CN109383559B - 列车来临预警装置与方法 - Google Patents
列车来临预警装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109383559B CN109383559B CN201710692212.4A CN201710692212A CN109383559B CN 109383559 B CN109383559 B CN 109383559B CN 201710692212 A CN201710692212 A CN 201710692212A CN 109383559 B CN109383559 B CN 109383559B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- train
- window
- early warning
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 69
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 69
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 125000000205 L-threonino group Chemical group [H]OC(=O)[C@@]([H])(N([H])[*])[C@](C([H])([H])[H])([H])O[H] 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
- B61L1/10—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by electromagnetic radiation; actuated by particle radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了一种列车来临预警装置与方法，属于列车到达预警领域。所述列车来临预警装置包括用于设置在待检测轨道的侧面的列车检测装置和设置在施工处的声光报警器，声光报警器与列车检测装置的距离为2‑3公里；列车检测装置包括壳体，壳体内设置有磁感应模块、数据处理模块、无线发送模块；壳体的外部上方设置有光电感应模块，光电感应模块包括两个光电传感器，磁感应模块、光电感应模块均连接至数据处理模块的输入端，数据处理模块的输出端连接至无线发送模块；声光报警器包括无线接收模块和与无线接收模块连接的报警模块；无线发送模块和无线接收模块均为433无线模块。本发明的误报率低，可长距离信息传递，还可以检测列车行车方向。
Description
技术领域
本发明涉及列车到达预警技术领域，特别是指一种列车来临预警装置与方法。
背景技术
铁路上的道轨、道基、信号设备、管线等需要经常维护，在铁路上从事维护工作存在很大的危险，经常出现铁路维护人员被过往列车撞伤甚至撞死的事故。目前铁路上的列车很多，也很快，特别是高铁线路上尤其如此。列车全面提速的大局势已经形成，这对预警系统提出了更高要求，以保障铁路个沿线人员的人身安全。然而，目前实际应用的预警方式大多采用人工预警、计算时段限速限时等方法，不仅低效，同时也不具有高可靠性，迫切需要设计一种新型的预警系统，来解决这一现状。
申请号为200910309382.5的发明专利，公开了一种防误检环形线圈车辆检测器，该专利的主要原理是电磁感应，由于线圈间的串扰、馈线过长、接触不良、线圈附近存在含铁量高的金属(如地下井盖等)以及某些车的特殊性(如大车的底盘高、车体铁质材料不均匀等)，可能会出现系统漏报或误报。另外，当检测装置附近含铁质物质较多或在位于并列的多条轨道时，系统误报的可能性会提高；该专利的检测装置置于车辆通过的轨道上，这种布置方式会危及行车安全，不能用于火车来临预警；列车来临预警装置一般用于列车铁轨施工，为保证施工顺畅，应当保证列车开往施工队方向的列车报警，而远离施工队方向的列车则无需报警，且该专利不能检测车辆的行车方向。
申请号为201220092252.8的实用新型专利，公开了一种列车到达预警系统，该专利的检测传感器选择三轴加速度传感器，当列车来临时，常常会涉及很多震动源，如施工修理造成的震动或是其他车道列车驶过等，这些因素很可能造成误报；该专利中报警信息采用zigbee通信协议，该通信协议是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是近距离、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，显然，不能满足长距离的信息传递；并且，该实用新型也不能检测火车的行车方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种误报率低，可长距离信息传递，可检测列车行车方向的列车来临预警装置与方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，提供一种列车来临预警装置，包括列车检测装置和声光报警器，其中：
