CN112660200B - 基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法，应用于铁路交通安全领域，磁编码生成系统安装于铁路道岔上，用于产生具有特定空间分布的磁编码信息，作为道岔本身磁场信息标识；磁探测系统分布在道岔运动区域，用于探测道岔运动过程中该区域的磁场变化信息；数据处理系统用于根据磁探测系统获得的磁场变化信息，构建道岔运动过程的局部区域磁场分布，提取局部区域磁场分布的实际特征信息来确定铁路道岔是否已被操纵至目标位置。通过本发明提高了测定铁路道岔位置的准确性和可靠性。

Description

基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法

技术领域

本发明涉及铁路交通安全领域，尤其涉及一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法。

背景技术

铁路道岔是控制铁路轨道变轨、列车行走方向的关键因素，也是轨道的薄弱环节之一。铁路道岔的位置有定位和反位两个位置，当铁路道岔实际位置与预期位置不一致，铁路道岔扳错方向或扳不到位时，将出现列车驶入错误轨道、或者列车脱轨的事故。

铁路道岔位置控制在早期是由人工来控制，随着技术的进步，可以通过设备对全站信号和铁路道岔位置进行集中操纵和核校，利用继电器变位后的位置、铁路道岔动作电流、定位/反位继电器状态三种数据来判断室内室外、室内是否一致。目前判定铁路道岔是否扳到位的方式准确性不够高，仍然存在出错情况。

发明内容

本发明实施例通过提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法，以提高铁路道岔位置检测的准确性和可靠性，进而利于更准确、可靠的操作铁路道岔。

第一方面，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置，包括：

磁编码生成系统，安装于铁路道岔上，其中，所述磁编码生成系统包括以几何构型分布于所述铁路道岔上的磁体阵列，用于产生作为所述铁路道岔的磁场信息标识的磁编码信息；

磁探测系统，安装于所述铁路道岔的运动区域，用于在所述铁路道岔的运动过程中探测所述运动区域的磁场变化信息，其中，所述磁场变化信息包含所述磁编码信息；

数据处理系统，用于根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布；提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息，并利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否到达目标位置。

可选地，所述磁体阵列，包括：

以特定几何构型排布于所述铁路道岔的多个磁偶极子，用于产生具有特定空间分布的磁编码信息，以作为所述铁路道岔的磁场信息标识。

可选地，所述磁探测系统，包括：

磁探测阵列，排布于所述铁路道岔的运动区域，用于在所述铁路道岔的运动过程中，感测所述运动区域的磁场变化信息，并将所述磁场变化信息转换为磁场矢量数据后发送至所述数据处理系统。

可选地，所述磁探测阵列，包括：

多列直线排布的磁强计，各列直线排布磁强计交叉于同一位置，其中，每列直线排布的磁强计中包含等间隔分布的多个磁强计。

可选地，所述数据处理系统，具体用于：

接收所述磁场变化信息，所述磁场变化信息包含每个物理过程在所述铁路道岔的运动过程中贡献的磁场组分；

根据所述磁场变化信息，构建用于标识所述局部区域磁场分布的样本矩阵，其中，所述样本矩阵包含m个数据样本，每个数据样本包含n个元素，m、n为大于1的正整数。

可选地，所述数据处理系统，具体用于：

利用所述样本矩阵构建协方差矩阵，并利用自然正交分量法对所述协方差矩阵进行正交分解，以得到对应不同物理过程的多阶本征模，以及与该阶本征模对应的本征向量；

根据所述多阶本征模以及与该阶本征模对应的本征向量，确定出目标阶本征模，所述目标阶本征模表征所述铁路道岔的运动过程产生的磁场强度；

将所述目标阶本征模与预先标定的标准本征模进行对比，以确定所述铁路道岔是否被操纵至所述目标位置。

可选地，所述数据处理系统，具体用于：

对比所述目标阶本征模是否在所述标准本征模的阈值范围内；

如果是，则判定所述铁路道岔已到达所述目标位置；否则，判定所述铁路道岔未到达所述目标位置。

可选地，所述数据处理系统与联锁控制系统连接，所述数据处理系统还用于：

若判定所述铁路道岔未达到所述目标位置，则向所述联锁控制系统发送预警信号，以使所述联锁控制系统重新对所述铁路道岔执行道岔复原；

若判定所述铁路道岔已到达所述目标位置，则利用所述目标阶本征模以及产生所述目标阶本征模的数据样本修正和/或补充所述标准本征模。

第二方面，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定方法，包括：

获取在所述铁路道岔的运动过程中，所述铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布，并提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息；

