CN114019528A - 基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置 - Google Patents
基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114019528A CN114019528A CN202111297286.0A CN202111297286A CN114019528A CN 114019528 A CN114019528 A CN 114019528A CN 202111297286 A CN202111297286 A CN 202111297286A CN 114019528 A CN114019528 A CN 114019528A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- speed
- attitude
- measurement information
- information
- 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.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 55
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 51
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 30
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 27
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 24
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 24
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 claims description 12
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 14
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/02—Details
- H04J3/06—Synchronising arrangements
- H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
- H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明属于城市轨道交通领域，公开了基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置。本发明基于随车测量系统现有的传感器配置，通过陀螺组件、加速度计组件测量信息完成列车速度的解算，利用列车提供的测速信号对解算的列车速度进行融合校正，实现高频、高精度的列车速度估计，并将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，以实现时间同步；进一步，利用高精度的位置估计值实现列车准确位置点与传感器采样点的精准对应。本发明将有效解决轨道巡检系统的同步问题，实现时间、空间的精准同步。
Description
技术领域
本发明属于城市轨道交通领域，涉及轨道巡检系统的传感器信息同步，特别涉及基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置。
背景技术
近年来，城市轨道交通发展迅速，城市地铁、有轨电车、城际铁路等交通工具在各地都得到了大力建设，极大地提高了人员的出行便利性。随着轨道交通线路建设的增多以及线路运输任务量的增大，对于轨道健康状态的监控成为了轨道建设部门、线路运营单位十分关注的问题。随着运营时间的增长，轨道会逐渐老化，出现平顺性超差、轨距改变、扣件损坏甚至钢轨断裂的问题，极大影响轨道线路运行的安全性。
为了保障轨道交通线路运行的可靠、安全性，需要定期对轨道健康状态进行监控。以往的轨道巡检往往依赖于人工作业巡检方式，该方式效率较低。近年来，巡检小车、巡检机器人、随车检测系统得到了大力研发，很大程度上解决了过去人工作业巡检效率低下的问题。特别是随车检测系统，鉴于其无需专门的巡检时间段，具有运行与检测合一的特点，目前在线路运营部门广受青睐。巡检系统上搭载了很多传感器，例如线阵相机、激光相机、轨距测量仪等等，通过对这些传感器测量信息的分析处理可以掌握沿线轨道的状态信息。为了将检测、测量信息与轨道沿线位置点相对应，需要完成测量信息与沿线轨道位置点的同步，以便分析各位置点的轨道状态，通常包括两方面的同步：一是各传感器之间的时间同步，二是传感器采样点与位置点的空间同步。目前通常的解决方案是利用巡检系统上的里程计采样脉冲信号同时触发各传感器，完成传感器之间的时间同步及传感器采样点与沿线轨道位置点的同步标记。然而，这种工作方式仅适用于专门的巡检系统，对于随车测量系统而言并不适用，主要原因在于，轨道运营部门不允许在运行车辆的车轮上加装里程计，并且即使允许在车轮上加装里程计，也还存在采样点与沿线轨道位置点(三维位置坐标)不能很好对应的问题(主要原因在于里程计推算位置只是简单的一维位置推算，当线路是曲线时，位置推算存在误差，难以达到毫米级分辨率)。
