CN103350707A - 一种轨道接近开关列车测速系统及其测速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道交通技术，具体的说是涉及一种轨道接近开关列车测速系统及其测速方法。本发明的测速系统，包括两组用于检测列车行进方向以及行进速度的接近开关；与接近开关相连接，接收接近开关传送电平信号后，向上位机发送字符串信息的单片机；与单片机相连接，将接受的信息校验后解析出列车速度和方向信息的上位机。当列车经过时，设置于待测轨道来车方向上的接近开关会产生TTL电平，单片机接收电平信号，利用算法感应时差判断列车方向和速度，上位机将接受到的信息校验后解析出列车速度和方向信息。本发明有效规避上述缺陷，具有测速范围精确，测量准确、受环境影响小，可有效确保车速控制在0.1KM/H范围内等优点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术，具体的说是涉及一种轨道接近开关列车测速系统及其测速方法。
背景技术
目前，应用在需要测量机车精准速度和方向领域的技术手段可分为三种技术手段：（1）利用超声波雷达测速，测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大，精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/D转换后才能读入计算机。测速雷达主要利用都卜勒效应（Doppler Effect）原理：当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。缺点：易受天气影响，如风雨雷电雾雪等，精度低，受周围环境影响比较大，况且在机车鸣笛时，信号会受到强烈的干扰，有很大的陡变，需要软件降噪，精确度差；（2）利用无源磁钢测速，其缺点是机车速度较低时，几乎感应不到磁场的变化，输出信号很小，而机车整备车间很多机车速度在5km/h以下，不适用机车走行部系统；（3）利用有源轨道车轮传感器测速，其缺点是电力机车对其干扰大，易产生误动作信号且传感器感应不灵敏，方向和速度易出现误差。
随着线阵扫描模块在铁路大规模应用，对测速系统的精确性提出很高的要求：通过测速系统可获得列车行进速度和方向，以此调节线扫模块的扫描频率和方向，从而保障列车在不同运行速度下都能获得清晰准确的图像信息，实现检车前后有追踪;列车经过检车点时若是拍摄的图像无问题，全速通过即可，由此节约大量的人力、极大的减少列车停靠时间，增加铁路运力。目前使用的货检站采集的单节车厢图像分辨率可达8000*2048以上，能够清晰分辨细节，而常规视频、网络相机车速在20KM/H以上时，无法捕捉清晰有效的图像，线阵扫描单元成功的解决这一弊端；目前测试货车实际通过各个货检站的速度在1KM/H-120KM/H之间,如测速系统测得的速度偏差在5%以上，线扫模块按照速度调整的扫描帧数拼接的图像将严重失真，不能起到检车的作用。由于测速系统测得速度和方向越准确，线扫模块的图像效果越清晰，因此，铁路线阵技术的革命需要精确的测速系统作保证。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种结构简单、测量准确、受环境影响小的轨道接近开关列车测速系统及其测速方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种轨道接近开关列车测速系统，包括两组用于检测列车行进方向以及行进速度的接近开关；与接近开关相连接，接收接近开关传送电平信号后，按照协议向上位机发送字符串信息的单片机；与单片机相连接，将接受的信息校验后解析出列车速度和方向信息的上位机。
所述的两组接近开关互为冗余结构，每组接近开关的数量为两个。
进一步的，所述的接近开关采用三线制有源车轮传感器。
所述的单片机采用STC系列89C58RD+。
进一步的，所述的单片机上还设置有若干指示灯，所述指示灯用于显示测速系统状态，过车、接收、发送状态。
原理：当列车经过时，设置于待测轨道来车方向上的接近开关会产生TTL电平，单片机接收电平信号，利用算法感应时差判断列车方向和速度，上位机将接受到的信息校验后解析出列车速度和方向信息；同时单片机控制板上设置有系统、过车、接收、发送状态指示灯，便于维护和升级。
其测速方法：
（1）安装接近开关：针对接近开关易受电力机车干扰，采取在来车方向提前安装，并且采用抗干扰胶带缠绕接近开关和裸露在外的电缆；
（2）利用单片机测速：列车经过时，设置于待测轨道来车方向上的接近开关产生TTL电平，单片机接收电平信号后，利用相应算法感应时差判断列车方向和速度；
（3）解析来车方向和速度信息：上位机利用单片机传送的字符串信息进行解析，解析出列车来车方向和速度信息。
所述的算法：测速的接近开关为A与B，两者间距一定的距离，且不为零，依据现有机车轮对的距离1.5米，若自A向B来车，B先触发，A后触发，记录时间为Tba，即列车走行1.5米减去接近开关间距的时间；若A先触发，再触发B，记录时间为Tab，即列车走行接近开关间距的时间；比较Tba与Tab时间，取时间短的为列车经过AB触点的时间进行计算解析。
所述接近开关间距为0.4—0.5米。
