CN109050584B - 一种基于无线应答的轨道车辆测速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，将应答式定位的应答器布置于轨道一侧并固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置；列车上设置至少两个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置；阅读器包括高速阅读器和低速阅读器，高速阅读器和低速阅读器存在工作状态的切换。本发明通过列车上设置显著不同覆盖面积的阅读器，进行高速和低速应答式定位测速，在控制成本的基础上提高了系统定位测速的精度。

Description

一种基于无线应答的轨道车辆测速方法
技术领域
本发明涉及一种基于无线应答的轨道车辆测速方法。
背景技术
目前，关于轨道车辆的定位测速方法有很多，包括相对测速和绝对测速。其中相对测速又包含感应回线测速/轨枕计数测速/齿槽检测测速/多普勒雷达测速。绝对测速包含GNSS的卫星定位/应答器式绝对定位/脉宽编码或感应编码的绝对定位等。但是上述方法都存在各种技术缺陷或成本劣势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过列车上设置显著不同覆盖面积的阅读器，进行高速和低速应答式定位测速，提高系统定位测速的精度，同时成本并不会明显增加。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，将应答式定位的应答器布置于轨道一侧并固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置；
列车上设置至少两个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置；
阅读器包括高速阅读器和低速阅读器，高速阅读器和低速阅读器存在工作状态的切换：
在无线应答检测相对速度&绝对位置时，高速阅读器工作，以高速阅读器读取速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位/测速结果基于低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，测速系统切换到D值较大阅读器定位/测速结果基于高速阅读器计算；
在无线应答仅检测绝对位置时，独立相对测速装置默认工作，以其测得速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位结果基于D值较小阅读器低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，定位系统切换到D值较大阅读器定位结果基于D值较小阅读器或低速阅读器计算。
作为优选方式，应答器为RFID。
作为优选方式，高速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较大的阅读器，读卡距离5M以上，用于车辆高速时有足够的时间读出应答应答器的信息。
作为优选方式，低速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较小的阅读器，读卡距离1M以内，用于车辆低速时减小测速误差。
作为优选方式，高速阅读器和低速阅读器的读卡距离(即阅读器的天线覆盖情况，图中D1/D2值)调整可以通过调整阅读器的天线增益实现。
本发明的有益效果是：
通过列车上设置显著不同覆盖面积的阅读器，进行高速和低速应答式定位测速，在控制成本的基础上提高了系统定位测速的精度。
附图说明
图1为应答式定位原理图(无线应答检测相对速度&绝对位置)；
图2为应答式定位原理图(无线应答检测绝对位置)；
图3为本发明示意图(无线应答检测相对速度&绝对位置)；
图4为本发明示意图(无线应答检测绝对位置)。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
轨道车辆的定位测速方法包括相对测速和绝对测速。其中相对测速又包含感应回线测速/轨枕计数测速/齿槽检测测速/多普勒雷达测速。绝对测速包含GNSS的卫星定位/应答器式绝对定位/脉宽编码或感应编码的绝对定位等。本发明涉及的是一种基于应答式绝对定位的轨道车辆，比如基于RFID的测速定位。
应答式定位：
应答器：由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，固定安装在轨道一侧，应答器的信息表征了应答器所处的位置等信息。
阅读器：由天线，耦合元件，芯片组成，读取(有时还可以写入)应答器(标签)信息的设备，一般阅读器安装在车辆一侧。
多个应答器布放在轨道一侧，一个或以上的阅读器布放在车辆一侧，通过阅读器读取轨道应答器的内容，可探知应答器的绝对位置和读取时间点，从而推算出车辆的速度，进而推算绝对位置。也可以仅推算绝对位置。
按照应用类型，可分为如下两种方式：
1)当无线应答作为相对测速和绝对定位的唯一手段(如图1所示，应答式定位原理图(无线应答检测相对速度&绝对位置))
此时阅读器读取应答器的信息，记录应答器的特征编号以及读取时间点，即可知绝对位置和读卡时间，假设阅读器读取第一个应答器的时间是T1，绝对位置是P1，读取第n个应答器的时间是Tn，绝对位置是Pn。
则可知速度为：
Figure BDA0001769285000000031
假设当前时间是Td，可以推算阅读器当前所处的绝对位置：
Pd＝Pn+Vd*(Td-Tn)
当前这种方法的缺陷在于：
假设车辆的速度是V，阅读器映射到应答器平面的读写有效范围是D，读取时间是Tr，应答器之间的距离是s，读取应答器的理想时间间隔是Tj，阅读器天线覆盖到第一个应答器的时间是T0，则：
Figure BDA0001769285000000032
实际系统中，d值可以预先准确测量，Tj值的误差会受读写时间和范围的影响；
读取到应答器1的时间是：
Figure BDA0001769285000000033
读取到应答器2的时间是：
Figure BDA0001769285000000034
因为设计时要保证D/V>Tr，因此应答器之间的读写时间间隔最大和最小情况如下：
Figure BDA0001769285000000035
Figure BDA0001769285000000036
可见，时间误差为：
Figure BDA0001769285000000041
Tr为系统固定参数，为了保证D/V>Tr，一般会设计D值较大，尽量增大读卡的有效距离。
但是，这种做法会造成列车特别在低速时，V值较小，时间误差D/V-Tr增加，考虑Tj>>(D/V-Tr),速度误差简单计算为：
Figure BDA0001769285000000042
考虑主要影响因素，则绝对位置值误差为：
ΔP＝ΔV(Td-Tn)+V*ΔT
考虑Td时间，在区间内一直增长，绝对位置得累计误差会越来越大。
2)当无线应答作为绝对定位的手段，其他相对测速装置测定速度，即测定速度由其他装置提供，如图2所示为应答式定位原理图(无线应答检测绝对位置)。其测速由其他定位装置取得，考虑可以准确测量出速度V，则考虑主要影响因素，则绝对位置值误差为：
ΔP＝V*ΔT
由上面的问题可以总结：降低测速和定位误差的手段，采用降低ΔT，由于
