CN105717319A - 列车速度测量系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车速度测量系统以及方法，所述移动终端包括显示模块、数据采集模块、数据处理模块；所述显示模块，用于显示数据处理模块计算的结果；所述数据采集模块，用于数据采集；所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行计算处理；所述显示模块与数据处理模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接，其中数据采集模块包括定位单元、角度测量单元、计时单元、距离测量单元以及数据接收单元，运用采集定位单元的定位数据以及角度测量单元的角度测量数据，进行公式计算的方法获取列车行驶速度，本发明能够实现一般人员可以简便、快速以及准确的测量列车当前行驶速度的技术效果。

Description

列车速度测量系统以及方法

技术领域

本发明涉及一种速度测量系统以及方法，尤其涉及一种列车速度测量系统以及方法。

背景技术

现如今，列车速度测量需要专业的仪器设备，且需要专业人士去操作，对一般工作人员来说，无法快速、简便以及实时的测量列车行驶速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车速度测量系统以方法，以解决一般工作人员无法快速、简便以及实时的测量列车行驶速度的技术问题。

为实现以上发明目的，本发明提供一种列车速度测量系统，包括移动终端，所述移动终端包括显示模块、数据采集模块、数据处理模块；

所述显示模块，用于显示数据处理模块计算的结果；

所述数据采集模块，用于数据采集；

所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行计算处理；

所述显示模块与数据处理模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接。

进一步地，所述数据采集模块包括定位单元、角度测量单元、计时单元、距离测量单元以及数据接收单元；

所述定位单元，用于定位移动终端当前位置；

所述角度测量单元，用于测量移动终端相对于列车的角度；

所述计时单元，用于对时间进行记录；

所述距离测量单元，用于测量列车与移动终端之间的垂直距离；

所述数据接收单元，用于接收上述四个单元采集的数据并传递给数据处理模块；

所述定位单元与数据接收单元连接，所述角度测量单元与数据接收单元连接，所述计时单元与数据接收单元连接，所述距离测量单元与数据接收单元连接，所述数据接收单元与数据处理模块连接。

进一步地，所述定位单元是卫星定位装置，所述角度测量单元是陀螺仪。

进一步地，所述列车速度测量系统还包括图像获取模块；

所述图像获取模块，用于获取实时图像；

所述图像获取模块与显示模块连接。

另一方面，为实现以上发明目的，本发明还提供一种列车速度测量方法，包括如下步骤：

步骤S1：测量移动终端与列车之间垂直距离；

步骤S2：获取列车位置，采集第一角度；

步骤S3：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离，并记录移动经过时间以及移动距离；

步骤S4：获取列车位置，采集第二角度；

步骤S5：等待与所述步骤S3中移动经过时间相同的时间；

步骤S6：获取列车位置，采集第三角度；

步骤S7：计算列车行驶速度，并显示。

进一步地，所述步骤S3中向列车行驶方向的水平方向移动一定距离，并记录移动经过时间以及移动距离的方法包括如下步骤：

步骤S301：获取当前定位单元位置数据作为第一位置；

步骤S302：计时单元开始计时；

步骤S303：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离；

步骤S304：计时单元停止计时，并记录移动经过时间；

步骤S305：获取当前定位单元位置数据作为第二位置；

步骤S306：计算第二位置与第一位置之间的距离。

进一步地，所述采集第一角度、第二角度以及第三角度的方法包括再将移动终端转动至与列车行驶方向平行，通过角度测量单元测量转动角度，作为角度值。

进一步地，所述步骤S7中，计算列车行驶速度的计算公式如下：

$V=\frac{d({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{T({\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3)}$

其中，“v”是列车行驶速度，“d”是向列车行驶方向的水平方向移动距离，“T”是移动经过时间，“θ₁”是第一角度角度值，“θ₂”是第二角度角度值，“θ₃”是第三角度角度值，“cotθ₁”是第一角度的余切值，“cotθ₂”是第二角度的余切值，“cotθ₃”是第三角度的余切值。

进一步地，所述获取列车位置的方法包括通过图像获取模块获取列车位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.运用通过移动终端测量列车行驶速度的技术方案，获得了一般人员可以简便、快捷以及准确的测算列车行驶速度的技术效果。

