CN112304331B - 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法 - Google Patents

一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112304331B
CN112304331B CN202011140560.9A CN202011140560A CN112304331B CN 112304331 B CN112304331 B CN 112304331B CN 202011140560 A CN202011140560 A CN 202011140560A CN 112304331 B CN112304331 B CN 112304331B
Authority
CN
China
Prior art keywords
train
ultrasonic
mileage
distance
sleeper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011140560.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112304331A (zh
Inventor
李浩文
王富圣
马致远
梁明一
肖嵩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202011140560.9A priority Critical patent/CN112304331B/zh
Publication of CN112304331A publication Critical patent/CN112304331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112304331B publication Critical patent/CN112304331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法，其包括超声波发射器、超声波接收传感器、信号处理模块、数据处理模块和无线通信模块。采用本方案的基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，包括以下步骤：通过超声波测量出距离值H和接收时间间隔x，根据接收时间间隔x是否等于间隔时间判断超声波是否从轨枕表面反射，进而判断距离值H是否位于判断值域内。避免了传统列车里程计进行里程统计时出现的误差，提高了里程计算的准确性。

Description

一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法。
背景技术
随着里程计在轨道交通领域应用越来越广泛，涉及测速，测距，定位等，对于里程计精确度的要求也更加高。里程计算常用的一种方法是通过测量车轮的转数，乘以车轮的周长，如单轴光纤陀螺里程计和编码里程计，都是通过计算列车车轮角位移推算列车位移，这种方法主要受计数误差和轮径损耗的影响。轮径损耗即车轮经过长时间的使用导致其周长的变化，这个误差的影响因素很难人为减小，另一个误差的影响因素则与车轮空转和滑行时里程计仍计算了车轮的转数有关。
同时单轴光纤陀螺里程计作为惯性仪表，在长时间的工作中，误差是影响系统精度的主要因素，一般采用旋转自补偿方式来提高系统精度，然而在单轴旋转情况下，单轴旋转对与旋转轴方向同向的陀螺和加速度计的常值误差没有调制作用；由于旋转调制式系统中引入了规律性的旋转运动，不恰当的旋转方式可能使系统的精度变差，且该系统受安装误差影响较大。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法，解决了现有技术中里程测量装置测得的里程误差较大的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，提供一种基于超声波的列车里程计，其包括：
超声波发射器，其安装在列车底部，向列车底部下方发射超声波，且超声波的发射方向与水平面成夹角α；
超声波接收传感器，其安装在列车底部，接收从轨枕表面或轨基表面反射的超声波信号；
信号处理模块，其与超声波接收传感器连接，将超声波信号处理成距离数字信号，并发送至数据处理模块；
数据处理模块，其与超声波发射器和信号处理模块均连接，用于；
控制超声波发射器按预定间隔时间发射超声波；
根据距离数字信号计算出距离值，并记录相邻两个距离数字信号的实际时间间隔值；
根据实际时间间隔值和距离值，计算列车行驶的里程；
无线通信模块，其与列车驾驶室的显示模块连接及与车站管理中心无线连接，无线通信模块将列车行驶的里程发送给显示模块和车站管理中心。
进一步地，信号处理模块包括：
信号放大器和A/D转换器，用于将超声波信号放大和模数转换后发送给数据处理模块；
整形电路，用于将放大后的超声波信号整理成规范的放脉冲，并发送给A/D 转换器。
进一步地，信号处理模块还包括用于将超声波信号筛选后发送至信号放大器的信号筛选电路。
进一步地，夹角α为45°。
进一步地，数据处理模块包括：
串行数据接口，其分别与信号处理模块和数据处理模块连接，串行数据接口用于接收信号处理模块发出的数据信号，并发送给处理器；
处理器，其用于运行里程计算程序，利用距离数字信号计算列车行驶的里程。
第二方面，提供一种基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，具体包括以下步骤：
