TWI666463B - 列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法 - Google Patents

列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法 Download PDF

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Akira Asano
浅野晃
Hikaru Tsubota
坪田光
Takayuki Inaba
稲葉敬之
Manabu Akita
秋田
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Kyosan Electric Mfg. Co., Ltd.
日商京三製作所股份有限公司
The University Of Electro-Communications
國立大學法人電氣通信大學
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Abstract

本發明提供一種技術，用以提升利用都卜勒雷達型之感測器而檢測出列車速度之列車速度檢測裝置的精度。
列車1為於底面2包括都卜勒雷達型感測器20。設置都卜勒雷達型感測器20為對道床90呈指定的傾斜角θ。列車1包括速度計算部10，其係以都卜勒雷達型感測器20所檢測出的速度分量為基準，計算出列車1在水平方向的速度、也就是行進速度。速度計算部10為以相對於斜前方照射之送出波的反射波為基準，計算出距離資訊RHPk及速度資訊VPk，由設置都卜勒雷達型感測器20時的設置高度資訊h，估計列車速度RV1(主估計速度)。

Description

列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法
本發明為有關列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法，特別為有關利用都卜勒雷達型之感測器，檢測列車速度的列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法。
作為列車的速度檢測方法，已知有檢測車輪迴轉而加以計算的方法。在過去的手法中，為由速度與經過時間求出列車的移動距離，再以累積計算方式確定列車位置。但是，會因車輪的空轉、滑走的發生而造成在計測速度上產生誤差。另外，由於列車行駛而造成車輪有磨耗，因而使得車輪直徑產生變化，故而在計測速度上產生誤差。近年來，要求藉由由於搭載於列車的車上裝置辨識自車位置、並與所賦予的列車控制訊號進行比較的作業，從而確定自車之停止目標位置等的技術。在此情況下，利用車上裝置來正確地辨識自車位置，便顯得相當的重要。因此，需要有搭載於列車上之新的速率計測裝置之需求。
作為此種技術，例如提案有利用都卜勒雷達型感測器檢測列車速度的列車速度檢測裝置(例如，參照非專利文獻1)。具體而言，將包括毫米波之傳送/接收天線的裝置設置在車輛底部的狀態下，朝軌道照射毫米波、取得反射波。利用 都卜勒效應計算出車輛的速度。
【先行技術文獻】 【非專利文獻】
〔非專利文獻1〕笠井貴之等著「使用毫米波的非接觸式速率計之開發」，鐵路自動控制研討會論文集通號49、2012年11月。
不過，在使用相對於感測器之道床的傾斜角，校正自感測器所得之斜向速度分量的方法中，當感測器偏移而造成傾斜角不正確的情況、或是例如光束並非像是如雷射般之感測器檢測區域過廣的情況下，將會有速度估計誤差過大的問題。
圖1揭示在檢測區域使用非線感測器(例如，都卜勒雷達感測器)而估計速度分量的情況下之雷達波的掃描擴張範圍。如圖所示，其估計速度分量中具有擴張範圍份量的誤差。實線表示的箭頭為雷達感測器的中心，其周圍以虛線所示之箭頭為表示掃描擴張範圍。在維持這樣的狀態下，由於不清楚檢測在圖中範圍內的哪個位置所反射的反射波，而有可能發產生誤差。
特別在有關於列車的速度檢測方面，由於亦使用在列車的位置檢測上，因此當誤差累積的情況下，將有損列車運行順暢之虞，而必須要有解決該狀況的對策技術。尤其在列車運行間隔短的情況下，由安全性的觀點來看，必須要有相當 高精度的速度檢測，這也造成在導入利用都卜勒雷達型感測器來檢測列車速度的列車速度檢測裝置時，相當重要的課題。
在非專利文獻1開示的技術中，並未充分考量有關於感測器之傾斜角的偏差，因此需要其他的技術。
本發明為有鑑於以上所述狀況，提供解決上述課題的技術。
本發明之列車速度檢測裝置包括：都卜勒雷達型感測器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；實際傾斜角算出部，根據前述感測器所算出的至反射位置為止距離、以及所設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度；列車速度算出部，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度。
