CN110228506A - 一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法及系统 - Google Patents

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周晓明
张劲夫
黄海涛
谢建波
朱亨国
岳丹妮
许锦涛
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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Abstract

本发明公开了一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法及系统，通过新增移动天线和无线基站，进一步辅助获得列车在低速下的准确速度和位置，该方法突破了常规设计思维，即不在列车上设置传感器，将无线信号接收与双向飞行时间算法进行结合，首次应用于低速磁浮列车测速定位中，并和已有的测速系统进行结合，共同实现精准测速。

Description

一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法及 系统
技术领域
本发明属于列车测速领域，特别涉及一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法。
背景技术
中低速磁浮交通具有选线自由度大、爬坡能力强、安全环保、低噪音、建设运营维护成本低等诸多优点，工程造价相对低廉，与地铁和轻轨等传统城市轨道交通互补，发展前景广阔。
中低速磁浮的定位测速方式与其它的轨道交通大有不同。由于磁浮列车本身没有车轮，不能像传统轮轨列车一样使用测速感应器测量车轮转动齿槽数目；并且它采用异步直线电机，也不能像高速磁浮测速那样直接测量槽齿的磁阻。
针对上述磁浮列车特殊性，目前国内外主要的中低速磁浮列车定位测速方法主要有：
1.基于感应环线的测速定位方式(具体见下表中最接近专利的[1][2])。感应环线测速是通过在轨道上铺设感应环线，列车上安装车载线圈或天线，通过列车的移动，产生感应电压信号，据此获得磁浮列车的位置和速度信息。该中方式技术复杂，现场施工要求高，运营维护困难。
2.检测F轨轨把上的绝对定位孔，进行脉冲信号的计算(具体见下表中最接近专利的[3])。通过在F轨轨把安装绝对定位孔和相对定位孔，利用传感器检测孔径产生脉冲信号，进行列车相对位置、绝对位置和列车速度的计算。该方法安装装置较多，容易受干扰，存在安全隐患。
3.利用无线基站技术进行列车监控(具体见下表中最接近专利[4])。将无线基站技术应用在列车监控系统中，针对全线列车进行位置定位监控，未参与到列车自身定位及测速计算系统中。
发明内容
本发明提供了一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法，其目的在于解决的是磁浮列车进站前后和精准停车时的列车定位测速问题。
一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法，包括以下步骤：
步骤1：设置移动天线和无线基站；
在列车端部的无遮挡处安装移动天线，在各车站出站位置高空无遮挡处，安装无线基站；
步骤2：在列车进站前，利用移动天线发出测距请求信号，当无线基站接收到测距请求信号时，基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；
步骤3：依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
步骤4：依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
通过新增移动天线和无线基站，进一步辅助获得列车在低速下的准确速度和位置。
进一步地，利用列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度进行比较，若两者差值小于设定阈值，且列车速度大于30km/h，则以列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度的平均值作为列车当前车速；当列车速度小于或等于30km/h时，以步骤3获得的列车速度和位置作为低速下列车的速度和位置。
进一步地，所述无线基站安装有两个，利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，基于双向飞行时间算法，得到并比较两组无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，若两组无线基站与移动天线之间的径向距离的差值以及径向速度的差值小于设定阈值，则以当前获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速。
利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，同步进行冗余计算，提升测距精度。
一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速系统，包括测速装置、计算装置以及ATP；
所述测速装置与计算装置进行无线通信连接，所述计算装置与车载ATP机进行通信连接；
所述测速装置包括移动天线和无线基站，其中，所述移动天线设置在列车端部，所述无线基站设置在车站出站位置的高空无遮挡处；
所述计算装置接收移动天线发出测距请求信号的时间以及无线基站接收到测距请求信号的时间，并基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；同时，依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
所述车载ATP机依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
进一步地，所述无线基站安装有两个，利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，基于双向飞行时间算法，得到并比较两组无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，若两组无线基站与移动天线之间的径向距离的差值以及径向速度的差值小于设定阈值，则以当前获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速。
有益效果
本发明提供了一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法，通过新增移动天线和无线基站，进一步辅助获得列车在低速下的准确速度和位置，该方法突破了常规设计思维，即不在列车上设置传感器，将无线信号接收与双向飞行时间算法进行结合，首次应用于低速磁浮列车测速定位中，并和已有的测速系统进行结合，共同实现精准测速。
1、设备安装少，施工难度低。仅在车头和车站高空处安装无线天线设备，对于已在运营的磁浮快线施工方便，降低了工程设计和施工难度，同时也降低了后期运营维护的难度；
2、低速下测速定位精度高，可以达到厘米级要求，完全满足信号系统需求；
3、对既有运营的信号系统改造小，仅需修改升级下既有ATP软件即可实现，不需要对原有系统进行大面积改动。
4、能够解决目前已运营磁浮系统列车门控问题，极大的减少了司机强开车门系列的误操作问题。
附图说明
图1为列车进站发射请求信号示意图；
图2为列车到站示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实例对本发明做进一步的说明。