2.运用图像获取模块辅助获取列车位置的技术方案，获得了准确、方便以及快捷的获取列车位置的技术效果。

附图说明

图1是本发明的列车速度测量系统的框图；

图2是本发明的列车速度测量系统的具体实施例框图；

图3是本发明的列车速度测量方法的流程图；

图4是本发明的列车速度测量方法的具体实施例流程图；

图5是本发明的测量方式示意图。

图中；

显示模块1，数据采集模块2，其中：定位单元201、角度测量单元202、计时单元203、距离测量单元204、数据接收单元205，数据处理模块3，图像获取模块4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明的列车速度测量系统，包括移动终端，所述移动终端包括显示模块1、数据采集模块2、数据处理模块3；

显示模块1，用于显示数据处理模块3计算的结果；

数据采集模块2，用于数据采集；

数据处理模块3，用于对数据采集模块2采集的数据进行计算处理；

显示模块1与数据处理模块3连接，数据采集模块2与数据处理模块3连接。

具体来说，当需要获取列车行驶速度时，可以携带移动终端至所需测量的地方，开启数据采集模块，对相应的数据参数进行采集操作。采集完成后，数据处理模块会自行对数据进行处理计算，将计算结果显示在显示模块上，以供操作人员查看。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，对实施例1中数据采集模块2做了如下进一步具体化；

其中，数据采集模块包括定位单元201、角度测量单元202、计时单元203、距离测量单元204以及数据接收单元205；

定位单元201，用于定位移动终端当前位置；

角度测量单元202，用于测量移动终端相对于列车的角度；

计时单元203，用于对时间进行记录；

距离测量单元204，用于测量列车与移动终端之间的垂直距离；

数据接收单元205，用于接收上述四个单元采集的数据并传递给数据处理模块；

定位单元201与数据接收单元205连接，角度测量单元202与数据接收单元205连接，计时单元203与数据接收单元205连接，距离测量单元204与数据接收单元205连接，数据接收单元205与数据处理模块3连接。

具体来说，需要采集的数据可以通过采集模块2中的定位单元201、角度测量单元202、计时单元203、距离测量单元204进行采集。

定位单元201，一般选用卫星定位装置，例如：北斗系统。通过定位单元获取移动装置所在经纬度。

角度测量单元202，一般选用陀螺仪。通过陀螺仪的测算，获取移动终端采集模块与水平平面的夹角角度。

通过计时单元203的计时，获取移动终端从一点移至另一点所用时间。

距离测量单元204可以获取列车与移动终端之间的垂直距离。

数据接收单元205对上述这些测量结果进行汇总，并传递给数据处理模块3，用于列车行驶速度的计算。

同时，本发明还包括图像获取模块4。由于列车速度较快，在获取列车位置时可以通过图像获取模块，获取移动终端前方图像，可以通过图像准确的获取列车位置。

实施例3：

如图3所示，本发明的列车速度测量方法，包括如下步骤：

步骤S1：测量移动终端与列车之间垂直距离；

步骤S2：获取列车位置，采集第一角度；

步骤S3：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离，并记录移动经过时间以及移动距离；

步骤S4：获取列车位置，采集第二角度；

步骤S5：等待与所述步骤S3中移动经过时间相同的时间；

步骤S6：获取列车位置，采集第三角度；

步骤S7：计算列车行驶速度，并显示。

具体来说，当准备测量时，携带移动终端至测量地点，当列车开来时，移动终端获取其与列车之间的垂直距离。将移动终端对准列车，并采集移动终端与列车行驶水平方向的角度，作为第一角度。采集完后，向列车行驶水平方向移动一定距离，移动终端记录移动经过的时间以及距离。再次采集移动终端与列车行驶水平方向的角度，作为第二角度。等待与移动经过时间相同的时间，再一次采集移动终端与列车行驶水平方向的角度，作为第三角度。

