CN111016975B - 磁浮列车的测速定位方法、系统以及磁浮列车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁浮列车的测速定位方法、系统以及磁浮列车，涉及磁浮列车控制技术。所述测速定位方法，在正常的情况下，车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息，由于第一测速系统的速度和位置信息直接传输给车上设备的同时，第二测速系统的速度和位置信息直接传输给地面牵引控制系统，无传输延时，使车上设备和地面牵引控制系统同步接收到列车的速度和位置信息，大大降低了通讯周期和速度与位置信息的传输延迟，提高了系统的可靠性；第一测速系统和第二测速系统既能够独立运行，又能通过通信总线实现信息交互，从而实现了两种测速系统的协同工作，以及列车首尾切换的控制。
Description
技术领域
本发明属于磁浮列车控制技术，尤其涉及一种磁浮列车的测速定位方法、系统以及磁浮列车。
背景技术
常导高/中速磁浮列车的定位测速技术是牵引系统和运行控制系统的关键技术之一。列车的速度反馈控制、超速防护、移动闭塞和定点停车等功能的实现都离不开准确可靠的位置和速度信息。目前，高/中速磁浮列车采用长定子同步直线电机实现牵引，采用包括相对位置传感器和绝对位置传感器的测速定位系统进行速度和位置测量，速度和位置信息传输给车上设备的同时，通过运行控制无线传输系统，将列车的速度和位置信息传输给地面牵引控制系统，在速度和位置信息的传输期间存在通讯周期和信息传输延时的问题，极大地降低了系统的可靠性。
因此，如何提高磁浮列车测速定位系统的精度和可靠性，简便快捷地检测磁浮列车的位置信息和速度信息，解决车地传输延时问题，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种磁浮列车的测速定位方法、系统以及磁浮列车，以解决车地传输延时导致的系统可靠性降低的问题。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种磁浮列车的测速定位方法，包括以下步骤：
步骤1：获取第一测速系统和第二测速系统的生命信号，判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果均正常，则转入步骤2，否则采用第一测速系统和第二测速系统的上一组速度和位置信息，转入步骤3；
步骤2：获取第一测速系统和第二测速系统测量得到的速度和位置信息；
步骤3：将第一测速系统的速度和位置信息、第二测速系统的速度和位置信息进行耦合处理，得到车上设备和地面牵引控制系统采信的列车的速度和位置信息，车上设备和地面牵引控制系统同步接收到各自采信的速度和位置信息并实现列车的运行控制。
本发明所述的测速定位方法，在列车的首尾两头车均采用了两种独立的测速系统：第一测速系统和第二测速系统，在正常的情况下，车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息，由于第一测速系统的速度和位置信息在列车上获得，通过数据线直接传输给车上设备，无传输延时（如果第一测速系统的速度和位置信息传输给地面牵引控制系统，则需要通过无线电系统，此时地面牵引控制系统接收到的速度和位置信息存在传输延时，且通讯周期增加），第二测速系统的速度和位置信息在地面获得，直接传输给地面牵引控制系统，无传输延时，从而使车上设备和地面牵引控制系统同步接收到的速度和位置信息不存在传输延时，克服了现有磁浮列车需要经无线电系统将速度和位置信号传输给地面牵引控制系统的弊端，大幅度地降低了通讯周期和信息的传输延迟，提高了系统控制的可靠性；第一测速系统和第二测速系统既能够独立运行，又能通过通信总线实现信息交互，从而实现了两种测速系统的协同工作，以及列车首尾切换的控制。
进一步地，所述步骤3的具体操作为：
步骤3.1：比较第一测速系统和第二测速系统的速度信息，得到第一测速系统和第二测速系统速度信息的差值；
步骤3.2：判断步骤3.1中速度信息的差值是否小于或等于设定阈值，如果是，则车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息；否则，转入步骤3.3；
步骤3.3：判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果第一测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第一测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统的生命信号不正常且第二测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第二测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统和第二测速系统的生命信号均不正常，则停车检修。
