CN112067848B - 一种高铁大风防灾设备的标定系统及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁大风防灾设备的标定系统及标定方法，标定系统包括车载风洞、风洞方位调节机构、控制系统、服务器终端和数据采集卡，车载风洞通过风洞方位调节机构安装在巡检车上，车载风洞上安装有第一定位器，车载风洞的出风口处安装有风速风压测量仪，数据采集卡与待标定风速风向仪的信号输出端连接，数据采集卡与服务器终端相连接，待标定风速风向仪上安装有第二定位器，车载风洞、风洞方位调节机构、服务器终端、第一定位器、风速风压测量仪和第二定位器均与控制系统相连接。该标定系统及标定方法能够实现风速风向的现场标定，不影响仪器正常服役，标定效率高，节省人力物力，而且能够保障操作人员和仪器的安全。

Description

一种高铁大风防灾设备的标定系统及标定方法
技术领域
本发明涉及风速风向仪现场标定技术领域，具体而言，涉及一种基于车载风洞的高铁大风防灾设备的标定系统及标定方法。
背景技术
近年来，我国高速铁路建设取得了举世瞩目的成绩，然而随着高速铁路网的进一步延伸，高铁列车面临着各种恶劣风环境的威胁。由于列车运行速度快、对自身的稳定性要求极高，在强风产生的水平荷载作用下很容易导致行车安全事故。为了避免大风导致高铁事故，铁路部门在高铁沿线安装风速风向仪对沿线的风速风向进行实时监测，当风速大于某限定值时系统自动向相关部门报警，以便采取相应的限速/停轮应对措施。因此，高铁沿线风速风向仪是保障高速列车行车安全的重要技术手段。
然而，随着使用年限的增长，风速风向仪性能退化精度下降，很可能无法准确可靠地监测风速风向，容易导致错报漏报等情况对列车的行车安全造成威胁。铁路总局规定各铁路局需对分管路段内的风速风向仪进行定期标定。然而，现有风速风向仪的标定工作主要在仪器安装之前完成，一般在风洞实验室内进行。现行的风速风向仪标定方法需要将风速风向仪逐个拆除，在风洞实验室内重新标定再安装，此方法拆除工作繁琐且工作量巨大，将耗费大量的人力物力，而且拆除工作必须空窗期进行，拆装过程增加操作人员和仪器的危险性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高铁大风防灾设备的标定系统及标定方法，该标定系统及标定方法能够实现风速风向的现场标定，不影响仪器正常服役，标定效率高，节省人力物力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高铁大风防灾设备的标定系统，包括车载风洞、风洞方位调节机构、控制系统、服务器终端和数据采集卡，车载风洞通过风洞方位调节机构安装在巡检车上，车载风洞上安装有第一定位器，车载风洞的出风口处安装有风速风压测量仪，数据采集卡与待标定风速风向仪的信号输出端连接，数据采集卡与服务器终端相连接，待标定风速风向仪上安装有第二定位器，车载风洞、风洞方位调节机构、服务器终端、第一定位器、风速风压测量仪和第二定位器均与控制系统相连接。
进一步地，风洞方位调节机构包括支撑底座，支撑底座安装在巡检车上，支撑底座上设有滑轨，滑轨上滑动设置一滑座，滑座上安装一机械臂，车载风洞安装在机械臂的另一端，机械臂和滑座的驱动机构均与控制系统相连接。
进一步地，车载风洞内并排安装有多个风机，相邻的风机之间通过隔板隔开，车载风洞内还设置有整流层，整流层设于风机和车载风洞的出风口之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种高铁大风防灾设备的标定方法，采用上述的标定系统对待标定风速风向仪进行标定，标定方法包括以下步骤：
步骤S1：控制系统接收第一定位器和第二定位器的位置坐标，根据第一定位器和第二定位器的位置坐标计算风洞方位调节机构的升降高度和转动角度，并向风洞方位调节机构发送控制指令；
步骤S2：风洞方位调节机构驱动车载风洞到达指定位置后，控制系统向车载风洞发送标定风速风向的开启指令，车载风洞向待标定风速风向仪吹风；