S1、向地面发射超声波；
S2、接收从从地面或轨枕表面反射的超声波信号，超声波信号经过信号处理模块处理成距离数字信号，并发送至处理器；
S3、根据实时接收的距离数字信号计算出距离地面和轨枕的距离值H，并记录接收相邻两个距离数字信号之间的实际时间间隔x；
S4、判断当前实际时间间隔x是否等于间隔时间阈值，若等于，则进入步骤S5，否则，重复此步骤；
S5、判断采集距离值H的个数是否大于设定数量M，若是，则进入步骤S6，否则，返回步骤S1；
S6、判断设定数量M中是否存在m个连续的距离值H落入轨枕值域(a1， a2)内，且m次对应的行驶时间X≥预设时间阈值t，若是，则列车经过一个轨枕，进入步骤S7，否则，返回步骤S1；
S7、列车行驶过程中，将经过轨枕的数量进行叠加，得到列车行驶过程中经过轨枕的总量S，计算列车行驶的里程K＝SC，之后返回步骤S1，其中，C＝D+L， D为相邻两条轨枕之间的距离。
进一步地，所述
Figure BDA0002738138870000031
其中，h1为超声波发射器安装位置到轨枕的垂直距离，h2为轨枕的高度。
进一步地，所述步骤S4中，间隔时间阈值＝预定间隔时间T+时间误差q。
进一步地，所述步骤S6中，X＝mx，M≥m，t＝L/V，L为轨枕的宽度，V 为列车行驶的速度。
本发明的有益效果为：本方案通过不断测量超声波发射器与其下方轨道地基和轨枕之间的距离，通过距离变化判断轨枕数量，进而可利用轨枕数量乘以相邻轨枕之间的距离得到新增里程，进而实现列车行驶里程的计算。
超声波发射器的发射方向与水平面之间具有一定的夹角α，超声波可从轨枕侧面反射，同时利用针对轨基地面不平整，通过实际时间间隔和间隔时间阀值是否相等而对超声波信号进行筛选，当接收时间间隔和预定间隔时间相等(此时超声波与轨枕侧面接触)后，数据处理模块才进行距离判断，判断超声波是否从轨枕表面反射回来的，避免异物的干扰，准确判断轨枕的数量。
考虑到轨道环境十分复杂，地面和轨枕并非完全平整，常有轨枕破损的情况发生，且有可能存在轨道异物，为避免轨枕破损、轨道异物等情况干扰里程计数，设置超声波发射器与轨枕之间距离的判断值域，消除轨枕破损和轨枕上的异物导致的距离数据波动对计算结果的影响，并且设定时间段判定，消除轨道地基上凸出的异物对距离数据波动的影响。避免了传统列车里程计进行里程统计时出现的误差，提高了里程计算的准确性。
附图说明
图1为一种基于超声波的列车里程计的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本方案提供了一种基于超声波的列车里程计，其包括：
超声波发射器，其安装在列车底部，向列车底部下方发射超声波，且超声波的发射方向与水平面成夹角α，夹角α为45°。
超声波接收传感器，其安装在列车底部，接收从轨枕表面或轨基表面反射的超声波信号；
信号处理模块，其与超声波接收传感器连接，将超声波信号处理成距离数字信号，并发送至数据处理模块。具体地，信号处理模块包括：
信号放大器和A/D转换器，用于将超声波信号放大和模数转换后发送给数据处理模块；整形电路，用于将放大后的超声波信号整理成规范的放脉冲，并发送给A/D转换器；信号处理模块还包括用于将超声波信号筛选后发送至信号放大器的信号筛选电路。
数据处理模块，其与超声波发射器和信号处理模块均连接，用于；
控制超声波发射器按预定间隔时间发射超声波；
根据距离数字信号计算出距离值，并记录相邻两个距离数字信号的实际时间间隔值；
根据实际时间间隔值和距离值，计算列车行驶的里程。
具体地，数据处理模块包括：
串行数据接口，其分别与信号处理模块和数据处理模块连接，串行数据接口用于接收信号处理模块发出的数据信号，并发送给处理器；
处理器，其用于运行里程计算程序，利用距离数字信号计算列车行驶的里程。
无线通信模块，其与列车驾驶室的显示模块连接及与车站管理中心无线连接，无线通信模块将列车行驶的里程发送给显示模块和车站管理中心。
具体地，信号放大器采用741放大器、A/D转换器采用7135型AD转换器，处理器采用ATMEL89C251单片机，整形电路采用斯密特信号整形电路，超声波接收传感器采用HC-SR04，显示模块采用LED显示器。
一种基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，具体包括以下步骤：
S1、向地面发射超声波；
S2、接收从从地面或轨枕表面反射的超声波信号，超声波信号经过信号处理模块处理成距离数字信号，并发送至处理器；
S3、根据实时接收的距离数字信号计算出距离地面和轨枕的距离值H，并记录接收相邻两个距离数字信号之间的实际时间间隔x；
S4、判断当前实际时间间隔x是否等于间隔时间阈值，若等于，则进入步骤S5，否则，重复此步骤；
S5、判断采集距离值H的个数是否大于设定数量M，若是，则进入步骤S6，否则，返回步骤S1；
S6、判断设定数量M中是否存在m个连续的距离值H落入轨枕值域(a1， a2)内，且m次对应的行驶时间X≥预设时间阈值t，若是，则列车经过一个轨枕，进入步骤S7，否则，返回步骤S1；
S7、列车行驶过程中，将经过轨枕的数量进行叠加，得到列车行驶过程中经过轨枕的总量S，计算列车行驶的里程K＝SC，之后返回步骤S1，其中，C＝D+L， D为相邻两条轨枕之间的距离。
进一步地，所述
Figure BDA0002738138870000061
其中，h1为超声波发射器安装位置到轨枕的垂直距离，h2为轨枕的高度。
进一步地，所述步骤S4中，间隔时间阈值＝预定间隔时间T+时间误差q。
进一步地，所述步骤S6中，X＝mx，M≥m，t＝L/V，L为轨枕的宽度，V 为列车行驶的速度。