利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否到达目标位置。

第三方面，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定设备，包括：

获取单元，用于获取在所述铁路道岔的运动过程中，所述铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

磁场构建单元，用于根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布，并提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息；

判定单元，用于利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否到达目标位置。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

磁场是客观存在的，是磁性物质的基本属性，铁路道岔和周围环境均存在磁场，本发明通过安装于铁路道岔的磁编码生成系统，产生用于作为铁路道岔的磁场信息标识的磁编码信息，提高了目标磁场信号测量的信噪比，避免磁场测量受道岔周围环境场的干扰，使得磁探测系统对铁路道岔在运动过程中的磁场变化信息的测量不受天气（如下雨、灰尘、温度等）、周边环境、人为和车辆活动的影响，因此，测量结果具有很好的长期稳定性，同时提高铁路道岔的定位精度；磁探测系统探测所述道岔运动过程中的磁场变化信息；数据处理系统根据磁场变化信息构建针对铁路道岔的运动区域的局部区域磁场分布；提取局部区域磁场分布的实际特征信息，并利用实际特征信息判定铁路道岔是否被操纵至目标位置。从而，通过磁探测系统探测道岔运动过程中磁场变化信息，来判定道岔是否完成定位反位，避免了由于铁路道岔转换时间长带来的采集不到道岔表示信息的情况，提高了道岔铁路道岔位置判定的可靠性。且磁场信号采集电路无大电压情况，不存在电路烧毁等严重后果，更安全可靠。

综上所述，通过本发明实施例提供的基于磁编码的铁路道岔位置测定装置能够提高道岔位置测定的准确性和可靠性，利于更准确、可靠的操作铁路道岔，进而提高铁路交通的高效性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中基于磁编码的铁路道岔位置测定装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中磁探测阵列的排布示意图；

图3示出了本发明实施例中磁强计的结构示意图；

图4示出了图1中数据处理系统的结构示意图；

图5示出了对本发明实施例中基于磁编码的铁路道岔位置测定装置进行仿真，得到的道岔成功定位过程的前6阶本征模空间分布；

图6示出了对本发明实施例中基于磁编码的铁路道岔位置测定装置进行仿真，得到的道岔成功定位过程的前6阶本征模时序；

图7为本发明实施例应用于数据处理系统的基于磁编码的铁路道岔位置测定方法的流程图；

图8示出了本发明实施例中基于磁编码的铁路道岔位置测定设备的功能模块图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置及方法，解决了判定铁路道岔是否扳到位的方式准确性不够高的技术问题。本发明实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

通过安装于铁路道岔的磁编码生成系统，产生作为铁路道岔的磁场信息标识的磁编码信息；在铁路道岔的运动过程中，通过安装于铁路道岔的探测系统探测铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；数据处理系统根据磁场变化信息构建针对运动过程的局部区域磁场分布；提取局部区域磁场分布的实际特征信息，并利用实际特征信息确定铁路道岔是否到达目标位置。借助了磁场变化信息来准确判定铁路道岔是否到位，能够提高基于磁编码的铁路道岔位置测定的准确性和可靠性，进而提高铁路运输的高效性和安全性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参考图1所示，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置，该装置包括：磁编码生成系统10、磁探测系统20以及数据处理系统30。磁编码生成系统10安装于铁路道岔上，磁探测系统20与数据处理系统30可以通过无线通信方式连接，当然也可以通过有线方式连接。