与现有技术相比，本发明的有益效果：目前采用雷达测速，雷达受限于天气环境影响，并且列车鸣笛对测速影响都很大；采用传感器测速受限于安装位置和个体化敏感度差异，只要出现两个接近开关触发频率不一致情况，车速和方向就会造成很大误判。本发明有效规避上述缺陷，具有测速范围精确，测量准确、受环境影响小，可有效确保车速控制在0.1KM/H范围内等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明测速方法演算示意图。
图中：A、接近开关，B、接近开关，C、接近开关，D、接近开关，1、机车轮对，2、机车轮对。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例进一步说明本发明的技术方案：
随着线阵扫描模块在铁路大规模应用，对测速系统的精确性提出很高的要求：通过测速系统可获得列车行进速度和方向，以此调节线扫模块的扫描频率和方向，从而保障列车在不同运行速度下都能获得清晰准确的图像信息，在超限检测系统和线阵相机高清图像系统中，测速系统均有应用，采集的单节车厢图像分辨率可达8000*2048以上，清晰分辨细节，一旦测速系统测得的速度偏差在5%以上，线扫模块按照帧数拼接的图像将严重失真，不能起到应有的作用，为了解决上述问题，本发明设计出了一种新型的测速系统及测速方法。
如图1所示，接近开关A、B一组，C、D一组，两组互为冗余；单片机接收接近开关发送的TTL电平信号（单片机控制板设有拨码开关，兼容高低电平），利用算法排除干扰后，测得列车方向和经过A、B(或C、D)两个接近开关时间差，经加密处理后发送上位机，上位机即可解析列车速度和方向信息。除过车外，单片机状态信息随时发送上位机。
本发明是在有源轨道车轮传感器测速基础上进行改进，具体如下：
1．采用2组接近开关，AB一组，CD一组，两组互为冗余，一组设备出现故障，一组设备自动运行。
2.针对接近开关易受电力机车干扰，采取在来车方向提前安装，距离来车方向（20米较佳）并且采用抗干扰胶带缠绕接近开关和裸露在外的电缆，有效排除电力机车的干扰，经过车速260km/h速度验证，效果良好。
3.接近开关采用霍尔开关集成电路，集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号，一般感应距离在2.5cm以下。
4.如图2所示，A、B为接近开关，距离为0.5米（此值为接近开关间距最佳实施数值），1、2为机车轮对，现有机车轮对的距离1.5米；理论情况下，当自A向B方向来车，当接近开关正常触发，即A先触发，B后触发，方向为A向B，速度为两个接近开关距离除以由A到B的时间。但由于机车轮对车轮厚薄程度不同，个体化差别很大，接近开关个体化也有差异，安装支架位置也不是完全一致，当自A向B来车时，很多情况是B先触发，这样线阵相机形成的图像方向反向，图像拼接错误，同时测速也不对，采集的频率不能匹配当前的速度，形成的图像严重拉长或挤压，严重影响图像质量。所以针对这一情况，算法如下：
如自A向B来车，B先触发，A后触发，记录时间为Tba，即列车走行1米的时间；只要A先触发，再触发B，记录时间为Tab,即列车走行0.5米的时间；比较Tba与Tab时间，取时间短的为列车经过A、B触点的时间，将上述来车方向和速度信息发送上位机，上位机按照协议解码。
因1、2车轮间距为1.5米，考虑到A、B接近开关响应时间误差，所以经理论推证和现场测试，A，B间距必须在0.4-0.5米之间。在沈阳铁路局、上海铁路局、济南铁路局、广铁集团、昆明局等超限检测系统、装载状态高清图像检测系统中，本测速系统均有大规模应用，且测试效果良好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轨道接近开关列车测速系统，其特征在于：包括两组用于检测列车行进方向以及行进速度的接近开关；与接近开关相连接，接收接近开关传送电平信号后，向上位机发送字符串信息的单片机；与单片机相连接，将接受的信息校验后解析出列车速度和方向信息的上位机。
2.根据权利要求1所述的一种轨道接近开关列车测速系统，其特征在于：所述的两组接近开关互为冗余结构，每组接近开关的数量为两个。
3.根据权利要求2所述的一种轨道接近开关列车测速系统，其特征在于：所述接近开关采用三线制有源车轮传感器。
4.根据权利要求1所述的一种轨道接近开关列车测速系统，其特征在于：所述单片机采用STC系列89C58RD+。
5.一种根据权利要求1所述测速系统进行测速的方法，其特征在于：其测速方法：
（1）安装接近开关：针对接近开关易受电力机车干扰，采取在来车方向提前安装，并且采用抗干扰胶带缠绕接近开关和裸露在外的电缆；
（2）利用单片机测速：列车经过时，设置于待测轨道来车方向上的接近开关产生TTL电平，单片机接收电平信号后，利用相应算法感应时差判断列车方向和速度；
（3）解析来车方向和速度信息：上位机利用单片机传送的字符串信息进行解析，解析出列车来车方向和速度信息。
6.根据权利要求5所述测速方法，其特征在于：所述的算法：若测速的接近开关为A与B，两者间距一定的距离，且不为零，依据现有机车轮对的距离1.5米，若自A向B来车，B先触发，A后触发，记录时间为Tba，即列车走行1.5米减去接近开关间距的时间；若A先触发，再触发B，记录时间为Tab，即列车走行接近开关间距的时间；比较Tba与Tab时间，取时间短的为列车经过AB触点的时间。
7.根据权利要求6所述测速方法，其特征在于：所述接近开关间距为0.4—0.5米。
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