一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法，包括以下步骤：
步骤1：设置移动天线和无线基站；
在列车端部的无遮挡处安装移动天线，在各车站出站位置高空无遮挡处，安装无线基站；
步骤2：在列车进站前，利用移动天线发出测距请求信号，当无线基站接收到测距请求信号时，基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；
步骤3：依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
步骤4：依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
通过新增移动天线和无线基站，进一步辅助获得列车在低速下的准确速度和位置。
利用列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度进行比较，若两者差值小于设定阈值，且列车速度大于30km/h，则以列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度的平均值作为列车当前车速；当列车速度小于或等于30km/h时，以步骤3获得的列车速度和位置作为低速下列车的速度和位置。
当无线基站安装有两个时，利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，基于双向飞行时间算法，得到并比较两组无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，若两组无线基站与移动天线之间的径向距离的差值以及径向速度的差值小于设定阈值，则以当前获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速。
利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，同步进行冗余计算，进一步提升了测距精度。
一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速系统，包括测速装置、计算装置以及ATP；
所述测速装置与计算装置进行无线通信连接，所述计算装置与车载ATP机进行通信连接；
所述测速装置包括移动天线和无线基站，其中，所述移动天线设置在列车端部，所述无线基站设置在车站出站位置的高空无遮挡处；
所述计算装置接收移动天线发出测距请求信号的时间以及无线基站接收到测距请求信号的时间，并基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；同时，依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
所述车载ATP机依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
利用本发明所述系统进行测速和定位时，包括以下两个过程：
1、进站前后
用置于车头的移动天线A0，向固定在站台高空无遮挡处顶端的无线基站A1发出测距请求，得到实时的距离D以及径向速度Vr。根据事先测量的无线基站A1距离列车的高度h，从而得出列车在进站前后的位置L以及列车行驶速度V。
如图1所示，基于双向飞行时间算法获得D、Vr，结合已知的h，则基于以下公式：
L2+h2＝D2,
Sinα＝h/D,
Cosα＝V/Vr
计算出L以及V。
从实际中可以得出，h是列车从进站到出站过程中，D的最小值，因此，在实际操作中，为方便测量，A1的位置与高度是可调节的。
2、停车瞬间
停车需准确，这是最直接的需求。当列车在站台某个位置时，列车门、安全门、站台门刚好吻合，即该位置为最安全停车开门位置，此时L＝Lp，如图2所示。
当ATP接收到的数据L与V后，判断L＝Lp成立与否，即可决定是否可以开门与此同时V的数值为0或者在0附近的极小区间(约±0.05m/s)内跳动。
通过以上的操作，可以使得中低速磁浮列车的停车更加精准，操作更加方便。
以上所述，仅为本方案较佳的具体实施方式，但系统的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本方案披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本技术方案的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设置移动天线和无线基站；
在列车端部的无遮挡处安装移动天线，在各车站出站位置高空无遮挡处，安装无线基站；
步骤2：在列车进站前，利用移动天线发出测距请求信号，当无线基站接收到测距请求信号时，基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；
步骤3：依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
步骤4：依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度进行比较，若两者差值小于设定阈值，且列车速度大于30km/h，则以列车上的加速度计与涡流速度传感器获得的列车速度与列车上的测速雷达测得的列车速度的平均值作为列车当前车速；当列车速度小于或等于30km/h时，以步骤3获得的列车速度和位置作为低速下列车的速度和位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述无线基站安装有两个，利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，基于双向飞行时间算法，得到并比较两组无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，若两组无线基站与移动天线之间的径向距离的差值以及径向速度的差值小于设定阈值，则以当前获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速。
4.一种基于无线基站技术的中低速磁浮列车定位测速系统，其特征在于，包括测速装置、计算装置以及车载ATP机；
所述测速装置与计算装置进行无线通信连接，所述计算装置与车载ATP机进行通信连接；
所述测速装置包括移动天线和无线基站，其中，所述移动天线设置在列车端部，所述无线基站设置在车站出站位置的高空无遮挡处；
所述计算装置接收移动天线发出测距请求信号的时间以及无线基站接收到测距请求信号的时间，并基于双向飞行时间算法，计算获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度；同时，依据无线基站距离列车顶端的垂直距离，实时计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速；
所述车载ATP机依据列车与无线基站之间的水平距离，判断列车所在位置是否为安全停车开门位置。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述无线基站安装有两个，利用两个无线基站同时接收移动天线发出的测距请求信号，基于双向飞行时间算法，得到并比较两组无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，若两组无线基站与移动天线之间的径向距离的差值以及径向速度的差值小于设定阈值，则以当前获得无线基站与移动天线之间的径向距离以及径向速度，计算列车与无线基站之间的水平距离以及列车实时车速。
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