CN114062711B - 红外式真空管道定位测速系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外式真空管道定位测速系统及方法。该系统包括：多个不同波段的单光谱光源；多个不同波段的光传感器，采集多个不同波段的单光谱光源的光谱；控制装置，处理光谱得到光谱的列向量，根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对列车定位；控制装置还判断是否存在光源的变化，若否则用列向量更新数据库，若是则根据列向量确定光源变化距离，根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，若成功则根据光源变化距离确定列车速度，若失败则判断光源变化距离是否为零，若是则用列向量更新数据库，否则用列向量更新数据库且触发数据库发送列向量，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度。

Description

红外式真空管道定位测速系统及方法

技术领域

本发明涉及管道运输技术领域，尤其涉及一种红外式真空管道定位测速系统及方法。

背景技术

真空管道列车利用磁悬浮技术与地面脱离消除摩擦力，利用真空管道大幅减少空气阻力，实现近地飞行。

由于速度可达到1000km以上，传统的测速方法成本极高。传统的测速定位包括地面激光测速定位、车载激光反射传感器测速定位、交叉感应环线的定位测速。

对于地面激光测速定位，需要每间隔一定距离安置一个激光传感器，通过车载光栅阻挡激光传感器计数实现测速定位，其缺点是成本高，车载没有速度监控；对于车载激光反射传感器，通过计算反射角度计算车速，缺点是受到反射表面影响或速度超过一定速度，车载激光传感器可能无法准确接收到反射光束，导致测速失败、丢点，进而导致安全事故；基于交叉感应环线的定位测速系统在轨道沿线按照一定编码规律铺设交叉感应环线，车载发射线圈中通入高频激励信号，根据电磁感应定律，地面交叉环线中将产生感应信号，通过检测感应信号的幅值和相位可以实时获知列车的位置与速度信息，从而实现磁浮列车的同步闭环牵引，缺点是成本高，施工复杂。

发明内容

本发明提供了一种红外式真空管道定位测速系统及方法，能够解决现有技术中的技术问题。

本发明提供了一种红外式真空管道定位测速系统，其中，该系统包括：

多个不同波段的单光谱光源，以预定编码方式设置在真空管道中；

多个不同波段的光传感器，用于采集多个不同波段的单光谱光源的光谱；

控制装置，用于对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量，并根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；

所述控制装置还用于判断是否存在光源的变化，如果否则用列向量更新光源数据库中的数据，如果是则根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则根据光源变化距离确定列车速度，如果失败则判断光源变化距离是否为零，如果是则用列向量更新光源数据库中的数据，否则用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量，并根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度。

优选地，所述控制装置根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败。

优选地，通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

v＝Δx/Δt，

其中，v是列车速度，Δx是光源变化距离，Δt为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。

本发明还提供了一种红外式真空管道定位测速方法，其中，该方法包括：

S100，利用多个不同波段的光传感器采集多个不同波段的单光谱光源的光谱，其中多个不同波段的单光谱光源以预定编码方式设置在真空管道中；

S102，利用控制装置对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量；

S104，利用所述控制装置根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；

S106，利用所述控制装置判断是否存在光源的变化，如果否转至S108，是则转至S110；

S108，用列向量更新光源数据库中的数据；

S110，根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则转至S112，否则转至S114；

S112，根据光源变化距离确定列车速度；

S114，判断光源变化距离是否为零，如果是转至S116，否则转至S118；

S116，用列向量更新光源数据库中的数据；

S118，用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量；

S120，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度。

优选地，根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败。

优选地，通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

v＝Δx/Δt，

其中，v是列车速度，Δx是光源变化距离，Δt为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。

通过上述技术方案，可以通过多个不同波段的光传感器对多个不同波段的单光谱光源的光谱进行采集，进而通过检测图像编码实现定位；可以根据计算多个不同波段的单光谱光源的光谱位置变换和光源数据库实现车速检测，具有成本低、实时精度高的优点。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出了根据本发明实施例的一种红外式真空管道定位测速系统的方框图；

图2示出了根据本发明实施例的一种红外式真空管道定位测速系统的安装位置示意图；

图3示出了根据本发明实施例的一种真空管道测速定位系统方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明实施例的一种红外式真空管道定位测速系统的方框图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种红外式真空管道定位测速系统，其中，该系统包括：多个不同波段的单光谱光源10，以预定编码方式设置在真空管道中；多个不同波段的光传感器20，用于采集多个不同波段的单光谱光源10的光谱；控制装置30，用于对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量，并根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；所述控制装置10还用于判断是否存在光源的变化，如果否则用列向量更新光源数据库中的数据，如果是则根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则根据光源变化距离确定列车速度(也就是，列车高速运行，可以通过多个不同波段的光传感器识别光谱变化，实现定位测速)，如果失败则判断光源变化距离是否为零，如果是则用列向量更新光源数据库中的数据，否则用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量，并根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度(也就是，当列车车速过高或出现丢包，可以通过数据库校准定位，实现测速定位)。

通过上述技术方案，可以通过多个不同波段的光传感器对多个不同波段的单光谱光源的光谱进行采集，进而通过检测图像编码实现定位；可以根据计算多个不同波段的单光谱光源的光谱位置变换和光源数据库实现车速检测，具有成本低、实时精度高的优点。

