CN114088966A - 一种轨道车辆测试数据获取方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种轨道车辆测试数据获取方法，应用于轨道测速技术领域，所述方法包括：测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，待测试短轨道线速度值包含方向变量和速度变量。本申请有益效果在于，采用光电转速传感器作为测速基准，不易受到轨道车辆运行中产生的噪声的干扰，精准的获取轨道车辆的转速信号，将采集的信号通过卡尔曼滤波算法进行去噪声处理，有效提高了测速结果的准确性和精度，使结果鲁棒性更强。
Description
技术领域
本申请涉及轨道测速技术领域，具体而言，涉及一种轨道车辆测试数据获取方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着我国城市化的推进，城市内部的地铁轻轨类轨道交通网络覆盖范围越来越大，火车高铁这类城际交通工具也逐渐成为了人们远途出行的选择，轨道交通车辆最为新一代交通工具，具有速度快、运载量大、选线灵活、安全、环保等诸多优点，目前其正处于高速发展的趋势，轨道交通的高度发展，随之而来的安全问题成为了人们关注的热点，为此工程师在设计轨道交通工具时需要对火车高铁等进行严格的安全性实验，其中最重要的当属列车发生碰撞时测速试验，一旦列车发生碰撞事故，行驶状态下的速度大小，对人身伤害值的影响非常大，现有技术中采用雷达测速对角度的要求较高，当测速角度小于5°时，对测量结果的影响较小，无法满足高精度测量火车速度的要求；激光测速虽然相比雷达具有更高的测速准确度，但是激光的发射锥角度只有不到0.1°，其狭窄光束使两车被同时侦测到的机会等于零；GPS定位测速依赖于准确的卫星定位，在隧道或恶劣的气象条件下，卫星信号强度不足，准确度就会存在偏差甚至无法定位，短距离测速时误差较大。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种轨道车辆测试数据获取方法，采用光电转速传感器作为测速基准，不易受到轨道车辆运行中产生的噪声的干扰，将采集的信号通过卡尔曼滤波算法进行去噪声处理，有效提高了测速结果的准确性和精度，使结果鲁棒性更强；采用统一的通信数据接口能够配置多种通用或者专业计算系统环境，使得通信服务器具有可扩展性。
第一方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆测试数据获取方法，包括：
所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，所述转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
所述测速上位机根据沿轨道行驶方向的所述第一线速度值和沿轨道行驶方向的所述第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，所述待测试短轨道线速度值包含方向变量和速度变量；
所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆的轨道行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，包括：
所述光电转速传感器将轨道车辆轨道行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号发送给光电隔离器；
所述光电隔离器根据内设的逻辑运算，将轨道车辆任一单位时间内轨道车轮的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号；
所述光电转速传感器根据光电隔离器，将转化后的所述转速电脉冲信号和所述方向电脉冲信号发送给所述测速上位机。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值，包括：
按照如下公式计算第一线速度值：
V-π×D×n/TN
其中，D代表轨道车轮的直径；T代表采用测量周期；N代表轨道车轮轴转动一圈电转速传感器输出的N个电脉冲信号；n代表每个采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值，包括：
按照如下公式计算第二线速度值：
V-π×D×1/TN
其中，T代表相邻两个电脉冲信号的时间间隔；D代表轨道车轮的直径；1代表采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值的进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，包括：
按照如下公式对所述加权线速度值的速度信号进行去噪声处理：
预测公式为：
xk＝a×xk-1
pk＝a×pk-1×a+q
将预测线速度信号转化加权线速度信号公式为：
y＝z-h×xk
xk＝xk+Kg×y
pk＝(1-Kg×h)×pk
其中，xk代表预测状态；pk代表预测误差；a代表预测叠加转化，此处为1；q代表速度信号噪声方差；z代表加权速度值的速度信号；h代表状态到测量的噪声转化；y代表预期测量的加权线速度值与实际测量的加权线速度值之间的差异；Kg代表卡尔曼增益。
结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台，包括：
所述测速上位机通过数据总线将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台；
所述工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台；
所述工业数传接收电台将接收到的待测试短轨道线速度值上传显示服务端。
第二方面，本申请实施例还提供了一种轨道车辆测试数据获取装置，所述装置包括：
获取模块，用于所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，所述转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
第一计算模块，用于所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