所述列车检测装置用于设置在待检测轨道的侧面，所述声光报警器用于设置在施工处，所述声光报警器与列车检测装置的距离为2-3公里；
所述列车检测装置包括壳体，所述壳体内设置有磁感应模块、数据处理模块、无线发送模块和蓄电池，所述磁感应模块为位于所述壳体内部上方的磁传感器，所述磁传感器为三轴磁传感器；
所述壳体的外部上方设置有光电感应模块，所述光电感应模块包括两个光电传感器，两个光电传感器设置在所述壳体的前端两侧，所述磁感应模块、光电感应模块均连接至所述数据处理模块的输入端，所述数据处理模块的输出端连接至所述无线发送模块；
所述声光报警器包括无线接收模块和与所述无线接收模块连接的报警模块；
所述无线发送模块和无线接收模块均为433无线模块。
进一步的，所述数据处理模块包括为所述磁感应模块、光电感应模块、数据处理模块和无线发送模块提供电压的电源管理电路和分析所述磁感应模块的信号和光电感应模块的信号的主控芯片电路。
进一步的，两个光电传感器对称位于所述壳体的上方，所述光电传感器距离所述壳体的侧边5-10cm。
进一步的，所述壳体的侧面设置有指示灯和品字电源接口，所述壳体的底部设置有手柄；
所述报警模块包括报警灯和/或喇叭。
另一方面，提供一种上述的列车来临预警装置的预警方法，包括：
步骤1：所述列车检测装置通过所述磁感应模块和光电感应模块检测列车来临信号，得到磁感应信号和光电感应信号，并将所述磁感应信号和光电感应信号传递至所述数据处理模块；
步骤2：所述数据处理模块基于自身误差和环境干扰对磁感应信号进行数据修正，并对磁感应信号进行初次中值平均滤波；
步骤3：所述数据处理模块对初次中值平均滤波后的磁感应信号进行局部巴特沃兹滤波，实现接收数据的同时进行滤波，得到最终的磁感应信号；
步骤4：所述数据处理模块将最终的磁感应信号与动态基准值进行比较，判断火车来临信号，并将火车来临信号发送至所述声光报警器；
步骤5：接收火车来临信号并将信号传递至所述报警模块，实现报警。
进一下的，所述步骤2包括：
步骤21：建立磁感应信号的误差模型为：
Hm＝CsiCn(CsHi+bh)+b。+ε(1)
其中，Hm是磁传感器的输出值，Hi是磁传感器没有误差影响条件下的磁场矢量，Csi表示灵敏度误差矩阵，Cn表示非正交误差矩阵，Cs表示软磁误差矩阵，bh表示硬磁误差矢量，bo表示偏置误差矢量，ε表示高斯白噪声，由此得到磁传感器误差补偿模型为：
Hi＝C-1(Hm-b-ε) (2)
其中，C表示Csi、Cn、Cs三个矩阵的乘积，b表示CsiCnbh+bo；
步骤22：根据椭圆方程进行最小二乘拟合，得到：
Hi TEHi+(2F)THi+G＝0 (3)
其中，磁传感器输出的磁场矢量为Hi＝[XiYiZi]T，Xi、Yi、Zi是磁场强度投影为三维坐标轴的三个方向的强度，E是椭圆方程部分参数构成的矩阵，F也是椭圆方程剩下参数构成的矢量，G为常数，将公式(3)转化为：
(Hi-ω)TK(Hi-ω)＝1 (4)
其中，ω＝-E-1F，矩阵
步骤23：令M＝KHi 2，对M进行奇异值分解，得到M＝UAVT，因此，最终得到对磁感应信号进行数据修正的补偿方程：
进一步的，所述步骤2中，所述中值平均滤波进一步为：规定一个的窗口长度w1，随着传感器的数据积累，数据不断向窗口中填充，当窗口未填满的时候，得到的数据会不断的填入窗口中；当窗口填满的时候，计算该窗口中的平均值作为这个窗口内的滤波结果，之后，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，并在这个新得到的窗口中计算这个窗口的滤波结果，最后将所有滤波结果顺序排列起来，即得到整体的中值平均滤波结果。
进一步的，所述步骤3中，所述局部巴特沃兹滤波进一步为：规定一个窗口长度w2，当窗口初次积累满的时候，进行第一次对这个窗口的巴特沃兹滤波，把最终得到的结果作为初始结果，之后，窗口不断向后滑动，每滑动一次，就对得到的窗口进行巴特沃兹滤波，并将得到结果的最后一个数作为该窗口的局部巴特沃兹滤波的结果，最终将得到的所有结果顺序排列，即得最后的滤波结果。
