CN111497900A - 一种列车纵向冲动检测方法、装置和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种列车纵向冲动检测方法、装置和计算机可读存储介质，根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；依据采样频率以及各所述纵向加速度信号，可以计算得到各采样点对应的加速度变化率。加速度变化率反映了车辆行驶过程中的平稳性，加速度变化率越低说明车辆行驶越平稳。为了避免单一加速度变化率造成的误判，在该技术方案中可以对周期时间内的加速度变化率进行分析，具体可以按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。在该技术方案中，利用纵向加速度变化率的分布情况可以有效的表征车辆行驶过程中的纵向平稳性，实现了对列车纵向冲动的量化评估。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通安全技术领域，特别是涉及一种列车纵向冲动检测方法、装置和计算机可读存储介质。
背景技术
高速列车的纵向冲动直接影响列车运行的安全性和乘坐舒适性。安全性主要是对紧急制动距离的保证，乘坐舒适性主要是受纵向力或加减速影响乘客的乘坐品质。安全性随着制动设备的不断发展，已能充分满足紧急制动距离的要求，所以继铁路大提速以来，改善乘客的乘坐舒适性的问题引起相关研究人员的重视。
根据列车纵向动力学的理论分析，影响列车的纵向冲动因素主要是在行车过程中，包括机车启动时，牵引力传输引起纵向冲动的启动工况；列车制动过程中，制动力传输引起纵向冲动的制动工况；列车运行时，线路断面变化引起的纵向冲动的线路断面变化工况等。现有技术中主要是针对于列车的横向和垂向的平稳性检测，缺乏对纵向冲动指标的评估。
可见，如何实现对列车纵向冲动的量化评估，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种列车纵向冲动检测方法、装置和计算机可读存储介质，可以实现对列车纵向冲动的量化评估。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种列车纵向冲动检测方法，包括：
根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；
依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率；
按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值。
可选地，所述依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率包括：
计算当前采样点对应的纵向加速信号与所述当前采样点相邻的前一个采样点对应的纵向加速信号的差值；
将所述差值与采样时间相除得到的商作为所述当前采样点对应的加速度变化率。
可选地，所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值包括：
统计所述预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；
将所有所述加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
可选地，在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后还包括：
查询预先存储的冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
可选地，在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后还包括：
统计所述预设周期时间内各采样点对应的加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数；
查询预先存储的个数范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
本发明实施例还提供了一种列车纵向冲动检测装置，包括采样单元、计算单元和确定单元；
所述采样单元，用于根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；
所述计算单元，用于依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率；
所述确定单元，用于按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值。
可选地，所述计算单元具体用于计算当前采样点对应的纵向加速信号与所述当前采样点相邻的前一个采样点对应的纵向加速信号的差值；将所述差值与采样时间相除得到的商作为所述当前采样点对应的加速度变化率。
可选地，所述确定单元包括统计子单元和作为子单元；
所述统计子单元，用于统计所述预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；
所述作为子单元，用于将所有所述加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
可选地，还包括查询单元；
所述查询单元，用于在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后，查询预先存储的冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
可选地，还包括统计单元和查询单元；
所述统计单元，用于在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后，统计所述预设周期时间内各采样点对应的加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数；
所述查询单元，用于查询预先存储的个数范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
本发明实施例还提供了一种列车纵向冲动检测装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上述任意一项所述列车纵向冲动检测方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述列车纵向冲动检测方法的步骤。
由上述技术方案可以看出，根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；依据采样频率以及各所述纵向加速度信号，可以计算得到各采样点对应的加速度变化率。加速度变化率反映了车辆行驶过程中的平稳性，加速度变化率越低说明车辆行驶越平稳。为了避免单一加速度变化率造成的误判，在该技术方案中可以对周期时间内的加速度变化率进行分析，具体可以按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。在该技术方案中，利用纵向加速度变化率的分布情况可以有效的表征车辆行驶过程中的纵向平稳性，实现了对列车纵向冲动的量化评估。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种获取加速度变化率曲线的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