Claims (3)

1.一种基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，其特征在于，列车里程计包括：超声波发射器，其安装在列车底部，向列车底部下方发射超声波，且所述超声波的发射方向与水平面成夹角α；
超声波接收传感器，其安装在列车底部，接收从轨枕表面或轨基表面反射的超声波信号；
信号处理模块，其与超声波接收传感器连接，将所述超声波信号处理成距离数字信号，并发送至数据处理模块；
数据处理模块，其与所述超声波发射器和信号处理模块均连接，用于控制超声波发射器按预定间隔时间T发射超声波；
根据距离数字信号计算出距离值，并记录相邻两个距离数字信号的实际时间间隔值；
根据实际时间间隔值和距离值，计算列车行驶的里程；
无线通信模块，其与列车驾驶室的显示模块连接及与车站管理中心无线连接，所述无线通信模块将列车行驶的里程发送给显示模块和车站管理中心；
列车里程计计算列车行驶里程的方法具体包括以下步骤：
S1、向地面发射超声波；
S2、接收从地面或轨枕表面反射的超声波信号，超声波信号经过信号处理模块处理成距离数字信号，并发送至处理器；
S3、根据实时接收的距离数字信号计算出距离地面和轨枕的距离值H，并记录接收相邻两个距离数字信号之间的实际时间间隔x；
S4、判断当前实际时间间隔x是否等于间隔时间阈值，若等于，则进入步骤S5，否则，重复此步骤，其中，间隔时间阈值＝预定间隔时间T+时间误差q；
S5、判断采集距离值H的个数是否大于设定数量M，若是，则进入步骤S6，否则，返回步骤S1；
S6、判断设定数量M中是否存在m个连续的距离值H落入轨枕值域(a1，a2)内，且m个对应的行驶时间X≥预设时间阈值t，若是，则列车经过一个轨枕，进入步骤S7，否则，返回步骤S1，t＝L/V，L为轨枕的宽度，V为列车行驶的速度；
S7、列车行驶过程中，将经过轨枕的数量进行叠加，得到列车行驶过程中经过轨枕的总量S，计算列车行驶的里程K＝SC，之后返回步骤S1，其中，C＝D+L，D为相邻两条轨枕之间的距离，L为轨枕的宽度。
2.根据权利要求1所述的基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003686494480000021
其中，h1为超声波发射器安装位置到轨枕的垂直距离，h2为轨枕的高度。
3.根据权利要求1所述的基于超声波的列车里程计计算列车行驶里程的方法，其特征在于，所述步骤S6中，X＝mx，M≥m。
CN202011140560.9A 2020-10-22 2020-10-22 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法 Active CN112304331B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011140560.9A CN112304331B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011140560.9A CN112304331B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112304331A CN112304331A (zh) 2021-02-02
CN112304331B true CN112304331B (zh) 2022-08-05

