CN105059324A - 取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种取得行进中列车车辆特征参数的方法，包括如下步骤：取得依次排列的多个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，将其分别存储；分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存与其余信号不相当的信号，如是，选择信号幅度相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号；否则，任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号；取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置，具有以下有益效果：其容错能力较好、可靠。

Description

取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置

技术领域

本发明涉及列车车辆识别领域，更具体地说，涉及一种取得行进中列车车辆特征参数的方法、装置及设备。

背景技术

在需要对铁路列车车辆自动探测的技术应用（如调度管理、车辆安全检测、车号自动识别等）中，一般采用车轮传感器自动感测列车车轮的通过信息，该信息经接收处理模块处理后识别列车的运行特征（运行方向、速度等）和固有特征（轴数、轴距等）。目前所见的列车车轮传感器的安装方式为采用2个车轮传感器，依次沿轨道纵向安装在列车车轮通过的下方，两个传感器的间距固定。这样通过探测车轮经过两个传感器的先后顺序判断列车的运行方向，通过车轮经过两个传感器的时间间隔和传感器的间距计算列车的运行速度，通过速度和前后两个车轮通过传感器的时间间隔计算轴距等信息。但是，现有的这种技术方案在一个传感器故障的情况下，其探测能力完全失效，缺乏必要的容错能力和可靠性保障。随着铁路安全管理和信息准确性要求的提升，需要更为可靠的技术方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述任何一个传感器出现故障时完全失效、容错能力较差、不可靠的缺陷，提供一种可以在一个传感器出现故障时正常工作、容错能力较好、可靠的取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造、一种取得行进中列车车辆特征参数的方法，包括如下步骤：

A）取得依次排列的至少三个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；所述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在所述铁轨一侧；

B）分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如是，执行步骤C)；否则，执行步骤D）；所述特征参数包括信号过零点或表示该信号波形和幅度的参数；

C）选择所述特征参数相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号，并执行步骤E）；

D）任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行步骤E）；

E）取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。

更进一步地，所述多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，所述车轮传感器在所述安装之架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。

更进一步地，所述步骤B）进一步包括如下步骤：

B1）分别对所述存储的信号进行波形筛选，去掉不具有过零点的信号；

B2）将得到的多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差；并选中幅度差最小的组合中的幅度差；

B3）计算所述被选中的幅度差是否大于第一设定值，如否，判断不存在不相当的信号，执行步骤D）；如是，执行步骤C）。

更进一步地，所述步骤B2）还包括如下步骤：

B21）分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；

B22）分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

B23）选中上述组合中得到的最小所述正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值。

更进一步地，所述步骤E）中进一步包括：

E1)根据所选信号的时间顺序得到列车车辆的行车方向；

E2）根据所选信号所对应的车轮传感器之间的间距及所选信号之间的时间差，得到列车车辆的速度；

E3）根据所选择的信号对应的一个车轮传感器接收信号的次数，得到列车车辆的轴距及轴数。

更进一步地，所述步骤A）中，每个车轮传感器输出的信号均存储在指定的、该传感器对应的存储区域中；所述步骤E）中依据选择的信号的存储区域得到其对应的车轮传感器，进而得到两个车轮传感器之间的间距。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

信号取得单元：用于取得依次排列的至少三个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；所述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在所述铁轨一侧；

信号比较单元：用于分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如是，执行相近信号选择单元；否则，执行任意信号选择单元；所述特征参数包括信号过零点或表示该信号波形和幅度的参数；

相近信号选择单元：用于选择信号幅度相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号，并执行车辆特征参数取得单元；

任意信号选择单元：用于任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行车辆特征参数取得单元；

车辆特征参数取得单元：用于取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。

更进一步地，所述多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，所述车轮传感器在所述安装之架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。

更进一步地，所述信号比较单元进一步包括：

信号分析模块：用于分别对所述存储的信号进行波形筛选，去掉不具有过零点的信号；

信号组合模块：用于将得到的多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差；并选中得到的最小的幅度差；

信号判断模块：用于计算所述被选中的幅度差是否大于第一设定值，如否，判断不存在不相当的信号；如是，判断存在不相当信号。

更进一步地，所述信号组合模块进一步包括：

信号积分模块：用于分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；

信号积分值差值模块：用于分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

信号选择模块：用于选中上述组合中得到的最小所述正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

所述车辆特征参数取得单元进一步包括：

车辆行进方向判断模块：用于根据所选信号的时间顺序得到列车车辆的行车方向；

车辆速度判断模块：用于根据所选信号所对应的车轮传感器之间的间距及所选信号之间的时间差，得到列车车辆的速度；

车辆轴距判断模块：用于根据所选择的信号对应的一个车轮传感器接收信号的次数，得到列车车辆的轴距及轴数。

实施本发明的取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置，具有以下有益效果：由于具有多个车轮传感器并分别对这些车轮传感器取得的信号进行对比，以发现其中是否有异常的信号。这样，在一个车轮传感器出现故障时，不仅能够准确地发现故障，而且也可以使用其他的车轮传感器信号进行计算，以得到列车车辆的特征参数。所以，其容错能力较好、可靠。