其中，磁编码生成系统10用于产生作为铁路道岔的磁场信息标识的磁编码信息；磁探测系统20用于探测铁路道岔在运动过程中产生的磁场变化信息；数据处理系统30用于根据磁场变化信息构建铁路道岔的运动过程的局部区域磁场分布；提取局部区域磁场分布的实际特征信息，并利用实际特征信息确定铁路道岔是否到达目标位置。

下面分别对磁编码生成系统10、磁探测系统20以及数据处理系统30的结构以及工作过程进行详细描述：

一、磁编码生成系统10：

在一些实施方式下，磁编码生成系统10包括以几何构型分布于铁路道岔上的磁体阵列，而磁体阵列包括以特定几何构型分布于铁路道岔的多个磁偶极子，用于产生具有特定空间分布的磁编码信息，以作为铁路道岔的磁场信息标识。

举例来讲，安装于铁路道岔的磁体阵列可以是由4个磁偶极子形成的几何构型，以产生具有特定空间分布的磁编码信息，以作为对铁路道岔的磁场信息标识，因为铁路道岔本身产生的磁场较弱，直接检测会受到周围环境场的严重干扰，导致无法根据磁场准确判定铁路道岔的位置，通过安装于铁路道岔的磁体阵列加强了铁路道岔的磁场，从而提高了用于表示铁路道岔运动过程的磁场信息标识的可识辨性，以提高磁场探测的信噪比，避免探测磁场受铁路道岔周围环境场的干扰，利于提高铁路道岔的定位精度。

当然，在铁路道岔处安装磁偶极子的个数可以根据铁路道岔的实际尺寸调整，铁路道岔的尺寸越大，所要安装的磁偶极子个数越多，以各个磁偶极子所组成的磁体阵列生成的磁异常区能够覆盖铁路道岔的长度和宽度为准。

需要说明的是，在具体实施过程中，铁路道岔的目标位置可以是定位或者反位。一般来讲，铁路道岔常用的位置为定位，不常用的位置为反位。一般直股为定位，曲股为反位。而在铁路道岔的定位过程、反位过程中，贡献磁场的物理过程可以包含若干个，并且，在铁路道岔的定位过程、反位过程中，探测到的总磁场会随道岔的位置变化而发生变化。

二、磁探测系统20：

在一些实施方式下，磁探测系统20包括磁探测阵列，排布于所铁路道岔的运动区域，用于感测铁路道岔在定位过程、反位过程产生的磁场变化信息，磁探测系统20将探测到的磁场变化信息转换为磁场矢量数据后发送至数据处理系统30。由于磁场是客观存在的，是磁性物质的基本属性，因此，除了磁编码系统会产生磁编码信息之外，铁路道岔和周围环境均是存在磁场的，因此，本发明实施例中的磁探测系统感测到的磁场变化信息是如下各种磁场的叠加：空间背景磁场、道岔运动这个物理过程产生的磁场、以及磁编码生成系统所产生的磁编码信息等。

具体的，参考图2和图3所示，磁探测阵列包含多列直线排布的磁强计，以均匀覆盖铁路道岔的运动区域所生成的磁场变化信息所在区域。其中，各列直线排布磁强计交叉于同一位置，其中，每列直线排布的磁强计中包含等间隔分布的多个磁强计。具体的，每个磁强计包含磁传感器探头21，以及与磁传感器探头21分别连接的电子学单元22。该磁强计可以是电子磁强计、钻石磁强计、磁通门磁强计等等，当然在实际实施时，优选电子磁强计和钻石磁强计，提高探测准确性。

其中，每个磁传感器探头21用于探测铁路道岔在运动过程产生的磁场信号，将磁场信号转变为电信号，磁传感器探头21通过电缆或者蓝牙将电信号传输给电子学单元22，电子学单元22将电信号转换为对应的磁场矢量数据并发送至数据处理系统30。从而在铁路道岔的运动过程中，数据处理系统30能够通过不断接收磁探测阵列中每个磁强计传输的磁场矢量数据，以得到包含铁路道岔在整个运动过程中产生的磁场变化信息。

