CN108556876B - 一种列车测速测距设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种列车测速测距设备及方法，该装置包括高频相机、图像识别模块、逻辑处理模块、数据输出接口组成；其中高频相机安装在列车运行方向中轴线的列车下方，每隔固定的周期垂直向下拍摄轨道的照片，利用轨道之间的按标准周期分布的地面结构，运用图像识别模块，根据实际和照片内物体的比例，计算出相邻两张图片的位移差；逻辑处理模块根据高频相机拍照频率和图像识别模块求出的位移差计算运行速度，根据列车的制动牵引性能和拍照周期，进行逻辑检查，若速度发生突变则输出检修消息，若速度为负值则输出溜车消息；数据输出接口主要功能是与车载设备进行通信，输出输入相应测速测距信息。本发明的装置具有良好的测速测距实时性；能快速测出列车对地面的速度；与传统的轮轴速度传感器结合还能检测列车是否空转；测量列车对地的速度，解决了雷达传感器受气候环境和地形干扰的问题，地面应答器实时性的问题；且为非接触式测量方式，检测维修方便。

Description

一种列车测速测距设备及方法
技术领域
本发明属于轨道交通领域列车测速定位的一种方法，能够利用高频相机和轨面的轨枕或固定装置，实时计算列车对地面的速度和位置，还能检测列车是否溜车等功能，与传统的轮轴测速结合还能检测列车是否发生空转打滑。
背景技术
目前列车测速测距主要是通过安装在车轮的轮轴传感器和地面测速雷达或地面应答器等几种方式的组合。
轮轴传感器测量的是车轮相对轨道的速度，无法检测列车是否空转打滑，且需要根据车轮的磨损情况进行轮径校准，列车运行距离越长，测距误差越大。雷达测速电磁波传播容易受到天气变化的干扰，对复杂的地形适应性较差。地面应答器测速成本高，维修检查繁杂，且也存在着实时性的问题，只有在列车通过应答器的时候才能测速测距。
为了测量列车对地面的速度，克服轮轴传感器的缺点；提高测速测距的实时性；减少地面测速设备以及地面设备的维护工作。该发明提出一种列车测速测距的方法，能够实时测量列车运行的速度，无需地面测速测距设备，实时检测列车是否溜车，与传统的轮轴测速结合还能检测列车是否发生空转打滑。且该装置只需安装在列车上，便于维护。
发明内容
本发明的方法是利用安装在列车运行方向中轴线的高频相机和相应的数据处理装置构成一个测速测距单元，每隔固定的时间垂直向下拍摄轨道的照片。区分轨道的轨枕或者轨道固定装置实时计算列车的速度。假设高频相机的拍摄频率为f。以有砟轨道的轨枕为例，但不限于轨枕，说明原理。
原理如图1所示：
以我国的标准轨距为例，虚线框照片内的轨距有固定的规范，以轨距为标尺，可以根据照片内轨距对应的像素的比例，利用智能图像识别技术，计算出x1和x2的实际长度。则一个测速周期列车运行的距离为x1-x2.
一个测速单元的测速周期列车的速度为v＝(x1-x2)f。
通过判断x1和x2的大小关系可以判断列车是否溜车。
1.若出现无法识别的地面轨面路况，如铁路和公路交叉处轨枕上覆盖有橡胶的轨道。则根据上一个时刻的速度和下一时刻的速度来求取平均运行速度，利用无法识别的图片张数判断列车运行的时间，计算列车的运行距离Δs。
Figure GDA0002132652750000011
Δs：为无法识别的区段长度。
v1：为进入无法识别区上一时刻测得的速度。
v2：为刚出无法识别区的测得的速度。
n：为无法识别区的张数。
2.在轨道弯曲的路段，轨枕不完全平行的路段的处理。以上海轨道交通4号线为例，最小曲线半径为150m，假设采用轨枕铺设标准为1km铺设1820根轨枕，轨枕长度为2.5m，则轨枕中心线平均间距为0.54945m。则轨枕外侧壁轨枕内侧多出的距离为Δx，约为0.9cm。
Figure GDA0002132652750000021
轨枕上表面的宽度是Δx的十倍以上，以轨枕弯道处近圆心侧的同一点在相邻两帧图片的位移差确定列车在弯道处的位移。
3.在有轨道交叉的道岔区段。只计算照片左右铁轨边界之间的轨枕，对轨枕之间的道岔不做计算。若无法识别，则用上述方法1处理。
4.在照明条件不好的区段，如隧道或者夜晚，使用红外相机，或者在安装高频相机附近添加光源。
5.在无咋轨道上。如图2所示，可以使用无砟轨道的轨道固定装置计算相邻图片列车移动的速度和距离。
6.假设列车运行最高速度为vmax，便于区分相邻照片图片枕木的位置，相机最小频率fmin满足：