进一步的，所述步骤4中，所述动态基准值的计算过程为：规定一个窗口的长度为w3，根据中值平均滤波过后的结果计算局部波动性，将描述局部波动性的值不断地去填充窗口，当窗口填满后，对窗口中的值由小到大进行排序，选取排序结果的前n个值，取它们的平均值作为这一时刻的动态基准值，在此之后，每次磁传感器得到一次数据，窗口就向后滑动一位，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，更新此时刻的动态基准值。
进一步的，所述步骤4中判定列车来临的标准计算公式为：
judgej＝(Var_arrj-adaptive_thresi)/mean(min_v) (6)
其中，judgej为最终判定值，var_arrj为一个局部窗口内的方差，adaptive_thresj为动态基准值，min_v为一个全局的最小方差数组，反映一段时间的环境状况。
本发明具有以下有益效果：
本发明的列车来临预警装置，在使用时，列车检测装置的磁感应模块和光电感应模块检测实时的列车来临信号(是否列车经过以及来临方向)，并传递至数据处理模块，数据处理模块对列车来临信号进行处理，判断火车来临信号，并将火车来临信号通过无线发送模块发送至声光报警器的无线接收模块，最后无线接收模块将信号传递至报警模块，实现报警。
本发明的列车来临预警装置操作简单，便于携带，列车检测装置设置在待检测轨道的侧面，不妨碍轨道的正常运行；声光报警器和列车检测装置之间采用433无线模块，433无线模块是一种很好的远距离无线通讯模块，波长较长，衍射能力较好，传输距离长，在高楼林立的城市地区可传输2到3公里，在空旷地带，传输最远可达8公里，可以在较远的距离外检测列车是否来临；本发明采用磁传感器利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，相比于仅仅依靠电磁感应原理实现的线圈，检测更加准确，磁传感器为三轴传感器，抗干扰能力更强，误报率低。
本发明的壳体的外部上方设置有两个光电传感器，可协助判断列车来临的方向，确定检测范围，能够做到只有特定车道，特定运行方向的列车才会引起报警。
附图说明
图1为本发明的列车来临预警装置的结构示意图；
图2为本发明的列车来临预警装置的连接关系示意图；
图3为本发明的列车来临预警装置的预警方法的流程图；
图4为本发明的局部巴特沃兹滤波结果与传统的巴特沃兹滤波结果对比图，其中，(a)为原始数据，(b)为传统的整体巴特沃兹滤波结果，(c)为本发明的局部巴特沃兹滤波结果。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种列车来临预警装置，如图1-2所示，包括列车检测装置1和声光报警器2，其中：
列车检测装置1用于设置在待检测轨道的侧面，优选的，可以设置在待检测轨道旁3-8m处，声光报警器2用于设置在施工处，提醒安全人员进行安全撤离，声光报警器2与列车检测装置1的距离为2-3公里；
列车检测装置1包括壳体3，壳体3内设置有磁感应模块、数据处理模块5、无线发送模块6和蓄电池7，磁感应模块4为位于壳体3内部上方的磁传感器4，磁传感器4为三轴磁传感器；
壳体3的外部上方设置有光电感应模块，光电感应模块包括两个光电传感器8，两个光电传感器8设置在壳体3的前端两侧，即两个光电传感器8之间的连线平行于待检测轨道方向，磁感应模块、光电感应模块均连接至数据处理模块5的输入端，数据处理模块5的输出端连接至无线发送模块6；
声光报警器2包括无线接收模块和与无线接收模块连接的报警模块；
无线发送模6块和无线接收模块均为433无线模块。
本发明的列车来临预警装置，在使用时，列车检测装置的磁感应模块和光电感应模块检测实时的列车来临信号，并传递至数据处理模块，数据处理模块对列车来临信号进行处理，判断火车来临信号(是否列车经过以及来临方向)，并将火车来临信号通过无线发送模块发送至声光报警器的无线接收模块，最后无线接收模块将信号传递至报警模块，实现报警。
本发明的列车来临预警装置操作简单，便于携带，列车检测装置设置在待检测轨道的侧面，不妨碍轨道的正常运行；声光报警器和列车检测装置之间采用433无线模块，433无线模块是一种很好的远距离无线通讯模块，波长较长，衍射能力较好，传输距离长，在高楼林立的城市地区可传输2到3公里，在空旷地带，传输最远可达8公里，可以在较远的距离外检测列车是否来临；本发明采用磁传感器利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，相比于仅仅依靠电磁感应原理实现的线圈，检测更加准确，磁传感器为三轴传感器，抗干扰能力更强，误报率低。