步骤S3：风速风压测量仪测量车载风洞的出风口处的风速和风向，并将测量结果传输到控制系统，控制系统将车载风洞出风口处的风速和风向信息传输至服务器终端；
步骤S4：数据采集卡记录待标定风速风向仪的风速风向输出信号并将风速风向输出信号传送给服务器终端，待风速风向输出信号稳定后采集并存储信号，完成一个工况信号采集；
步骤S5：服务器终端将数据采集卡收集的待标定风速风向仪的风速风向输出信息和风速风压测量仪测量的车载风洞出风口的风速风向信息进行比对，若对比差值超过设定值则发出报警；若对比差值未超过设定值，控制系统向车载风洞发送下一个标定风速风向的开启指令；
步骤S6：重复上述步骤，直至完成待标定风速风向仪的所有信号数据的采集；
步骤S7：利用服务器终端和数据分析软件分析所采集的信号数据与标定风速风向值之间的关系，完成待标定风速风向仪的标定。
进一步地，步骤S6中，重复上述步骤，具体是指：
若控制系统接收到的第二定位器的位置坐标未发生变化，则控制系统向车载风洞发送下一个标定风速风向的开启指令，重复步骤S3至步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成待标定风速风向仪的所有信号数据的采集；
若控制系统接收到的第二定位器的位置坐标发生变化，则重复步骤S1至步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成待标定风速风向仪的所有信号数据的采集。
进一步地，在进行现场标定之前，在风洞内对车载风洞所输出的风速和风向进行实验室标定，为现场标定提供标定基准，同时确定待标定风速风向仪与车载风洞的出风口之间的最优距离。
进一步地，在进行现场标定之前，将第二定位器安装在待标定风速风向仪上，且第二定位器安装在待标定风速风向仪的正上方或正下方。
进一步地，步骤S1具体包括：控制系统通过第二定位器接收待标定风速风向仪的位置坐标信号，计算出车载风洞应有的位置坐标；同时，控制系统通过第一定位器接收车载风洞的即时位置坐标信号，结合车载风洞应有的位置坐标，计算出风洞方位调节机构的升降高度和转动角度，并将升降高度和转动角度指令发送给风洞方位调节机构，风洞方位调节机构根据接收到的指令将车载风洞固定到应有的位置坐标。
应用本发明的技术方案，在现场标定时通过巡检车将标定系统运输到高铁沿线的待标定风速风向仪附近，车载风洞对待标定风速风向仪施加均匀风，数据采集卡采集待标定风速风向仪的测量值并传输给控制系统；施加的风速为人为给定值，施加的风向通过调整风洞方位调节机构的转动角度控制；通过对比风速风压测量仪测量的车载风洞的风速风向信息与数据采集卡接收的风速风向信息，对数据采集卡接收的风速风向信息进行校核；通过对比车载风洞输出的风速值与待标定风速风向仪的测量值，对待标定风速风向仪进行现场标定。本发明的标定系统及标定方法与现有的标定方式相比，无需将待标定风速风向仪逐个拆除，在风洞实验室内重新标定再安装；能够实现风速风向的现场标定，不影响仪器正常服役，标定效率高，节省人力物力，而且能够保障操作人员和仪器的安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的标定系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的标定系统中车载风洞的内部结构示意图。
图3为本发明实施例的标定系统的系统运行示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、车载风洞；2、风洞方位调节机构；3、控制系统；4、服务器终端；5、数据采集卡；6、第一定位器；7、风速风压测量仪；8、第二定位器；11、风机；12、整流层；21、支撑底座；22、滑轨；23、滑座；24、机械臂；100、待标定风速风向仪。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1：
参见图1至图3，一种本发明实施例的高铁大风防灾设备的标定系统，该标定系统主要包括车载风洞1、风洞方位调节机构2、控制系统3、服务器终端4和数据采集卡5。其中，车载风洞1通过风洞方位调节机构2安装在巡检车(图中未示出)上；车载风洞1上安装有用于确定车载风洞1的相对位置的第一定位器6；在车载风洞1的出风口处安装有一个风速风压测量仪7，该风速风压测量仪7用于测量车载风洞1的出风口处的风速和风向，并将测量结果传输到控制系统3；数据采集卡5与待标定风速风向仪100的信号输出端连接，该数据采集卡5还与服务器终端4相连接，数据采集卡5用于记录待标定风速风向仪100的输出电信号，并将该输出电信号传送给服务器终端4；在待标定风速风向仪100上安装有第二定位器8，该第二定位器8用于确定待标定风速风向仪100的相对位置；该标定系统中的车载风洞1、风洞方位调节机构2、服务器终端4、第一定位器6、风速风压测量仪7和第二定位器8均与控制系统3相连接。
上述的高铁大风防灾设备的标定系统，在进行现场标定之前，在风洞内对车载风洞1所输出的风速和风向进行实验室标定，为现场标定提供标定基准，同时确定待标定风速风向仪100与出车载风洞1的风口之间的最优距离；在现场标定时，通过巡检车将标定系统运输到高铁沿线的待标定风速风向仪100附近，车载风洞1对待标定风速风向仪100施加均匀风，数据采集卡5采集待标定风速风向仪100的测量值并传输给控制系统3；施加的风速为人为给定值，施加的风向通过调整风洞方位调节机构2的转动角度控制；通过对比风速风压测量仪7测量的车载风洞1的风速风向信息与数据采集卡5接收的风速风向信息，对数据采集卡5接收的风速风向信息进行校核；通过对比车载风洞1输出的风速值与待标定风速风向仪100的测量值，对待标定风速风向仪100进行现场标定。本发明的标定系统与现有的标定方式相比，无需将待标定风速风向仪100逐个拆除，然后在风洞实验室内重新标定再安装；能够实现风速风向的现场标定，不影响仪器正常服役，标定效率高，节省人力物力，而且能够保障操作人员和仪器的安全。
具体来说，参见图1，在本实施例中，风洞方位调节机构2包括支撑底座21，该支撑底座21固定安装在巡检车上，在支撑底座21上设置有滑轨22，该滑轨22上滑动设置有一个滑座23，在滑座23上安装有一个机械臂24，车载风洞1安装在该机械臂24的另一端，并且该机械臂24和滑座23的驱动机构均与控制系统3相连接(如图1所示为无线通信连接)。机械臂24可转动地安装在滑座23上，可通过机械臂24的转动调整车载风洞1的方向，来实现对待标定风速风向仪100的标定风向的确定。如此设置，通过机械臂24可对车载风洞1提供支撑，并对车载风洞1的出风口的方向和高度等进行控制；机械臂24与滑座23沿滑轨22的滑动相配合，实现对车载风洞1进行精确定位。
参见图2，在本实施例中，车载风洞1内呈两排安装有六个风机11，相邻的风机11之间通过隔板相隔开，在车载风洞1内还设置有整流层12，该整流层12设置在风机11和车载风洞1的出风口之间。这样设置，六个风机11同时工作，通过隔板和整流层12的整流作用，使气流稳定、均匀地吹向待标定风速风向仪100。车载风洞1的出风口形状可为矩形或者其他合适形状，其尺寸可根据实际情况选定。
实施例2：
一种本发明实施例的高铁大风防灾设备的标定方法，采用本发明上述实施例1的标定系统对高铁沿线的待标定风速风向仪100进行标定，该标定方法包括以下步骤：
步骤S1：巡检车将标定系统运输到待标定风速风向仪100附近；在进行现场标定之前，将第二定位器8安装在待标定风速风向仪100上，且第二定位器8安装在待标定风速风向仪100的正上方或正下方；连接好相应的线路；控制系统3接收第一定位器6和第二定位器8的位置坐标，根据第一定位器6和第二定位器8的位置坐标计算风洞方位调节机构2的升降高度和转动角度，并向风洞方位调节机构2发送控制指令；
步骤S2：风洞方位调节机构2驱动车载风洞1到达指定位置后，控制系统3向车载风洞1发送标定风速风向的开启指令，车载风洞1向待标定风速风向仪100吹风；
步骤S3：风速风压测量仪7测量车载风洞1的出风口处的风速和风向，并将测量结果传输到控制系统3，控制系统3将车载风洞1出风口处的风速和风向信息传输至服务器终端4；