具体的，参考图2所示，每个磁强计的电子学单元包括激励模块221、信号采集模块222、反馈模块223、温度采集模块224、信号处理模块225以及数据通信与指令处理模块226。其中，激励模块221、信号采集模块222、反馈模块223、温度采集模块224均与磁传感器探头21连接，激励模块221用于提供磁传感器探头21工作的激励信号，信号采集模块222用于接收磁传感器探头21输出的与磁场信号对应的电信号，并进行模拟转换得到磁场变化信息。

而信号采集模块222、反馈模块223和温度采集模块224还均与信号处理模块225连接，信号处理模块225接收信号采集模块222输出的磁场变化信息后进行处理得到磁场矢量数据。反馈模块223用于反馈控制磁传感器探头21和信号处理模块225，而温度采集模块224用于采集磁传感器探头21的温度，并根据温度修正磁场矢量数据，以提高磁场探测精度。数据通信和指令处理模块226用于通过WiFi网络或者蓝牙将磁场矢量数据传输给数据处理系统30。

举例来讲，参考图3所示的，图3中一个黑点代表一个磁传感器探头21，磁探测阵列可以由3列直线排布的磁传感器探头21组成，并且3列磁传感器探头21交错于同一点，每列磁传感器探头21由直线分布的13个磁传感器探头21构成，因此，探测阵列一共需要37个磁强计。更具体的，列1和列2之间的夹角为30°、列2与列3之间的夹角为30°，每列的相邻磁传感器探头21之间距离相等，比如：相邻两个磁传感器探头21之间的距离可以为5cm。磁探测阵列用于实时探测铁路道岔附近区域生成的磁场信号，从而得到在铁路道岔的运动过程中的磁场变化信息。并且，图3还示意出了铁路道岔处于定位时，磁体阵列产生的磁场分布状况。其中，图3中横坐标、左纵坐标为距离，单位m,表示磁探测阵列，磁体阵列分布的范围以及两者之间的相对位置关系，右纵坐标中颜色对应磁体阵列产生的磁感应强度,单位nT。

需要说明的是，本发明实施例中每条阵列上各相邻磁传感器探头21之间距离5cm是试验仿真优选参数，其他磁强计的个数、磁探测阵列的阵列条数、不同阵列之间的夹角，均可以根据不同型号铁路道岔的长度和宽度进行调整，调整原则是使磁探测阵列能够均匀覆盖铁路道岔的运动区域和磁编码信息所在区域。

在本发明实施例中，铁路道岔的运动过程具体可以是定位过程或者反位过程，定位过程是铁路道岔从反位向定位移动直至到达定位，反位过程是铁路道岔从定位向反位移动，直至到达反位。但是，无论是哪种运动过程，均存在若干个物理过程的磁场叠加，则磁场变化信息包含该运动过程中每个物理过程产生的磁场组分。

三、数据处理系统30：

在一些实施方式下，数据处理系统30包括数据采集硬件、嵌入式控制软件、客户端软件。参考图4所示，数据处理系统30的数据采集硬件包含总线服务器301、地磁总场监测设备306、路由设备303以及嵌入式Linux平台的多个控制单元304，每个控制单元304通过集成网络305与总线服务器301连接，总线服务器301通过现场总线302与磁探测阵列连接，从而数据处理系统30能够接收到磁探测阵列所探测的磁编码信息。地磁总场监测设备306和路由设备303也可以通过现场总线302与总线服务器301连接。地磁总场监测设备306可以是安装于磁探测阵列的周围标量磁强计，地磁总场监测设备306进行测量得到标量的总场数据，总场数据用于参考，从而确定周围磁环境是否有大异常。