第二计算模块，用于所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
第三计算模块，用于所述测速上位机根据沿轨道行驶方向的所述第一线速度值和沿轨道行驶方向的所述第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
第四计算模块，用于所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，所述待测试短轨道线速度值包含方向变量和速度变量；
发送模块，用于所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，上述装置还包括：
第一安装单元，用于将所述光电转速传感器设置于轨道车辆车轮轴的左右两侧，当轨道车辆开始运行时，光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号；
第二安装单元，用于将所述测速上位机、所述工业数传电台设置于轨道车辆的车厢内，所述测速上位机通过数据总线将处理后待测试短轨道线速度值发送给所述工业数传电台。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6中任一项的轨道车辆测试数据获取方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如轨道车辆测试数据获取方法步骤。
本申请实施例提供的一种轨道车辆测试数据获取方法，采用光电转速传感器作为轨道车辆测速的基准，与采用雷达测速、激光测速、GPS定位测速相比，光电转速传感器不易受到轨道车辆运行中产生的噪声的干扰，当光电转速传感器分辨率越高时，采集轨道车辆行驶状态下产生的转速信号的精度越好；本方法测速上位机从电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值；测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
具体来说，当轨道车辆开始运行时，光电转速传感器通过光电隔离器将轨道车辆轨道行驶状态下产生转速电脉冲信号和方向电脉冲信号发送给测速上位机，光电转速传感器能够很好的避免轨道车辆运行中产生的噪声干扰，以及在轨道车辆运作过程中精确的获取转速电脉冲信号；光电转速传感器获取轨道车辆行驶时每个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，计算出沿轨道行驶方向的第一线速度值；能够精准判断轨道列车的运动方向，并根据采用周期的电脉冲信号，计算出轨道行驶方向速度值，上述方式适用于轨道车辆的高速测量；光电转速传感器分别获取轨道车辆行驶时，相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，计算出沿轨道行驶方向的第二线速度值，根据相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，精准判断轨道列车的运动方向，以及计算出相邻脉冲时间间隔轨道行驶方向速度值；上述方式适用于轨道车辆的低速测量。
测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行叠加转化，叠加转化后加权线速度值的每个位置都有一个方向变量的均值，根据加权线速度值每个方向变量的均值，确定加权线速度值的噪声方差，能够对加权线速度值进行进行叠加，并对叠加后的加权线速度值滤波处理，减少噪声干扰在数据信号中的比重，提高数据信号的鲁棒性；测速上位机通过数据总线将工业数传电台的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台；采用统一的通信数据接口能够配置多种通用或者专业计算系统环境，使得通信服务器具有可扩展性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法的流程图。
图2示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法中获取轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号的流程示意图。
图3示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法中发送待测试短轨道线速度值的流程示意图。
图4示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆短轨道数据获取装置的结构示意图。
图5示出了本申请实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
轨道列车控制系统要想实现准确的速度控制，依赖于列车测速系统提供车辆准确的、可靠的速度和位置等信息，也是车辆碰撞测试系统的关键测试信息；目前，国内外常见的采集列车测速方案有以下几种：
采用雷达测速，雷达测速是利用多普勒效应，应用了多普勒原理，当一定发射频率的雷达波束射到移动目标时，其反射频率携带的目标速度信息与发射频率不同，两者之差为多普勒频率，多普勒频率与目标的移动速度成正比，当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线方向而去时，反射信号频率将低于发射机频率，因此，使用雷达测速对角度的要求较高，当测速角度小于5°时，对测量结果的影响较小，该方案的测量精度约为1km/h，无法满足高精度测量火车速度的要求。
采用激光测速，激光测速原理也被称作激光雷达原理，即激光探向与测距之意，由于光速是固定的，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比，以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离；将两个距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度，在理论上，发射两次脉冲即可测量速度，而实际上为避免错误，一般激光设备在一秒钟内发射高达上千组的脉冲波，以最小平方法求其平均值计算目标速度，就可以得到非常准确的速度，测速时间可以达几毫秒至几十毫秒，相比雷达具有更高的测速准确度；同时，激光的发射锥角度只有不到0.1°，其狭窄光束使两车被同时侦测到的机会等于零，因此，以激光测速仅可以明确认定受测目标。