步骤S4：数据采集卡5记录待标定风速风向仪100的风速风向输出信号并将风速风向输出信号传送给服务器终端4，待风速风向输出信号稳定后采集并存储信号，完成一个工况信号采集；
步骤S5：服务器终端4将数据采集卡5收集的待标定风速风向仪100的风速风向输出信息和风速风压测量仪7测量的车载风洞1出风口的风速风向信息进行比对，若对比差值超过设定值则发出报警，提醒工作人员进行故障排查；若对比差值未超过设定值，则进入下一步骤；
步骤S6：若控制系统3接收到的第二定位器8的位置坐标未发生变化，则控制系统3向车载风洞1发送下一个标定风速风向的开启指令，重复上述步骤S3至步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成待标定风速风向仪100的所有信号数据的采集；若控制系统3接收到的第二定位器8的位置坐标发生变化，则重复步骤S1至步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成待标定风速风向仪100的所有信号数据的采集；
步骤S7：利用服务器终端4和数据分析软件(如：Matlab、Origin、Excel等)分析所采集的信号数据与标定风速风向值之间的关系，完成待标定风速风向仪100的标定。
通过采用上述的标定方法，相比于现有的标定方式，无需将待标定风速风向仪100逐个拆除，在风洞实验室内重新标定再安装；能够实现待标定风速风向仪100的风速风向的现场标定，不影响仪器正常服役，标定效率高，节省人力物力，而且能够保障操作人员和仪器的安全。
进一步地，在本实施例中，在进行现场标定之前，在风洞内对车载风洞1所输出的风速和风向进行实验室标定，为现场标定提供标定基准，同时确定待标定风速风向仪100与车载风洞1的出风口之间的最优距离R。如此，可使标定结果更加准确。
具体来说，在本实施例中，步骤S1具体包括：控制系统3通过第二定位器8接收待标定风速风向仪100的位置坐标信号，计算出车载风洞1应有的位置坐标(车载风洞1应该到达的位置坐标)；同时，控制系统3通过第一定位器6接收车载风洞1的即时位置坐标信号，结合车载风洞1应有的位置坐标，计算出风洞方位调节机构2的升降高度和转动角度，并将升降高度和转动角度指令发送给风洞方位调节机构2，风洞方位调节机构2根据接收到的指令将车载风洞1移动并固定到应有的位置坐标处。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种高铁大风防灾设备的标定系统，其特征在于，包括车载风洞(1)、风洞方位调节机构(2)、控制系统(3)、服务器终端(4)和数据采集卡(5)，所述车载风洞(1)通过所述风洞方位调节机构(2)安装在巡检车上，所述车载风洞(1)上安装有第一定位器(6)，所述车载风洞(1)的出风口处安装有风速风压测量仪(7)，所述数据采集卡(5)与待标定风速风向仪(100)的信号输出端连接，所述数据采集卡(5)与所述服务器终端(4)相连接，所述待标定风速风向仪(100)上安装有第二定位器(8)，所述车载风洞(1)、所述风洞方位调节机构(2)、所述服务器终端(4)、所述第一定位器(6)、所述风速风压测量仪(7)和所述第二定位器(8)均与所述控制系统(3)相连接；
所述风洞方位调节机构(2)包括支撑底座(21)，所述支撑底座(21)安装在所述巡检车上，所述支撑底座(21)上设有滑轨(22)，所述滑轨(22)上滑动设置一滑座(23)，所述滑座(23)上安装一机械臂(24)，所述车载风洞(1)安装在所述机械臂(24)的另一端，所述机械臂(24)和所述滑座(23)的驱动机构均与所述控制系统(3)相连接；
所述车载风洞(1)内并排安装有多个风机(11)，相邻的所述风机(11)之间通过隔板隔开，所述车载风洞(1)内还设置有整流层(12)，所述整流层(12)设于所述风机(11)和所述车载风洞(1)的出风口之间。