接下来，详细介绍本发明实施例所提供的一种列车纵向冲动检测方法。图1为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测方法的流程图，该方法包括：
S101：根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号。
在本发明实施例中，可以在列车车体上设置传感器，通过传感器获取列车转向架的纵向振动加速度模拟信号。
为了便于对纵向振动加速度模拟信号进行分析，可以将模拟信号转换为数字信号。
具体的，可以按照预先设定的采样频率，对纵向振动加速度模拟信号进行天文时钟采样，从而获取到纵向振动加速度数字信号，在本发明实施例中，可以将纵向振动加速度数字信号简称为纵向加速度信号。
考虑到车体的有效振动一般在10Hz以下，根据香农定理，采样频率应大于20Hz。
在具体实现中，采样频率Fc可以设置为2N，N为大于等于5的正整数。例如，采样频率可以设置为512Hz。
S102：依据采样频率以及各纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率。
以采样频率为512Hz为例，1秒内可以获取512个采样点，每个采样点有其对应的纵向加速度信号即纵向加速度值。
每相邻两个采样点对应一个加速度变化率。在具体实现中，以所有采样点中的任意一个采样点即当前采样点为例，可以计算当前采样点对应的纵向加速信号与当前采样点相邻的采样点对应的纵向加速信号的差值；将差值与采样时间相除得到的商作为当前采样点对应的加速度变化率。
在本发明实施例中，采样频率的倒数即为采样时间。
与当前采样点相邻的采样点可以是与当前采样点相邻的前一个采样点，也可以是与当前采样点相邻的后一个采样点。在本发明实施例中，只需要按照统一的标准计算每相邻两个采样点对应的纵向加速信号的差值即可，例如，均按照当前采样点的纵向加速信号与当前采样点相邻的前一个采样点的纵向加速信号计算差值，或者均按照当前采样点的纵向加速信号与当前采样点相邻的后一个采样点的纵向加速信号计算差值。
S103：按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。
在本发明实施例中，考虑到现有技术中对于车体横向、垂向的平稳性处理往往以Fc×2为最小处理单元，为了与车体横向、垂向平稳性处理方式一致，可以设置纵向加速度最小单元即数据处理最小单元为Fc×2。
以采样频率为512Hz为例，数据处理最小单元Fc×2＝1024Hz，2秒内可以获取到1024个采样点，相应的，预设周期时间即为2秒。
加速度分布规则用于表示对预设周期时间内各加速度变化率的分析方式，在具体实现中，可以统计预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；将所有加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
在采样频率Fc条件下，连续两点之间的采样时间为1/Fc，进一步，计算数据处理最小单元Fc×2内的Fc×2-1个加速度变化率，并取其绝对值作为加速度变化率曲线。进一步，计算每个数据处理最小单元Fc×2内Fc×2-1个加速度变化率绝对值的平均值，该平均值J作为衡量列车纵向冲动的指标值即纵向冲动值。如果设置采样频率Fc＝512Hz，数据处理最小单元为2s数据1024个点，计算一次数据处理最小单元的加速度变化率有1023个，再求取1023个加速度变化率绝对值的均值作为衡量纵向冲动的指标值。
如图2所示为获取加速度变化率曲线的示意图，图2上侧为纵向加速度最小单元采集的纵向加速度信号的示意图，通过计算相邻两点的变化率可以得到图2下侧所示的加速度变化率曲线，将所有加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
由上述技术方案可以看出，根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；依据采样频率以及各所述纵向加速度信号，可以计算得到各采样点对应的加速度变化率。加速度变化率反映了车辆行驶过程中的平稳性，加速度变化率越低说明车辆行驶越平稳。为了避免单一加速度变化率造成的误判，在该技术方案中可以对周期时间内的加速度变化率进行分析，具体可以按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。在该技术方案中，利用纵向加速度变化率的分布情况可以有效的表征车辆行驶过程中的纵向平稳性，实现了对列车纵向冲动的量化评估。
在本发明实施例中，为了便于用户更加直观的了解纵向冲动值对列车行驶平稳性的影响程度，可以设置冲动等级。冲动等级可以采用数字表示，例如，用数字1、2、3、4等表示冲动等级，冲动等级对应的数字取值越大，代表对列车行驶平稳性造成的影响越大，也即列车行驶过程的颠簸感越强。冲动等级也可以采用文字表示，例如，冲动等级可以划分为优、良、及格和不及格这四个等级。在本发明实施例中，对于冲动等级的具体划分方式不做限定。
在具体实现中，在按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值之后，可以查询预先存储的冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定出纵向冲动值所对应的冲动等级。
以冲动等级划分为优、良、及格和不及格这四个等级为例，在实际应用中，可以将纵向冲动值低于2.9m/s3划分为优；将纵向冲动值处于3.0m/s3～3.9m/s3范围时划分为良；将纵向冲动值处于4.0m/s3～4.9m/s3范围时划分为及格；将纵向冲动值高于或等于5.0m/s3划分为不及格。
在本发明实施例中除了按照冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定冲动等级外，也可以统计预设周期时间内各采样点对应的加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数；查询预先存储的个数范围与冲动等级的对应关系，确定出纵向冲动值所对应的冲动等级。
加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数越多，说明列车行驶过程中平稳性越差。
以冲动等级划分为优、良、及格和不及格这四个等级为例，结合上述采样频率为512Hz，在实际应用中，可以将加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数低于20个划分为优；将加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数在21～100范围内时划分为良；将加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数在101～200范围内时划分为及格；将加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数高于200时划分为不及格。
