CN111929670A - 一种轨道交通列车速度测量方法及系统 - Google Patents

一种轨道交通列车速度测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及列车测速技术领域，具体涉及一种轨道交通列车速度测量方法及系统。信号接收装置实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K；信号接收装置实时读取加速度传感器的矢量输出数据，当所述矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz；根据vx、vy、vz计算出vacc；根据K计算出列车当前最大速度vmax；根据vacc和vmax计算列车当前速度v。在列车上布置多个蓝牙信标，使用一定时间内一定范围内收到的相同信标的广播次数最大值作为核心算子，进而测量列车的当前最大速度，具有较高的测量精度和动态范围。

Description

一种轨道交通列车速度测量方法及系统
技术领域
本发明涉及列车测速技术领域，具体涉及一种轨道交通列车速度测量方法及系统。
背景技术
现有的轨道交通列车运行图是由轨道交通管理部门设计制订，并以列车运行图为依据，通过信号系统实际控制列车运行。列车运行图属于运行计划，而非实际状态，因此，外界也并不能根据已经发布的列车运行图来准确判定列车所在位置和运行状态。
现行解决方案中，通过在列车上部署蓝牙发射装置，在站台上部署蓝牙接收装置，并将收到的蓝牙信号传输到中心服务器来实现列车到站的感知功能，从而实现列车运行图的云端建模和实时维护。
但是现有解决方案只能了解列车当前大致位置，并不能实时判断列车的运行速度，因此难以精确预测列车的停车开车时点。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种轨道交通列车速度测量方法及系统。
本发明一种轨道交通列车速度测量方法，其技术方案为：应用于轨道交通列车系统，所述轨道交通列车系统包括设置在列车上的若干个信号发射装置、设置在信号发射装置内的加速度传感器和设置在站台上的信号接收装置，所述信号接收装置用于接收信号发射装置和加速度传感器发送的信号，所述方法包括
信号接收装置实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K；
信号接收装置实时读取加速度传感器的矢量输出数据，当所述矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz；
根据vx、vy、vz计算出vacc，
Figure BDA0002606489980000021
根据K计算出列车当前最大速度vmax，
Figure BDA0002606489980000022
根据vacc和vmax计算列车当前速度v，
Figure BDA0002606489980000023
其中，f为信号发射装置的发射频率，r为设定接收范围的半径，l为信号接收装置与列车轨道中轴线之间的垂直距离，x方向为列车宽度方向，y方向为列车长度方向，z方向为垂直于水平面的竖直方向。
较为优选的，所述r通过以下方法计算：
计算r的下限值rmin，所述rmin为列车停车状态下，仅接收到一个信号发射装置发出的信号时，对应接收范围的半径；
计算r的上限值rmax，所述rmax为所述信号接收装置的最远接收半径；
所述r＝(rmin+rmax)/2。
较为优选的，所述信号发射装置设置在列车每一节车厢的同一位置。
较为优选的，所述信号发射装置为蓝牙信标，所述信号接收装置为蓝牙接收装置。
本发明一种轨道交通列车速度测量系统，其技术方案为：包括信号发射装置，设置在列车上，用于向信号接收装置发送信号；
加速度传感器，设置在信号发射装置内，用于发送矢量输出数据至信号接收装置；
信号接收装置，用于接收信号发射装置和加速度传感器发送的信号，以及根据接收的信号计算列车速度v，具体包括：
实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K；
实时读取加速度传感器的矢量输出数据，当所述矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz；
根据vx、vy、vz计算出vacc，
Figure BDA0002606489980000031
根据K计算出列车当前最大速度vmax，
Figure BDA0002606489980000032
根据vacc和vmax计算列车当前速度v，
Figure BDA0002606489980000033
其中，f为信号发射装置的发射频率，r为设定接收范围的半径，l为信号接收装置与列车轨道中轴线之间的垂直距离，x方向为列车宽度方向，y方向为列车长度方向，z方向为垂直于水平面的竖直方向。
本发明的有益效果为：在列车上布置多个蓝牙信标，针对列车上不同的蓝牙信标，不同的参与计算的信号强度窗口，使用一定时间内一定范围内收到的相同信标的广播次数最大值作为核心算子，进而测量列车的当前最大速度，具有较高的测量精度和动态范围。通过加速度传感器的变化量计算vacc，与列车当前最大速度vmax共同对列车速度进行限定，进一步保证了列车实时速度的测量准确性。
附图说明
图1为本发明一种轨道交通列车速度测量系统的布置示意图；
图2为本发明一种轨道交通列车速度测量方法的流程示意图。
图中：1-信号接收装置，2-列车，3-信号发射装置，4-加速度传感器，5-设定接收范围
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种轨道交通列车速度测量系统主要包括信号发射装置3、加速度传感器4和信号接收装置1。其中，信号发射装置3设置在列车2上，用于向信号接收装置1发送信号；加速度传感器4设置在信号发射装置3内，用于发送矢量输出数据至信号接收装置1；信号接收装置1，用于接收信号发射装置3和加速度传感器4发送的信号，以及根据接收的信号计算列车速度v。列车2可以是火车，也可以是地铁，轻轨等。信号发射装置3可以是蓝牙信标或无线信号发射装置，信号接收装置1可以是蓝牙信号接收装置或无线信号接收装置。信号发射装置3设置在列车2每一节车厢的同一位置，该位置可以是车厢上任意不会被随意触碰到，且不影响信号发射的位置，如车厢顶部。
如图2所示，一种轨道交通列车速度测量方法包括以下步骤：
步骤1，实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K。
设蓝牙信标的发射频率为f，设定接收范围4的半径为r，信号接收装置与列车轨道中轴线之间的垂直距离为l，列车的平均速度为va，则某个信标完全通过设定接收范围4所需要的时间是
Figure BDA0002606489980000051
在这个时间段内，接收到的来自该信标的广播信号包有n＝tf个，即
Figure BDA0002606489980000052
实例中，针对单个蓝牙信标，每秒钟n的值域为0到f，对于n＝0的情形，应该认为该蓝牙信标不在接收范围内或已经离开，对应va为未知。对于n＝f的情形，认为该蓝牙信标一直在接收范围内，但其va并不一定等于0，只能看作是
Figure BDA0002606489980000053
其余情形，可以认为
Figure BDA0002606489980000054
由于被测物上按几何空间均匀部署了若干个拥有相同f的蓝牙信标，实际信号接收单元1接收到的是一个按时间分布的信息序列。从信息序列中，可以提取过去某一段时间窗口T内，某个指定蓝牙信标的n，也可以提取n值最大或最小的蓝牙信标的身份信息及其某一个时段的n。信息序列中还包含收到的蓝牙广播数据包的RSSI，即信号强度。该信息可以在一定程度上推算接收距离，也就是说，可以通过对信息序列的过滤，来模拟实现调整r参数的目的。
实施例一
本方案的r根据以下方法进行计算：
计算r的下限值rmin，rmin为列车2停车状态下，仅接收到一个信号发射装置3发出的信号时，对应接收范围的半径；
计算r的上限值rmax，rmax为信号接收装置1的最远接收半径；
r＝(rmin+rmax)/2。
除本方案给出的方案，r的取值还可以为rmin和rmax中的其余中间值，具体以使得侦测结果稳定，裕量充足为取值原则。
由此，本方案选取的最基本的核心算子为：
过去T秒，设定接收范围4内所收到的相同信标的广播次数的最大值K。
步骤2，根据K计算出列车当前最大速度vmax，
Figure BDA0002606489980000061
步骤3，当矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz。其中，x方向为列车宽度方向，y方向为列车长度方向，z方向为垂直于水平面的竖直方向。