采用GPS定位测速，速度测试依赖于准确的卫星定位，准确定位需要足够的卫星信号强度，这一参数可以从连接卫星数量衡量，当卫星信号强度不足时，准确度就会偏差甚至无法定位，而隧道、恶劣的气象条件以及室内场所会影响到卫星信号强度，同时由于GPS定位的误差问题，该方式在短距离测速时的误差较大。
考虑到上述现有技术中的测速方式，均存在一定技术上的不足；基于此，本申请实施例提供了一种轨道车辆测试数据获取方法，下面通过实施例进行描述。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法流程示意图；如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤S10，测速上位机从电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值。
步骤S10在具体实施时，当轨道车辆开始运行时，光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号，光电转速传感器通过光电隔离器将轨道车辆轨道行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，并将转化后的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号发送给测速上位机,上述步骤采用光电转速传感器作为轨道车辆测速的基准，光电转速传感器分辨率越高，采集轨道车辆行驶状态下产生的转速信号的精度越好，光电转速传感器能够很好的避免轨道车辆运行中产生的噪声干扰。
步骤S20，测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值。
步骤S20在具体实施时，当轨道车辆处于行驶状态时，轨道车辆的车轮轴转动一圈为一个采样周期，光电转速传感器获取轨道车辆行驶时每个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，测速上位机根据全部采样周期内产生的转速电脉冲信号，计算出沿轨道行驶方向的第一线速度值，上述步骤能够在轨道车辆处于行驶状态下，根据车轮轴转动一圈为一个采样周期内产生的转速电脉冲信号，精准判断轨道列车的运动方向，并根据采用周期的电脉冲信号，计算出轨道行驶方向速度值。
步骤S30，测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值。
步骤S30在具体实施时，当轨道车辆处于行驶状态时，轨道车辆的车轮轴转动一圈为一个采样周期，光电转速传感器分别获取轨道车辆行驶时，相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，测速上位机根据两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，计算出沿轨道行驶方向的第二线速度值，上述步骤能够在轨道车辆处于行驶状态下，根据相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，精准判断轨道列车的运动方向，以及计算出相邻脉冲时间间隔轨道行驶方向速度值。
步骤S40，测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值。
步骤S40在具体实施时，测速上位机运用内嵌的分布式微处理器，根据轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第一线速度值和轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第二线速度值，进行求和运算后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值。
步骤S50，测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值。
步骤S50在具体实施时，测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值的方向状态和速度状态进行叠加转化，叠加转化后加权线速度值的每个位置都有一个方向变量的均值，根据加权线速度值每个方向变量的均值，确定加权线速度值的噪声方差，然后通过运动学公式，根据实际加权线速度值每个方向变量，预测出新的预期测量加权线速度值，并计算实际加权线速度值与预期测量加权线速度值之间的位置差异，针对计算出的位置差异进行修正，经过以上运算得到卡尔曼滤波处理后的待测试短轨道线速度值，上述步骤能够对加权线速度值进行叠加，并对叠加后的加权线速度值滤波处理，减少噪声干扰在数据信号中的比重，提高数据的鲁棒性。
例如：当道车辆处于高速行驶状态时，测速上位机随机选取相邻时间间隔两个采样周期内产生的加权线速度值，根据相邻两个加权线速度值对应的方向变量的均值，根据均值确定加权线速度值相邻两个方向变量的噪声方差，然后通过运动学公式，根据其中一个加权线速度值对应的方向变量，确定出另一个新的加权线速度值，并计算相邻两个加权线速度值之间的位置差异，针对计算的位置差异进行修正，得到卡尔曼滤波处理后的待测试短轨道线速度值。
步骤S60，测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
步骤S60在具体实施时，测速上位机通过数据总线将处理后待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台，工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台，工业数传接收电台将接收到的待测试短轨道线速度值上传显示服务端，待测试短轨道线速度值中包含方向变量与速度变量，显示服务端可以为以下任一一种运行环境，如终端服务器、云端服务器、PLC控制系统，上述步骤采用统一的通信数据接口能够配置多种通用或者专业计算系统环境，使得通信服务器具有可扩展性，以及将待测试短轨道线速度值中的方向变量与速度变量通过工业数传接收电发送给显示服务端。
