CN106066476A - 列车状态检测装置及列车状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车状态检测装置以及一种列车状态检测方法，其利用多普勒雷达型传感器，便可以良好的精度检测出列车速度及传感器的设置高度。列车(1)具有：车辆控制部(40)、多普勒雷达型传感器(20)、以及传感器检测部(10)。在列车(1)底面(2)，以对道床(90)呈规定的倾斜角θ而设置有多普勒雷达型传感器(20)。搜寻部(30)的搜寻执行部(31)依据多普勒雷达型传感器(20)检测的速度信息V与距离分量RH，计算出列车(1)的列车速度RV及多普勒雷达型传感器(20)的设置高度h。

Description

列车状态检测装置及列车状态检测方法

技术领域

本发明涉及一种于列车速度检测装置及列车速度检测方法，尤其涉及一种利用多普勒雷达型传感器而检测列车速度或由道床至传感器为止之高度的列车状态检测装置及列车状态检测方法。

背景技术

作为列车的速度检测方法，已知有检测车轮旋转而计算的方法。在过去的手法中，根据速度与经过时间求出列车的移动距离，再通过累积计算确定列车位置。但是，会因车轮的空转、滑走的发生而造成在计测速度上产生误差。此外，由于列车行驶而造成车轮磨耗，因而使得车轮直径产生变化，故而在计测速度上产生误差。近年来，要求通过由搭载于列车的车上装置辨识自车位置、并与所赋予的列车控制讯号进行比较，从而确定自车的停止目标位置等的技术。在此情况下，利用车上装置来正确地辨识自车位置便显得相当的重要。因此，需求搭载于列车上的新速率计测装置。

作为这种技术，例如提案有检测利用多普勒雷达型传感器检测列车速度的列车速度检测装置，例如，参照非专利文献1。具体而言，将具备毫米波的收发天线的装置设置在车辆底部的状态下，朝轨道照射毫米波、获取反射波。利用多普勒效应的原理来计算出车辆的速度。基于该列车速度检测装置而求出自车位置。

先前技术文献

非专利文献

非专利文献1笠井贵之等[使用毫米波的非接触式速率计的开发]，2012年11月，铁路自动控制研讨会论文集通号49。

发明内容

发明要解决的课题

然而，在过去使用相对于传感器之地面的倾斜角调整自传感器所得的斜向速度分量的方法中，当传感器与地面即反射位置的位置关系为恒定偏移时，或是传感器的检测区域为扩大时，即当并非为如雷射般的光束的情况下，将会有检测速度误差变大的问题。

作为反射位置的道床只要具有相对于传感器呈均一高度则减少问题，但实际上，道床面的高度却会随着场所的不同而有所变化，此外，由于会有因为积雪等而造成道床面的高度产生变化、进而有所影响，因此必须要有对策，针对即使因为传感器与地面的距离变化，仍不会发生列车速度的误差。此外，也有一种需求是需要掌握因为如上所述的积雪等而使得道床状态产生变化的状态。

本发明有鉴于以上所述状况，提供解决上述课题。

解决课题的手段

本发明的列车状态检测装置具备：多普勒雷达型传感器，其将对道床呈规定的倾斜角作为送出波的照射方向，设置于列车底部；计测値获取部，其获取通过所述传感器所算出的直到反射位置为止的斜向距离、以及所述照射方向的斜向速度；搜寻部，依据所述斜向距离与所述斜向速度，基于规定的数学方法，求出由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度。

另外，本发明的所述搜寻部，以下式的〔数式1〕来求出由所述道床至所述传感器为止的最小高度、以及所述列车水平方向的速度，

〔数式1〕

f(RV、h)＝((V/RV)²+(h/RH)²-1)²

式中，

V：通过多普勒雷达型传感器所检测出的斜向速度，

RH：通过多普勒雷达型传感器所检测出的斜向距离，

h：道床至传感器为止的高度，

RV：列车水平方向的速度。

另外，关于由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度的搜寻范围，与列车位置相关连而设定。

另外，具备当搜寻结果产生特异値时，通知至外部指令部的通讯处理部。

另外，所述通讯处理部可由外部指令部接收所述搜寻范围的指示。

另外，本发明的列车状态检测方法具备：计测値获取步骤，获取通过多普勒雷达型传感器所算出的直到反射位置为止的斜向距离、以及所述照射方向的斜向速度，所述多普勒雷达型之传感器将对道床呈规定的倾斜角作为送出波的照射方向，而设置于列车底部；搜寻步骤，依据所述斜向距离与所述斜向速度，基于规定的数学方法，求出由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度。

发明效果

依据本发明，将可实现一种使用多普勒雷达型传感器，便可以良好的精度测定装设有传感器的车辆的设置高度与车辆速度的技术。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的，表示列车结构的功能块图。