Family

ID=74327237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011140560.9A Active CN112304331B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112304331B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114179852A (zh) * 2021-10-29 2022-03-15 北京自动化控制设备研究所 一种轨道地面物廓型检测方法
CN114537453B (zh) * 2022-01-07 2023-05-26 深圳市慧友安电子技术有限公司 一种智能道路巡检装置系统及巡检方法
CN115626200A (zh) * 2022-12-05 2023-01-20 成都劳杰斯信息技术有限公司 一种铁路机车实时定位方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3534926B2 (ja) * 1995-12-21 2004-06-07 積水化学工業株式会社 枕木測量装置
CN102033138A (zh) * 2010-10-18 2011-04-27 同济大学 一种基于轨道特征的车速测量装置
CN207311477U (zh) * 2017-08-31 2018-05-04 广州港集团有限公司 用于轨枕识别定位及扣件缺陷检测的探测系统
CN108169335A (zh) * 2017-12-19 2018-06-15 广州大铁锐威科技有限公司 一种用于轨道扣件识别的智能检测装置及方法
CN109515471B (zh) * 2018-12-13 2020-09-01 四川拓绘科技有限公司 一种移动状态下的非接触式轨枕识别方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112304331A (zh) 2021-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112304331B (zh) 一种基于超声波的列车里程计及里程计算方法
CA2574051C (en) Apparatus for detecting hunting and angle of attack of a rail vehicle wheelset
CN103115581B (zh) 多功能轨道测量系统及方法
CN102337710B (zh) 一种gps轨道不平顺检测系统及其检测方法
WO2017211068A1 (zh) 一种轨道交通车辆精确测速系统和方法
CN103465938B (zh) 轨道交通车辆的快速精确定位装置及定位方法
CN107815935B (zh) 高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统
CN102069824A (zh) 轨道交通车辆的定位装置和方法
CN201110756Y (zh) 测量连续竖直挠度/位移的装置
CN102478585A (zh) 超声波风速风向仪以及对应的多气象参数测量仪
CN102004246A (zh) 列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法
CN104929024A (zh) 路面平整度检测仪及路面平整度测量方法
CN104047212B (zh) 一种基于角度量测的轨道沉降自动测量装置及方法
CN107748113A (zh) 一种轨道车辆及其轨道车辆车轮磨损检测装置
CN110762339A (zh) 一种管道内检测里程定位器及里程定位采集方法
CN106476851A (zh) 基于无砟轨道的列车运行速度检测方法及系统
CN114735049A (zh) 一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统
CN102252691A (zh) 一种汽车轮胎修正系数的测量方法
CN101833860A (zh) 高精度超声波固定式交通流量调查设备
CN109693686A (zh) 一种基于双天线gnss/ins的轨向不平顺测量方法
WO2008079456A1 (en) System, method, and computer readable media for odometer calibration
CN201945603U (zh) 超声波风速风向仪
CN103993530B (zh) 一种基于角度量测的轨道沉降量测装置及量测方法
CN110629647A (zh) 一种基于时间触发的任意车速路面高程数据采集的方法
CN112082570A (zh) 一种红外测距式列车里程计及列车里程计算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant