CN111572598A - 高速磁浮列车定位方法和系统 - Google Patents
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Abstract
高速磁浮列车定位方法，涉及轨道交通技术，本发明的方法包括下述步骤：1)沿路轨设置磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置磁场发生单元的有效磁场方向；2)在列车上设置车载感应线圈，列车行驶中，通过检测感应线圈的电流方向获取磁场信标点的位置编码，进而获取列车所在位置。本发明能够准确的实现对高速磁浮列车的定位和测速，抗干扰能力高。
Description
技术领域
本发明涉及交通技术领域。
背景技术
磁浮列车是一种以磁悬浮方式沿轨道高速运行的绿色交通工具。从牵引的角度看，它是一种直线同步牵引系统，需要有测速定位装置来获得准确车辆位置信息用于实现稳定的牵引控制。目前，轮轨列车通常采用应答器/信标、计轴等设备实现列车的测速定位。计轴设备通过计算通过轮对的数目和时间实现列车的测速功能，而高速磁浮列车不依赖传统的轮轨接触，而是依靠电磁力来实现列车的悬浮、导向还有驱动，因此采用计数轮对的方式实现测速功能满足不了高速磁浮运营需求。同时，高速磁浮列车运行速度不低于500公里/小时，远大于轮轨列车运行速度，应答器/信标等基于RFID射频技术的定位设备只能运用在运行速度低于400公里/小时的轨道交通中，因此应答器/信标也满足不了高速磁浮的运营需求。在磁浮列车领域处于领先地位的日本和德国分别根据各自的需求和技术特点采用了不同的技术方案实现磁浮列车的定位与测速。目前方法包括：感应回线的测速定位、基于计数轨枕的测速定位、基于多普勒雷达的测速定位还有主要应用于高速磁浮列车中的基于长定子齿槽检测的测速定位。上海磁浮采用的电磁感应方式读取铺设在轨道上位置标志板的编码，但是，磁浮列车的相对位置传感器是车载装置，它与被测长定子之间的间隙随着车辆浮动而浮动变化，并且高速磁浮列车不一定匀速行驶。这些方法均有其缺点，其系统结构比较复杂，在高速磁浮的测速定位中使用问题较多，并且都只能在车速低于500公里/小时的磁浮交通中应用。
发明内容
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种高速磁浮列车定位方法和系统，能够准确的对高速磁浮列车定位。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高速磁浮列车定位方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)沿路轨设置磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置磁场发生单元的有效磁场方向；
2)在列车上设置车载感应线圈，列车行驶中，通过检测感应线圈的电流方向获取磁场信标点的位置编码，进而获取列车所在位置。
所述磁场发生单元为螺旋线圈，同一磁场信标点的各磁场发生单元形成电路串联。
本发明还提供一种高速磁浮列车定位系统，其特征在于，包括下述部分：
沿路轨设置的磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，磁场发生单元的有效磁场方向按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置；
在列车上设置的车载感应线圈；
与车载感应线圈连接的感应电流脉冲检测模块。
还包括一个与感应电流脉冲检测模块连接的译码模块，所述译码模块包括位置编码——地理位置名称映射表和地理位置名称输出单元。
进一步的，还包括：
沿路轨等距设置的速度信标点，所述速度信标点包括磁场发生单元，且各速度信标点的磁场发生单元产生的有效磁场方向一致；
时钟；
与时钟和感应电流脉冲检测模块连接的速度计算模块。
本发明能够准确的实现对高速磁浮列车的定位和测速，抗干扰能力高。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种高速磁浮列车定位方法，包括下述步骤：
1)沿路轨设置磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置磁场发生单元的有效磁场方向；
2)在列车上设置车载感应线圈，列车行驶中，通过检测感应线圈的电流方向获取磁场信标点的位置编码，进而获取列车所在位置。
所述磁场发生单元为螺旋线圈(电磁铁)，同一磁场信标点的各磁场发生单元形成电路串联。
关于有效磁场方向及位置编码的解释：线圈切割磁力线会产生感应电流。依据左手定则可知，如果线圈运动方向固定，两次切割的磁力线方向相反，则两次感应电流的方向亦相反。本发明所称的“有效磁场方向”即是指能够被车载感应线圈有效切割(即能产生感应电流的切割)的磁力线方向。有效磁场方向由磁场发生单元的磁体南北极方向确定。例如，由于车载感应线圈的运动方向为路轨方向(列车沿路轨运动)，故沿垂直地面方向S上N下的磁体A和S下N上的磁体B所产生的有效磁场方向是相反的，随车运动的车载感应线圈切割这两个磁体的磁力线产生的感应电流方向也是相反的。由此，可通过设定磁体方向来确定感应电流的方向。表达为二进制的方式，即构成编码。
磁场发生单元可以采用永磁体，也可以采用电磁铁的形式。
本发明还提供一种高速磁浮列车定位系统，包括下述部分：