进一步的，数据处理系统30的总线服务器301还可以通过现场总线接入供给电源，比如充电电源：太阳能或者蓄电池，还可以包含电网等等。

具体的，针对根据磁场变化信息构建针对铁路道岔的运动过程的局部区域磁场分布的过程，数据处理系统具体用于执行如下步骤：

步骤1、接收磁探测系统20在铁路道岔的运动过程中探测的磁场变化信息，磁场变化信息包含每个物理过程在铁路道岔的运动过程中贡献的磁场组分。

步骤2、根据磁场变化信息，构建针对道岔运动过程的局部区域磁场分布的样本矩阵，其中，样本矩阵包含m个数据样本，每个数据样本包含n个元素，m、n为大于1的正整数。

需要说明的是，本发明实施例中的局部区域是铁路道岔附近的局部区域，是相对于铁路道岔所在的大范围而言的。

具体的，样本矩阵中一个元素就是一个磁强计在某一探测时间点所探测的磁场强度。一个数据样本就是一时间段的磁场分布。如果用

表示磁探测阵列中第

个地理位置的磁传感器探头21在第

时间点探测的磁场强度，其中，

表示探测时间，

表示不同地理位置的磁强计，则磁探测系统20探测的磁场变化信息可以构建为m行n列的样本矩阵

，来体现铁路道岔运动过程的局部区域磁场分布。

如果在铁路道岔的运动过程中，包含K个产生磁场的物理过程，则每个物理过程贡献的磁场组分可以表示为：

其中，

表示在铁路道岔在运动过程中，第k物理过程产生的磁场组分，

表示第k个物理过程的磁场组分的归一化磁场分布，

表示该磁场组分的磁场强度。磁场变化信息对应的样本矩阵

表示为K个物理过程所产生的磁场组分之和：

具体的，如果将磁场变化信息的时空函数

系数

则也可理解为该基函数对总磁场贡献的大小。

针对提取局部区域磁场分布的实际特征信息的过程而言，数据处理系统30具体用于执行如下步骤：

步骤3、利用样本矩阵构建协方差矩阵，并利用自然正交分量法对协方差矩阵进行正交分解，以得到对应不同物理过程的多阶本征模以及与该阶本征模对应的本征向量。

具体的，利用样本矩阵

构造的协方差矩阵

可以表示如下：

具体的，引入的正交条件具体可以为：

利用引入的正交条件对协方差矩阵进行求解，可以得到如下结果：

进一步对

进行求解，得到各个物理过程贡献磁场的空间分布和磁场强度：

通过上述过程可以看出，本征向量表示各种物理过程贡献磁场的空间分布，而对应的本征模表示该磁场的磁场强度，不同本征模的特征空间尺度是不同的，通过求解协方差矩阵的本征模和本征向量，可以将样本所代表的空间进行正交分解，进而将样本向量集合分解为每个方向向量在各个本征向量上的投影长度，从而可以将叠加在一起的不同物理过程的贡献和不同空间波长的磁场组分分离开来，得到了每个物理过程贡献磁场的空间分布和磁场强度。

步骤4、根据多阶本征模以及与该阶本征模对应的本征向量，确定出目标阶本征模，目标阶本征模表征铁路道岔的运动过程产生的磁场强度。

需要说明的是，在本发明实施例得到的各阶本征模中，低阶的本征模描述了大空间尺度和长周期变化的磁场组分，高阶的本征模描述了更小空间尺度和更短周期变化的磁场组分，利用安装于铁路道岔上的磁编码产生系统所产生的磁编码信息，铁路道岔在运动过程中的定位、反位均可看成大空间尺度周期变化的磁场组分，因此，判定铁路道岔是否到达定位、以及是否到达反位仅看一阶本征模的变化即可。因此，在具体实施时，目标阶本征模可以仅仅是分离出的一阶本征模。

步骤5、将目标阶本征模与预先标定的标准本征模进行对比，以确定铁路道岔是否被操纵至目标位置。

在步骤5中，对比目标阶本征模是否在标准本征模的阈值范围内；如果是，则判定铁路道岔已到达目标位置；否则，判定铁路道岔未到达目标位置。

其中，如果是铁路道岔是从反位移动至定位，则目标位置是指定位，标准本征模就是定位对应的本征模；如果铁路道岔是从定位移动至反位，则目标位置是指反位，标准本征模就是反位对应的本征模。具体的，定位对应的标准本征模和反位对应的标准本征模均预先存储在数据处理系统30的数据库中。