在一个可行的实现方案中，图2示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法中获取轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号的流程示意图；上述步骤S10中，测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下的轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，包括：
步骤S101，光电转速传感器将轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号发送给光电隔离器；
步骤S102，光电隔离器根据内设的逻辑运算，将轨道车辆任一单位时间内轨道车轮的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号；
步骤S103，光电转速传感器根据光电隔离器，将转化后的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号发送给测速上位机。
步骤S101、S102、S103在具体实施时，光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号，并将获取到的转速电平信号和方向电平信号发送给光电隔离器，光电隔离器根据内设的逻辑运算，将车辆行驶状态下轨道车轮产生的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，测速上位机从光电隔离器获取轨道车辆某一瞬时沿轨道行驶方向轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号发送给测速上位机。
在一个可行的实现方案中，上述步骤S20中，测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值，具体包括：
步骤201，按照如下公式计算第一线速度值：
V-π×D×n/TN
其中，D代表轨道车轮的直径；T代表采用测量周期；N代表轨道车轮轴转动一圈电转速传感器输出的N个电脉冲信号；n代表每个采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
步骤201在具体实施时，当轨道车辆处于行驶状态时，轨道车辆的车轮轴转动一圈为一个采样周期，光电转速传感器获取轨道车辆行驶时每个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，测速上位机根据全部采样周期内产生的转速电脉冲信号，计算出沿轨道行驶方向的第一线速度值，上述步骤在轨道车轮处于低速行驶状态时，会出现速度波动幅度大、平稳性差的问题，并且随着采用频率的提高，所测得的低速范围会变窄，测速精度随之下降，因此上述公式适用于轨道车辆的高速测量。
在一个可行的实现方案中，上述步骤S30中，测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值，具体包括：
步骤301，按照如下公式计算第二线速度值：
V-π×D×1/TN
其中，T代表相邻两个电脉冲信号的时间间隔；D代表轨道车轮的直径；1代表采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
步骤301在具体实施时，当轨道车辆处于行驶状态时，轨道车辆的车轮轴转动一圈为一个采样周期，光电转速传感器分别获取轨道车辆行驶时，相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，测速上位机根据两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，计算出沿轨道行驶方向的第二线速度值，上述步骤在轨道车辆高速运行时，由于相邻两个脉冲之间的时间间隔非常短，会导致容易产生采集误差，同时由于光电传感器自身制造工艺上的误差，光电传感器误差会随着轨道车辆车轮转速的升高而于采集误差叠加，造成信号的采集精度变低，因此上述公式适用于轨道车辆的低速测量。
在一个可行的实现方案中，上述步骤S40中，测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值，包括：
步骤S40在具体实施时，测速上位机运用内嵌的分布式微处理器，根据轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第一线速度值和轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第二线速度值，进行求和运算后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值。
在一个可行的实现方案中，上述步骤S50中，测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，包括：
步骤501，按照如下公式对所述加权线速度值的速度信号进行去噪声处理：
预测公式为：
xk=a×xk-1
pk＝a×pk-1×a+q
将预测线速度信号转化加权线速度信号公式为：
y＝z-h×xk
xk＝xk+Kg×y
pk＝(1-Kg×h)×pk
其中，xk代表预测状态；pk代表预测误差；a代表预测叠加转化，此处为1；q代表速度信号噪声方差；z代表加权速度值的速度信号；h代表状态到测量的噪声转化；y代表预期测量的加权线速度值与实际测量的加权线速度值之间的差异；Kg代表卡尔曼增益。
步骤501在具体实施时，测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值的方向状态和速度状态进行叠加转化，叠加转化后加权线速度值的每个位置都有一个方向变量的均值，根据加权线速度值每个方向变量的均值，确定加权线速度值的噪声方差，然后通过运动学公式，根据实际加权线速度值每个方向变量，预测出新的预期测量加权线速度值，并计算实际加权线速度值与预期测量加权线速度值之间的位置差异，针对计算出的位置差异进行修正，经过以上运算得到卡尔曼滤波处理后的待测试短轨道线速度值，上述步骤能够对加权线速度值进行进行叠加，并对叠加后的加权线速度值滤波处理，减少噪声干扰在数据信号中的比重，提高数据的鲁棒性。