本发明的壳体的外部上方设置有两个光电传感器，两个光电传感器设置在所述壳体的前端两侧，即两个光电传感器之间的连线平行于待检测轨道方向，可协助判断列车来临的方向，确定检测范围，能够做到只有特定车道，特定运行方向的列车才会引起报警。光电传感器是利用漫反射原理实现的，当有物体从光电传感器前方运动而过的时候，会引起光电传感器收到的反射光有较大变化，进而引起光电传感器报警。因此，当有列车从本发明的装置前运行而过时，会先触发壳体一侧的光电传感器，然后才会再触发壳体另一侧的光电传感器，我们通过检测二者之间的时间差来判定列车的运行方向。另外，本装置采用的光电传感器距离可调，因此可以将整体的检测限定在一定的范围内而不受其他车道列车的影响。
进一步的，数据处理模块5优选包括为磁感应模块、光电感应模块、数据处理模块5和无线发送模块6提供电压的电源管理电路(未示出)和分析磁感应模块的信号和光电感应模块的信号的主控芯片电路(未示出)。电源管理电路可以保证蓄电池7以及列车检测装置1的日常供电，主控芯片电路分析磁感应模块采集的信号和光电感应模块采集的信号，并进行分析处理，主控芯片电路的具体结构，可采用本领域的常规设置。
进一步的，两个光电传感器8优选对称位于壳体3的上方，光电传感器8距离壳体3的侧边L为5-10cm，优选为6cm。值得注意的是，L的大小可根据壳体的大小灵活选定，不局限于本发明的范围。
优选的，壳体3的侧面设置有指示灯9和品字电源接口10，指示灯9可以包括故障及电池电量指示灯9-1和电源指示灯9-2，壳体3的底部设置有手柄11；
报警模块包括报警灯和/或喇叭，通过灯光和声音警示，告知安全人员。
另外，声光报警器2的外壳可以采用冷轧烤漆钢板。
另一方面，本发明还提供一种上述的列车来临预警装置的预警方法，如图3所示，包括：
S1：所述列车检测装置通过所述磁感应模块和光电感应模块检测列车来临信号，得到磁感应信号和光电感应信号，并将所述磁感应信号和光电感应信号传递至所述数据处理模块；
S2：所述数据处理模块基于自身误差和环境干扰对磁感应信号进行数据修正，并对磁感应信号进行初次中值平均滤波；
S3：所述数据处理模块对初次中值平均滤波后的磁感应信号进行局部巴特沃兹滤波，实现接收数据的同时进行滤波，得到最终的磁感应信号；
S4：所述数据处理模块将最终的磁感应信号与动态基准值进行比较，判断火车来临信号，并将火车来临信号发送至所述声光报警器；
S5：接收火车来临信号并将信号传递至所述报警模块，实现报警。
本发明的列车来临预警装置的预警方法，数据处理模块经过初次中值平均滤波、局部巴特沃兹滤波对磁感应信号进行处理，局部巴特沃兹滤波可以在不断接收数据的同时进行不断进行滤波处理，而不必等到把全部的数据收集齐再进行处理，可以实时监测列车来临信号；本发明处理后的最终信号跟动态基准值进行比较，动态基准值反映的是当前环境的整体情况，这样，可以避免静态阈值的缺点，能够让判定值根据当前的环境变化进行评判。
进一步的，S2包括：
步骤21：建立磁感应信号的误差模型为：
Hm＝CsiCn(CsHi+bh)+bo+ε (1)
其中，Hm是磁传感器的输出值，Hi是磁传感器没有误差影响条件下的磁场矢量，Csi表示灵敏度误差矩阵，Cn表示非正交误差矩阵，Cs表示软磁误差矩阵，bh表示硬磁误差矢量，bo表示偏置误差矢量，ε表示高斯白噪声，由此得到磁传感器误差补偿模型为：
Hi＝C-1(Hm-b-ε) (2)
其中，C表示Csi、Cn、Cs三个矩阵的乘积，b表示CsiCnbh+bo；
步骤22：根据椭圆方程进行最小二乘拟合，得到：
Hi TEHi+(2F)THi+G＝0 (3)
其中，磁传感器输出的磁场矢量为Hi＝[XiYiZi]T，Xi、Yi、Zi是磁场强度投影为三维坐标轴的三个方向的强度，E是椭圆方程部分参数构成的矩阵，F也是椭圆方程剩下参数构成的矢量，G为常数，将公式(3)转化为：
(Hi-ω)TK(Hi-ω)＝1 (4)
其中，ω＝-E-1F，矩阵
步骤23：令M＝KHi 2，对M进行奇异值分解，得到M＝UAVT，因此，最终得到对磁感应信号进行数据修正的补偿方程：
进一步的，S2中，中值平均滤波进一步为：规定一个的窗口长度w1，随着传感器的数据积累，数据不断向窗口中填充，当窗口未填满的时候，得到的数据会不断的填入窗口中；当窗口填满的时候，计算该窗口中的平均值作为这个窗口内的滤波结果，之后，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，并在这个新得到的窗口中计算这个窗口的滤波结果，最后将所有滤波结果顺序排列起来，即得到整体的中值平均滤波结果。
经过了中值平均滤波之后，一些情况下的得到的数值会得到较平滑的结果。但是在铁路周边时，经常会有铁路的机车用电，这些电都是高压交流电，因此，磁传感器在这种环境中采到的数据经常会带某些频率的分量。由此我们将这种类型的数据进行的巴特沃兹滤波，这种滤波可以去掉一些频率区间的频率成分，最终得到滤波之后的结果。但是，在使用巴特沃兹滤波器的时候，会存在一个问题，即，巴特沃兹滤波器的使用通常都是针对一个长时间的数据集，对于这个长时间的数据集整体进行滤波操作，而没有办法边收数据边滤波。当然，我们可以先事先采集好全部数据之后在后续进行巴特沃兹滤波处理，但这个时候，火车早就开过了检测区域，这种滤波方法是非常缺乏实时性的。
