CN111751609A - 一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统 - Google Patents

一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统，属于轨道电路微电子接收器技术领域，包括：对外部输入的轨道电压信号进行采样滤波处理，得到轨道电压的有效采样值；对两个CPU采样的轨道电压有效采样值进行电压标定，经过计算得到轨道电压实际值；对两个CPU的轨道电压实际值进行二取二比较，得到轨道电压实际值的二取二比较结果；基于二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。本发明可扩展性好，维护方便且可实时鉴别出轨道状态，轨道状态鉴别准确率较高。

Description

一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道电路微电子接收器技术领域，特别涉及一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统。
背景技术
数字化、信息化是铁路信号控制系统发展的一个重要方向，数字信号处理技术随着计算机和信息科学的发展应运而生，并得到迅速发展。近年来，数字信号处理已经在通信、自动化等领域得到了极为广泛的应用。随着电子技术的发展，50Hz轨道电路信号检测也逐步采用全电子化代替以前的继电器电路，彻底解决了以前的继电器噪声大、抗电磁干扰能力差、电磁辐射大等问题，使列车运行更加安全，同时可以减少列车司机的劳动强度，对提高劳动生产力具有重要的意义。
目前国内最常用的工频交流连续式轨道电路主要是JZXC-480型轨道电路。这种轨道电路实质上是交直流轨道电路，通过控制继电器的吸合和落下，来判断轨道状态；但该型号轨道电路存在可扩展性差，无法在工程现场进行灵活调整，维护不便，防雷性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种可扩展性好、能实时鉴别轨道状态的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法及系统。
为实现以上目的，本发明采用一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，包括如下步骤：
对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值；
对两个CPU采集计算的轨道电压实际值进行二取二比较，得到轨道电压实际值的二取二比较结果；
基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
进一步地，所述对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值，包括：
利用电子接收器采样通道对所述外部输入的轨道电压信号进行采样，并将各周期采样值的平均值作为轨道电压采样值；
对轨道电压采样值进行整流滤波处理，得到所述轨道电压的有效采样值。
进一步地，所述对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值，包括：
将所述两个轨道电压的有效采样值分别与预先得到的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值对应的电压标定区间；
根据相对应的电压标定区间的线性线段，计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
进一步地，采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定，得到所述标定数据。
进一步地，所述基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别，包括：
判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致；
若否，则确定轨道状态为占用状态；
若是，则分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态。
进一步地，根据所述轨道电压实际值确定轨道状态，包括：
若所述轨道电压实际值大于空闲阈值，则确定轨道状态为空闲状态；
若所述轨道电压实际值小于占用阈值，则确定轨道为占用状态；
若所述轨道电压实际值在占用阈值和空闲阈值之间，则轨道状态保留上一状态。
进一步地，所述对两个所述的轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态，包括：
判断两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较结果是否一致；
若是，则确定轨道状态为任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态；
若否，则确定轨道状态为占用状态。
另一方面，采用一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的系统，包括：二取二比较模块和两个轨道状态鉴别模块，两个轨道状态鉴别模块的输入端均获取外部输入的轨道电压信号、输出端经二取二比较模块连接，其中：
每个轨道状态鉴别模块均包括采样滤波单元和电压标定单元，采样滤波单元的输出端和电压标定单元输入端连接，电压标定单元的输出端与二取二比较模块的输出端连接；
采样滤波单元用于对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
电压标定单元用于对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值；
二取二比较模块用于对两个轨道电压实际值进行二取二比较，基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
进一步地，所述电压标定单元包括电压标定区间确定子单元和轨道电压实际值计算子单元；
电压标定区间确定子单元用于将所述两个轨道电压的有效采样值分别与预先得到的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值分别对应的电压标定区间，其中，所述标定数据为采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定得到；
轨道电压实际值计算子单元用于根据相对应的电压标定区间的线性线段，分别计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
进一步地，所述二取二比较模块包括第一比较单元、输出单元、确定单元和第二比较单元；
第一比较单元用于判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致；
输出单元用于在第一比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态；
确定单元用于在第一比较单元输出的比较结果一致时，分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
第二比较单元用于对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较；
