CN117471261A - 一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，包括在光测距模块上方检测范围内，设置已知高度的目标物，经目标物获取的电压设为该激光测距模块的目标电压；嵌入式处理单元通过获取的目标电压，设置有效区间电压；获取实时电压，嵌入式处理单元对实时电压进行判定；第一级判定：实时电压是否属于有效区间电压，获取有效数据区间；第二级判定：根据相邻的两个电压是否属于空载电压区间，判定接触网定位检测装置，计算距离值，记录为定位装置；本申请提供的方案可在运行速度120km/h下，实现接触网定位装置的检测，通过多重判定方式使得漏检率低，整体方案稳定性强、不受太阳光干扰，误检率低，集成度高，体积小，便于安装检测。
Description
技术领域
本申请涉及铁路轨道安全检测技术领域，特别涉及一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法。
背景技术
随着我国城市轨道交通的快速发展，接触网为电气化城市轨道交通的列车提供电力供应，接触网作为电力机车的动力来源，其安全性是高速列车运营安全的重要保证之一。为确保接触网安全，各类车载式接触网参数检测应运而生。但由于施工误差、测量误差导致数据库跨距不准确，进而导致这类车载检测装置均存在检测数据定位不准确的问题，使得检测数据指导维修的意义不大。
同时为实现架空柔性接触网零部件的高清巡检成像，而巡检成像通常采用高分辨率、低帧率的高清相机，高亮度、低频率的高度补光灯；因此采用定点触发拍照的方式是目前实现接触网支持装置高清成像唯一办法。
有鉴于此，目前亟需一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，以实现柔性接触网定位装置的定点检测、高检出率检测，为接触网检测数据定位、巡检成像保驾护航。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提出一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，解决了现有技术中均存在检测数据定位不准确的问题，使得检测数据指导维修的意义不大问题。
本申请为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，包括步骤：
设置目标电压和有效区间电压，在柔性接触网定位检测装置的激光测距模块上方检测范围内，设置已知高度的目标物，经目标物获取的电压设为该激光测距模块的目标电压；嵌入式处理单元通过获取的目标电压，设置有效区间电压;
获取实时电压，激光测距模块安装在车顶上，持续向顶部发射激光束、经反射后再接收激光束，得到实时电压,嵌入式处理单元对实时电压进行判定；
第一级判定：实时电压是否属于有效区间电压，获取有效数据区间；
若不属于、将其判定为无效数据，判定结束；
若属于、将其判定为有效数据，进行下一组实时电压判定，直至出现一组无效数据时，判定结束，得到有效数据区间，当有效数据区间内的第一个有效数据和最后一个有效数据的信号时间差值不在时间差阈值区间时，判定结束；当时间差值在时间差阈值区间时，进行下一级判定；
第二级判定：读取有效数据区间相邻的两个电压；
若相邻的两个电压不属于空载电压区间时，判定结束；
若相邻的两个电压属于空载电压区间，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置；
其中，空载电压区间包括激光测距模块无反射激光束传回时的电压，以及经过隧道时、经隧道顶部反射后再接收激光束得到的电压。
作为一种可选的技术方案，若相邻的两个电压属于空载电压区间时，还包括第三级判定，再与上一次接触网定位装置信号时间间隔判断；
当信号时间间隔小于或等于阈值时间间隔时，判定结束、进入初始判定状态；
当信号时间间隔大于阈值时间间隔时，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置。
作为一种可选的技术方案，所述激光测距模块数量为N，N为大于1的自然数；以平行与车顶两侧的单列或多列的方式，垂直于车身安装在车顶上，每一列至少包括一个激光测距模块。
作为一种可选的技术方案，所述激光测距模块包括两个激光测距传感器。
作为一种可选的技术方案，所述激光测距模块为两列。
作为一种可选的技术方案，位于同一列的激光测距模块，采用相同的目标电压和有效区间电压。
作为一种可选的技术方案，所述已知高度的目标物数量为3，三个目标电压的均值为Vn，设置的有效区间电压为：Vn-x、Vn-（x-1）、Vn-(x-2)、... Vn+（x-2）、Vn+(x-1)、Vn+x，其中，x为自然数。
作为一种可选的技术方案，当设置两列激光测距模块时，第一列目标电压和有效区间电压，所述已知高度的目标物数量为3、包括三个高度不同的目标物；三个目标电压的均值为V1n，设置的有效区间电压为：V1n-x、V1n-（x-1）、V1n-(x-2)、... V1n+（x-2）、V1n+(x-1)、V1n+x；
第二列目标电压和有效区间电压，所述已知高度的目标物数量为3、包括三个高度不同的目标物；三个目标电压的均值为V2n，设置的有效区间电压为：V2n-x、V2n-（x-1）、V2n-(x-2)、... V2n+（x-2）、V2n+(x-1)、V2n+x，其中，x为自然数。
作为一种可选的技术方案，所述激光测距模块采用光耦隔离的方式输出信号。
作为一种可选的技术方案，所述嵌入式处理单元采样频率可达4K。
本申请的有益效果包括：
本申请记载的柔性接触网定位检测装置可在运行速度120km/h下，实现接触网定位装置的检测，通过多重判定方式；具有稳定性强、不受太阳光干扰的优点，误检率低于10%。整体采用嵌入式处理单元，集成度高、体积小，便于安装在轨道车辆车顶进行检测；本检测装置检测延时达1ms内，可为接触网巡检拍照提供触发信号。
本申请的其他有益效果或优势将在具体实施方式中结合具体结构进行详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
图1是本申请的逻辑判断流程图。
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的附图，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，所使用的术语，例如“顶部”和“底部”，指的是本申请在使用状态下靠近上方的部分为顶部，靠近下方的部分为底部；所使用的术语，例如“第一”和“第二”，仅是为了区分表述，而不是指示或暗示其具有重要性或顺序性的区别；所使用的术语，如“内”、“外”，指的是具体轮廓的内和外。上述术语的使用仅是为了便于清楚且简单地表述本申请的技术方案，不能理解为对本申请的限制。
实施例：
如图1所示，本申请公开一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，包括步骤：
设置目标电压和有效区间电压，在柔性接触网定位检测装置的激光测距模块上方检测范围内，设置已知高度的目标物，经目标物获取的电压设为该激光测距模块的目标电压；嵌入式处理单元通过获取的目标电压，设置有效区间电压;
获取实时电压，激光测距模块安装在车顶上，持续向顶部发射激光束、经反射后再接收激光束，得到实时电压,嵌入式处理单元对实时电压进行判定；
第一级判定：实时电压是否属于有效区间电压，获取有效数据区间；
若不属于、将其判定为无效数据，判定结束；
若属于、将其判定为有效数据，并记录时间戳t1，进行下一个实时电压判定，直至出现一组无效数据时，判定结束，记录时间戳t2，得到有效数据区间；
当有效数据区间内的第一个有效数据和最后一个有效数据的信号时间差值大于时间差阈值区间时，判定结束；当时间差值小于或等于时间差阈值区间时，进行下一级判定；
第二级判定：读取有效数据区间相邻的两个电压；
若相邻的两个电压不属于空载电压区间时，判定结束；
若相邻的两个电压属于空载电压区间，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置；
优选地，时间差阈值区间的设定逻辑为，接触网定位装置顺线路方向长度为20mm~500mm，检测车上线运行速度通常为5km/h(减速停车、发车启动)~120km/h；故最小阈值为20mm/120(km/h)=0.6ms,最大阈值为500mm/5(km/h)=360ms,考虑到冗余量综合设定阈值区间为0.5ms~370ms。
其中，空载电压区间包括激光测距模块无反射激光束传回时的电压，以及经过隧道时、经隧道顶部反射后再接收激光束得到的电压。
详细地，本柔性接触网定位检测装置可安装于接触网作业车、工程车、检测车、或行驶的客运列车的车顶上，其主要设置目标电压和有效区间电压，在柔性接触网定位检测装置的激光测距模块上方检测范围内，设置已知高度的目标物，经目标物获取的电压设为该激光测距模块的目标电压；嵌入式处理单元通过获取的目标电压，设置有效区间电压;
其中，第一级判定为第一层误检方式，防止通过测距标定来判断是否为有效数据，可以清除类似于隧道壁、站场顶部雨棚导致的误检；
第二级判定为第二层误检方式，是否存在从无效数据至有效高度数据的变化过程；包括相邻的两个电压判断，进一步减少误检的可能；可以理解的是“读取有效数据区间相邻的两个电压”为有效数据区间的上一组电压和下一组电压，相邻两个为前后两组电压的意义；
有效数据区间的设定是因为定位装置本身是具有长度的，再探测到定位装置的时候，在一段时间内，会连续收到有效数据，因此将定位装置长度范围内的有效数据进行集合，构成有效数据区间。重点是空载电压的设置，本方案的中心思想，从无到有再到无的过程，即无效数据-有效数据区间-无效数据的三段过程；其中，空载电压区间包括激光测距模块无反射激光束传回时的电压，以及经过隧道时、经隧道顶部反射后再接收激光束得到的电压；激光束向天空发射、无反射光束，直接输出的电压设为空载电压区间，隧道的高度是国家统一的施工标准（基本都采用7m高度），因此可以预先通过获取目标电压的方式，同样地，设置和隧道高度相同的参照物，提前获取隧道距离的电压，即空载电压。可以理解的是，这个空载电压和有效区间电压的值是不会重叠的。所以只有当变化过程是空载电压区间、有效数据区间、空载电压区间这样一个连续的过程，才能判定为该有效数据为接触网定位检测装置。
作为一种可能实施的方式，若相邻的两个电压属于空载电压区间时，还包括第三级判定，再与上一次接触网定位装置信号时间间隔判断；
当信号时间间隔小于或等于阈值时间间隔时，判定结束、进入初始判定状态；
当信号时间间隔大于阈值时间间隔时，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置。
这是第三层更优选择，为了避免数据的重复误差，设置一个阈值时间间隔，大于阈值时间间隔时，则判定为接触网定位检测装置；本方案增加这一层判定是为了避免同一个位置由两次定位装置信号，因此需要一定的间隔；这个阈值时间间隔的数值是可以根据现场情况拟定的，需要结合安装的距离以及列车行驶的速度；按照列车最高运行速度120km/h,柔性接触网相邻两定位装置设计间距通常为40m~50m，该工况下相邻定位装置最小时间间隔约为1200ms，考虑到接触网施工误差、冗余量等因素综合设定优选阈值时间间隔为1000ms。
详细地，所述激光测距模块数量为N,N为大于1的自然数；以平行与车顶两侧的单列或多列的方式安装在车顶上，每一列至少包括一个激光测距模块。
可以理解的是，激光测距模块数量为1时，可以自由安装在车顶任意位置；激光测距模块数量为2时，可以设置在相同的一列或各为一列；
设置在相同的一列时：可以通过两个激光测距模块的测定相同位置的数据进行纵向的交叉叠合，再次比对确定定位装置的位置信息，此为第四层的纵向数据叠合判断方式；
若数据重合，证明检测无误，若数据不重合，则需要再次重新测量或判定当前位置信息为无效信息；
设置在不相同的一列时，可以通过两个激光测距传感器的测定相同位置的数据进行横向交叉叠合，再次比对确定定位装置的位置信息，此为第四层的横向数据叠合判断方式；
若数据重合，证明检测无误，若数据不重合，则需要再次重新测量或判定当前位置信息为无效信息；
作为本实施例最优方式，可以理解的是，由于国有柔性接触网存在上下行线路，接触网定位支柱可能存在于安装工程左右两侧；区间柔性接触网具备横腕臂、斜腕臂等支持装置结构，而站场存在硬横梁、软横跨等结构（可能不存在横腕臂、斜腕臂等结构，仅有定位器）；
车体中心线左右两侧各1组激光测距传感器，且距离车体中心线垂直距离800~1500mm；实现铁路上下行线路的接触网定位装置检测（因为接触网定位装置存在与车体两侧的任意一侧）。
一个激光测距模块至少2个激光测距传感器，均垂直与车体，且在同一个断面（在线路方向同一个断面）；2个激光测距传感器垂直于车体方向安装，两者应相距100mm~150mm，且2个激光测距传感器安装平行、保证垂直向上平行发射、不交叉相互干扰；此为第四层的相同位置数据叠合判断方式；
详细地，位于同一列的激光测距模块，采用相同的目标电压和有效区间电压。可以理解的是，同一列的激光测距模块是以次经过同一定位装置的同一个位置，因此需要采用相同的目标电压和有效区间电压。
详细地，所述已知高度的目标物数量为3，三个目标电压的均值为Vn，设置的有效区间电压为：Vn-x、Vn-（x-1）、Vn-(x-2)、... Vn+（x-2）、Vn+(x-1)、Vn+x，其中，x为自然数。可以理解的是，现有柔性接触网目标高度范围一般不会高于6800mm，其中常用的安装高度包括5300mm、6000mm、6400mm这三个常见高度，因此可以以这三个高度作为测距标定；目标物的高度为这三个常见高度减去车身高度的值；
详细地，当设置两列激光测距模块时，
第一列目标电压和有效区间电压，所述已知高度的目标物数量为3、包括三个高度不同的目标物；三个目标电压的均值为V1n，设置的有效区间电压为：V1n-x、V1n-（x-1）、V1n-(x-2)、... V1n+（x-2）、V1n+(x-1)、V1n+x；
第二列目标电压和有效区间电压，所述已知高度的目标物数量为3、包括三个高度不同的目标物；三个目标电压的均值为V2n，设置的有效区间电压为：V2n-x、V2n-（x-1）、V2n-(x-2)、... V2n+（x-2）、V2n+(x-1)、V2n+x，其中，x为自然数。
可以理解的是，两列激光测距模块经过同一定位装置的不同位置，不同位置的高度也不相同，因此分别设定每一列的目标电压和有效区间电压。
详细地，所述激光测距模块采用光耦隔离的方式输出信号。可以理解的是，由于本检测装置安装在工程车车顶、处于接触网高压辐射环境下，为保证设备稳定性，定位检测输出信号采用光耦隔离的方式输出信号。
详细地，所述嵌入式处理单元采样频率可达4K， 嵌入式处理单元主要由可编程单片机及控制输入输出端口、传感器供电及信号采集电路、触发信号光耦隔离输出电路组成。装置选型激光测距传感器响应时间为250us，及采集频率4K；装置采用STM32单片机，其AD转换模块采集传感器电压信号采样分辨率最高可达2us，为确保数据准备性设置其采用频率为100us；装置采用的STM32单片机最大处理频率72M，嵌入式分析程序对AD模块采集的连续多组数据进行分析判断是否存在接触网定位检测装置。由于数据传感器数据已缓存，即使嵌入式分析程序判断出具结果时间ms级，任对是否具有定位检测装置的判断不影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于空载电压的车载式柔性接触网定位装置检测方法，其特征在于，包括步骤：
设置目标电压和有效区间电压，在柔性接触网定位检测装置的激光测距模块上方检测范围内，设置已知高度的目标物，经目标物获取的电压设为该激光测距模块的目标电压；嵌入式处理单元通过获取的目标电压，设置有效区间电压；
获取实时电压，激光测距模块安装在车顶上，持续向顶部发射激光束、经反射后再接收激光束，得到实时电压,嵌入式处理单元对实时电压进行判定；
第一级判定：实时电压是否属于有效区间电压，获取有效数据区间；
若不属于、将其判定为无效数据，判定结束；
若属于、将其判定为有效数据，进行下一组实时电压判定，直至出现一组无效数据时，判定结束，得到有效数据区间，当有效数据区间内的第一个有效数据和最后一个有效数据的信号时间差值不在时间差阈值区间时，判定结束；当时间差值在时间差阈值区间时，进行下一级判定；
第二级判定：读取有效数据区间相邻的两个电压；
若相邻的两个电压不属于空载电压区间时，判定结束；
若相邻的两个电压属于空载电压区间，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置；
其中，空载电压区间包括激光测距模块无反射激光束传回时的电压，以及经过隧道时、经隧道顶部反射后再接收激光束得到的电压。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：若相邻的两个电压属于空载电压区间时，还包括第三级判定，再与上一次接触网定位装置信号时间间隔判断；
当信号时间间隔小于或等于阈值时间间隔时，判定结束、进入初始判定状态；
当信号时间间隔大于阈值时间间隔时，则判定为接触网定位检测装置，再通过时钟计算器计算距离值；记录为定位装置。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述激光测距模块数量为N,N为大于1的自然数；以平行与车顶两侧的单列或多列的方式，垂直于车身安装在车顶上，每一列至少包括一个激光测距模块。
4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述激光测距模块包括两个激光测距传感器。
5.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述激光测距模块为两列。
6.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：位于同一列的激光测距模块，采用相同的目标电压和有效区间电压。
7.如权利要求1或3所述的检测方法，其特征在于：所述已知高度的目标物数量为3，三个目标电压的均值为Vn，设置的有效区间电压为：Vn-x、Vn-（x-1）、Vn-(x-2)、... Vn+（x-2）、Vn+(x-1)、Vn+x，其中，x为自然数。
8.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：当设置两列激光测距模块时，所述已知高度的目标物数量为3；
第一列目标电压和有效区间电压包括三个高度不同的目标物，三个目标电压的均值为V1n，设置的有效区间电压为：V1n-x、V1n-（x-1）、V1n-(x-2)、... V1n+（x-2）、V1n+(x-1)、V1n+x；
第二列目标电压和有效区间电压包括三个高度不同的目标物，三个目标电压的均值为V2n，设置的有效区间电压为：V2n-x、V2n-（x-1）、V2n-(x-2)、... V2n+（x-2）、V2n+(x-1)、V2n+x，其中，x为自然数。
9.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述激光测距模块采用光耦隔离的方式输出信号。
10.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述嵌入式处理单元采样频率最高为4K。
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