因此，基于随车测量系统现有的传感器配置，通过陀螺组件、加速度计组件测量信息完成列车速度的解算，利用列车提供的测速信号对解算的列车速度进行融合校正，实现高频、高精度的列车速度估计，并将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，以实现时间同步；进一步，利用高精度的位置估计值实现列车准确位置点与传感器采样点的精准对应。本发明将有效解决轨道巡检系统的同步问题，实现时间、空间的精准同步。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：如何解决轨道巡检系统上搭载的多传感器的时间同步问题，并将传感器采样点与轨道位置点精准对应，提高随车测量系统的工作效率。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：
基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，所述装置由电源模块、陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元组成；
所述电源模块包括一次电源模块、二次电源模块及电源管理模块；
所述一次电源模块，用于完成24V DC向5V DC的转换，并为二次电源模块提供输入，一次电源模块分别为陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元供电；
所述二次电源模块，用于完成5V DC向3.3V DC的转换，并为故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块供电；
所述电源管理模块，用于接收中央控制单元发送的电控指令，以控制一次电源模块、二次电源模块的供电、断电；
所述陀螺组件由三轴陀螺组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述陀螺组件用于采集列车运动过程中的姿态测量信息，输出方式为角增量信息，并将姿态测量信息发送至隔离模块；
所述加速度计组件由三轴加速度计组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述加速度计组件用于采集列车运动过程中的加速度测量信息，输出方式为速度增量信息，并将加速度测量信息发送至隔离模块；
所述信号转换模块用于将CAN总线列车速度信号转换为串行列车速度信号，并将串行列车速度信号发送至隔离模块；
所述隔离模块，用于完成姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号的隔离，以减少信号毛刺影响；
所述数据接收模块用于接收隔离模块发送的姿态测量信息、加速度测量信息及信号转换模块发送的串行列车速度信号；
所述故障检测模块用于对数据接收模块发送的陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的可靠性进行诊断，剔除陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的野值，并将输出数据发送至数据平滑模块；
所述数据平滑模块用于对姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号进行平滑，平滑方式采用低通滤波，以减小高频测量噪声的影响；
所述通信模块用于接收中央控制单元的控制命令，并利用控制命令控制所述时空同步装置的运行状态，运行状态包括待机模式、测量模式、标校模式；
所述标定补偿模块用于接收数据平滑模块发送的平滑后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件安装误差、加速度计安装误差、陀螺组件标度因数误差、加速度计组件标度因数误差的补偿，并将补偿后数据发送至重力敏感性误差补偿模块；
所述重力敏感性误差补偿模块用于陀螺组件重力敏感性误差及加速度计组件的二次项误差的补偿，以减少列车振动加速度对陀螺组件、加速度计组件精度的影响；
所述温度补偿模块用于接收重力敏感性误差补偿模块发送的补偿重力敏感性误差后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件、加速度计组件温度敏感性误差的补偿，其中陀螺组件温度补偿模型采用二阶补偿模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项，加速度计组件温度补偿模型采用三阶模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项、温度敏感三次项；
所述姿态处理模块用于接收温度补偿模块发送的陀螺组件测量信息完成姿态解算，并将姿态信息发送至速度处理模块、数据融合模块；
所述速度处理模块用于接收温度补偿模块发送的加速度计组件测量信息及姿态处理模块发送的姿态信息，完成速度解算，并将速度信息发送至数据融合模块；
所述数据融合模块用于接收姿态处理模块发送的姿态信息、速度处理模块发送的速度信息及平滑后的串行列车速度信号，并通过误差状态卡尔曼滤波器对所述姿态信息、速度信息、列车速度信号进行融合处理，实现高频、高精度速度信息和位置信息估计，并对姿态误差、速度误差进行估计，进而将姿态误差、速度误差估计值分别反馈至姿态处理模块、速度处理模块，姿态处理模块、速度处理模块分别利用姿态误差估计值、速度误差估计值对姿态信息、速度信息进行校正；
所述位置装订模块用于不定时接收位置信息并发送至数据融合处理模块，数据融合处理模块将位置信息增广为误差状态卡尔曼滤波器的观测，以提高姿态误差、速度误差的估计精度；
所述频率计算模块用于接收数据融合处理模块发送的高频、高精度速度信号估计值，并按照采样时间与速度的乘积计算等效触发脉冲频率；
所述分频模块用于接收频率计算模块发送的等效触发脉冲频率，并以1毫米为基准设置等效触发脉冲频率的数值，利用所述高精度时钟模块提供的基准时钟频率并通过DLL或PLL产生多路等效触发脉冲，各路等效触发脉冲频率根据设定值配置，设定值是1毫米基准值的整数倍；
所述时间同步模块用于将分频模块发送的各路等效触发脉冲信号分别发送至巡检系统搭载的传感器，分别触发不同类型传感器采样，触发方式采用上升沿触发；
所述传感器信息采集模块用于完成巡检系统传感器测量信息的采样，采样时刻为上升沿触发时刻，采样完成后将传感器测量信息发送至空间同步模块；
所述空间同步模块用于接收传感器信息采集模块发送的传感器测量信息，并在上升沿触发时刻将巡检系统传感器测量信息与数据融合模块估计的三维位置信息进行标记，实现精准空间同步；
所述标校模块用于接收中央控制单元发送的校准标定参数、校准温度补偿参数、校准重力敏感性误差补偿参数，完成标定补偿模块、温度补偿模块、重力敏感性误差补偿模块的参数更新。
作为本发明的进一步改进，所述姿态处理模块采用双子样姿态更新方式以完成圆锥误差补偿，提供更高精度的姿态输出信息。
作为本发明的进一步改进，所述速度处理模块采用双子样划摇补偿方式以减小列车振动加速度对速度解算误差的影响。
作为本发明的进一步改进，所述陀螺组件、加速度计组件的采样频率大于等于250Hz。
作为本发明的进一步改进，所述位置装订模块为GNSS接收机。
作为本发明的进一步改进，陀螺组件、加速度计组件温度补偿模型中加入温度梯度补偿项，以减小环境场温度分布不均匀对陀螺组件、加速度计组件精度的影响。
作为本发明的进一步改进，所述标校模块采用无线通信方式与中央控制单元完成数据交换。
作为本发明的进一步改进，所述姿态处理模块利用姿态误差估计值对姿态信息进行校正、速度处理模块利用速度误差估计值对速度信息进行校正时均采用反馈校正方式。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明适用于随车测量巡检系统，无需在轨道车辆车轮上加装里程计，将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，以实现时间同步，利用高精度的位置估计值实现列车准确位置点与传感器采样点的精准对应，本发明实现了巡检系统搭载传感器测量信息的时空同步，能够有效提高测量效率。
附图说明
图1为本发明的工作机理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为本发明的工作机理示意图。基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，所述装置由电源模块、陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元组成；
所述电源模块包括一次电源模块、二次电源模块及电源管理模块；
所述一次电源模块，用于完成24V DC向5V DC的转换，并为二次电源模块提供输入，一次电源模块分别为陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元供电；
所述二次电源模块，用于完成5V DC向3.3V DC的转换，并为故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块供电；
所述电源管理模块，用于接收中央控制单元发送的电控指令，以控制一次电源模块、二次电源模块的供电、断电；
所述陀螺组件由三轴陀螺组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述陀螺组件用于采集列车运动过程中的姿态测量信息，输出方式为角增量信息，并将姿态测量信息发送至隔离模块；
所述加速度计组件由三轴加速计计组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述加速度计组件用于采集列车运动过程中的加速度测量信息，输出方式为速度增量信息，并将加速度测量信息发送至隔离模块；
所述信号转换模块用于将CAN总线列车速度信号转换为串行列车速度信号，并将串行列车速度信号发送至隔离模块；
所述隔离模块，用于完成姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号的隔离，以减少信号毛刺影响；
所述数据接收模块用于接收隔离模块发送的姿态测量信息、加速度测量信息及信号转换模块发送的串行列车速度信号；
所述故障检测模块用于对数据接收模块发送的陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的可靠性进行诊断，剔除陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的野值，并将输出数据发送至数据平滑模块；
所述数据平滑模块用于对姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号进行平滑，平滑方式采用低通滤波，以减小高频测量噪声的影响；
所述通信模块用于接收中央控制单元的控制命令，并利用控制命令控制所述时空同步装置的运行状态，运行状态包括待机模式、测量模式、标校模式；
所述标定补偿模块用于接收数据平滑模块发送的平滑后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件安装误差、加速度计安装误差、陀螺组件标度因数误差、加速度计组件标度因数误差的补偿，并将补偿后数据发送至重力敏感性误差补偿模块；
所述重力敏感性误差补偿模块用于陀螺组件重力敏感性误差及加速度计组件的二次项误差的补偿，以减少列车振动加速度对陀螺组件、加速度计组件精度的影响；
所述温度补偿模块用于接收重力敏感性误差补偿模块发送的补偿重力敏感性误差后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件、加速度计组件温度敏感性误差的补偿，其中陀螺组件温度补偿模型采用二阶补偿模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项，加速度计组件温度补偿模型采用三阶模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项、温度敏感三次项；
所述姿态处理模块用于接收温度补偿模块发送的陀螺组件测量信息完成姿态解算，并将姿态信息发送至速度处理模块、数据融合模块；
所述速度处理模块用于接收温度补偿模块发送的加速度计组件测量信息及姿态处理模块发送的姿态信息，完成速度解算，并将速度信息发送至数据融合模块；
所述数据融合模块用于接收姿态处理模块发送的姿态信息、速度处理模块发送的速度信息及平滑后的串行列车速度信号，并通过误差状态卡尔曼滤波器对所述姿态信息、速度信息、列车速度信号进行融合处理，实现高频、高精度速度信息和位置信息估计，并对姿态误差、速度误差进行估计，进而将姿态误差、速度误差估计值分别反馈至姿态处理模块、速度处理模块，姿态处理模块、速度处理模块分别利用姿态误差估计值、速度误差估计值对姿态信息、速度信息进行校正；
所述位置装订模块用于不定时接收位置信息并发送至数据融合处理模块，数据融合处理模块将位置信息增广为误差状态卡尔曼滤波器的观测，以提高姿态误差、速度误差的估计精度；
所述频率计算模块用于接收数据融合处理模块发送的高频、高精度速度信号估计值，并按照采样时间与速度的乘积计算等效触发脉冲频率；
所述分频模块用于接收频率计算模块发送的等效触发脉冲频率，并以1毫米为基准设置等效触发脉冲频率的数值，利用所述高精度时钟模块提供的基准时钟频率并通过DLL或PLL产生多路等效触发脉冲，各路等效触发脉冲频率根据设定值配置，设定值是1毫米基准值的整数倍；
所述时间同步模块用于将分频模块发送的各路等效触发脉冲信号分别发送至巡检系统搭载的传感器，分别触发不同类型传感器采样，触发方式采用上升沿触发；
所述传感器信息采集模块用于完成巡检系统传感器测量信息的采样，采样时刻为上升沿触发时刻，采样完成后将传感器测量信息发送至空间同步模块；
所述空间同步模块用于接收传感器信息采集模块发送的传感器测量信息，并在上升沿触发时刻将巡检系统传感器测量信息与数据融合模块估计的三维位置信息进行标记，实现精准空间同步；
所述标校模块用于接收中央控制单元发送的校准标定参数、校准温度补偿参数、校准重力敏感性误差补偿参数，完成标定补偿模块、温度补偿模块、重力敏感性误差补偿模块的参数更新。
作为本发明的进一步改进，所述姿态处理模块采用双子样姿态更新方式以完成圆锥误差补偿，提供更高精度的姿态输出信息。
作为本发明的进一步改进，所述速度处理模块采用双子样划摇补偿方式以减小列车振动加速度对速度解算误差的影响。
作为本发明的进一步改进，所述陀螺组件、加速度计组件的采样频率大于等于250Hz。
作为本发明的进一步改进，所述位置装订模块为GNSS接收机。
作为本发明的进一步改进，陀螺组件、加速度计组件温度补偿模型中加入温度梯度补偿项，以减小环境场温度分布不均匀对陀螺组件、加速度计组件精度的影响。
作为本发明的进一步改进，所述标校模块采用无线通信方式与中央控制单元完成数据交换。
作为本发明的进一步改进，所述姿态处理模块利用姿态误差估计值对姿态信息进行校正、速度处理模块利用速度误差估计值对速度信息进行校正时均采用反馈校正方式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述装置由电源模块、陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元组成；
所述电源模块包括一次电源模块、二次电源模块及电源管理模块；
所述一次电源模块，用于完成24V DC向5V DC的转换，并为二次电源模块提供输入，一次电源模块分别为陀螺组件、加速度计组件、信号转换模块、隔离模块、数据接收模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元供电；
所述二次电源模块，用于完成5V DC向3.3V DC的转换，并为故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、姿态处理模块、速度处理模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块供电；
所述电源管理模块，用于接收中央控制单元发送的电控指令，以控制一次电源模块、二次电源模块的供电、断电；
所述陀螺组件由三轴陀螺组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述陀螺组件用于采集列车运动过程中的姿态测量信息，输出方式为角增量信息，并将姿态测量信息发送至隔离模块；
所述加速度计组件由三轴加速度计组成，安装方式采用正交安装，安装方向与列车前进方向平行；
所述加速度计组件用于采集列车运动过程中的加速度测量信息，输出方式为速度增量信息，并将加速度测量信息发送至隔离模块；
所述信号转换模块用于将CAN总线列车速度信号转换为串行列车速度信号，并将串行列车速度信号发送至隔离模块；
所述隔离模块，用于完成姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号的隔离，以减少信号毛刺影响；