通过划分冲动等级，可以将计算得到的纵向冲动值转换为便于用户理解的冲动等级，从而直观的了解当前列车行驶过程中纵向冲动对列车行驶平稳性造成的影响。
图3为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测装置的结构示意图，包括采样单元31、计算单元32和确定单元33；
采样单元31，用于根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；
计算单元32，用于依据采样频率以及各纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率；
确定单元33，用于按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。
可选地，计算单元具体用于计算当前采样点对应的纵向加速信号与当前采样点相邻的采样点对应的纵向加速信号的差值；将差值与采样时间相除得到的商作为当前采样点对应的加速度变化率。
可选地，确定单元包括统计子单元和作为子单元；
统计子单元，用于统计预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；
作为子单元，用于将所有加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
可选地，还包括查询单元；
查询单元，用于在按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值之后，查询预先存储的冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定出纵向冲动值所对应的冲动等级。
可选地，还包括统计单元和查询单元；
统计单元，用于在按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值之后，统计预设周期时间内各采样点对应的加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数；
查询单元，用于查询预先存储的个数范围与冲动等级的对应关系，确定出纵向冲动值所对应的冲动等级。
图3所对应实施例中特征的说明可以参见图1所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。
由上述技术方案可以看出，根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；依据采样频率以及各所述纵向加速度信号，可以计算得到各采样点对应的加速度变化率。加速度变化率反映了车辆行驶过程中的平稳性，加速度变化率越低说明车辆行驶越平稳。为了避免单一加速度变化率造成的误判，在该技术方案中可以对周期时间内的加速度变化率进行分析，具体可以按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内加速度变化率对应的纵向冲动值。在该技术方案中，利用纵向加速度变化率的分布情况可以有效的表征车辆行驶过程中的纵向平稳性，实现了对列车纵向冲动的量化评估。
图4为本发明实施例提供的一种列车纵向冲动检测装置40的硬件结构示意图，包括：
存储器41，用于存储计算机程序；
处理器42，用于执行计算机程序以实现如上述任意实施例所述的列车纵向冲动检测方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任实施例所述的列车纵向冲动检测方法的步骤。
以上对本发明实施例所提供的一种列车纵向冲动检测方法、装置和计算机可读存储介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
Claims (10)
1.一种列车纵向冲动检测方法，其特征在于，包括：
根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；
依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率；
按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率包括：
计算当前采样点对应的纵向加速信号与所述当前采样点相邻的采样点对应的纵向加速信号的差值；
将所述差值与采样时间相除得到的商作为所述当前采样点对应的加速度变化率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值包括：
统计所述预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；
将所有所述加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后还包括：
查询预先存储的冲动值范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在所述按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值之后还包括：
统计所述预设周期时间内各采样点对应的加速度变化率的绝对值超过预设阈值的采样点个数；
查询预先存储的个数范围与冲动等级的对应关系，确定出所述纵向冲动值所对应的冲动等级。
6.一种列车纵向冲动检测装置，其特征在于，包括采样单元、计算单元和确定单元；
所述采样单元，用于根据预先设定的采样频率，采集纵向加速度信号；
所述计算单元，用于依据所述采样频率以及各所述纵向加速度信号，计算各采样点对应的加速度变化率；
所述确定单元，用于按照预设的加速度分布规则，确定出预设周期时间内所述加速度变化率对应的纵向冲动值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算单元具体用于计算当前采样点对应的纵向加速信号与所述当前采样点相邻的前一个采样点对应的纵向加速信号的差值；将所述差值与采样时间相除得到的商作为所述当前采样点对应的加速度变化率。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元包括统计子单元和作为子单元；
所述统计子单元，用于统计所述预设周期时间内包含的所有采样点对应的加速度变化率的绝对值；
所述作为子单元，用于将所有所述加速度变化率的绝对值的平均值作为纵向冲动值。
9.一种列车纵向冲动检测装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至5任意一项所述列车纵向冲动检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述列车纵向冲动检测方法的步骤。
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