输出单元用于在第二比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态，用于在第二比较单元输出的比较结果一致时，输出任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明首先对外部输入的轨道电压信号进行采样滤波处理，可快速检测出轨道电压的有效数据，满足了信号采样准确性的要求；然后对轨道电压的有效数据进行电压标定，确定轨道电压的实际值，再利用轨道电压的实际值进行二取二比较判断轨道状态。本方案可扩展性好，维护方便且可实时鉴别出轨道状态。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法的流程图；
图2是一种50hz轨道电路信号检测及状态鉴别的处理框图；
图3是轨道电压实际值计算原理图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，包括如下步骤S1至S4：
S1、对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
S2、对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值；
S3、对两个轨道电压实际值进行二取二比较，得到轨道电压实际值的二取二比较结果；
S4、基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
需要说明的是，通过对轨道电压信号进行采样滤波处理得到的采样值进行电压标定处理，大大提高了轨道输入电压的检测精度，对标定后的轨道电压实际值进行二取二比较，判断轨道的状态，大大提高了轨道状态鉴别的准确性，可适用于复杂工况条件下的轨道状态鉴别。
具体来说，上述步骤S1：对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值，具体包括如下细分步骤S11至S12：
S11、利用电子接收器采样通道对所述外部输入的轨道电压信号进行采样，并将各周期采样值的平均值作为轨道电压采样值；
S12、对轨道电压采样值进行整流滤波处理，得到所述轨道电压的有效采样值。
需要说明的是，采样通道的采样频率为1Khz，每个采样周期为20ms，即在一采样周期内采样20次，与50Hz轨道电源信号的周期对应。将每周期20次采样值的平均值作为轨道电压的有效采样值，可以减小信号采样误差，提高信号的采样精度。
具体来说，上述步骤S2：对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值，具体包括如下细分步骤S21至S22：
S21、将所述两个轨道电压的有效采样值分别与预先得到的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值分别对应的电压标定区间；其中，所述标定数据为采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定得到。
S22、根据相对应的电压标定区间的线性线段，分别计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
需要说明的是，50Hz轨道电路采样通道的硬件电路因元器件误差以及噪声影响，实际输入的轨道电压与采样通道的采样值之间并不是完全成线性关系的，所以本实施例中采用分段折线法对采样通道的采样值进行标定。
任何一个输入/输出系统，要根据其输入的参数，得出相应的输出结果，就必须有一个确定的特性曲线函数，然后通过拟合的过程，确定参数，但该过程计算比较复杂，工作量大。本实施例采用分段折线法对采样通道特征值进行标定，认为在一条输入/输出的特性曲线中，某一段近似于直线的，该段上的点坐标参数是具有线性关系的，所以，当该段直线的斜率确定时，就可以根据输出的参数(信号采样值)，来确定输入的参数(信号源参数)。
应当理解的是，要提高50hz轨道电路信号检测的精度，标定时必须采用多点描述的方法，理论上来说，标定的点越多，数据的精度越高，但是点过多会增加工作量的，所以，可以通过测试相关参数点，作出对应的曲线图，从而确定合适的标定区间。
本实施例中采用分段折线法对采样通道的电压采样值进行标定的具体过程为：
选定需要标定的电压等级，采样每个电压等级的轨道电压输入有效值，电压等级的选定过程为通过测试不同的轨道输入电压对应不同的AD值，然后作出相应的曲线图，从而确定合适的电压等级(电压标定等级)；将该电压等级下采集的电压采样值的平均值作为电压有效值。
确定相邻电压等级之间的轨道电压输入实际值可以通过相邻电压等级与相对应的电压等级输出值的比构成一条线性线段，由该线段求出该相邻电压等级之间不同轨道输入电压值。如图3所示，不同的电压等级对应不同的标定数据，在二维平面上可以形成一条折线段；该线性线段指的是两个相邻的电压等级对应两个标定数据，形成的线段。
具体来说，上述步骤S4：基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别，包括如下细分步骤S41至S44：
S41、判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致，若否执行步骤S42，若是执行步骤S43；
S42、确定轨道状态为占用状态；
S43、分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
S44、对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态。
具体来说，步骤S43中，根据所述轨道电压实际值确定轨道状态，具体为：
若所述轨道电压实际值大于空闲阈值，则确定轨道状态为空闲状态；
若所述轨道电压实际值小于占用阈值，则确定轨道为占用状态；
若所述轨道电压实际值在占用阈值和空闲阈值之间，则轨道状态保留上一状态。
需要说明的是，本实施例中的空闲阈值和占用阈值均采用国标规定的取值。
具体来说，上述步骤S44：对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态，具体包括步骤S441至S443：
S441、判断两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较结果是否一致，若是执行步骤S442，若否执行S443；
S442、确定轨道状态为任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态；
S443、确定轨道状态为占用状态。
需要说明的是，本实施例中对标定得到的轨道电压实际值进行二取二比较，初步判断轨道状态，在两个CPU的轨道电压实际值二取二比较结果一致时，两CPU分别根据各自的轨道电压实际值判断各自的轨道状态，并对两个CPU的轨道状态再进行二取二比较，最终确定轨道状态，大幅度提高了轨道鉴别的准确性。
如图2所示，本实施例公开了一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的系统，包括：二取二比较模块和两个轨道状态鉴别模块，两个轨道状态鉴别模块的输入端均获取外部输入的轨道电压信号、输出端经二取二比较模块连接，其中：
每个轨道状态鉴别模块均包括采样滤波单元和电压标定单元，采样滤波单元的输出端和电压标定单元输入端连接，电压标定单元的输出端与二取二比较模块的输出端连接；
采样滤波单元用于对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
电压标定单元用于对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值；
二取二比较模块用于对两个CPU的轨道电压实际值进行二取二比较，基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
需要说明的是，本系统是基于高性能的ARM架构的32位单片机，可以快速检测出输入的轨道电压的有效值，并对轨道电压信号进行采样滤波处理得到的采样值进行电压标定处理，大大提高了轨道输入电压的检测精度，从而提高了轨道鉴别的准确性。