每节头车均采用第一测速系统和第二测速系统的冗余配置方式，在第一测速系统和第二测速系统均正常的情况下，车上设备和地面牵引控制系统同步接收到的速度和位置信息无传输延迟，大幅度地降低了通讯周期和传输延时，同时只要其中一种测速系统正常工作即可实现列车的运行控制，降低了现有磁浮列车对单一测速系统的依赖性，提高了系统控制的可靠性，降低了列车停车检修的概率。
进一步地，在所述步骤3.1之前，先对第一测速系统和第二测速系统的速度信息进行预处理和有效特征提取处理，得到处理后的第一测速系统和第二测速系统的速度信息。
经过预处理和有效特征提取处理，使得速度信息更加真实可靠。
本发明还提供了一种磁浮列车的测速定位系统，该系统包括：两套测速定位装置、两套运行控制系统、地面牵引控制系统以及网络控制系统；在列车的首尾两头车分别设置一套测速定位装置和一套运行控制系统；每套所述测速定位装置均包括第一测速系统、第二测速系统以及耦合处理模块；
所述第一测速系统，用于采用相对位置传感器和绝对位置传感器检测并获取列车的速度和位置信息；
所述第二测速系统，用于采用感应回线法检测并获取列车的速度和位置信息；
所述耦合处理模块，用于接收与该耦合处理模块位于同一头车的第一测速系统和第二测速系统的速度和位置信息，且对第一测速系统和第二测速系统的速度和位置信息进行耦合处理，以确定网络控制系统和对应的运行控制系统采信哪个测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信哪个测速系统的速度和位置信息；
所述运行控制系统，用于根据接收到的列车的速度和位置信息控制和监督列车的运行速度和运行方向；
所述地面牵引控制系统，用于根据接收到的列车的速度和位置信息为列车提供运行时所需的驱动力；
所述网络控制系统，用于负责整个列车信号和控制命令的传输。
由于上述的测速定位方法具有上述技术效果，与该测速定位方法对应的测速定位系统也应具有相应的技术效果。
进一步地，位于同一头车的所述第一测速系统和第二测速系统通过通信总线相连，以实现第一测速系统与第二测速系统的信息交互。
进一步地，所述运行控制系统包括车上运行控制系统和地面运行控制系统，且车上运行控制系统与地面运行控制系统采用双通道冗余方式进行信息交互，即使某一条通信网络出现故障也不会丢失应用数据，不影响列车运行的控制，保证了信息交互的时序性、完整性。
本发明还提供了一种磁浮列车，包括轨道、行驶在所述轨道上的车体以及上述任一种测速定位系统。由于上述的测速系统具有上述技术效果，具有该测速系统的磁浮列车也应具有相应的技术效果。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种磁浮列车的测速定位方法，在正常的情况下，车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息，由于第一测速系统的速度和位置信息直接传输给车上设备的同时，第二测速系统的速度和位置信息直接传输给地面牵引控制系统，无传输延时，使车上设备和地面牵引控制系统同步接收到列车的速度和位置信息，大大降低了通讯周期和速度与位置信息的传输延迟，提高了系统的可靠性；第一测速系统和第二测速系统既能够独立运行，又能通过通信总线实现信息交互，从而实现了两种测速系统的协同工作，以及列车首尾切换的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中测速定位方法的流程图；
图2是本发明实施例中耦合处理的流程图；
图3是本发明实施例中测速定位系统的结构图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种磁浮列车的测速定位方法，包括以下步骤：
1、获取第一测速系统和第二测速系统的生命信号，判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果均正常，则转入步骤2，否则采用第一测速系统和第二测速系统的上一组速度和位置信息，转入步骤3。
在列车的首尾两头车分别设置一套测速定位装置，该测速定位装置包括第一测速系统、第二测速系统以及耦合处理模块，第一测速系统采用相对位置传感器和绝对位置传感器检测并获取速度和位置信息，第二测速系统采用感应回线法检测并获取速度和位置信息。
第一测速系统为现有技术，可参考授权公告号为CN104527735B，名称为基于F轨的磁浮列车定位与测速装置及方法。第一测速系统安装在列车上，检测并获取列车的速度和位置信息，再通过通信线路传输给列车上的耦合处理模块、运行控制系统以及网络控制系统。第二测速系统为现有技术，且包括安装在列车上的感应天线和铺设在轨道上的感应回线（在轨道全线铺设），第二测速系统获取列车的速度和位置信息，在传输给地面牵引控制系统的同时，通过地面基站无线通信传输给列车上的运行控制系统和网络控制系统，再通过网络控制系统传输给对应的耦合处理模块，即与第二测速系统位于同一头车的耦合处理模块。
第一测速系统和第二测速系统的生命信号正常，表明第一测速系统和第二测速系统的网络通讯正常，如果不正常，则表明出现故障或系统崩溃。当网络通讯正常时，可以实时获取列车的速度和位置信息（步骤3），当网络出现故障或系统崩溃时，采用上一组速度和位置信息作为列车的当前速度和位置信息。