优选的，S3中，局部巴特沃兹滤波进一步为：规定一个窗口长度w2，当窗口初次积累满的时候，进行第一次对这个窗口的巴特沃兹滤波，把最终得到的结果作为初始结果，之后，窗口不断向后滑动，每滑动一次，就对得到的窗口进行巴特沃兹滤波，并将得到结果的最后一个数作为该窗口的局部巴特沃兹滤波的结果，最终将得到的所有结果顺序排列，即得最后的滤波结果。
这种局部巴特沃兹滤波方法可以在不断接收数据的同时不断进行滤波操作，而不必等到把全局的数据收集齐。同时，巴特沃兹滤波之后的数据开头的一部分数据是与整体的数据值的范围相差很多的。与仅仅针对各个局部进行巴特沃兹滤波的方法相比，我们提出的局部巴特沃兹滤波，连接更平滑，不会出现于整体相差甚远的值，通过该方法得到的滤波结果与对整体进行巴特沃兹滤波的结果非常相近。
如图4为本发明的局部巴特沃兹滤波结果与传统的巴特沃兹滤波结果对比图，图4(c)的局部巴特沃兹滤波结果很好的逼近整体巴特沃兹滤波结果，并且局部巴特沃兹滤波将整体数据的处理变成了可实时处理，有助于实时处理具有高频噪声的情况，节省时间，提高了效率。
优选的，S4中，动态基准值的计算过程为：规定一个窗口的长度为w3，根据中值平均滤波过后的结果计算局部波动性，将描述局部波动性的值不断地去填充窗口，当窗口填满后，对窗口中的值由小到大进行排序，选取排序结果的前n个值，取它们的平均值作为这一时刻的动态基准值，在此之后，每次磁传感器得到一次数据，窗口就向后滑动一位，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，更新此时刻的动态基准值。
动态基准值反映的是当前环境的整体情况，当磁场环境比较杂乱的时候动态基准值就会较高，当磁场环境比较干净的时候，动态基准值就会较低。这样，我们计算的标准值只需和这个动态基准值相比即可，这样，就避免了静态阈值的缺点，能够让判定值根据当前的环境的变化，选择一个合适的基准值来进行评判。
作为本发明的一种改进，S4中判定列车来临的标准计算公式为：
judgej＝(Var_arrj-adaptive_thresj)/mean(min_v) (6)
其中，judgej为最终判定值，var_arrj为一个局部窗口内的方差，adaptive_thresj为动态基准值，min_v为一个全局的最小方差数组，它是一个较长的数组，存的是最近很长一段时间内的最小方差值，反映一段时间的环境状况。min_v这个物理意义反映了最近一段时间的环境状况，把它作为分子，可以抵消掉磁场混乱环境下的情况。
值得注意的是，judgej为最终判定值，当judgej大于设定阈值时，则报警，否则，不报警，设定阈值可以根据当前环境，分析大量数据后进行设定，设定阈值的具体范围在不同环境下，不同精度要求下可以不同，此处不再赘述，设定阈值的大小并不影响本发明的实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，
执行所述预警方法的列车来临预警装置包括列车检测装置和声光报警器，其中：
所述列车检测装置用于设置在待检测轨道的侧面，所述声光报警器用于设置在施工处，所述声光报警器与列车检测装置的距离为2-3公里；
所述列车检测装置包括壳体，所述壳体内设置有磁感应模块、数据处理模块、无线发送模块和蓄电池，所述磁感应模块为位于所述壳体内部上方的磁传感器，所述磁传感器为三轴磁传感器；
所述壳体的外部上方设置有光电感应模块，所述光电感应模块包括两个光电传感器，两个光电传感器设置在所述壳体的前端两侧，所述磁感应模块、光电感应模块均连接至所述数据处理模块的输入端，所述数据处理模块的输出端连接至所述无线发送模块；
所述声光报警器包括无线接收模块和与所述无线接收模块连接的报警模块；
所述无线发送模块和无线接收模块均为433无线模块；
所述预警方法包括：
步骤1：所述列车检测装置通过所述磁感应模块和光电感应模块检测列车来临信号，得到磁感应信号和光电感应信号，并将所述磁感应信号和光电感应信号传递至所述数据处理模块；
步骤2：所述数据处理模块基于自身误差和环境干扰对磁感应信号进行数据修正，并对磁感应信号进行初次中值平均滤波；
步骤3：所述数据处理模块对初次中值平均滤波后的磁感应信号进行局部巴特沃兹滤波，实现接收数据的同时进行滤波，得到最终的磁感应信号；
步骤4：所述数据处理模块将最终的磁感应信号与动态基准值进行比较，判断火车来临信号，并将火车来临信号发送至所述声光报警器；
步骤5：接收火车来临信号并将信号传递至所述报警模块，实现报警；
其中，所述步骤2包括：
步骤21：建立磁感应信号的误差模型为：