2.一种高铁大风防灾设备的标定方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的标定系统对所述待标定风速风向仪(100)进行标定，所述标定方法包括以下步骤：
步骤S1：所述控制系统(3)接收所述第一定位器(6)和所述第二定位器(8)的位置坐标，根据所述第一定位器(6)和所述第二定位器(8)的位置坐标计算所述风洞方位调节机构(2)的升降高度和转动角度，并向所述风洞方位调节机构(2)发送控制指令；
步骤S2：所述风洞方位调节机构(2)驱动所述车载风洞(1)到达指定位置后，所述控制系统(3)向所述车载风洞(1)发送标定风速风向的开启指令，所述车载风洞(1)向所述待标定风速风向仪(100)吹风；
步骤S3：所述风速风压测量仪(7)测量所述车载风洞(1)的出风口处的风速和风向，并将测量结果传输到所述控制系统(3)，所述控制系统(3)将所述车载风洞(1)出风口处的风速和风向信息传输至所述服务器终端(4)；
步骤S4：所述数据采集卡(5)记录所述待标定风速风向仪(100)的风速风向输出信号并将所述风速风向输出信号传送给所述服务器终端(4)，待所述风速风向输出信号稳定后采集并存储信号，完成一个工况信号采集；
步骤S5：所述服务器终端(4)将所述数据采集卡(5)收集的所述待标定风速风向仪(100)的风速风向输出信息和所述风速风压测量仪(7)测量的所述车载风洞(1)出风口的风速风向信息进行比对，若对比差值超过设定值则发出报警；若对比差值未超过设定值，所述控制系统(3)向所述车载风洞(1)发送下一个标定风速风向的开启指令；
步骤S6：重复上述步骤，直至完成所述待标定风速风向仪(100)的所有信号数据的采集；
步骤S7：利用所述服务器终端(4)和数据分析软件分析所采集的信号数据与标定风速风向值之间的关系，完成所述待标定风速风向仪(100)的标定。
3.根据权利要求2所述的高铁大风防灾设备的标定方法，其特征在于，所述步骤S6中，重复上述步骤，具体是指：
若所述控制系统(3)接收到的所述第二定位器(8)的位置坐标未发生变化，则所述控制系统(3)向所述车载风洞(1)发送下一个标定风速风向的开启指令，重复所述步骤S3至所述步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成所述待标定风速风向仪(100)的所有信号数据的采集；
若所述控制系统(3)接收到的所述第二定位器(8)的位置坐标发生变化，则重复所述步骤S1至所述步骤S5完成下一个标定风速风向的信号数据采集，直至完成所述待标定风速风向仪(100)的所有信号数据的采集。
4.根据权利要求2所述的高铁大风防灾设备的标定方法，其特征在于，在进行现场标定之前，在风洞内对所述车载风洞(1)所输出的风速和风向进行实验室标定，为现场标定提供标定基准，同时确定所述待标定风速风向仪(100)与所述车载风洞(1)的出风口之间的最优距离。
5.根据权利要求2所述的高铁大风防灾设备的标定方法，其特征在于，在进行现场标定之前，将所述第二定位器(8)安装在所述待标定风速风向仪(100)上，且所述第二定位器(8)安装在所述待标定风速风向仪(100)的正上方或正下方。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的高铁大风防灾设备的标定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
所述控制系统(3)通过所述第二定位器(8)接收所述待标定风速风向仪(100)的位置坐标信号，计算出所述车载风洞(1)应有的位置坐标；同时，所述控制系统(3)通过所述第一定位器(6)接收所述车载风洞(1)的即时位置坐标信号，结合所述车载风洞(1)应有的位置坐标，计算出所述风洞方位调节机构(2)的升降高度和转动角度，并将所述升降高度和转动角度指令发送给所述风洞方位调节机构(2)，所述风洞方位调节机构(2)根据接收到的指令将所述车载风洞(1)固定到应有的位置坐标。
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