附图说明

图1是本发明取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置实施例中的方法流程图；

图2是所述实施例中一种情况下比较信号的具体步骤；

图3是所述实施例中一种情况下取得列车车辆特征参数的具体步骤；

图4是所述实施例中装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的取得行进中列车车辆特征参数的方法及装置实施例中实施例中，其方法包括如下步骤：

步骤S11取得多个车轮传感器的信号，并分别存储：在本步骤中，取得依次排列的多个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；上述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在铁轨一侧；在本实施例中，上述多个实际上是不少于3个车轮传感器，在一些情况下，一个测量单元可以是3个车轮传感器，而在另外一些情况下，也可以是4个或5个。虽然在一个测量单元中较多的车轮传感器数量有利于可靠性的进一步提高（多个车轮传感器同时出现故障的概率极低），但是不可否认的是，较多的车轮传感器不仅使得一个测量的单元成本升高，也使得处理一个测量单元的数据时，其运算量较大。因此，在本实施例中，以一个测量单元中有3个车轮传感器为例对该方法进行说明，但是并不表明本实施例中一个测量单元中的车轮传感器仅仅只有3个。此外，在本实施例中，上述一个测量单元中的车轮传感器间隔设定的距离、依次排列在铁轨一侧。为了减少安装时的不变以及由安装带来的误差，多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，车轮传感器在所述安装之架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。这样可以在安装时不用测量两个车轮传感器之间的距离。

步骤S12判断得到的信号中是否有异常信号，如有，执行步骤S13；如无，执行步骤S14；在本步骤中，判断得到的信号中是否有异常信号就是分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如有，则判断为有异常信号；如无，则判断为无异常信号。这是由于如果任何一个车轮传感器出现故障，则其在列车通过时发出或产生的信号必然在信号的特征参数上与正常的车轮传感器产生的信号相差较大。在本实施例中，这些特征参数包括信号的过零点或表示该信号波形和幅度的参数；因为对于车轮传感器产生的信号而言，其标准的信号是一个具有过零点且具有正半周和负半周的正弦波。至于如何进行比较，稍后详述。

步骤S13选择差异最小的两个信号作为当前传感器信号：在本步骤中，由于已经发现有车轮传感器故障（通常车轮传感器输出的信号异常，基本上是传感器出现故障），所以，选择信号幅度相当的两个车轮传感器（也就是工作正常的两个车轮传感器）取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号；选择完成后，执行步骤S15。

步骤S14任意选择两个信号作为当前传感器信号：在本步骤中，由于该测量单元上的所有车轮传感器都在正常工作，所以可以任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行步骤S15。

步骤S15取得两个传感器之间的间距，并计算列车车辆的特征参数：在本步骤中，由于前面的步骤已经选择了两个信号（不管这两个信号是在步骤S13中选择的还是在步骤S14中选择的），这两个信号必然对应于两个车轮传感器，也就是说，这两个选择的信号肯定是由一个测量单元中的两个正常工作的车轮传感器产生的，所以，可以取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。

在本实施例中，一种情况下判断取得的车轮传感器信号中是否有异常信号的具体步骤如图2所示，包括：

步骤S20判断每个信号中是否存在过零点，滤除不存在过零点的信号：由于车轮传感器输出的正常信号是正弦波，其必然具有一个过零点。所以，在本步骤中，对每个信号（信号数据）进行判断，检查其是否具有过零点，也就是幅度为零的信号数据。如果一个信号没有过零点，就可以认为其为异常的信号，不能用于参加后面的比较。滤除的意思是使得该信号不被选择参加随后的步骤。值得一提的是，在本步骤中，在一些情况下，可以仅仅判断是否具有过零点；而在另外一些情况下，也可以进一步判断该过零点的位置，选择其过零点在信号的中间位置的信号进行随后的步骤。

步骤S21将得到的信号两两组合并得到一个组合中的信号幅度差值：在本步骤中，将得到的（或选择的）多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差。也就是说，得到的多个车轮传感器信号进行组合，然后计算每个组合中两个信号的幅度差；例如，有3个车轮传感器产生的三个信号，分别是A、B和C，可以两两组合为AB、AC和BC三个组合，然后计算A和B的信号幅度差、A和C的信号幅度差以及B和C的信号幅度差。多于三个的车轮传感器信号的组合与上述例子类似。