通过采集的角度、等待时间以及移动距离对列车行驶速度进行计算。

实施例4：

如图4所示，本发明的列车速度测量方法，包括如下步骤：

步骤A1：测量移动终端与列车之间垂直距离；

步骤A2：获取列车位置，再将移动终端转动至与列车行驶方向平行，将角度测量单元的测量数据作为第一角度；

步骤A301：获取当前定位单元位置数据作为第一位置；

步骤A302：计时单元开始计时；

步骤A303：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离；

步骤A304：计时单元停止计时，并记录移动经过时间；

步骤A305：获取当前定位单元位置数据作为第二位置；

步骤A306：计算第二位置与第一位置之间的距离；

步骤A4：获取列车位置，再将移动终端转动至与列车行驶方向平行，将角度测量单元的测量数据作为第二角度；

步骤A5：等待与所述步骤S3中移动经过时间相同的时间；

步骤A6：获取列车位置，再将移动终端转动至与列车行驶方向平行，将角度测量单元的测量数据作为第三角度；

步骤A7：计算列车行驶速度，并显示,其中具体计算公式如下；

$V=\frac{d({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{T({\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3)}$

其中，“v”是列车行驶速度，“d”是向列车行驶方向的水平方向移动距离，“T”是移动经过时间，“θ₁”是第一角度角度值，“θ₂”是第二角度角度值，“θ₃”是第三角度角度值，“cotθ₁”是第一角度的余切值，“cotθ₂”是第二角度的余切值，“cotθ₃”是第三角度的余切值；

其中，实施例4中步骤A2是对实施例3中步骤S2做出的进一步具体化，实施例4中步骤A4是对实施例3中步骤S4做出的进一步具体化，实施例4中步骤A6是对实施例3中步骤S6做出的进一步具体化，实施例4中步骤A301-A306是对实施例3中步骤S3做出的进一步具体化；实施例4中步骤A7是对实施例3中步骤S7做出的进一步具体化；

具体来说，当准备测量时，携带移动终端至测量地点，当列车开来时，移动终端获取其与列车之间的垂直距离，记作H。此时，可以通过图像获取模块在显示模块上查看并获取列车位置，通过角度测量单元测量移动终端与列车行驶水平方向的夹角，记作θ₁。定位单元记录当前移动终端经纬度，记作d₁。记录完成后，向列车行驶水平方向移动一段距离，并计算行移动此段距离所用时间，记作T。此时以上述获取夹角的方式获取夹角θ₂，以及当前位置经纬度d₂。等待与T时相等的时间，再次以上述获取夹角的方式获取夹角θ₃。夹角获取完后，数据处理模块计算d₂与d₁之间的直线距离，记作d。通过如下公式计算当前列车速度：

$V=\frac{d({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{T({\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3)}$

其中，“v”是列车行驶速度，“d”是向列车行驶方向的水平方向移动距离，“T”是移动经过时间，“θ₁”是第一角度角度值，“θ₂”是第二角度角度值，“θ₃”是第三角度角度值，“cotθ₁”是第一角度的余切值，“cotθ₂”是第二角度的余切值，“cotθ₃”是第三角度的余切值。

通过图5做详细说明，AC方向为列车行驶方向，DE方向为用户移动方向，两者平行。用户站在离列车距离h地方。

用户站在点D手持移动终端对着列车上的某一点A，然后转动移动终端至平行于列车行驶方向的正前方，此时利用陀螺仪记录转动的夹角θ₁，定位单元记录D点的经纬度信息。接着用户手持移动终端朝着平行于列车行驶方向的正前方向走一段距离，经过时间T，至点E，再次转动移动终端使移动终端对着点B，利用陀螺仪记录转动的夹角θ₂，定位单元记录此时B点的经纬度信息，通过两次经纬度信息差值计算出AB的距离。在E点原地等待时间T，转动移动终端使移动终端对着点C，利用陀螺仪记录转动的夹角θ₃，通过两次经纬度信息差值计算出DE的距离。

由于两次间隔时间相同都为T，所以对匀速行驶的列车来说，AB＝BC＝s。

由于平行于列车行驶方向，AA’＝BB’＝CC’＝h。

根据DE的值，和θ₁、θ₂、θ₃的值，可以计算出h即CC’的值。

根据示意图，可以得出两个方程：

首先：

DE＝DB'-EB'＝DA'+A'B'-EB'＝AA'cotθ₁+A'B'-BB'cotθ₂＝hcotθ₁+s-hcotθ₂；

其次：

$\begin{array}{c}{\mathrm{EC}}^{\′}={\mathrm{EB}}^{\′}+B^{\′}{C}^{\′}\\ {\mathrm{CC}}^{\′}{\mathrm{cot\θ}}_3={\mathrm{BB}}^{\′}{\mathrm{cot\θ}}_2+B^{\′}{C}^{\′}\\ {\mathrm{hcot\θ}}_3={\mathrm{hcot\θ}}_2+s\end{array};$