进一步的，为了提高铁路道岔可靠性，数据处理系统30还可以与联锁控制系统连接，通过无线或者电缆连接，联锁控制系统可以采用全电子四线制自动复原道岔模块，基于此，数据处理系统30还用于：若判定铁路道岔未达到目标位置，则向联锁控制系统发送预警信号，以使联锁控制系统重新对铁路道岔执行道岔复原；可以使全电子四线制自动复原道岔模块重启或者重新发出道岔定位反位信号来执行道岔复原，直到铁路道岔在规定的时间内密贴。

进一步的，为了提高判定是否到达目标位置的准确性，若判定铁路道岔已到达目标位置，则利用目标阶本征模以及产生目标阶本征模的数据样本修正和/或补充目标位置对应的标准本征模。

具体来讲，如果判定结果是已到达定位，则将目标阶本征模以及产生目标阶本征模的数据样本写入数据库，以修正或补充定位对应的标准本征模；如果判定结果是已到达反位，则利用目标阶本征模以及产生目标阶本征模的数据样本写入数据库，以修正或者补充反位对应的标准本征模，从而建立起标准信息库。

进一步的，由于构建的局部区域磁场分布还携带了铁路道岔在运动过程中的变化速度信息，因此还可以利用从提取局部区域磁场分布的实际特征信息，来测定铁路道岔的移动速度。将测定的移动速度提供给联锁控制系统，使得联锁控制系统结合利用测定的移动速度可以更准确、可靠的操纵铁路道岔的位置变动。

通过对本发明实施例提供的基于磁编码的铁路道岔位置测定装置的仿真，得到了道岔成功定位过程中，测得的磁场空间分布的前6阶本征模如图5所示，图5中横坐标为磁强计个数，纵坐标为磁场强度，K为本征模的阶数。道岔成功定位过程中测得的本征模时间序列如图6所示，图6的横坐标为时间（单位为秒），纵坐标为磁场强度，K为本征模的阶数。其中，仿真判定道岔定位是否到达预定位置所用的标准本征模的阈值点为236nT。实际使用过程中，由于根据不同铁路道岔设计磁编码生成系统10和磁探测系统20的参数，因此，对铁路道岔的定位过程、反位过程标定后的标准本征模的阈值点是不同的，在此不进行阈值点的具体数值限定。

本发明所提出的系统具有数字化，重量轻、体积小，便携性、野外数据远程实时传输特点，系统可靠安全，可无人值守。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定方法，应用于如图1所示的数据处理系统30，参考图7所示，该方法包括如下步骤：

S701、获取在铁路道岔的运动过程中，铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

S702、根据磁场变化信息，构建针对运动过程的局部区域磁场分布，并提取局部区域磁场分布的实际特征信息；

S703、利用实际特征信息判定铁路道岔是否已被操纵至目标位置。

由于本实施例所介绍的基于磁编码的铁路道岔位置测定方法的具体实施细节已经在前述道岔测定装置实施例中进行了详细描述，故而基于本发明实施例中所介绍的道岔测定装置实施例，本领域所属技术人员能够了解本实施例的基于磁编码的铁路道岔位置测定方法的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该基于磁编码的铁路道岔位置测定方法如何实现不再详细介绍。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种基于磁编码的铁路道岔位置测定设备，设置于数据处理系统30中，可以为数据处理系统30的总线服务器，参考图8所示，该设备包括如下功能模块：

获取单元801，用于获取在铁路道岔的运动过程中，铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

磁场构建单元802，用于根据磁场变化信息，构建针对运动过程的局部区域磁场分布，并提取局部区域磁场分布的实际特征信息；

判定单元803，用于利用实际特征信息判定铁路道岔是否已被操纵至目标位置。

由于本实施例所介绍的基于磁编码的铁路道岔位置测定设备的具体实施细节已经在前述道岔测定装置实施例中进行了详细描述，故而基于本发明实施例中所介绍的道岔测定装置实施例，本领域所属技术人员能够了解本实施例的基于磁编码的铁路道岔位置测定设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该基于磁编码的铁路道岔位置测定方法如何实现不再详细介绍。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于磁编码的铁路道岔位置测定装置，其特征在于，包括：