蓝牙信标上的加速度传感器数据输出为3个轴向(x、y、z轴)的有符号数，分别实时表征该传感器在三维空间的加速度信号。当蓝牙信标处于静止状态时，会由于地表重力加速度的影响，稳定输出x、y、z轴的三组数据。这三组数据的平方和的二次方根gˊ，与地表重力加速度g呈正比例关系。当列车加速驶离或减速停车过程中，传感器测得的加速度信号会包含机械运动所产生的垂直分量a。根据a的大小和方向的变化，也可以对时间积分求得蓝牙信标的速度变化相对量，可以与之前的计算结果进行对照并补偿修正，具体计算方法如下：
1、由车载蓝牙信标连续测量x,y,z的矢量输出，如果该输出的方向和大小在t分钟(该时长可以根据实际情况进行设定)内波动小于m％，判定该信标目前处于静止状态，认定此时的矢量方向垂直于地面，并记录该矢量的大小和方向。
2、蓝牙信标每秒钟读取加速度传感器的矢量输出数据，当发现该矢量在任意方向上的变化超过一定门限，则认定此时处于加/减速移动中，此时将x，y，z轴三个方向的输出与之前记录的重力方向和大小的数据做减法，并将结果按每个轴向对时间积分，得到每秒钟的三个轴向的瞬时速度vx、vy、vz。
步骤4，根据vx、vy、vz计算出vacc，
Figure BDA0002606489980000071
将瞬时速度vx、vy、vz用平方和根的方法标量化得到vacc，即与前文的vmax具有相同物理量纲。
步骤5，根据vacc和vmax计算列车当前速度v，
Figure BDA0002606489980000072
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种轨道交通列车速度测量方法，其特征在于：应用于轨道交通列车系统，所述轨道交通列车系统包括设置在列车上的若干个信号发射装置、设置在信号发射装置内的加速度传感器和设置在站台上的信号接收装置，所述信号接收装置用于接收信号发射装置和加速度传感器发送的信号，所述方法包括
信号接收装置实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K；
信号接收装置实时读取加速度传感器的矢量输出数据，当所述矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz；
根据vx、vy、vz计算出vacc，
Figure FDA0002606489970000011
根据K计算出列车当前最大速度vmax，
Figure FDA0002606489970000012
根据vacc和vmax计算列车当前速度v，
Figure FDA0002606489970000013
其中，f为信号发射装置的发射频率，r为设定接收范围的半径，l为信号接收装置与列车轨道中轴线之间的垂直距离，x方向为列车宽度方向，y方向为列车长度方向，z方向为垂直于水平面的竖直方向。
2.根据权利要求1所述的轨道交通列车速度测量方法，其特征在于：所述r通过以下方法计算：
计算r的下限值rmin，所述rmin为列车停车状态下，仅接收到一个信号发射装置发出的信号时，对应接收范围的半径；
计算r的上限值rmax，所述rmax为所述信号接收装置的最远接收半径；
所述r＝(rmin+rmax)/2。
3.根据权利要求1所述的轨道交通列车速度测量方法，其特征在于：所述信号发射装置设置在列车每一节车厢的同一位置。
4.根据权利要求1所述的轨道交通列车速度测量方法，其特征在于：所述信号发射装置为蓝牙信标，所述信号接收装置为蓝牙接收装置。
5.一种轨道交通列车速度测量系统，其特征在于：包括
信号发射装置，设置在列车上，用于向信号接收装置发送信号；
加速度传感器，设置在信号发射装置内，用于发送矢量输出数据至信号接收装置；
信号接收装置，用于接收信号发射装置和加速度传感器发送的信号，以及根据接收的信号计算列车速度v，具体包括：
实时计算过去T秒内，设定接收范围内接收到的，相同信号发射装置广播次数的最大值K；
实时读取加速度传感器的矢量输出数据，当所述矢量输出数据在x、y、z中任意方向上的变化量超过设定的门限值时，分别计算列车在x、y、z方向的瞬时速度vx、vy、vz；
根据vx、vy、vz计算出vacc，
Figure FDA0002606489970000021
根据K计算出列车当前最大速度vmax，
Figure FDA0002606489970000022
根据vacc和vmax计算列车当前速度v，
Figure FDA0002606489970000023
其中，f为信号发射装置的发射频率，r为设定接收范围的半径，l为信号接收装置与列车轨道中轴线之间的垂直距离，x方向为列车宽度方向，y方向为列车长度方向，z方向为垂直于水平面的竖直方向。
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