由方程组：

$\left\{\begin{array}{c}DE={\mathrm{hcot\θ}}_1+s-{\mathrm{hcot\θ}}_2\\ {\mathrm{hcot\θ}}_3={\mathrm{hcot\θ}}_2+s\end{array}\right.;$

可以解得：

$h=\frac{DE}{{\mathrm{cot\θ}}_3-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_1};$

$s=\frac{DE({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{{\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3};$

此时我们便可以得知用列车的速度：

$v=s/T=\frac{DE({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{T({\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3)}.$

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种列车速度测量系统，其特征在于，包括移动终端，所述移动终端包括显示模块、数据采集模块、数据处理模块；

所述显示模块，用于显示数据处理模块计算的结果；

所述数据采集模块，用于数据采集；

所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行计算处理；

所述显示模块与数据处理模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接。

2.如权利要求1所述列车速度测量系统，其特征在于，所述数据采集模块包括定位单元、角度测量单元、计时单元、距离测量单元以及数据接收单元；

所述定位单元，用于定位移动终端当前位置；

所述角度测量单元，用于测量移动终端相对于列车的角度；

所述计时单元，用于对时间进行记录；

所述距离测量单元，用于测量列车与移动终端之间的垂直距离；

所述数据接收单元，用于接收上述四个单元采集的数据并传递给数据处理模块；

所述定位单元与数据接收单元连接，所述角度测量单元与数据接收单元连接，所述计时单元与数据接收单元连接，所述距离测量单元与数据接收单元连接，所述数据接收单元与数据处理模块连接。

3.如权利要求1所述列车速度测量系统，其特征在于，所述定位单元是卫星定位装置，所述角度测量单元是陀螺仪。

4.如权利要求1-3中任一所述列车速度测量系统，其特征在于，所述列车速度测量系统还包括图像获取模块；

所述图像获取模块，用于获取实时图像；

所述图像获取模块与显示模块连接。

5.一种列车速度测量方法，其特征在于，所述列车速度测量方法用于如权利要求1-4中任一所述列车速度测量系统，包括如下步骤：

步骤S1：测量移动终端与列车之间垂直距离；

步骤S2：获取列车位置，采集第一角度；

步骤S3：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离，并记录移动经过时间以及移动距离；

步骤S4：获取列车位置，采集第二角度；

步骤S5：等待与所述步骤S3中移动经过时间相同的时间；

步骤S6：获取列车位置，采集第三角度；

步骤S7：计算列车行驶速度，并显示。

6.如权利要求5所述列车速度测量方法，其特征在于，所述步骤S3中向列车行驶方向的水平方向移动一定距离，并记录移动经过时间以及移动距离的方法包括如下步骤：

步骤S301：获取当前定位单元位置数据作为第一位置；

步骤S302：计时单元开始计时；

步骤S303：向列车行驶方向的水平方向移动一定距离；

步骤S304：计时单元停止计时，并记录移动经过时间；

步骤S305：获取当前定位单元位置数据作为第二位置；

步骤S306：计算第二位置与第一位置之间的距离。

7.如权利要求5所述列车速度测量方法，其特征在于，所述采集第一角度、第二角度以及第三角度的方法包括再将移动终端转动至与列车行驶方向平行，通过角度测量单元测量转动角度，作为角度值。

8.如权利要求5-7中任一所述列车速度测量方法，其特征在于，所述步骤S7中，计算列车行驶速度的计算公式如下：

$v=\frac{d({\mathrm{cot\θ}}_3-{\mathrm{cot\θ}}_2)}{T({\mathrm{cot\θ}}_1-2{\mathrm{cot\θ}}_2+{\mathrm{cot\θ}}_3)}$

其中，“v”是列车行驶速度，“d”是向列车行驶方向的水平方向移动距离，“T”是移动经过时间，“θ₁”是第一角度角度值，“θ₂”是第二角度角度值，“θ₃”是第三角度角度值，“cotθ₁”是第一角度的余切值，“cotθ₂”是第二角度的余切值，“cotθ₃”是第三角度的余切值。

9.如权利要求8所述列车速度测量方法，其特征在于，所述获取列车位置的方法包括通过图像获取模块获取列车位置。