Hm＝CsiCn(CsHi+bh)+bo+ε (1)
其中，Hm是磁传感器的输出值，Hi是磁传感器没有误差影响条件下的磁场矢量，Csi表示灵敏度误差矩阵，Cn表示非正交误差矩阵，Cs表示软磁误差矩阵，bh表示硬磁误差矢量，bo表示偏置误差矢量，ε表示高斯白噪声，由此得到磁传感器误差补偿模型为：
Hi＝C-1(Hm-b-ε) (2)
其中，C表示Csi、Cn、Cs三个矩阵的乘积，b表示CsiCnbh+bo；
步骤22：根据椭圆方程进行最小二乘拟合，得到：
Hi TEHi+(2F)THi+G＝0 (3)
其中，磁传感器输出的磁场矢量为Hi＝[Xi Yi Zi]T，Xi、Yi、Zi是磁场强度投影为三维坐标轴的三个方向的强度，E是椭圆方程部分参数构成的矩阵，F也是椭圆方程剩下参数构成的矢量，G为常数，将公式(3)转化为：
(Hi-ω)TK(Hi-ω)＝1 (4)
其中，ω＝-E-1F，矩阵
步骤23：令M＝KHi 2，对M进行奇异值分解，得到M＝UAVT，因此，最终得到对磁感应信号进行数据修正的补偿方程：
2.根据权利要求1所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述数据处理模块包括为所述磁感应模块、光电感应模块、数据处理模块和无线发送模块提供电压的电源管理电路和分析所述磁感应模块的信号和光电感应模块的信号的主控芯片电路。
3.根据权利要求2所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，两个光电传感器对称位于所述壳体的上方，所述光电传感器距离所述壳体的侧边5-10cm。
4.根据权利要求3所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述壳体的侧面设置有指示灯和品字电源接口，所述壳体的底部设置有手柄；
所述报警模块包括报警灯和/或喇叭。
5.根据权利要求1-4任一所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述步骤2中，所述中值平均滤波进一步为：规定一个的窗口长度w1，随着传感器的数据积累，数据不断向窗口中填充，当窗口未填满的时候，得到的数据会不断的填入窗口中；当窗口填满的时候，计算该窗口中的平均值作为这个窗口内的滤波结果，之后，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，并在这个新得到的窗口中计算这个窗口的滤波结果，最后将所有滤波结果顺序排列起来，即得到整体的中值平均滤波结果。
6.根据权利要求1-4任一所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述步骤3中，所述局部巴特沃兹滤波进一步为：规定一个窗口长度w2，当窗口初次积累满的时候，进行第一次对这个窗口的巴特沃兹滤波，把最终得到的结果作为初始结果，之后，窗口不断向后滑动，每滑动一次，就对得到的窗口进行巴特沃兹滤波，并将得到结果的最后一个数作为该窗口的局部巴特沃兹滤波的结果，最终将得到的所有结果顺序排列，即得最后的滤波结果。
7.根据权利要求1-4任一所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述步骤4中，所述动态基准值的计算过程为：规定一个窗口的长度为w3，根据中值平均滤波过后的结果计算局部波动性，将描述局部波动性的值不断地去填充窗口，当窗口填满后，对窗口中的值由小到大进行排序，选取排序结果的前n个值，取它们的平均值作为这一时刻的动态基准值，在此之后，每次磁传感器得到一次数据，窗口就向后滑动一位，每次得到一个数据就删去窗口中的第一个位置的数据，在末尾添加上新采集到的数据，更新此时刻的动态基准值。
8.根据权利要求1-4任一所述的列车来临预警装置的预警方法，其特征在于，所述步骤4中判定列车来临的标准计算公式为：
judgej＝(var_arrj-adaptive_thresj)/mean(min_v) (6)
其中，judgej为最终判定值，var_arrj为一个局部窗口内的方差，adaptive_thresj为动态基准值，min_v为一个全局的最小方差数组，反映一段时间的环境状况。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710692212.4A CN109383559B (zh) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 列车来临预警装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710692212.4A CN109383559B (zh) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 列车来临预警装置与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109383559A CN109383559A (zh) | 2019-02-26 |