所述数据接收模块用于接收隔离模块发送的姿态测量信息、加速度测量信息及信号转换模块发送的串行列车速度信号；
所述故障检测模块用于对数据接收模块发送的陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的可靠性进行诊断，剔除陀螺组件输出信息、加速度计组件输出信息及串行列车速度信号的野值，并将输出数据发送至数据平滑模块；
所述数据平滑模块用于对姿态测量信息、加速度测量信息、串行列车速度信号进行平滑，平滑方式采用低通滤波，以减小高频测量噪声的影响；
所述通信模块用于接收中央控制单元的控制命令，并利用控制命令控制所述时空同步装置的运行状态，运行状态包括待机模式、测量模式、标校模式；
所述标定补偿模块用于接收数据平滑模块发送的平滑后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件安装误差、加速度计安装误差、陀螺组件标度因数误差、加速度计组件标度因数误差的补偿，并将补偿后数据发送至重力敏感性误差补偿模块；
所述重力敏感性误差补偿模块用于陀螺组件重力敏感性误差及加速度计组件的二次项误差的补偿，以减少列车振动加速度对陀螺组件、加速度计组件精度的影响；
所述温度补偿模块用于接收重力敏感性误差补偿模块发送的补偿重力敏感性误差后的姿态测量信息、加速度测量信息，完成陀螺组件、加速度计组件温度敏感性误差的补偿，其中陀螺组件温度补偿模型采用二阶补偿模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项，加速度计组件温度补偿模型采用三阶模型，分别包含温度敏感常数项、温度敏感一次项、温度敏感二次项、温度敏感三次项；
所述姿态处理模块用于接收温度补偿模块发送的陀螺组件测量信息完成姿态解算，并将姿态信息发送至速度处理模块、数据融合模块；
所述速度处理模块用于接收温度补偿模块发送的加速度计组件测量信息及姿态处理模块发送的姿态信息，完成速度解算，并将速度信息发送至数据融合模块；
所述数据融合模块用于接收姿态处理模块发送的姿态信息、速度处理模块发送的速度信息及平滑后的串行列车速度信号，并通过误差状态卡尔曼滤波器对所述姿态信息、速度信息、列车速度信号进行融合处理，实现高频、高精度速度信息和位置信息估计，并对姿态误差、速度误差进行估计，进而将姿态误差、速度误差估计值分别反馈至姿态处理模块、速度处理模块，姿态处理模块、速度处理模块分别利用姿态误差估计值、速度误差估计值对姿态信息、速度信息进行校正；
所述位置装订模块用于不定时接收位置信息并发送至数据融合处理模块，数据融合处理模块将位置信息增广为误差状态卡尔曼滤波器的观测，以提高姿态误差、速度误差的估计精度；
所述频率计算模块用于接收数据融合处理模块发送的高频、高精度速度信号估计值，并按照采样时间与速度的乘积计算等效触发脉冲频率；
所述分频模块用于接收频率计算模块发送的等效触发脉冲频率，并以1毫米为基准设置等效触发脉冲频率的数值，利用所述高精度时钟模块提供的基准时钟频率并通过DLL或PLL产生多路等效触发脉冲，各路等效触发脉冲频率根据设定值配置，设定值是1毫米基准值的整数倍；
所述时间同步模块用于将分频模块发送的各路等效触发脉冲信号分别发送至巡检系统搭载的传感器，分别触发不同类型传感器采样，触发方式采用上升沿触发；
所述传感器信息采集模块用于完成巡检系统传感器测量信息的采样，采样时刻为上升沿触发时刻，采样完成后将传感器测量信息发送至空间同步模块；
所述空间同步模块用于接收传感器信息采集模块发送的传感器测量信息，并在上升沿触发时刻将巡检系统传感器测量信息与数据融合模块估计的三维位置信息进行标记，实现精准空间同步；
所述标校模块用于接收中央控制单元发送的校准标定参数、校准温度补偿参数、校准重力敏感性误差补偿参数，完成标定补偿模块、温度补偿模块、重力敏感性误差补偿模块的参数更新。
2.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述姿态处理模块采用双子样姿态更新方式以完成圆锥误差补偿，提供更高精度的姿态输出信息。
3.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述速度处理模块采用双子样划摇补偿方式以减小列车振动加速度对速度解算误差的影响。
4.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述陀螺组件、加速度计组件的采样频率大于等于250Hz。
5.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述位置装订模块为GNSS接收机。
6.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，陀螺组件、加速度计组件温度补偿模型中加入温度梯度补偿项，以减小环境场温度分布不均匀对陀螺组件、加速度计组件精度的影响。
7.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述标校模块采用无线通信方式与中央控制单元完成数据交换。
8.如权利要求1所述的基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置，其特征在于，所述姿态处理模块利用姿态误差估计值对姿态信息进行校正、速度处理模块利用速度误差估计值对速度信息进行校正时均采用反馈校正方式。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120809522 | 2021-04-20 | ||