2、获取第一测速系统和第二测速系统测量得到的速度和位置信息。
3、将第一测速系统的速度和位置信息、第二测速系统的速度和位置信息进行耦合处理，得到车上设备和地面牵引控制系统采信的列车的速度和位置信息，车上设备和地面牵引控制系统同步接收到各自采信的速度和位置信息并实现列车的运行控制。
本实施例中，车上设备包括运行控制系统和网络控制系统的车载部分。磁浮列车采用了两组测速系统（第一测速系统和第二测速系统），第一测速系统与第二测速系统既可以独立运行，又可以通过通信线路实现信息交互。当第一测速系统和第二测速系统独立运行且通讯正常时，第一测速系统获取的速度和位置信息直接传输给车上设备的同时，第二测速系统获取的速度和位置信息直接传输给地面牵引控制系统，由于车上设备和地面牵引控制系统均是直接接收到速度和位置信息，因此信息的传输与接收并不存在延时，大大提高了系统的可靠性；当某一测速系统通讯不正常时，则车上设备或地面牵引控制系统需要采信另一测速系统获得的速度和位置信息，耦合处理的目的就是确定车上设备或地面牵引控制系统采信哪个测速系统获取的速度和位置信息，大大降低了现有磁浮列车对单一测速系统的依赖性，提高了系统控制的可靠性，降低了列车停车检修的概率。如图2所示，具体的耦合处理步骤包括：
3.1对第一测速系统和第二测速系统的速度信息进行预处理和有效特征提取处理，得到处理后的第一测速系统和第二测速系统的速度信息V1和V2，以使速度信息更加真实可靠。
3.2比较第一测速系统和第二测速系统的速度信息V1和V2，得到第一测速系统和第二测速系统速度信息的差值︱V1-V2︱。
3.3判断步骤3.2中速度信息的差值︱V1-V2︱是否小于或等于设定阈值，如果是，则车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息；否则，转入步骤3.4。本实施例中，设定阈值是在列车运行现场进行调节获取的，当差值︱V1-V2︱小于设定阈值，表明两种速度和位置信息误差小，可以分别独立传输给车上设备和地面牵引控制系统；当差值︱V1-V2︱大于设定阈值时，表明两种速度和位置信息误差较大，优先选择第一测速系统的速度信息。
3.4判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果第一测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第一测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统的生命信号不正常且第二测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第二测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统和第二测速系统的生命信号均不正常，则停车检修。
如图3所示，一种磁浮列车的测速定位系统，包括两套测速定位装置、两套运行控制系统、网络控制系统和地面牵引控制系统。
在列车的首尾两头车分别设置一套测速定位装置和一套运行控制系统，每套测速定位装置均包括第一测速系统、第二测速系统以及耦合处理模块。第一测速系统采用相对位置传感器和绝对位置传感器检测并获取列车的速度和位置信息，第二测速系统采用感应回线法检测并获取列车的速度和位置信息。第一测速系统将其获取的列车速度和位置信息传输给耦合处理模块、运行控制系统和网络控制系统，再通过网络控制系统传输给地面牵引控制系统，第二测速系统将其获取的列车速度和位置信息传输给地面牵引控制系统的同时，传输给列车上的运行控制系统和网络控制系统，再通过网络控制系统传输给对应的耦合处理模块；耦合处理模块接收到第一测速系统和第二测速系统的速度进行耦合处理，判断两者的速度信息的差值是否小于或等于设定阈值，如果是，则车上设备（包括网络控制系统和运行控制系统）采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息；如果不是，则判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常。如果第一测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第一测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统的生命信号不正常且第二测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第二测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统和第二测速系统的生命信号均不正常，则停车检修。
运行控制系统包括车上运行控制系统和地面运行控制系统，且车上运行控制系统与地面运行控制系统采用28G双通道冗余方式进行信息交互，即使某一条通信网络出现故障也不会丢失应用数据，不影响列车运行的控制，保证了信息交互的时序性、完整性。