| CN109383559B true CN109383559B (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=65416838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710692212.4A Active CN109383559B (zh) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 列车来临预警装置与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109383559B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992004699A1 (en) * | 1990-08-31 | 1992-03-19 | Teknis Systems (Australia) Pty. Ltd. | Vehicle approach warning device |
| CN2117302U (zh) * | 1992-03-12 | 1992-09-30 | 何新法 | 铁路作业人员人身安全防护装置 |
| FR2691262A1 (fr) * | 1992-05-15 | 1993-11-19 | Desclos Gerard | Dispositif de sécurité portable et autonome de détection d'engins mobiles. |
| CN2158370Y (zh) * | 1993-05-29 | 1994-03-09 | 太原铁路分局太原电务段 | 车列多通道语音报警装置 |
| JPH102951A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | 音波を用いた物体の監視方法及びその装置 |
| US5735492A (en) * | 1991-02-04 | 1998-04-07 | Pace; Joseph A. | Railroad crossing traffic warning system apparatus and method therefore |
| KR200333423Y1 (ko) * | 2003-08-07 | 2003-11-17 | 선문수 | 철도차량 접근 감지장치 |
| CN102039914A (zh) * | 2009-10-14 | 2011-05-04 | 范晓征 | 列车接近定位报警系统 |
| CN205365643U (zh) * | 2016-01-05 | 2016-07-06 | 武汉理工大学 | 铁路施工来车报警装置 |
| CN106143536A (zh) * | 2015-04-24 | 2016-11-23 | 杭州丁卯智能科技有限公司 | 列车接近报警触发装置及方法 |
| CN207128910U (zh) * | 2017-08-14 | 2018-03-23 | 北京腾客科技有限公司 | 列车来临预警装置 |
-
2017
- 2017-08-14 CN CN201710692212.4A patent/CN109383559B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992004699A1 (en) * | 1990-08-31 | 1992-03-19 | Teknis Systems (Australia) Pty. Ltd. | Vehicle approach warning device |
| US5735492A (en) * | 1991-02-04 | 1998-04-07 | Pace; Joseph A. | Railroad crossing traffic warning system apparatus and method therefore |
| CN2117302U (zh) * | 1992-03-12 | 1992-09-30 | 何新法 | 铁路作业人员人身安全防护装置 |