值得一提的是，在本步骤中，在比较两个信号的幅度差时，可以直接选择两个信号中信号幅度值最大的数据进行比较；虽然这样的操作较为简单，也可以在一些情况下得到正确的结论，但是，也可能在一些情况下会出现误差，例如，已知信号正确的形式应该是对称的正弦波形，对于波形是对称的情况或事先进行过波形筛选的情况来讲，仅仅比较幅度值是可行的。但是，如果波形形状不对称，而事先又没有进行过波形筛选，这样的比较就可能得到错误的结论。因此，在本实施例中，对于上述幅度比较的一个改进是不仅仅考虑信号波形中的顶点幅度，也要将信号的波形考虑进来。所以，对于上述仅仅比较幅度值的一个改进就是分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；然后，分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；最后，选择上述得到的最小的正半周积分值的差值和负半周积分值的差值，用于后续步骤的比较。在本实施例中，上述被选择的这两个差值一定是在同一组中的，因为比较是在组之间进行的，选择实际上是挑选出一个特征值（幅度积分值）差别最小的组合。

步骤S22信号幅度差值大于第一设定值否，如是，跳转到步骤S23；如否，跳转到步骤S24。其中，第一设定值是一个事先设置的常数，其表示正常工作的车轮传感器产生信号可能相差的幅度值。大于该值表示两个信号的信号幅度相差过大，表示其中一个车轮传感器出现故障。同样地，在本步骤中，在一些情况下（使用积分幅度值替代幅度值时），上述幅度差值也可以是幅度积分值的差值。

步骤S23有异常信号：在本步骤中，判断取得的车轮传感器中有异常信号，即有车轮传感器出现故障。

步骤S24无异常信号：在本步骤中，判断取得的车轮传感器中无异常信号，即有车轮传感器正常工作。

对于列车车辆的特征参数取得的具体步骤如图3所示，包括：

步骤S31取得选择的两个车轮传感器的位置及间距：在本实施例中，存储车轮传感器输出的信号时，每个车轮传感器输出的信号均存储在指定的、该传感器对应的存储区域中；所以，当一个信号被选择时，依据选择的信号的存储区域就能得到其对应的（或产生该信号的）车轮传感器及其所在位置。又由于两个相邻的车轮传感器之间的间距是设定距离，所以，知道了车轮传感器的位置就能得到两个车轮传感器之间的间距。

步骤S32依据所选车轮传感器的位置及信号的时间顺序得到车辆行进方向：在本步骤中，根据被选择信号对应的传感器的安装位置和信号中的时间顺序，判断行车方向。

步骤S33依据所选信号对应的车轮传感器的间距及其信号时间差，得到车辆速度：在本步骤中，根据上述车轮传感器的间距和信号的时间差，计算车速。

步骤S34依据一个车辆传感器接收信号的次数及相隔时间，得到列车车辆的轴数及轴距：在本步骤中，根据同一车轮传感器的前后两个信号间的时间差计算轴距；根据同一个车轮传感器收到的信号的次数计算轴数。

值得一提的是，上述步骤S32到步骤S34的顺序仅仅是一种便于说明的示例，实际操作时并不一定按照上述顺序，也不一定都要计算，可以根据现场的需要而定。在实际操作中，上述步骤S32到S34甚至可以是并行的。

本实施例还涉及一种实现上述方法的装置，如图4所示，该装置包括信号取得单元1、信号比较单元2、相近信号选择单元3、任意信号选择单元4和车辆特征参数取得单元5；其中，信号取得单元1用于取得依次排列的至少三个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；所述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在所述铁轨一侧；信号比较单元2用于分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如是，执行相近信号选择单元；否则，执行任意信号选择单元；所述特征参数包括信号过零点或表示该信号波形和幅度的参数；相近信号选择单元3用于选择信号幅度相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号，并执行车辆特征参数取得单元；任意信号选择单元4用于任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行车辆特征参数取得单元；车辆特征参数取得单元5用于取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。其中，上述多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，所述车轮传感器在所述安装之架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。

此外，信号比较单元2进一步包括信号分析模块21、信号组合模块22和信号判断模块23；其中，信号分析模块21用于分别对所述存储的信号进行波形筛选，去掉不具有过零点的信号；信号组合模块22用于将得到的多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差；并选中得到的最小的幅度差；信号判断模块23用于计算所述被选中的幅度差是否大于第一设定值，如否，判断不存在不相当的信号；如是，判断存在不相当信号。

同时，信号组合模块22进一步包括信号积分模块221、信号积分值差值模块222和信号选择模块223。信号积分模块221用于分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；信号积分值差值模块222用于分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；信号选择模块223用于选中上述组合中得到的最小所述正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

