3和速度顯示終端4。
[0022]如圖2所示，所述數據處理主機3包括處理器31、數據輸出接口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據輸出接口 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通過數據和電源線纜連接，激光測距傳感器2在車輛行駛時持續進行測距并將測距數據傳送給處理器31。
[0024]如圖2所示，由于鋪設在軌道上的砟石和軌枕I上的緊固螺栓等物體，會造成測距數據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值，并在超過當前軌道區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通過數據總線與處理器31連接，傳送列車當前位置坐標信息，用于匹配當前軌道區間限速數值，以及匹配當前軌道軌枕I鋪設間距數據。
[0027]如圖2所示，數據輸出接口32用于為列車內其他系統或設備提供實時測速數據，實現列車行駛控制或參數監控功能，例如與剎車系統連接，可以實時評估列車的制動能力，為行駛控制系統提供剎車距離反饋。數據輸出接口 32也可通過無線網絡為運行調度中心傳送列車速度監控數據。
[0028]如圖1所示，所述軌道交通車輛精確測速系統包括車廂5，所述數據處理主機3和速度顯示終端4分別設置在所述車廂上5，所述激光測距傳感器2設置在所述車廂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掃描鋪設在鐵軌下的軌枕I的斷面輪廓來識別其信號，根據列車通過相鄰兩根軌枕I的時間差以及軌枕I的鋪設間距來計算出列車的行駛速度。
[0030]如圖1至圖3所示，列車行進時，激光測距傳感器2不斷發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，由于鐵軌下鋪設的軌枕I導致測距數據出現周期性的變化。
[0031]如圖1至圖3所示，通過數據處理主機3實現對激光測距傳感器2的測距信號的處理和識別，對測距數據進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，進而計算出列車速度。
[0032]如圖1至圖3所示，測速數據通過數據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，數據處理主機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，并在靜止或勻速狀態時關閉激光測距傳感器2，延長激光測距傳感器2使用壽命。
[0034]如圖1至圖3所示，數據處理主機3包括一個數據輸出接口32，通過該數據輸出接口32將數據輸出給列車控制系統或運行調度中心，用于評估制動能力和列車運行調度。
[0035]如圖1至圖3所示，數據處理主機3包括一個GPS接收模塊33，通過該GPS接收模塊33獲取當前位置，進行速度校驗和軌枕I間距的匹配。列車在不同行駛區間的限速要求不同，例如在轉彎時會根據不同的轉彎半徑設定限速值，因此通過GPS接收模塊33接收到位置坐標來變動告警限速值。另外，某些軌道區間會根據地質條件的不同，枕木或軌枕I的間隔有變化，根據GPS接收到位置信息，基于預先存儲的對應位置軌枕I的鋪設間隔數據來修正測量結果。
[0036]軌道交通建設時為保證軌道的穩固性，在施工時會在鐵軌下方鋪設枕木，鐵軌安裝在枕木上。近年隨著整體澆筑技術在軌道交通建設中的應用，開始采用軌枕。無論采用枕木還是軌枕，其鋪設間距和公差都遵循相關國家和行業標準規范。
[0037]本發明提供一種軌道交通車輛精確測速系統和方法，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。由于鋪設的軌枕I要高于軌道路面，因此測距數據會出現周期性變化，通過數字信號處理技術在周期性變化的數據中提取出軌枕I的特征信號，進而計算出軌道交通車輛經過兩個軌枕I的時間t，通過預先存儲的軌枕I的鋪設間距L，利用公式V=L/t即可計算出列車車速。
[0038]本發明提供一種軌道交通車輛精確測速系統和方法，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發射激光測距信號測量其到軌道的距離，將測距數據傳送給數據處理主機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。可用于實時測量列車行駛速度以及評估列車制動性能等應用。
[0039]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種軌道交通車輛精確測速系統，其特征在于:包括掃描鋪設在鐵軌下的軌枕斷面輪廓的激光測距傳感器、根據列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及相鄰軌枕的鋪設間距來計算出列車的行駛速度的數據處理主機和用于速度指示和超速告警的速度顯示終端。2.根據權利要求1所述的軌道交通車輛精確測速系統，其特征在于:所述數據處理主機包括處理器、數據輸出接口和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據輸出接口、速度顯示終端連接。3.根據權利要求1所述的軌道交通車輛精確測速系統，其特征在于:所述軌道交通車輛精確測速系統包括車廂，所述數據處理主機和速度顯示終端分別設置在所述車廂上，所述激光測距傳感器設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在鐵軌下的軌枕斷面輪廓并識別其信號，根據列車通過相鄰兩根軌枕的時間差以及相鄰軌枕的鋪設間距來計算出列車的行駛速度。5.根據權利要求4所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:列車行進時，激光測距傳感器不斷發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，由于鐵軌下鋪設的軌枕導致測距數據出現周期性的變化。6.根據權利要求5所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:通過數據處理主機實現對激光測距傳感器的測距信號的處理和識別，對測距數據進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，進而計算出列車速度。7.根據權利要求6所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:測速數據通過數據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.根據權利要求7所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:數據處理主機包括一個數據輸出接口，通過該數據輸出接口將數據輸出給列車控制系統或運行調度中心，用于評估列車剎車系統制動能力和列車運行調度。9.根據權利要求7所述的軌道交通車輛精確測速方法，其特征在于:數據處理主機包括一個GPS接收模塊，通過該GPS接收模塊獲取當前位置，進行速度校準和軌枕間距的匹配。
【文檔編號】B61L15/00GK105905134SQ201610398082
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】閆澤濤, 劉瑞濤
【申請人】深圳航天科技創新研究院, 深圳市航天華拓科技有限公司