| CN2021208095221 | 2021-04-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114019528A true CN114019528A (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=80060413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111297286.0A Pending CN114019528A (zh) | 2021-04-20 | 2021-11-04 | 基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114019528A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117849449A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 同济大学 | 一种城市轨道交通能耗测量装置 |
-
2021
- 2021-11-04 CN CN202111297286.0A patent/CN114019528A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117849449A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 同济大学 | 一种城市轨道交通能耗测量装置 |
| CN117849449B (zh) * | 2024-03-06 | 2024-05-14 | 同济大学 | 一种城市轨道交通能耗测量装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6198933B2 (ja) | 自動列車運行システム及びブレーキ制御装置 | |
| CN108168918B (zh) | 用于轨道自动测量车同步测量的同步自动控制系统及方法 | |
| DK2981832T3 (en) | A method for determining at least one speed of a rail vehicle | |
| CN110615017A (zh) | 一种轨道交通自动化检测系统及方法 | |
| CN106840154B (zh) | 地下空间惯性测量与无线传感器组合定位系统与方法 | |
| US10919550B2 (en) | Method and positioning device for determining the position of a track-guided vehicle, in particular a rail vehicle | |
| CN203699687U (zh) | 起重机大车同步防啃轨纠偏装置 | |
| Liu et al. | A CKF based GNSS/INS train integrated positioning method | |
| CN110907976A (zh) | 基于北斗卫星的高速铁路组合导航系统 | |
| CN110542417A (zh) | 基于静态和和动态倾角仪校正的陀螺仪线形测量方法与系统 | |
| CN110203247A (zh) | 一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统 | |
| CN106560371A (zh) | 一种基于卫星定位与加速度传感器的车载atp系统 | |
| CN206161871U (zh) | 一种车辆行驶监控仪 | |
| CN114019528A (zh) | 基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| CN111895996A (zh) | 高速轨道检测系统及方法 | |
| CN113859317A (zh) | 基于加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| CN113923627A (zh) | 基于无线路由的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| CN214895377U (zh) | 基于高频测速信息的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| CN111778791A (zh) | 低速轨道检测系统与方法 | |
| CN112810664A (zh) | 轨道线路曲率半径在线实时测量系统及方法 | |
| CN114019529A (zh) | 基于速度触发的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| CN113844500A (zh) | 基于双垂向加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置 | |
| ITMI20061661A1 (it) | Sistema metodo e mezzo leggibile da computer per la tiratura di contachilometri | |
| CN110658543B (zh) | 一种基于非接触式测量的高速铁路轨道几何参数检测方法 | |
| CN113739817B (zh) | 汽车组合导航设备信号融合算法参数的在线自动调试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220208 |