Figure BDA0001769285000000043
降低天线覆盖范围，即D值减小是关键。而为了保证高速情况下，D/V>Tr，D值一般选取又比较大，会明显增大低速情况下的ΔT。本发明通过列车上设置显著不同覆盖面积(即D值)的阅读器，进行高速和低速应答式定位/测速，可以明显降低低速时的D值，进而降低定位测速误差。
如图1所示，一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，将应答式定位的应答器布置于轨道一侧并固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置；
列车上设置至少两个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置；
阅读器包括高速阅读器和低速阅读器，高速阅读器和低速阅读器存在工作状态的切换：
在无线应答检测相对速度&绝对位置时，D值最大的阅读器或高速阅读器工作，以高速阅读器读取速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位/测速结果基于D值较小阅读器或低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，测速系统切换到D值较大阅读器定位/测速结果基于高速阅读器计算；
在无线应答仅检测绝对位置时，独立相对测速装置默认工作，以其测得速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位结果基于D值较小阅读器低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，定位系统切换到D值较大阅读器定位结果基于D值较小阅读器或低速阅读器计算。
在一个优选实施例中，应答器为RFID。
在一个优选实施例中，高速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较大的阅读器，读卡距离5M以上，用于车辆高速时有足够的时间读出应答应答器的信息。
在一个优选实施例中，低速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较小的阅读器，读卡距离1M以内，用于车辆低速时减小测速误差。
在一个优选实施例中，高速阅读器和低速阅读器的读卡距离(即阅读器的天线覆盖情况，图中D1/D2值)调整可以通过调整阅读器的天线增益实现。
下面结合图3和图4进行说明，应答式定位的应答器布置于轨道一侧固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置。列车上设置一个多个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置。
车辆上设置不同种类的阅读器。
天线覆盖半径较大的阅读器，比如读卡距离5M以上，用于车辆高速时有足够的时间读出应答应答器的信息。
天线覆盖半径较小的阅读器，比如读卡距离1M以内，用于车辆低速时减小测速误差。
上述两种或以上种类的阅读器，存在工作状态的切换：
在无线应答检测相对速度&绝对位置时，D值最大的阅读器默认工作，以其读取速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时，测速结果基于D值较小阅读器估算。当检测到车辆速度较高时，测速系统切换到D值较大阅读器。
在无线应答仅检测绝对位置时，独立相对测速装置默认工作，以其测得速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时，测速结果基于D值较小阅读器估算。当检测到车辆速度较高时，测速系统切换到D值较大阅读器。上述两种或以上种类的阅读器，存在工作状态的切换：
在无线应答检测相对速度&绝对位置时，D值最大的阅读器默认工作，以其读取速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位/测速结果基于D值较小阅读器估算。当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，测速系统切换到D值较大阅读器。
在无线应答仅检测绝对位置时，独立相对测速装置默认工作，以其测得速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时(比如小于30KM时)，定位结果基于D值较小阅读器估算。当检测到车辆速度较高时(比如大于等于30KM时)，定位系统切换到D值较大阅读器。
同时，上述两种或以上种类的阅读器的读卡距离(即阅读器的天线覆盖情况，图中D值)，其调整可以通过调整阅读器的天线增益实现。
更优选地，可以通过车辆上设置多个远距离阅读器和近距离阅读器，通过同一种类多个阅读器实现对同一应答器的多次读取，通过判断阅读器之间的距离和读取时间，也可以推导出车辆速度。这样做可以降低应答器的密度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，其特征在于：将应答式定位的应答器布置于轨道一侧并固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置；
列车上设置至少两个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置；
阅读器包括高速阅读器和低速阅读器，高速阅读器和低速阅读器存在工作状态的切换：在无线应答检测相对速度&绝对位置时，高速阅读器工作，以高速阅读器读取速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时，定位/测速结果基于低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时，测速系统切换到高速阅读器定位/测速结果基于高速阅读器计算；
在无线应答仅检测绝对位置时，独立相对测速装置默认工作，以其测得速度作为判断条件，当检测到车辆速度较低时，定位结果基于低速阅读器计算；当检测到车辆速度较高时，定位系统切换到高速阅读器定位结果基于低速阅读器计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，其特征在于：应答器为RFI D。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，其特征在于：高速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较大的阅读器，读卡距离5M以上，用于车辆高速时有足够的时间读出应答应答器的信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，其特征在于：低速阅读器包括天线、耦合元件和芯片，天线覆盖半径较小的阅读器，读卡距离1M以内，用于车辆低速时减小测速误差。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，其特征在于：高速阅读器和低速阅读器的读卡距离调整可以通过调整阅读器的天线增益实现。
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