沿路轨设置的磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，磁场发生单元的有效磁场方向按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置；
在列车上设置的车载感应线圈；
与车载感应线圈连接的感应电流脉冲检测模块。
还包括一个与感应电流脉冲检测模块连接的译码模块，所述译码模块包括位置编码——地理位置名称映射表和地理位置名称输出单元。
进一步的，还包括：
沿路轨等距设置的速度信标点，所述速度信标点包括磁场发生单元，且各速度信标点的磁场发生单元产生的有效磁场方向一致；
时钟；
与时钟和感应电流脉冲检测模块连接的速度计算模块。
实施例：
高速磁浮列车测速定位系统，包括轨旁恒定磁场产生子系统、车载接收处理子系统。
所述的轨旁恒定磁场产生子系统包括电源模块、控制模块、轨旁线圈模块(即磁场发生单元)；
所述的电源模块用于为轨旁线圈模块提供稳定的工作电源；
所述的控制模块用于通过与其它系统接口实现轨旁线圈模块的工作电源通断功能；
所述的轨旁线圈模块用于在接收到电源模块提供的工作电源后，在轨旁线圈周围形成恒定的磁场；
所述的车载接收处理子系统包括车载感应线圈模块、信息处理模块和线路数据模块；
所述车载感应线圈模块用于感应线圈沿所述轨旁线圈模块移动时，切割所述轨旁线圈模块产生的磁力线，感应线圈模块的线圈内部的磁通量从零快速的增加再减少至零的趋势，使感应线圈形成正弦电信号；
所述的线路数据模块用于保存轨旁的线路数据，以及码位-绝对里程表；
所述的信息处理模块用于采集车载感应线圈产生的正弦电信号，识别正弦电信号的相位，统计正弦电信号数量以及计时；通过识别相位，解码序列，比对所述线路数据模块提供的线路数据和码位-绝对里程表，实现列车绝对定位功能；通过计数正弦电信号，实现列车的累计定位功能，通过计算单位时间的正弦信号数，实现列车的测速功能。
车载感应线圈安装于高速磁浮列车的转向架上，车载信息处理模块和线路数据模块安装在车载机柜内，轨旁线圈模块沿着高速磁浮线路等间隔安装在轨道道床上，并正对车载感应线圈。控制模块和电源模块安装在分区控制的牵引变电所或车站机房内。轨旁线圈模块采用两种方向相反的绕组方式，可提供两种相反方向的磁场，为便于区分说明，分别称为正向轨旁线圈模块和反向轨旁线圈模块。车载感应线圈在经过正向轨旁线圈模块时，感应线圈内生成正向的正弦电信号，在经过反向轨旁线圈模块时，感应线圈内生成反向的正弦电信号。
在高速磁浮线路上分成多个磁场分区，并与牵引区段一一对应，每个磁场分区由多个所述的正向轨旁线圈模块和多个所述的反向轨旁线圈模块串联构成，每个磁场分区的电源模块为本分区提供工作电源，每个磁场分区的控制模块与牵引区段控制系统接口，当牵引区段控制系统为牵引区段提供牵引电流时，控制模块接通工作电源，当牵引区段控制系统为牵引区段断开牵引电流时，控制模块断开工作电源。在测速区采用多个正向轨旁线圈模块串联；在定位处采用正向轨旁线圈模块和反向轨旁线圈模块“编码”串联。例如：以一个正向轨旁线圈模块为1，一个反向轨旁线圈模块为0，即可表示01这样的二进制编码。依据预定的编码规则，可以将位置信息编码为预定位数的二进制序列，再按照该二进制序列设置正(反)向轨旁线圈模块。
工作状态如下所述：
第一步：轨旁线圈模块接通工作电源时，在轨旁线圈内形成恒定的磁场；
第二步：高速磁浮列车的车站感应线圈模块沿着轨旁线圈模块移动时，产生感应电信号；
第三步：车载信息处理模块实时采集车载感应线圈中的电信号，并实时统计感应信号的数量；
第四步：车载信息处理模块在采集到第i个正反向信号时开始计时，采集到第i+j个正反向信号结束计时，时间间隔t，轨旁线圈模块安装间隔为a，则在t时间间隔内，高速磁浮列车的速度为v＝a*j/t；
第四步：在高速磁浮列车连续接收到大于等于n个正向信号后(n为预设值)，当接收到第一个反向信号时，连续统计m个接收信号(预定的二进制码的位数m)，形成编码序列，将编码序列在“编码——绝对里程”映射表查询里程，获取高速磁浮在收到第m个接收信号时的绝对里程，或者说，列车所在位置。
Claims (5)
1.高速磁浮列车定位方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)沿路轨设置磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置磁场发生单元的有效磁场方向；
2)在列车上设置车载感应线圈，列车行驶中，通过检测感应线圈的电流方向获取磁场信标点的位置编码，进而获取列车所在位置。
2.如权利要求1所述的高速磁浮列车定位方法，其特征在于，所述磁场发生单元为螺旋线圈，同一磁场信标点的各磁场发生单元形成电路串联。
3.高速磁浮列车定位系统，其特征在于，包括下述部分：
沿路轨设置的磁场信标点，所述磁场信标点由沿路轨方向排列的至少两个磁场发生单元构成，磁场发生单元的有效磁场方向按照磁场信标点所在位置的预设位置编码设置；
在列车上设置的车载感应线圈；
与车载感应线圈连接的感应电流脉冲检测模块。
4.如权利要求3所述的高速磁浮列车定位系统，其特征在于，还包括一个与感应电流脉冲检测模块连接的译码模块，所述译码模块包括位置编码——地理位置名称映射表和地理位置名称输出单元。
5.如权利要求3所述的高速磁浮列车定位系统，其特征在于，还包括：
沿路轨等距设置的速度信标点，所述速度信标点包括磁场发生单元，且各速度信标点的磁场发生单元产生的有效磁场方向一致；
时钟；
与时钟和感应电流脉冲检测模块连接的速度计算模块。
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