Figure GDA0002132652750000022
A为列车在最高速度运行下相邻图片的最大实际位移差，且确保每根轨枕都能拍到的相邻轨枕最大位移差。
7.假设列车最高速度为160km/h约44.4m/s。高频相机拍照频率为44.4/0.12(假设最大实际位移差为轨枕上表面的实际宽度)＝370以上。具有良好的实时性。当测速测距单元速度出现突变，超过列车正常牵引制动范围时可以输出检修的指令，便于维护。
8.与轮轴传感器输出的数据进行对比，可以检测列车是否空转。
9.由于轨枕每公里铺设的数量有工程标准，可以每隔固定的周期输出列车经过的轨枕数量，判断列车运行的距离。
10.由于该测速测距装置测速频率较高，为了减小输入到车载设备的信息量，可以根据固定的周期如200ms发送一次速度给车载设备。
11.发明是利用照片内像素，标准轨距和实际的比例关系，即使车轮轮径磨损，相应的照片像素和标准轨距的比例也会及时调整，减小了车轮轮径磨损对测速测距的影响。
12.本发明可以根据铁路双轨标准间距的实际距离和照片轨距的比例关系计算照片内物体的实际距离，该测速测距方式不受列车轨枕间距和轨枕上表面宽度影响。
13.本发明是非接触式测速测距方式，测速测距快捷方便。
本发明的有益效果如下：
本发明的设备及方法能够实时测量列车对地面的速度和运行距离，与传统的列车测量对地面速度的雷达测速相比，具有优越的实时性，能够实现全线测速；还能测量列车运行的距离；安装在列车上，便于检测和维护。与地面应答器相比，除了具有良好的优越性外，能够实现全线测速；和地面设备相比维修便捷，无需维护工人进入运行的轨道检测维修，减少了对正常列车运行维护的干扰。
附图说明
图1是连续两张相邻图片原理示意图，虚线框内为高频相机拍摄的图片，图1左图为第一张照片，图1右图为第二张照片。x1为左边图片照片下边缘至下方轨枕上部的距离，x2为左边图片照片下边缘至下方轨枕上部的距离。
图2为无咋轨道原理示意图，虚线框内为高频相机拍摄的图片。
具体实施方式
列车开始运行，该测速测距单元启动，根据列车在线路运行的最高时速设置拍照的固定频率。识别相邻第一张照片中轨枕和相邻第二张轨枕位置的差值，计算出列车相邻两张照片移动的距离，计算列车运行的速度。接入列车车载接口，显示列车运行的速度。
本文中所采用的描述方位的词语“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。
对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，实际列车运行情况复杂，这里无法对所有的细节加以说明，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种列车测速测距方法；方法如下
利用安装在列车运行方向中轴线的列车上的测速测距单元装置，该装置主要包括高频相机、图像识别模块、逻辑处理模块、数据输出接口组成；其中高频相机每隔固定的周期垂直向下拍摄轨道的照片，利用轨道之间的按标准周期分布的地面结构，运用图像识别模块，根据实际比例，计算出相邻两张图片的位移差；逻辑处理模块计算运行速度，根据列车的制动牵引性能和拍照周期，进行逻辑检查，若速度发生突变则输出检修消息，若速度为负值则输出溜车消息；数据输出接口主要功能是与车载设备进行通信，输出输入相应测速测距信息。
2.如权利要求1所述的方法，可以在高频相机附近添加辅助光源，增加该设备使用的场景。
3.如权利要求1所述的方法，利用图像识别模块区分轨枕或者轨道固定装置。
4.如权利要求1所述的方法，不实时计算相邻两张图片的距离，间隔固定周期计算速度，计算速度和列车运行距离。
5.如权利要求1所述的方法，改变高频相机的角度。
6.如权利要求1所述的方法，利用多台相机依次间隔拍照取代高频相机。
7.如权利要求1所述的方法，无铁轨的磁浮，也可根据磁浮线下的周期性铺设的地面结构，计算列车的速度。
8.如权利要求1所述的方法，使用红外高频相机。
9.如权利要求1所述的方法，图像识别模块和逻辑处理模块结合。
10.如权利要求1所述的方法，图像识别模块识别有砟轨道轨枕之间的石头或无砟轨道相邻轨道固定装置，包括但不限于固定的柳钉、螺母、锁扣。
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