在正常情况下，第一测速系统、第二测速系统、耦合处理模块、运行控制系统的主要功能由司机占有端的列车完成，而非占有端列车的各系统处于热备用状态。本发明中，第一测速系统、第二测速系统、运行控制系统、网络控制系统和地面控制系统均为现有技术。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磁浮列车的测速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取第一测速系统和第二测速系统的生命信号，判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果均正常，则转入步骤2，否则采用第一测速系统和第二测速系统的上一组速度和位置信息，转入步骤3；
步骤2：获取第一测速系统和第二测速系统测量得到的速度和位置信息；
步骤3：将第一测速系统的速度和位置信息、第二测速系统的速度和位置信息进行耦合处理，得到车上设备和地面牵引控制系统采信的列车的速度和位置信息，车上设备和地面牵引控制系统同步接收到各自采信的速度和位置信息并实现列车的运行控制；
所述步骤3的具体操作为：
步骤3.1：比较第一测速系统和第二测速系统的速度信息，得到第一测速系统和第二测速系统速度信息的差值；
步骤3.2：判断步骤3.1中速度信息的差值是否小于或等于设定阈值，如果是，则车上设备采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息；否则，转入步骤3.3；
步骤3.3：判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果第一测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第一测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统的生命信号不正常且第二测速系统的生命信号正常，则车上设备和地面牵引控制系统均采信第二测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统和第二测速系统的生命信号均不正常，则停车检修。
2.如权利要求1所述的一种磁浮列车的测速定位方法，其特征在于，在所述步骤3.1之前，先对第一测速系统和第二测速系统的速度信息进行预处理和有效特征提取处理，得到处理后的第一测速系统和第二测速系统的速度信息。
3.一种磁浮列车的测速定位系统，其特征在于，该系统包括：两套测速定位装置、两套运行控制系统、地面牵引控制系统以及网络控制系统；在列车的首尾两头车分别设置一套测速定位装置和一套运行控制系统；每套所述测速定位装置均包括第一测速系统、第二测速系统以及耦合处理模块；
所述第一测速系统，用于采用相对位置传感器和绝对位置传感器检测并获取列车的速度和位置信息；
所述第二测速系统，用于采用感应回线法检测并获取列车的速度和位置信息；
所述耦合处理模块，用于接收与该耦合处理模块位于同一头车的第一测速系统和第二测速系统的速度和位置信息，且对第一测速系统和第二测速系统的速度和位置信息进行耦合处理，以确定网络控制系统和对应的运行控制系统采信哪个测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信哪个测速系统的速度和位置信息；
所述运行控制系统，用于根据接收到的列车的速度和位置信息控制和监督列车的运行速度和运行方向；
所述地面牵引控制系统，用于根据接收到的列车的速度和位置信息为列车提供运行时所需的驱动力；
所述网络控制系统，用于负责整个列车信号和控制命令的传输；
所述耦合处理模块，具体用于：
比较第一测速系统和第二测速系统的速度信息，得到第一测速系统和第二测速系统速度信息的差值；
判断所述速度信息的差值是否小于或等于设定阈值，如果是，则运行控制系统和网络控制系统采信第一测速系统的速度和位置信息，地面牵引控制系统采信第二测速系统的速度和位置信息；
否则，判断第一测速系统和第二测速系统的生命信号是否正常，如果第一测速系统的生命信号正常，则运行控制系统、网络控制系统和地面牵引控制系统均采信第一测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统的生命信号不正常且第二测速系统的生命信号正常，则运行控制系统、网络控制系统和地面牵引控制系统均采信第二测速系统的速度和位置信息；如果第一测速系统和第二测速系统的生命信号均不正常，则停车检修。
4.如权利要求3所述的一种磁浮列车的测速定位系统，其特征在于，位于同一头车的所述第一测速系统和第二测速系统通过通信总线相连。
5.如权利要求3所述的一种磁浮列车的测速定位系统，其特征在于，所述运行控制系统包括车上运行控制系统和地面运行控制系统，且车上运行控制系统与地面运行控制系统采用双通道冗余方式进行信息交互。
6.一种磁浮列车，其特征在于：包括轨道、行驶在所述轨道上的车体以及权利要求3至5任意一项所述的测速定位系统。
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