磁编码生成系统，安装于铁路道岔上，其中，所述磁编码生成系统包括以几何构型分布于所述铁路道岔上的磁体阵列，用于产生作为所述铁路道岔的磁场信息标识的磁编码信息；

磁探测系统，安装于所述铁路道岔的运动区域，用于在所述铁路道岔的运动过程中探测所述运动区域的磁场变化信息，其中，所述磁场变化信息包含所述磁编码信息；

数据处理系统，用于根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布；提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息，并利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否已被操纵至目标位置；具体用于：接收所述磁场变化信息，所述磁场变化信息包含每个物理过程在所述铁路道岔的运动过程中贡献的磁场组分；根据所述磁场变化信息，构建用于标识所述局部区域磁场分布的样本矩阵，其中，所述样本矩阵包含m个数据样本，每个数据样本包含n个元素，m、n为大于1的正整数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁体阵列，包括：

以特定几何构型排布于所述铁路道岔的多个磁偶极子，用于产生具有特定空间分布的磁编码信息，以作为所述铁路道岔的磁场信息标识。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁探测系统，包括：

磁探测阵列，排布于所述铁路道岔的运动区域，用于在所述铁路道岔的运动过程中，感测所述运动区域的磁场变化信息，并将所述磁场变化信息转换为磁场矢量数据后发送至所述数据处理系统。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述磁探测阵列，包括：

多列直线排布的磁强计，各列直线排布磁强计交叉于同一位置，其中，每列直线排布的磁强计中包含等间隔分布的多个磁强计。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理系统，具体用于：

利用所述样本矩阵构建协方差矩阵，并利用自然正交分量法对所述协方差矩阵进行正交分解，以得到对应不同物理过程的多阶本征模，以及与该阶本征模对应的本征向量；

根据所述多阶本征模以及与该阶本征模对应的本征向量，确定出目标阶本征模，所述目标阶本征模表征所述铁路道岔的运动过程产生的磁场强度；

将所述目标阶本征模与预先标定的标准本征模进行对比，以确定所述铁路道岔是否被操纵至所述目标位置。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据处理系统，具体用于：

对比所述目标阶本征模是否在所述标准本征模的阈值范围内；

如果是，则判定所述铁路道岔已到达所述目标位置；否则，判定所述铁路道岔未到达所述目标位置。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据处理系统与联锁控制系统连接，所述数据处理系统还用于：

若判定所述铁路道岔未达到所述目标位置，则向所述联锁控制系统发送预警信号，以使所述联锁控制系统重新对所述铁路道岔执行道岔复原；

若判定所述铁路道岔已到达所述目标位置，则利用所述目标阶本征模以及产生所述目标阶本征模的数据样本修正和/或补充所述标准本征模。

8.一种基于磁编码的铁路道岔位置测定方法，其特征在于，包括：

获取在所述铁路道岔的运动过程中，所述铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布，并提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息，包括：接收所述磁场变化信息，所述磁场变化信息包含每个物理过程在所述铁路道岔的运动过程中贡献的磁场组分；根据所述磁场变化信息，构建用于标识所述局部区域磁场分布的样本矩阵，其中，所述样本矩阵包含m个数据样本，每个数据样本包含n个元素，m、n为大于1的正整数；

利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否已被操纵至目标位置。

9.一种基于磁编码的铁路道岔位置测定设备，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取在所述铁路道岔的运动过程中，所述铁路道岔的运动区域的磁场变化信息；

磁场构建单元，用于根据所述磁场变化信息，构建针对所述运动过程的局部区域磁场分布，并提取所述局部区域磁场分布的实际特征信息；具体用于：接收所述磁场变化信息，所述磁场变化信息包含每个物理过程在所述铁路道岔的运动过程中贡献的磁场组分；根据所述磁场变化信息，构建用于标识所述局部区域磁场分布的样本矩阵，其中，所述样本矩阵包含m个数据样本，每个数据样本包含n个元素，m、n为大于1的正整数；

判定单元，用于利用所述实际特征信息判定所述铁路道岔是否已被操纵至目标位置。

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