图2是本实施方式所涉及的，用以说明在列车底面设置对道床呈一倾斜角的多普勒雷达型传感器，计测列车速度的原理的图。

图3是本实施方式所涉及的，表示算出列车速度及设置高度的仿真例的图表。

具体实施方式

接着参照图面，具体说明用以实施本发明的形态，以下，简称为[实施方式]。

图1是本实施方式所涉及的，表示列车1结构的功能块图。在此，所揭示的内容主要为着眼于速度算出功能及设置高度算出功能。图2所示图面，为说明使用多普勒雷达型传感器来计测轨道91上的列车1的列车速度RV、以及多普勒雷达型传感器20的设置高度即「设置高度h」的原理。

列车1具备有：车辆控制部40、多普勒雷达型传感器20、以及传感器检测部10。在列车1的底面2，以对道床90呈规定的倾斜角θ而设置多普勒雷达型传感器20。即，将多普勒雷达型传感器20的照射方向为倾斜角θ。传感器检测部10具备距离信息检测部11与速度信息检测部12。距离信息检测部11依据多普勒雷达型传感器20的感测结果来检测斜向，即倾斜角θ的方向的距离信息RH。同様，速度信息检测部12依据多普勒雷达型传感器20的感测结果，基于多普勒效应的原理而检测斜向即倾斜角θ的方向的速度信息V。

搜寻部30依据以传感器检测部10即多普勒雷达型传感器20检测的速度信息V，估算出列车1水平方向的速度、也就是列车速度RV，同时计算出多普勒雷达型传感器20的设置高度h。

作为用以实现上述功能的构造，搜寻部30具备：搜寻执行部31、搜寻设定部32、搜寻信息存储部33。搜寻执行部31使用后述数学方法，搜寻估计中最为确切的列车速度RV及设置高度h。

搜寻设定部32设定在实行搜寻执行部31时的各种条件(设定信息)。具体而言，搜寻设定部32对于使用何种数学方法、搜寻范围为何，预先来作设定。

搜寻信息存储部33在维持搜寻设定部32的设定信息的同时，维持以搜寻部30所得的搜寻结果。

车辆控制部40具备：列车速度部41、位置信息部42、以及通讯处理部43。通讯处理部43为以无线，而与统括控制运行列车的外部的指令部80进行通讯。

列车速度部41依据搜寻部30所搜寻的列车速度RV计算出列车速度。只要列车速度RV中并未有特别异常的数值出现，列车速度部41继续将列车速度RV设定为列车速度。所谓的异常値，为指极端地与的前数值差异过大的数值、或是假设范围外的数值。

若在列车速度RV中出现有异常值时，列车速度部41便会将最近的列车速度RV设定为列车速度。另外，以列车速度部41所特定的列车速度、以及以位置信息部42所特定的位置信息，例如以实时方式通过通讯处理部43通知指令部80。

另外，当在列车速度RV中持续出现异常值时，列车速度部41会在进行错误告知的同时，切换至未图示的其他系统的速率计，例如，根据车轮旋转来计测的速率计、或是使用GPS来计测的速率计。此外，将此情况通过通讯处理部43通知指令部80。

参照图2，具体说明在本实施方式中的速度检测方法即主估计速度。在此，作为由多普勒雷达型传感器20的天线中心C、以规定倾斜角(倾角)θ照射送出波至作为反射面的道床90的反射波，返回至多普勒雷达型传感器20。

如图2(a)、(b)所示，在由斜前方照射方向的多普勒雷达型传感器20所检测的距离信息RH、速度信息V、由多普勒雷达型传感器20的地面起算的设置高度h、以及列车速度RV中，将成立如下式的关系。

当以多普勒雷达型传感器20检测复数个距离信息RH与速度信息V的情况下，通过图2(a)可知，在各个距离信息RH、倾斜角θ、以及多普勒雷达型传感器20设置高度h之间，将成立式(1)。不过在此，为将下标Pk(0≦Pk≦TN、TN为最大抽样数)设为检测之际的抽样编号。

[数学式1]

${\mathrm{sin\θ}}_{Pk}=\frac{h}{{\mathrm{RH}}_{Pk}}$ ···式(1)

h：设置高度信息

Pk：抽样编号，0≦Pk≦TN

此外，当以多普勒雷达型传感器20检测复数个距离信息RH与速度信息V的情况下，利用图2(a)可知，在各个距离信息RH、倾斜角θ、以及多普勒雷达型传感器20的设置高度h之间，成立式(2)。不过，将下标Pk(0≦Pk≦TN、TN为最大抽样数)设为检测之际的抽样编号。

[数学式2]

${\mathrm{cos\θ}}_{Pk}=\frac{V_{Pk}}{RV}$ ···式(2)

于下式(3)揭示三角函数的基本公式。

[数学式3]

cos²θ_Pk+sin²θ_Pk-1＝0 ···式(3)

在上式(3)中代入式(1)、(2)，则成立下式(4)。

[数学式4]

${\left(\frac{V_{Pk}}{RV}\right)}^2+{\left(\frac{h}{{\mathrm{RH}}_{Pk}}\right)}^2-1=0$ ···式(4)