其中，每个波段的光传感器可以采集对应波段的光谱，光传感器输出数据可以表示为Γ_x(t)，式中下标x表示不同波段的光传感器。光传感器的模拟信号根据阈值进行状态判断，并根据状态判断结果组成状态编码信号。具体地，当第x个光传感器没有接收对应波长的光时，Γ_x(t)输出低于阈值τ，编码第x位输出为0；反之，编码第x位输出为1。由此，通过处理得到编码输出数据Γ[t]，其形式例如为Γ[t]＝[0 1 … 1]^T，其中列数为光传感器数量。光传感器数量可以与光谱光源数量相同。

根据本发明一种实施例，所述控制装置根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败。

在本发明中，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离与上述的确定光源变化距离的方式相同，在此不再赘述。

根据本发明一种实施例，通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

v＝Δx/Δt，

其中，v是列车速度，Δx是光源变化距离，Δt为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。

上式同样适用于根据更新的光源变化距离确定列车速度的情形，只要将Δx替换为更新的光源变化距离即可。

图2示出了根据本发明实施例的一种红外式真空管道定位测速系统的安装位置示意图。

如图2所示，多个不同波段的单光谱光源10以预定编码方式设置在真空管道中(即，环管道单光谱多光源)，多个不同波段的光传感器20可以设置在列车的车体顶部。

举例来讲，多个不同波段的单光谱光源可以分别发出不同颜色的光，通过不同波段的单光谱光源组成定位编码。其中，为了克服日光或其他外部光源的干扰，可以选择特定波段的发光器作为单光谱光源。涉及的光纤分束器和光纤选型可以遵循分束与传输过程损耗小且分束质量高的原则，以保证光传感器能够检测到光信号。

图3示出了根据本发明实施例的一种真空管道测速定位系统方法的流程图。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种红外式真空管道定位测速方法，其中，该方法包括：

S100，利用多个不同波段的光传感器采集多个不同波段的单光谱光源的光谱，其中多个不同波段的单光谱光源以预定编码方式设置在真空管道中；

S102，利用控制装置对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量；

S104，利用所述控制装置根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；

S106，利用所述控制装置判断是否存在光源的变化，如果否转至S108，是则转至S110；

S108，用列向量更新光源数据库中的数据；

S110，根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则转至S112，否则转至S114；

S112，根据光源变化距离确定列车速度；

S114，判断光源变化距离是否为零，如果是转至S116，否则转至S118；

S116，用列向量更新光源数据库中的数据；

S118，用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量；

S120，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度。

通过上述技术方案，可以通过多个不同波段的光传感器对多个不同波段的单光谱光源的光谱进行采集，进而通过检测图像编码实现定位；可以根据计算多个不同波段的单光谱光源的光谱位置变换和光源数据库实现车速检测，具有成本低、实时精度高的优点。

其中，虽然图3中示出的是先执行S104，再执行S106，但其仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。可替换地，也可以在S102之后，同时执行S104和S106。

根据本发明一种实施例，根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败。

在本发明中，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离与上述的确定光源变化距离的方式相同，在此不再赘述。

根据本发明一种实施例，通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

v＝Δx/Δt，

其中，v是列车速度，Δx是光源变化距离，Δt为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。

上式同样适用于根据更新的光源变化距离确定列车速度的情形，只要将Δx替换为更新的光源变化距离即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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 (2)

1.一种红外式真空管道定位测速系统，其特征在于，该系统包括：

多个不同波段的单光谱光源，以预定编码方式设置在真空管道中；

多个不同波段的光传感器，用于采集多个不同波段的单光谱光源的光谱；

控制装置，用于对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量，并根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；

所述控制装置还用于判断是否存在光源的变化，如果否则用列向量更新光源数据库中的数据，如果是则根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则根据光源变化距离确定列车速度，如果失败则判断光源变化距离是否为零，如果是则用列向量更新光源数据库中的数据，否则用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量，并根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度；

所述控制装置根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败；

通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

，

其中，v是列车速度，是光源变化距离，△t为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。

2.一种红外式真空管道定位测速方法，其特征在于，该方法包括：

S100，利用多个不同波段的光传感器采集多个不同波段的单光谱光源的光谱，其中多个不同波段的单光谱光源以预定编码方式设置在真空管道中；

S102，利用控制装置对采集的光谱进行处理得到光谱的列向量；

S104，利用所述控制装置根据列向量和光源数据库中预先存储的光源数据对真空管道中的列车进行定位；

S106，利用所述控制装置判断是否存在光源的变化，如果否转至S108，是则转至S110；

S108，用列向量更新光源数据库中的数据；

S110，根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功，如果成功则转至S112，否则转至S114；

S112，根据光源变化距离确定列车速度；

S114，判断光源变化距离是否为零，如果是转至S116，否则转至S118；

S116，用列向量更新光源数据库中的数据；

S118，用列向量更新光源数据库中的数据且触发光源数据库发送列向量；

S120，根据发送的列向量确定更新的光源变化距离，进而根据更新的光源变化距离确定列车速度；

根据列向量确定光源变化距离，并根据光源变化距离判断光源追踪识别是否成功包括：

根据当前时刻列向量和下一时刻列向量确定光源变化距离；

如果光源变化距离处于观测范围内，则判断光源追踪识别成功，否则判断光源追踪识别失败；

通过下式根据光源变化距离确定列车速度：

，

其中，v是列车速度，是光源变化距离，△t为下一时刻与当前时刻之间的时间间隔。