具体来说，所述电压标定单元包括电压标定区间确定子单元和轨道电压实际值计算子单元；
电压标定区间确定子单元用于将所述两个轨道电压的有效采样值分别与预先得到的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值分别对应的电压标定区间，其中，所述标定数据为采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定得到；
轨道电压实际值计算子单元用于根据相对应的电压标定区间的线性线段，分别计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
需要说明的是，标定数据预先下发到单片机的Flash中，以供在轨道电压实际值计算时调用。
具体来说，所述二取二比较模块包括第一比较单元、输出单元、确定单元和第二比较单元；
第一比较单元用于判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致；
输出单元用于在第一比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态；
确定单元用于在第一比较单元输出的比较结果一致时，分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
第二比较单元用于对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较；
输出单元用于在第二比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态，用于在第二比较单元输出的比较结果一致时，输出任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，包括：
对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，根据标定算法得到两个轨道输入电压实际值；
对两个轨道电压实际值进行二取二比较，得到轨道电压实际值的二取二比较结果；
基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
2.如权利要求1所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，所述对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值，包括：
利用电子接收器采样通道对所述外部输入的轨道电压信号进行采样，并将各周期采样值的平均值作为轨道电压采样值；
对轨道电压采样值进行整流滤波处理，得到所述轨道电压的有效采样值。
3.如权利要求1所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，所述对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，经过标定算法计算得到两个轨道电压实际值，包括：
将所述两个轨道电压的有效采样值分别与预先存储的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值分别对应的电压标定区间；
根据相对应的电压标定区间的线性线段，分别计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
4.如权利要求3所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定，得到所述标定数据。
5.如权利要求4所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，所述基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别，包括：
判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致；
若否，则确定轨道状态为占用状态；
若是，则分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态。
6.如权利要求5所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，根据所述轨道电压实际值确定轨道状态，包括：
若所述轨道电压实际值大于空闲阈值，则确定轨道状态为空闲状态；
若所述轨道电压实际值小于占用阈值，则确定轨道为占用状态；
若所述轨道电压实际值在占用阈值和空闲阈值之间，则轨道状态保持上一状态。
7.如权利要求5所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的方法，其特征在于，所述对两个所述的轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较，确定轨道状态，包括：
判断两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较结果是否一致；
若是，则确定轨道状态为任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态；
若否，则确定轨道状态为占用状态。
8.一种用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的系统，其特征在于，包括：二取二比较模块和两个轨道状态鉴别模块，两个轨道状态鉴别模块的输入端均获取外部输入的轨道电压信号、输出端经二取二比较模块连接，其中：
每个轨道状态鉴别模块均包括采样滤波单元和电压标定单元，采样滤波单元的输出端和电压标定单元输入端连接，电压标定单元的输出端与二取二比较模块的输出端连接；
采样滤波单元用于对外部输入的轨道电压信号进行两次采样滤波处理，得到两个轨道电压的有效采样值；
电压标定单元用于对两个轨道电压的有效采样值进行电压标定，得到两个轨道电压实际值；
二取二比较模块用于对两个轨道电压实际值进行二取二比较，基于轨道电压实际值的二取二比较结果，对轨道状态进行鉴别。
9.如权利要求8所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的系统，其特征在于，所述电压标定单元包括电压标定区间确定子单元和轨道电压实际值计算子单元；
电压标定区间确定子单元用于将所述两个轨道电压采样有效采样值分别与预先得到的标定数据进行比较，确定两个所述轨道电压的有效采样值分别对应的电压标定区间，其中，所述标定数据为采用分段折线法对电子接收器采样通道的电压采样值进行标定得到；
轨道电压实际值计算子单元用于根据相对应的电压标定区间的线性线段，分别计算出两个所述轨道电压的有效采样值对应的轨道电压实际值。
10.如权利要求8所述的用于50Hz轨道信号检测及状态鉴别的系统，其特征在于，所述二取二比较模块包括第一比较单元、输出单元、确定单元和第二比较单元；
第一比较单元用于判断所述轨道电压实际值的二取二比较结果是否一致；
输出单元用于在第一比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态；
确定单元用于在第一比较单元输出的比较结果一致时，分别根据两个所述轨道电压实际值确定轨道状态；
第二比较单元用于对两个所述轨道电压实际值所确定的轨道状态进行二取二比较；
输出单元用于在第二比较单元输出的比较结果不一致时，输出轨道状态为占用状态，用于在第二比较单元输出的比较结果一致时，输出任一所述轨道电压实际值所确定的轨道状态。
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