| FR2691262A1 (fr) * | 1992-05-15 | 1993-11-19 | Desclos Gerard | Dispositif de sécurité portable et autonome de détection d'engins mobiles. |
| CN2158370Y (zh) * | 1993-05-29 | 1994-03-09 | 太原铁路分局太原电务段 | 车列多通道语音报警装置 |
| JPH102951A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | 音波を用いた物体の監視方法及びその装置 |
| KR200333423Y1 (ko) * | 2003-08-07 | 2003-11-17 | 선문수 | 철도차량 접근 감지장치 |
| CN102039914A (zh) * | 2009-10-14 | 2011-05-04 | 范晓征 | 列车接近定位报警系统 |
| CN106143536A (zh) * | 2015-04-24 | 2016-11-23 | 杭州丁卯智能科技有限公司 | 列车接近报警触发装置及方法 |
| CN205365643U (zh) * | 2016-01-05 | 2016-07-06 | 武汉理工大学 | 铁路施工来车报警装置 |
| CN207128910U (zh) * | 2017-08-14 | 2018-03-23 | 北京腾客科技有限公司 | 列车来临预警装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109383559A (zh) | 2019-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104167067B (zh) | 城市井盖、栏杆监控报警系统及其监控方法 | |
| CN107380163A (zh) | 基于磁导航的汽车智能报警预测系统及其方法 | |
| CN102024323B (zh) | 基于浮动车数据提取车辆排队长度的方法 | |
| CN109489584B (zh) | 一种基于3d技术的隧道限界检测系统及隧道限界识别方法 | |
| CN109828282A (zh) | 一种基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动检测系统及方法 | |
| CN103354032A (zh) | 一种基于磁阻传感器的无线车辆信息检测系统 | |
| CN202669851U (zh) | 一种铁路轨道损伤的检测装置 | |
| CN102914290A (zh) | 地铁限界检测系统及其检测方法 | |
| CN103723161A (zh) | 列车装载安全的实时自动检测设备 | |
| CN205003855U (zh) | 一种不停车车辆车重信息采集与匹配的系统 | |
| CN207516342U (zh) | 水平式机动车尾气遥感监测系统 | |
| CN108007504A (zh) | 一种车载移动变压器运输质量在线监控装置及方法 | |
| CN106803348A (zh) | 一种基于卡口的高架道路车辆行程时间短时预测方法 | |
| CN109383559B (zh) | 列车来临预警装置与方法 | |
| CN106448187B (zh) | 基于磁传感器和超声波传感器融合的车辆检测系统及方法 | |
| KR101531034B1 (ko) | 지자기 검지기와 피에조 센서를 이용한 차량검지시스템 | |
| CN204359419U (zh) | 一种车辆应变称重系统 | |
| CN116935652A (zh) | 一种智慧交通用信息系统集成平台数据管理系统 | |
| CN104501929B (zh) | 车辆应变称重系统 | |
| CN106585662A (zh) | 一种机车轮对冲角检测系统及其检测方法 | |
| CN204650759U (zh) | 一种无线地磁车辆检测器led式智能主机 | |
| KR101049739B1 (ko) | 차량의 윤폭비를 이용한 차종분류 장치 | |
| CN109509360A (zh) | 应用高速公路道路环境智能交通引流系统引流的方法 | |
| CN103245338B (zh) | 利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统及方法 | |
| CN105574870A (zh) | 多功能轨道扣件图像检测系统及其检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |