CN114347798A - 一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法、装置和系统，利用光纤光栅装置，解决磁浮列车车载测速装置在列车低速运行时速度测量精度不够的问题，通过将光纤光栅装置布置在停车站内，辅助列车车载测速装置实现磁浮列车的零速停稳判定，不需要对现有的列控系统进行调整；且光纤光栅装置能够提供磁浮列车实时、精确的绝对位置信息，从而实现在列车车载测速设备的检测基础上，综合判断列车是否已经达到零速停稳状态。本发明的方法判定结果可靠性相比较于现有的磁浮列车零速停稳判定系统更高，测量出的列车实时定位精度高，实时性好，同时能够满足列车蠕动、跳跃、退行等低速情况下的高精度的测量需求。
Description
技术领域
本发明属于磁浮列车停车制动控制领域，特别涉及一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法、装置和系统。
背景技术
光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域。光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变敏感，所以主要通过应力应变的测量实现。光纤光栅是通过外界参量对光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的。因此，传感器灵敏度高，抗干扰能力强，对光源能量和稳定性要求低，适合作精密、精确测量。
光纤光栅技术目前在轨道交通领域有所研究，但并未规模应用：光纤光栅技术的应用研究目前集中在以光纤光栅实现列车计轴。
磁浮列车相对于轮轨列车缺少轮对，因此无法通过轮齿速传监测列车速度。磁浮列车进行列车测速测距通常使用钢轨枕涡流测速装置测速测装置配合雷达测速装置或加速度计。其中涡流测速装置的测量精度主要与涡流测速装置中传感器的数量以及站内铺设的轨枕的密度相关联；并且涡流测速装置的测量速度不连续，需要经过金属轨枕才能得到测量速度值，易受电磁干扰影响。雷达测速装置虽然不易受电磁环境干扰，可不依赖于轮轨直接测量列车实时速度，但是应用实践中显示，在低于5km/h时速下用雷达测速装置进行列车测速，误差较大。
涡流测速装置在工程实际应用中（对磁浮列车进行列车测速测距），受到工程造价和安装条件的限制，并且钢轨枕涡流测速装置测速测装置在低速时的测量效果较差。为此磁浮列车车载测速设备一般会叠加雷达测速装置，实现对速度测量的校准，但雷达测速装置在低速时的效果也不令人满意。同时由于列车车载测速装置的测速误差，列车车载测速设备不能精确判断列车是否已为零速，对于列车车门的控制也会产生影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法、装置和系统，将光纤光栅应用于磁浮列车的停车过程中的零速停稳状态判断，能够提高磁浮列车的定位的精度。
本发明的一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法，包括下面步骤：
获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳；
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
进一步地，所述的获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号的步骤之前还包括步骤：
确认所述光纤光栅装置检测到列车占用信息。
进一步地，所述的获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号步骤包括：
列车雷达测速装置检测到的列车实时速度满足第一限定条件时，获取所述列车雷达测速装置发出的第一列车零速停稳信号；
列车涡流测速装置检测到的列车实时速度满足第二限定条件时，获取列车涡流测速装置发出的第二列车零速停稳信号；
所述雷达测速装置或所述涡流测速装置故障时，获取测速故障信号。
进一步地，所述第一限定条件为所述雷达测速装置的检测到的列车实时速度预设阈值。
进一步地，所述第二限定条件为：
涡流测速装置周期计算的列车速度小于上一周期计算临界最大速度
；
其中
的计算公式为：
其中，
为列车用于停车的最大减速度值；
s为站内标准轨枕间距；
b为涡流传感器间距；
r为涡流传感器个数。
进一步地，所述的根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳的步骤具体为：
当所述光纤光栅装置检测到列车定位信息，且每个所述光栅分区的列车占用状态不变时，判断列车零速停稳。
进一步地，所述光栅分区包括第一光栅分区和第二光栅分区；
其中第一光栅分区设置在车站停车防护点处；
所述第一光栅分区的长度为停车窗长度M与保护区长度L 保的总和；
所述第二光栅分区D长度小于列车任意两个相邻转向架之间的距离。
进一步地，
所述光栅分区的数量的计算公式为：
其中：
为列车间隔距离最大的两个转向架之间距离；
M为磁浮列车停车窗长度；
D为所述第二光栅分区的长度。
本发明的一种用于磁浮列车的零速停稳判定装置，包括：
第一获取模块，用于获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
第二获取模块，用于获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
判断模块，用于根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳；
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区，多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
进一步地，所述装置还包括确认模块，用于确认所述光纤光栅装置检测到列车占用信息。
进一步地，所述第一获取模块用于执行下面步骤：
列车雷达测速装置检测到的列车实时速度满足第一限定条件时，获取所述列车雷达测速装置发出的第一列车零速停稳信号；
列车涡流测速装置检测到的列车实时速度满足第二限定条件时，获取列车涡流测速装置发出的第二列车零速停稳信号；
所述雷达测速装置或所述涡流测速装置故障时，获取测速故障信号。
进一步地，所述第一限定条件为所述雷达测速装置的检测到的列车实时速度预设阈值。
进一步地，所述第二限定条件为：
涡流测速装置周期计算的列车速度小于上一周期计算临界最大速度
；
其中
的计算公式为：
其中，
为列车用于停车的最大减速度值；
s为站内标准轨枕间距；
b为涡流传感器间距；
r为涡流传感器个数。
进一步地，所述判断模块在判断列车是否零速停稳时实现下面步骤：
当所述光纤光栅装置检测到列车定位信息，且每个所述光栅分区的列车占用状态不变时，判断列车零速停稳。
进一步地，
所述光栅分区包括第一光栅分区和第二光栅分区；
其中第一光栅分区设置在车站停车防护点处；
所述第一光栅分区的长度为停车窗长度M与保护区长度L 保的总和；
所述第二光栅分区D长度小于列车任意两个相邻转向架之间的距离。
进一步地，所述光栅分区的数量的计算公式为：
其中：
为列车间隔距离最大的两个转向架之间距离；
M为磁浮列车停车窗长度；
D为所述第二光栅分区的长度。
本发明还提供一种用于磁浮列车的零速停稳判定系统，包括：
车载测速装置，用于检测列车实时速度信息，还用于向零速停稳判定装置发送列车零速停稳信号或测速故障信号；
光纤光栅装置，设置在车站内停车站台旁，用于检测列车实时定位信息并向零速停稳判定装置发送；
本发明所述的零速停稳判定装置，用于判断磁浮列车是否停稳；
其中，所述光纤光栅装置包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
本发明还提供一种机器可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，执行本发明前面所述的方法。
本发明的一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法、装置和系统，利用光纤光栅装置，解决磁浮列车车载测速装置在列车低速运行时速度测量精度不够的问题，通过将光纤光栅装置布置在停车站内，辅助列车车载测速装置实现磁浮列车的零速停稳判定，不需要对现有的列控系统进行调整；且光纤光栅装置用于磁浮列车的零速停稳判定具有比环线测速测距技术和激光对射技术更高的测速测距分辨率、连续的数据测量和更丰富的测量数据，能够提供磁浮列车实时、精确的绝对位置信息。
光纤光栅装置通过获取实时列车定位信息，从而精确判断列车的绝对位置，在列车车载测速设备的检测基础上，综合判断列车是否已经达到零速停稳状态。本发明的方法判定结果可靠性相比较于现有的磁浮列车零速停稳判定系统更高，测量出的列车实时定位精度高，实时性好，同时能够满足列车蠕动、跳跃、退行等低速情况下的高精度的测量需求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出了根据根据本发明实施例的用于磁浮列车的零速停稳判定方法流程示意图；
图2示出了根据本发明实施例的涡流测速装置的计算原理辅助示意图；
图3示出了根据本发明实施例的涡流测速装置在涡流异常识别计算的辅助示意图；
图4示出了根据本发明实施例的车站内光栅分区铺设示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
磁浮列车测速方法比较：
磁浮列车相对于轮轨列车缺少轮对，因此无法通过轮齿速传监测列车速度。磁浮列车可选择的速度测量方法主要有雷达测速、涡流测速和光栅测速。
光栅测速可通过光栅区信号端点检测得到列车进入光栅区的时刻和位置，从而实现速度、位置和区段占用检查。铺设光栅区，是根据光栅区震动信号变化可进行信号端点检测，完成列车占用检查和列车运行方向检查，由每2秒列车位置差计算列车运行速度。优点在于不易受到电磁环境影响；但是铺设光纤光栅装置造价高，还需铺设在铁轨凹槽内并采用混凝土封装。
涡流测速是在列车上安装传感器在通过轨道间隔布置的金属钢枕时，传感器的感应头对同一条轨枕形成涡流变化的频率脉冲，从而计算出列车速度。优点在于可实现非接触式测量；但是测量速度不连续，需要经过金属轨枕才能得到测量速度值，易受电磁干扰影响。
在轨道交通中测速中雷达测速通常应用多普勒雷达测速装置，主要用于检测车轮是否发生空转打滑，多用于校正列车实时速度。优点在于不易受电磁环境干扰，可直接测量列车实时速度，不依赖于轮轨。但是应用实践表明，在低于5km/h时速下的多普勒雷达测速装置测得的列车速度误差较大。
如图1所示，为本发明的一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法流程示意图，一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法包括下面步骤：
1、获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
本实施例中，列车车载测速设备包括雷达测速装置和涡流测速装置两套车载测速设备。
2、获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
当接收到列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号后，进一步通过光纤光栅装置获取列车的实时定位信息，用于后续对列车是否零速停稳进行判断。
当接收到列车车载测速设备发出的测速故障信号后，说明车载测速设备不可靠，则直接通过光纤光栅装置对列车是否零速停稳进行判断。
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
如图4所示，本实施例中，光纤光栅装置具体布置方案为：所述光栅分区包括第一光栅分区和第二光栅分区；
其中第一光栅分区设置在车站停车防护点处；
所述第一光栅分区的长度为停车窗长度M与保护区长度L 保的总和；
其中停车窗为车站内允许列车停车的站台区域。
所述第二光栅分区D长度小于列车任意两个相邻转向架之间的距离。
进一步地，所述光栅分区的数量的计算公式为：
其中：
为列车间隔距离最大的两个转向架之间距离；
M为磁浮列车停车窗长度；
D为所述第二光栅分区的长度。
3、根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳。
具体地，当光纤光栅装置检测到列车占用信息，同时列车实时定位信息不发送变化时，判断列车速度为零和已经停稳。
本发明还提供了一种用于磁浮列车的零速停稳判定装置，包括：
第一获取模块，用于获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
第二获取模块，用于获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
判断模块，用于根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳；
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区，多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
本发明的零速停稳判定装置可以直接判断出磁浮列车是否达到零速停稳，从而对于能否进行下一步的打开站台门和列车门的步骤提供可靠和实际的依据，进一步提高了磁浮列车停车的安全性。
如图1所示，本发明的一个实施例中，车载测速设备包括涡流传感器和雷达测速装置，当列车在进站的时候，车速较低，涡流传感器和雷达测速装置分别对列车的行驶速度进行测量，通过传感器解析计算单元对涡流传感器和雷达测速装置测得的结果进行计算，获取测速数据。但是列车低速运行下涡流传感器和雷达测速装置的测量精度会受到影响，可能导致最终的列车零速停稳判定结果不准确。
本发明进一步通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置对包括列车实时定位信息（绝对位置）在内的列车运行数据进行监测。
采用数据融合单元将通过车载测速设备获得的列车速度和通过光纤光栅装置测得的列车实时定位信息进行融合分析计算，最后判断列车是否达到零速停稳状态。
如图4所示，根据本发明的一个具体实施例：
第一光栅分区为图中的第1个光栅分区，其长度为由停车防护点向后一个停车窗M长度和向前一个保护区段L 保之和；其中保护区段的计算与现有城轨中保护区段的计算方法相同，故不列举。
除第一光栅分区外，其余站内铺设光栅分区为第二光栅分区，适用的距离间隔D设置为5m。记第n个分区的位置范围内为
，
，m为正整数，代表光栅分区的总数量；x为光纤光栅沿轨道铺设时，沿轨道延伸方向上的位置点，例如第n个分区的位置范围是从第x n 位置点起算（包含在内）到第x n+1位置点（不包含在内）为止，第x n 位置点到第x n+1位置点之间的距离即为第二光栅分区沿光纤光栅铺设方向的宽度距离间隔D。
每个光栅分区内分布有光纤光栅，光纤光栅安装在轨道钢轨下方，用于检测应力。通过本发明的光纤光栅装置，可以实现下面功能：
检查光栅分区信号变化实现列车占用检查：当任一光栅分区内存在信号变化超过设定阈值时，则认为有车占用此光栅分区。
通过光纤光栅装置提供列车位置功能：每间隔Δt时间记一次列车定位，获取列车实时位置；进一步可通过列车Δt时间列车定位差值计算列车速度
。
通过光纤光栅装置进行列车位置校验。当列车位于第n个光栅分区内时，列车位置应位于
内。
本发明还提供了一种用于磁浮列车的零速停稳判定系统，包括：
车载测速装置，用于检测列车实时速度信息，还用于向零速停稳判定装置发送列车零速停稳信号或测速故障信号；
光纤光栅装置，设置在车站内停车站台旁，用于检测列车实时定位信息并向零速停稳判定装置发送；
前面述的零速停稳判定装置，用于判断磁浮列车是否停稳；
其中，所述光纤光栅装置包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
根据本发明的一种用于磁浮列车的零速停稳判定系统的一个具体实施例，本发明应用于磁浮列车时，实现下述操作：
首先确认所述光纤光栅装置检测到列车占用信息：当光纤光栅装置检测到列车占用信息时，说明列车将要进站，即需要进行启用列车零速停稳判定系统；
本实施例中，列车车载测速设备包括雷达测速装置和涡流测速装置两套车载测速设备。
当列车雷达测速装置检测到的列车实时速度满足第一限定条件时，向零速停稳判定装置发送第一列车零速停稳信号；
其中第一限定条件为雷达测速装置的检测到的列车实时速度预设阈值。应当理解的是，因为雷达测速装置在列车高速行驶下测量精度高，在低速运行时测量精度低，故而当雷达测速装置检测到的列车速度达到预设的阈值时，则认定列车进入停车阶段。例如本实施例中将雷达测速装置测得的速度小于3km/h作为列车零速判定的必要条件。其中预设阈值是可以根据试验进行获得的，与雷达测速装置的测量精度相关。
进一步，当列车涡流测速装置检测到的列车实时速度满足第二限定条件时，向零速停稳判定装置发送第二列车零速停稳信号；
其中，第二限定条件为：涡流测速装置周期计算的列车速度小于上一周期计算临界最大速度
；
其中
的计算公式为：
其中，
为列车用于停车的最大减速度值；
s为站内标准轨枕间距；
b为涡流传感器间距；
r为涡流传感器个数。
其中，最大减速度值即为列车停车减速制动过程中的加速度绝对值最大值。
即本发明地零速停稳判定系统对磁浮列车达到零速停稳状态的判断条件包括三个：
条件1：雷达测速装置测得的列车速度小于预设阈值时，输出第一列车零速停稳信号，例如预设阈值设置为3km/h；
条件2：涡流测速装置测得的列车速度小于
时，进入涡流测速装置的零速判断逻辑：
下一周期每隔2秒判定是否产生新的涡流传感器波形，涡流传感器检测到新的涡流，且涡流传感器波形不完整时，则认为列车已经停车，并判定列车零速停稳，输出第二列车零速停稳信号。
条件3：光纤光栅装置检测列车定位信息与上一周期相同，且检查到所有的光栅分区均无列车占用状态改变时，判定为列车零速停稳。
当以上三个条件均满足时，判定列车达到零速停稳。
进一步地，由于低速下光纤光栅检测精度较高，且在车站内全覆盖铺设，因此以条件3为零速判定的必要条件，条件1和条件2为充分条件：若因雷达测速装置或涡流测速装置故障导致无法输出零速停稳信号时，则输出测速故障信号，不影响下一步光纤光栅装置对列车是否零速停稳的判定。
涡流测速装置测量列车速度依赖于涡流测速装置是否经过轨枕，即是否有涡流波形产生；轨枕和涡流传感器的布置决定了列车测速更新周期以及速度计算准确度。
标准轨枕间距、涡流传感器间距与涡流传感器个数原则如下：
站内标准轨枕间距为scm，涡流传感器间距bcm，涡流传感器个数r个；站内轨枕间距与涡流传感器间距应满足
。
涡流测速装置中的全部涡流传感器依次产生涡流记为一个涡流检测周期。当任意一个涡流传感器恰好停于钢轨上方时，则会因为涡流传感器未依次划过同一钢轨，涡流测速装置在一个测量周期内会产生不完整波形，此时涡流测速装置无计算速度输出。因此涡流测速装置是否启用零速停稳判断是需要由上一个完整测速周期输出的速度（波形完整且有速度值输出）作为判定标准。
本发明中涡流测速装置的测速原理为：在列车上安装传感器在通过轨道间隔布置的金属钢枕时，传感器的感应头对同一条轨枕形成涡流变化的频率脉冲，从而计算出列车速度。
由于磁浮列车具有复杂的电磁环境，涡流测速易受电磁环境干扰的影响，因此本发明的一个具体实施例中将涡流传感器计算速度方法进行优化改进。如图2所示，本实施例中，涡流测速装置采用4个涡流传感器，
1）当传感器S1涡流触发，传感器S2-S4涡流未触发时，t 1至t 6均为NA（notavailable/not applicable，无从得知/不适用）。此时无涡流测速结果输出。
2）当传感器S1-S2涡流触发，传感器S3-S4涡流未触发时，t 1有值，t 2至t 6均为NA。此时涡流输出速度为
。
3）当传感器S1-S3涡流触发，传感器S4涡流未触发时，t 1、t 2、t 4有值，t 3、t 5、t 6为NA。可计算得
。为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
4）当传感器S1-S4涡流触发时，t 1~t 6均有值。可计算得
为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
其中，
5）当发生传感器故障时，计算非故障传感器涡流之间的时间差，与故障传感器涡流之间的时间差为NA。涡流输出速度为计算得到的
去掉最大值、最小值后的速度平均值（当仅有1-2个计算值时直接取平均）。
6）假设S3传感器发生故障，t 1、t 3、t 5、t 6有值，t 2、t 4为NA。可计算得
为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
其中：t 1：第一个涡流与第二个涡流产生时间差值；
t 2：第二个涡流与第三个涡流产生时间差值；
t 3：第三个涡流与第四个涡流产生时间差值；
t 4：第一个涡流与第三个涡流产生时间差值；
t 5：第二个涡流与第四个涡流产生时间差值；
t 6：第一个涡流与第四个涡流产生时间差值；
max表示取最大值的运算；
min表示取最小值的运算。
并且，因电磁干扰等异常干扰因素影响，涡流可能会发生无法识别、涡流误产生导致识别时间过前或过后。因此需要进行和计算时间校验，如图3所示，
的检测条件如下：
若
不满足上述判定条件，则将
置为NA再根据故障逻辑计算列车速度。
如图所示以S2传感器检测到涡流过前为例，根据检测条件不满足的条件为：
因此将t 1、t 2、t 4、t 5、t 6置为NA，可计算得
。
通常情况下，雷达测速需保证检测面具有足够的回波，但车速较低时（<5km/h）多普勒频率较小，易受到外界干扰，速度测量精度下降。涡流测速虽无需金属轨枕等间距铺设，但如需其提供位置计算则依赖地面金属轨枕的等间距铺设。由于在实际工程建设中钢轨铺设会存在一定安装误差，因此将涡流测速结果对雷达测速结果进行实时速度校验，以确保测量到列车运行过程中速度的可靠性。
零速停稳判定装置接收到第一列车零速停稳信号和第二列车零速停稳信号后，检测光纤光栅装置实时发送的列车实时定位信息，列车实时定位信息为当前时刻每一个光栅分区的列车占用状态；
当列车处于光纤光栅装置的检测范围内，同时每个光栅分区内的列车占用状态不变时，零速停稳判定装置判定列车零速停稳。
而当雷达测速装置或涡流测速装置均发生测速故障时，则无法发送列车零速停稳信号，此时需要向零速停稳判定装置发送测速故障信号，零速停稳判定装置仅仅根据光纤光栅装置发送的列车实时定位信息进行列车零速停稳判定。应当理解的是这种情况可以用于车载测速设备故障时的紧急状态。
此外，
本发明的用于磁浮列车的零速停稳判定系统还可以对列车停车过程中的速度进行检测，根据本发明的一个具体实施例，采用至少2套车载测速装置和光纤光栅装置共同对磁浮的停车过程进行速度检测，并对磁浮列车的制动控制曲线进行实施优化，以提高磁浮列车的停车精度和定位精度，具体实现过程为：
1、通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
第一列车运行信息包括列车速度
和列车距离停车点的距离；
2、通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置获取实时的第二列车运行信息；
第二列车运行信息包括列车的车重、列车速度
、列车加速度a 光和列车距离停车点的距离。
具体而言，通过列车车载测速设备获取的列车距离停车点的距离是通过速度计算出来的，同样地，也可以通过列车速度
和列车距离停车点的距离计算出某个时间段内列车的加速度信息。但是通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置，是可以根据列车在光栅铺设区内的运行情况，直接检测得到列车的车重、列车速度
、列车加速度a 光和列车距离停车点的距离等信息，其中，也可以通过测得的列车速度
的变化，计算得到列车的加速度。
3、融合计算第一列车运行信息和第二列车运行信息以获取列车实际运行速度；
对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取列车速度
：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v 1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v 2；
将第一测速结果v 1和第二测速结果v 2的差值与第一测速结果v 2和第二测速结果v 2中较小的值进行比较，计算并输出列车速度
：
当满足
时，输出列车速度
，并输出列车最大可能速度
；
当
时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测得的列车速度有误，仅输出
。
将列车速度
与列车速度
融合计算，获取列车实际运行速度
：
当输出
时，
；
否则
。
进一步地，输出列车停车安全防护速度
，其中，
。
其中，考虑到列车停过程中的安全防护，在光纤光栅装置布置的区段，通过列车安全防护速度
计算出列车的最大可能行驶距离，确保列车不会越过停车点。
本实施例中，当列车在进入光纤光栅装置的测量范围之前时，速度较高，可以通过涡流测速装置与测速雷达两套车载测速装置对列车速度进行测量和校核，得到列车运行过程中的准确速度，可以用于优化磁浮列车控制曲线。当列车进行停车时，车速不断下降，原有的涡流测速装置与测速雷达的测量精度在低速的情况下不能满足列车精确停车的要求，需要设置在车站内的光纤光栅装置辅助进行站内列车的测速、测距和车重测量，从而对列车制动过程进行实时优化，提高列车停车的精度。
4、实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
4.1获取一个时间段内列车的测量加/减速度数据；
具体地，本实施例中，在未铺设所述光纤光栅装置的区段，测量加/减速度数据为就是通过列车车载测速设备测量出列车的速度变化，从而计算的加速度；
在列车经过光纤光栅装置时，测量加/减速度数据为通过光纤光栅装置测量的加速度，或通过光纤光栅装置测得的速度计算出的加速度值。
4.2获取所述时间段内，列车实际运行速度对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
考虑到列车的安全运行，列车的实际运行速度需要控制在一定范围内，列车安全模型安全加/减速度数据是符合列车控制曲线的安全加/减速度数据。
4.3当测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
比较分析测量加/减速度数据和安全加/减速度数据，当测量加/减速度数据和安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围内，不对列车控制曲线作修改；
当测量加/减速度数据和安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外，根据测量加/减速度数据对列车控制曲线进行优化，并根据优化后的列车控制曲线确定列车的允许运行速度，从而对列车进行实时调控直至列车停靠在停车点。
如图1所示，根据本发明的一个具体实施例，在无光栅测速定位系统的区段，由车载的涡流测速装置和雷达测速装置分别计算的加速度进行比较，如两者比较的误差精度在预设的第一阈值内（如设定为1%），则判断当下周期内列车的实际加速度值可用。
将当下周期内列车的实际加速度值与安全模型中当下实际运行速度值所对应的加速度值对比，满足安全模型要求则不需要调整列车控制曲线；
满足安全模型要求时，如果实际测量计算出的加速度值与上周期计算时使用的加速度值的误差精度在预设的第二阈值范围外，则使用实际测量计算出的加速度值重新计算列车的防护曲线和制动曲线，对列车的运行控制进行调整。
在光栅测速定位系统的区段，由地面光纤光栅装置将实际测量的速度、车重、加速度和位置等信息发送至车载测速设备。车载测速设备首先对位置、速度和加速度与车载本身测量计算的参数进行对比，确定地面发送的参数与本车的参数相匹配以此确定数据是本身的测量数据后直接使用光纤光栅装置传送的加速度；因为在列车低速运行的情况下，光纤光栅装置的测量精度比车载测速设备的测量精度高，且可以直接测得列车的加速度信息。将光纤光栅装置传送的加速度与安全模型中当下实际运行速度值所对应的加速度值对比，当实际测量的列车加速度值与上周期计算时使用的加速度值的误差精度不在预设的第二阈值范围内时，则使用新的加速度参数（光纤光栅装置测量/计算得到得加速度）重新计算列车的防护曲线和制动曲线，实现对列车的控制曲线进行实时更新，获取最新的列车允许运行速度，直至列车停靠在停车点。
进一步地，在实现列车停步骤之后，还包括步骤：
校验列车停车精度；并将列车停车精度与预设阈值进行比较，并判断列车是否具备开门条件。这个步骤的设置可以对列车停车精度进行检查和校验，一旦停车精度不满足开门条件，可以舍弃当下这个停车点并重新确定新的停车点，进而控制列车精确停到新的停车点。
现有的磁浮列车中很少有将列车的车重数据纳入到实现列车精确停车车过程中，本发明通过采用光纤光栅装置，既实现了精确测量车站内列车低速运行的速度、位置、加速度信息，还将列车进站时的车重纳入考虑范围内，相对于传统的停车方法，能够提高了磁浮列车的停车精度和安全性
本发明的一个实际应用例中，根据调研磁浮快线站内轨枕间距为1.2m，在进站过程存在测速测距精度不高的问题，从而影响磁浮列车站内精确定位停车和零速停稳判定。因此采用在车站内增加铺设本发明的光纤光栅装置，铺设光栅分区，从而提高停车时的列车速度监测及列车定位监测，提高列车低速时的测量精度。但是在区间内未光栅铺设，区间内列车的速度可以通过雷达测速装置和涡流测速装置实现，降低成本。
具体地，参见图4，光纤光栅测速测距装备轨旁设备安装方便，不切割轨道，不影响既有的力学结构。总体改造简易、成本低、安全性高。通过光纤光栅装置与联锁/ZC的安全数据接口，将光纤光栅装置测量的实时连续数据与列车ID相匹配，并将测量数据通过联锁/ZC向车载传送。
列车进入光纤光栅测速测距区段后，光纤光栅装置与联锁/ZC间冗余的安全数据接口将测量的列车车重、列车加/减速度、实时速度和距离停车点的距离以安全报文的形式通过无线传输系统实时向列车车载处理单元传送。车载处理单元根据收到的列车车重信息和加/减速度；与列车通过车载处理单元中的速度传感器（本实施例中为涡流传感器和雷达测速装置）计算的加/减速度信息校核列车实际的减速度信息；结合使用地面传送的精确实时速度、列车绝对位置和距停车点精确距离；实时优化列车控制曲线和制动曲线，减少车载测速设备的测量误差对行车曲线和制动曲线的影响，使理论曲线与实际运行轨迹更接近。
本发明还提供了一种机器可读存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时，执行本发明的用于磁浮列车的零速停稳判定方法。
如图1所示，本实施例的优点在于保留原有ATP（列车自动防护子系统）、ATO（列车自动运行系统）的计算和控车逻辑，仅需车载处理单元结合地面传输（光纤光栅装置）的列车实时定位信息是否达到零速停稳状态进行判定。进一步地，还可以通过将光纤光栅装置测量的参数信息（列车速度、列车绝对位置和距离停车点精确距离等）发送给车载处理单元，实时监测列车的速度和距离停车点的位置，实现列车闭环控制。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (18)
1.一种用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，包括下面步骤：
获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳；
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
2.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述的获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号的步骤之前还包括步骤：
确认所述光纤光栅装置检测到列车占用信息。
3.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述的获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号步骤包括：
列车雷达测速装置检测到的列车实时速度满足第一限定条件时，获取所述列车雷达测速装置发出的第一列车零速停稳信号；
列车涡流测速装置检测到的列车实时速度满足第二限定条件时，获取列车涡流测速装置发出的第二列车零速停稳信号；
所述雷达测速装置或所述涡流测速装置故障时，获取测速故障信号。
4.根据权利要求3所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述第一限定条件为所述雷达测速装置的检测到的列车实时速度预设阈值。
5.根据权利要求3所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述第二限定条件为：
涡流测速装置周期计算的列车速度小于上一周期计算临界最大速度
；
其中
的计算公式为：
其中，
为列车用于停车的最大减速度值；
s为站内标准轨枕间距；
b为涡流传感器间距；
r为涡流传感器个数。
6.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述的根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳的步骤具体为：
当所述光纤光栅装置检测到列车定位信息，且每个所述光栅分区的列车占用状态不变时，判断列车零速停稳。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，所述光栅分区包括第一光栅分区和第二光栅分区；
其中第一光栅分区设置在车站停车防护点处；
所述第一光栅分区的长度为停车窗长度M与保护区长度L 保的总和；
所述第二光栅分区D长度小于列车任意两个相邻转向架之间的距离。
8.根据权利要求7所述的用于磁浮列车的零速停稳判定方法，其特征在于，
所述光栅分区的数量的计算公式为：
其中：
为列车间隔距离最大的两个转向架之间距离；
M为磁浮列车停车窗长度；
D为所述第二光栅分区的长度。
9.一种用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取列车车载测速设备发出的列车零速停稳信号或测速故障信号；
第二获取模块，用于获取光纤光栅装置测得的列车实时定位信息；
判断模块，用于根据所述列车实时定位信息判断列车是否零速停稳；
其中，所述光纤光栅装置设置在车站内停车站台旁，包括多个光栅分区，多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
10.根据权利要求9所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述装置还包括确认模块，用于确认所述光纤光栅装置检测到列车占用信息。
11.根据权利要求9所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述第一获取模块用于执行下面步骤：
列车雷达测速装置检测到的列车实时速度满足第一限定条件时，获取所述列车雷达测速装置发出的第一列车零速停稳信号；
列车涡流测速装置检测到的列车实时速度满足第二限定条件时，获取列车涡流测速装置发出的第二列车零速停稳信号；
所述雷达测速装置或所述涡流测速装置故障时，获取测速故障信号。
12.根据权利要求11所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述第一限定条件为所述雷达测速装置的检测到的列车实时速度预设阈值。
13.根据权利要求11所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述第二限定条件为：
涡流测速装置周期计算的列车速度小于上一周期计算临界最大速度
；
其中
的计算公式为：
其中，
为列车用于停车的最大减速度值；
s为站内标准轨枕间距；
b为涡流传感器间距；
r为涡流传感器个数。
14.根据权利要求9所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述判断模块在判断列车是否零速停稳时实现下面步骤：
当所述光纤光栅装置检测到列车定位信息，且每个所述光栅分区的列车占用状态不变时，判断列车零速停稳。
15.根据权利要求9~14中任一项所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，
所述光栅分区包括第一光栅分区和第二光栅分区；
其中第一光栅分区设置在车站停车防护点处；
所述第一光栅分区的长度为停车窗长度M与保护区长度L 保的总和；
所述第二光栅分区D长度小于列车任意两个相邻转向架之间的距离。
16.根据权利要求15所述的用于磁浮列车的零速停稳判定装置，其特征在于，所述光栅分区的数量的计算公式为：
其中：
为列车间隔距离最大的两个转向架之间距离；
M为磁浮列车停车窗长度；
D为所述第二光栅分区的长度。
17.一种用于磁浮列车的零速停稳判定系统，其特征在于，包括：
车载测速装置，用于检测列车实时速度信息，还用于向零速停稳判定装置发送列车零速停稳信号或测速故障信号；
光纤光栅装置，设置在车站内停车站台旁，用于检测列车实时定位信息并向零速停稳判定装置发送；
如权利要求9~16中任一项所述的零速停稳判定装置，用于判断磁浮列车是否停稳；
其中，所述光纤光栅装置包括多个光栅分区；多个所述光栅分区连续沿磁浮列车轨道并排布置，且所述光栅分区的铺设总长度大于所述停车站台的长度；
每个所述光栅分区周期性检测是否有列车占用，获取所述列车实时定位信息。
18.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，执行如权利要求1~8中任一项所述的方法。
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