在此，于式(4)中，将作为未知数的列车速度RV与设置高度h，使用数学方法，例如，非线性最小平方法(式(5))来进行计算，藉此同时搜寻列车速度RV与设置高度h。该搜寻动由搜寻执行部31来进行。

[数学式5]

$(RV,h)=\underset{h,RV}{\mathrm{argmin}}\[\underset{Pk}{\Σ}{\{{\left(\frac{V_{Pk}}{RV}\right)}^2+{\left(\frac{h}{{\mathrm{RH}}_{Pk}}\right)}^2-1\}}^2\]$

···式(5)

图3的形象图，表示以非线性最小平方法所得的搜寻结果例。图3(a)以二维表示等高线形式的图表。图3(b)以三维表示的图表。在此，当设列车速度50km/h、设置高度0.8m的情况下，以上述的非线性最小平方法表示搜寻这些的例子。如图所示，当作为未知数的列车速度RV与设置高度h代入至规定范围即搜寻范围时，检测收敛点(最小値)。对应该收敛点(最小値)的列车速度RV与设置高度h为成为要求出之值。搜寻范围存储在预先所设定的搜寻设定部32中。另外，作为用来搜寻的数学方法，除了非线性最小平方法以外，例如还有模拟退火法(Simulated Annealing)、或是爬山算法(hill climbing)等手法。

通过以上所述的方法，在不影响到设置高度h或倾斜角θ变化的情况下，将可根据距离信息RH及速度信息计算出列车速度RV。此外，由于也可计算出设置高度h，因此可检测道床90的凹凸变化或异常。

据上所述，整理本实施方式的效果如下。

(1)当道碴(铺石)的铺设方法并未依照区域空间而统一的环境下，例如，只有特定区间，道碴并未铺设到枕木高度为止等等的环境下，即便是恒定变化，多普勒雷达型传感器20的设置高度h的情况下，仍可假设、吸收设置高度h的变化，在进行高度估计的同时，达到提升速度精度的目的。

(2)即便是如积雪环境般，无法判断是由何处反射的情况下，由于所使用的速度信息为与距离信息具有关连性，因此相较于仅仅使用速度信息的情况下，可达到提升速度精度的目的。

(3)由于亦估计有设置高度h，因而可检测道床90等地面环境的凹凸变化。从而，可早期进行安全对策的确认作业。

(4)即使多普勒雷达型传感器20的倾斜角，因行驶中的震动或冲击而偏移的情况下，由于在计算中取消倾斜角，因此可排除偏移的影响。

以上，依据实施方式说明本发明。该实施方式仅为示例，同业者应当可理解的是，可这些各个构成要素进行组合，以构成各式各样的变形例，此外，该等变形例应该在本发明的范围之中。

符号说明

1 列车

2 底面

10 传感器检测部

11 距离信息检测部

12 速度信息检测部

20 多普勒雷达型传感器

30 搜寻部

31 搜寻执行部

32 搜寻设定部

33 搜寻信息存储部

40 车辆控制部

41 列车速度部

42 位置信息部

43 通讯处理部

80 指令部

90 道床

91 轨道

Claims (6)

1.一种列车状态检测装置，其特征在于，具备：

多普勒雷达型传感器，其将对道床呈规定的倾斜角作为送出波的照射方向，而设置于列车底部；

计测値获取部，其获取通过所述传感器所算出的直到反射位置为止的斜向距离、以及所述照射方向的斜向速度；

搜寻部，其依据所述斜向距离与所述斜向速度，基于规定的数学方法，求出由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度。

2.根据权利要求1所述的列车状态检测装置，其特征在于，作为所述数学方法，所述搜寻部为用下式〔数式1〕，求出由所述道床至所述传感器为止的最小高度、以及所述列车水平方向的速度，

〔数式1〕

f(RV、h)＝((V/RV)²+(h/RH)²-1)²

式中、

V：通过多普勒雷达型传感器所检测出的斜向速度，

RH：通过多普勒雷达型传感器所检测出的斜向距离，

h：道床至传感器为止的高度，

RV：列车水平方向的速度。

3.根据权利要求1或2所述的列车状态检测装置，其特征在于，关于由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度的搜寻范围，与列车位置相关连而设定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的列车状态检测装置，其特征在于，具备当搜寻结果产生特异値时，通知至外部指令部的通讯处理部。

5.根据权利要求4所述的列车状态检测装置，其特征在于，所述通讯处理部由外部指令部接收所述搜寻范围的指示。

6.一种列车状态检测方法，其特征在于，具备：

计测値获取步骤，获取通过多普勒雷达型传感器所算出的的直到反射位置为止的斜向距离、以及所述照射方向的斜向速度，所述多普勒雷达型之传感器将对道床呈规定的倾斜角作为送出波的照射方向，而设置于列车底部；

搜寻步骤，依据所述斜向距离与所述斜向速度，基于规定的数学方法，求出由所述道床至所述传感器为止的高度、以及所述列车水平方向的速度。