在一个可行的实现方案中，图3示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取方法中发送待测试短轨道线速度值的流程示意图；上述步骤S60中，测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台，包括：
步骤S601，测速上位机通过数据总线将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台。
步骤S602，工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台。
步骤S603，工业数传接收电台将接收到的待测试短轨道线速度值上传显示服务端。
步骤S601、S602、S603在具体实施时，测速上位机通过数据总线将处理后待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台，工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台，工业数传接收电台将接收到的待测试短轨道线速度值上传显示服务端，显示服务端可以为以下任一一种运行环境，如终端服务器、云端服务器、PLC控制系统、个人计算机。
图4示出了本申请实施例所提供的一种轨道车辆测试数据获取装置结构示意图，如图4所示，上述装置包括：
获取模块701，用于测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下的轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
第一计算模块702，用于测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
第二计算模块703，用于测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
第三计算模块704，用于测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
第四计算模块705，用于测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值；
发送模块706，用于测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
具体实施时，在轨道车辆的车轮轴左右两侧各安装一个光电转速传感器，或者在轨道车辆的车轮轴单侧安装一个光电转速传感器，当轨道车辆开始运行时，光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号，通过光电隔离器将轨道车辆轨道行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，并将转化后的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号发送给测速上位机；
在轨道车辆的车厢中分别安装有测速上位机、工业数传电台，当轨道车辆处于行驶状态时，轨道车辆的车轮轴转动一圈为一个采样周期，光电转速传感器获取轨道车辆行驶时每个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，光电转速传感器分别获取轨道车辆行驶时，相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，并将获取到的相邻时间间隔两个采样周期内产生的转速电脉冲信号通过光电隔离器发送给测速上位机，测速上位机根据两个采样周期内产生的转速电脉冲信号，计算出沿轨道行驶方向的第二线速度值；
测速上位机运用内嵌的分布式微处理器，根据轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第一线速度值和轨道车辆行驶状态下沿轨道行驶方向的第二线速度值，进行求和运算后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值的方向状态和速度状态进行叠加转化，叠加转化后加权线速度值的每个位置都有一个方向变量的均值，根据加权线速度值每个方向变量的均值，确定加权线速度值的噪声方差，然后通过运动学公式，根据实际加权线速度值每个方向变量，预测出新的预期测量加权线速度值，并计算实际加权线速度值与预期测量加权线速度值之间的位置差异，针对计算出的位置差异进行修正，经过以上运算得到卡尔曼滤波处理后的待测试短轨道线速度值；
测速上位机通过数据总线将处理后待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台，工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台。
对应于图1中的轨道车辆测试数据获取方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备80，图5，如图5所示，该设备包括存储器801、处理器802及存储在该存储器801上并可在该处理器802上运行的计算机程序，其中，上述处理器802执行上述计算机程序时实现上述的方法。
测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下的轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值；
测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
对应于图1中的轨道车辆测试数据获取方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行以下步骤：
测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下的轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
测速上位机根据相邻两个转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
测速上位机根据沿轨道行驶方向的第一线速度值和沿轨道行驶方向的第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值；