而车辆特征参数取得单元5进一步包括车辆行进方向判断模块51、车辆速度判断模块52和车辆轴距判断模块53；车辆行进方向判断模块51用于根据所选信号的时间顺序得到列车车辆的行车方向；车辆速度判断模块52用于根据所选信号所对应的车轮传感器之间的间距及所选信号之间的时间差，得到列车车辆的速度；车辆轴距判断模块53用于根据所选择的信号对应的一个车轮传感器接收信号的次数，得到列车车辆的轴距及轴数。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）取得依次排列的至少三个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；所述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在所述铁轨一侧；

B）分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如是，执行步骤C)；否则，执行步骤D）；所述特征参数包括信号过零点或表示该信号波形和幅度的参数；

C）选择所述特征参数相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号，并执行步骤E）；

D）任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行步骤E）；

E）取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。

2.根据权利要求1所述的取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，所述多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，所述车轮传感器在所述安装支架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。

3.根据权利要求2所述的取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，所述步骤B）进一步包括如下步骤：

B1）分别对所述存储的信号进行波形筛选，去掉不具有过零点的信号；

B2）将得到的多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差，并选中幅度差最小的组合中的幅度差；

B3）计算所述被选中的幅度差是否大于第一设定值，如否，判断不存在不相当的信号，执行步骤D）；如是，执行步骤C）。

4.根据权利要求3所述的取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，所述步骤B2）还包括如下步骤：

B21）分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；

B22）分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

B23）选中上述组合中得到的最小所述正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值。

5.根据权利要求1所述的取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，所述步骤E）中进一步包括：

E1)根据所选信号的时间顺序得到列车车辆的行车方向；

E2）根据所选信号所对应的车轮传感器之间的间距及所选信号之间的时间差，得到列车车辆的速度；

E3）根据所选择的信号对应的一个车轮传感器接收信号的次数，得到列车车辆的轴距及轴数。

6.根据权利要求1所述的取得行进中列车车辆特征参数的方法，其特征在于，所述步骤A）中，每个车轮传感器输出的信号均存储在指定的、该传感器对应的存储区域中；所述步骤E）中依据选择的信号的存储区域得到其对应的车轮传感器，进而得到两个车轮传感器之间的间距。

7.一种实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括：

信号取得单元：用于取得依次排列的至少三个的车轮传感器在列车车辆经过时产生的信号，并将其分别存储；所述车轮传感器沿铁轨的长度方向依次间隔设定距离排列在所述铁轨一侧；

信号比较单元：用于分别比较得到的多个信号的特征参数，判断其中是否存在与其余信号不相当的信号，如是，执行相近信号选择单元；否则，执行任意信号选择单元；所述特征参数包括信号过零点或表示该信号波形和幅度的参数；

相近信号选择单元：用于选择信号幅度相当的两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数的信号，并执行车辆特征参数取得单元；

任意信号选择单元：用于任意选择两个车轮传感器取得的信号为取得列车车辆特征参数信号，并执行车辆特征参数取得单元；

车辆特征参数取得单元：用于取得选择的两个传感器之间的距离，计算并取得列车车辆特征参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多个车轮传感器安装在设置在铁轨一侧的安装支架上，所述车轮传感器在所述安装支架上沿所述铁轨的长度方向依次排列，两个相邻的车轮传感器的安装距离相等。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号比较单元进一步包括：

信号分析模块：用于分别对所述存储的信号进行波形筛选，去掉不具有过零点的信号；

信号组合模块：用于将得到的多个信号两两进行组合，得到多个组合，分别计算各组合中两个信号的幅度差，并选中幅度差最小的组合中的幅度差；

信号判断模块：用于计算所述被选中的幅度差是否大于第一设定值，如否，判断不存在不相当的信号；如是，判断存在不相当信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信号组合模块进一步包括：

信号积分模块：用于分别确定每个信号的过零点，并分别对该过零点之前和过零点之后的数据进行积分，得到表示该信号正、负半周的幅度积分值；

信号积分值差值模块：用于分别计算一个组合中的两个信号的正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

信号选择模块：用于选中上述组合中得到的最小所述正半周幅度积分值的差值和负半周幅度积分值的差值；

所述车辆特征参数取得单元进一步包括：

车辆行进方向判断模块：用于根据所选信号的时间顺序得到列车车辆的行车方向；

车辆速度判断模块：用于根据所选信号所对应的车轮传感器之间的间距及所选信号之间的时间差，得到列车车辆的速度；

车辆轴距判断模块：用于根据所选择的信号对应的一个车轮传感器接收信号的次数，得到列车车辆的轴距及轴数。