测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
基于上述分析可知，与相关技术采用雷达测速、激光测速、GPS定位测速相比，本申请实施例提供的采用光电转速传感器作为轨道车辆测速的基准，光电转速传感器分辨率越高，采集轨道车辆行驶状态下产生的转速信号的精度越好；充分考虑的环境中的噪声，光电传感器的有效性等因素，通过卡尔曼滤波算法，有效提高了测速结果的准确性和精度，使结果鲁棒性更强；以及提供了统一的数据输出接口，可以轻松将整个测速方法应用于其它大型控制系统中。
本申请实施例所提供的轨道车辆测试数据获取装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的测控站和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露测控站和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述方法包括：
所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，所述转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
所述测速上位机根据沿轨道行驶方向的所述第一线速度值和沿轨道行驶方向的所述第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，所述待测试短轨道线速度值包含方向变量和速度变量；
所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆的轨道行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，包括：
所述光电转速传感器将轨道车辆轨道行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号发送给光电隔离器；
所述光电隔离器根据内设的逻辑运算，将轨道车辆任一单位时间内轨道车轮的转速电平信号和方向电平信号，转化为计数的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号；
所述光电转速传感器根据光电隔离器，将转化后的所述转速电脉冲信号和所述方向电脉冲信号发送给所述测速上位机。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值，包括：
按照如下公式计算第一线速度值：
V＝π×D×n/TN
其中，D代表轨道车轮的直径；T代表采用测量周期；N代表轨道车轮轴转动一圈电转速传感器输出的N个电脉冲信号；n代表每个采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值，包括：
按照如下公式计算第二线速度值：
V＝π×D×1/TN
其中，T代表相邻两个电脉冲信号的时间间隔；D代表轨道车轮的直径；1代表采样周期内所产生的电脉冲信号的个数；V代表轨道车轮圆周运动的线速度。
5.根据权利要求1所述的轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值的进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，包括：
按照如下公式对所述加权线速度值的速度信号进行去噪声处理：
预测公式为：
xk＝a×xk-1
pk＝a×pk-1×a+q
将预测线速度信号转化加权线速度信号公式为：
y＝z-h×xk
xk＝xk+Kg×y
pk＝(1-Kg×h)×pk
其中，xk代表预测状态；pk代表预测误差；a代表预测叠加转化，此处为1；q代表速度信号噪声方差；z代表加权速度值的速度信号；h代表状态到测量的噪声转化；y代表预期测量的加权线速度值与实际测量的加权线速度值之间的差异；Kg代表卡尔曼增益。
6.根据权利要求1所述的轨道车辆测试数据获取方法，其特征在于，所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台，包括：
所述测速上位机通过数据总线将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传电台；
所述工业数传电台通过Modbus通信协议将处理后的待测试短轨道线速度值发送工业数传接收电台；
所述工业数传接收电台将接收到的待测试短轨道线速度值上传显示服务端。
7.一种轨道车辆测试数据获取装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于所述测速上位机从光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下轨道车轮的转速电脉冲信号和方向电脉冲信号，所述转速电脉冲信号为某一瞬时轨道车轮轴圆周运动时的速度值；
第一计算模块，用于所述测速上位机根据每个采样周期内的转速电脉冲信号的个数，计算沿轨道行驶方向的第一线速度值；
第二计算模块，用于所述测速上位机根据相邻两个所述转速电脉冲信号的时间间隔，计算沿轨道行驶方向的第二线速度值；
第三计算模块，用于所述测速上位机根据沿轨道行驶方向的所述第一线速度值和沿轨道行驶方向的所述第二线速度值进行求和后取平均值，得到取平均值后的加权线速度值；
第四计算模块，用于所述测速上位机根据卡尔曼滤波算法，针对所述加权线速度值进行去噪声处理，得到处理后的待测试短轨道线速度值，所述待测试短轨道线速度值包含方向变量和速度变量；
发送模块，用于所述测速上位机通过工业数传电台，将处理后的待测试短轨道线速度值发送给工业数传接收电台。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一安装单元，用于将所述光电转速传感器设置于轨道车辆车轮轴的左右两侧，当轨道车辆开始运行时，光电转速传感器获取轨道车辆行驶状态下产生的转速电平信号和方向电平信号；
第二安装单元，用于将所述测速上位机、所述工业数传电台设置于轨道车辆的车厢内，所述测速上位机通过数据总线将处理后待测试短轨道线速度值发送给所述工业数传电台。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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