本發明之列車速度檢測方法包括：實際傾斜角算出步驟，根據以都卜勒雷達型之感測器所算出的至反射位置為止距離、以及所設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度，前述都卜勒雷達型之感測器為對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；列車速度算出步驟，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度。
依據本發明，將可提供一種提升利用都卜勒雷達型感測器檢測列車速度之列車速度檢測裝置的精度。
1‧‧‧列車
2‧‧‧底面
10‧‧‧速度計算部
11‧‧‧實際傾斜角算出部
12‧‧‧列車速度計算部
20‧‧‧都卜勒雷達型感測器
90‧‧‧道床
91‧‧‧軌道
圖1係有關於背景技術之，使用檢測區域非線感測器，在估計速度分量的情況下，模式性地顯示雷達波的擴張範圍狀況之圖。
圖2係有關於本實施形態之，表示列車1之構成的功能塊圖。
圖3係有關於本實施形態之，用以說明在列車底面設置對道床呈一傾斜角的都卜勒雷達型感測器，計測列車速度(主估計速度)的原理的圖。
圖4係有關於本實施形態之，用以說明在列車底面設置對道床呈一傾斜角的都卜勒雷達型感測器，計測列車速度(比較估計速度)的原理的圖。
圖5係有關於本實施形態中，揭示主估計速度、比較估計速度、以及GPS速度的實地操作試驗結果的圖表。
接著參照圖面，具體說明用以實施本發明之形態(以下，單稱為「實施形態」)。
圖2係表示有關於本實施形態之列車1之構成的功能塊圖，在此，著眼於速度算出機能。
列車1為於底面2包括都卜勒雷達型感測器20。設置都卜勒雷達型感測器20為對道床90呈指定的傾斜角θ。 從而，都卜勒雷達型感測器20為檢測傾斜方向的速度分量。換言之，設送出波的送出方向為指定傾斜角θ的方向。
其次，列車1包括速度計算部10，其係依據都卜勒雷達型感測器所檢測出的速度分量，計算出列車1在水平方向的速度、也就是行進速度。另外，在過去，為依據在軌道91轉動之車輪的迴轉數而計算速度。
速度計算部10為以後述計算手法，依據相對於斜前方照射之送出波的反射波，計算出距離資訊RHPk及速度資訊VPk，由設置都卜勒雷達型感測器20時的設置高度資訊h，估計列車速度RV1(主估計速度)。換言之，利用都卜勒雷達型感測器20及速度計算部10而得以實現與習知的速率計相同的機能。
具體而言，速度計算部10包括實際傾斜角算出部11及列車速度計算部12。實際傾斜角算出部11為由自都卜勒雷達型感測器20所得的距離資訊RHPk與設置時之都卜勒雷達型感測器20的高度(設置高度h)，計算出相對於道床90之實際的送出波及反射波的傾斜角(傾角θPk)。
列車速度計算部12的作用在於，由實際傾斜角算出部11已算出之傾角θPk與雷達的速度資訊VPk，估計各個速度資訊之水平分量VHPk，再將其等的算術平均估計作為列車速度RV1。所估計之列車速度RV1為例如顯示於速率計等之上。
參照圖3，具體說明在本實施形態中之基本的速度檢測方法(主估計速度)。在此，照射的送出波作為反射波而 返回都卜勒雷達型感測器20，該送出波為由都卜勒雷達型感測器20的天線中心C、以指定傾角θPk照射至作為反射面的道床90。
如式(1)所示，使用檢測抽樣中各個距離資訊RHPk、估計各個傾角θPk。在此，為將下標Pk作為其抽樣編號。設置高度資訊h為由道床90至都卜勒雷達型感測器20之天線中心C為止的高度。
h：天線中心的設置高度
Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN
接著，如式(2)所示，以式(1)所求出的傾角θPk與都卜勒雷達型感測器20的速度資訊VPk，分別估計其速度資訊VPk的水平分量VHPk。
如式(3)所示，取得以式(2)所求之水平分量VHPk在指定期間內的算術平均，將該算術平均設為列車速度RV1。
接著參照圖4，利用在圖1所示之背景技術所採用的計算手法，說明比較估計速度的估計方法。
在此，從以都卜勒雷達型感測器20所估計的速度資訊VPk、以及將都卜勒雷達型感測器20設置在底面2時所設定作為送出波之送出方向的傾角資訊θ(固定值；例如，45°)，估計列車速度RV2。
如式(4)所示，由速度資訊VPk與傾角資訊θ，估計各個檢測抽樣的速度資訊VPk之水平分量VHPk。且將下標Pk設為其抽樣編號。與上述式(2)的不同點在於cosθ為固定值。
其次，如式(5)所示，取得以式(4)所求出的水平分量VHPk之指定期間的算術平均，將其算術平均設為列車速度RV2。
在圖5中所揭示的運轉試驗之比較結果，為比較有關使用本實施形態提案之校正方法所估計的列車速度(主估計速度)、以習知手法算出的比較估計速度、以及使用GPS算出的速度(GPS速度)。圖5(a)為顯示約360秒的計測結果，圖5(b)為擴大顯示圖5(a)之區域A1，圖5(c) 為擴大顯示圖5(b)之區域A2。在運轉試驗中，使用24GHz的微波作為送出波。
如圖所示，比較估計速度方面，相對於GPS速度產生4~5%的誤差。另一方面，在主估計速度方面，形成略與GPS相同，而實質上的解除上述誤差。從而，當將都卜勒雷達型感測器20適用於速率計的情況下，將可實現精度較高的速率計。
以上，利用本實施形態將可達到：
(1)即使都卜勒雷達型感測器20的傾斜角因為行駛等而偏移的情況下，由於估計有形成實際送出波(反射波)方向的傾斜角，因此可進行適當的校正。其結果，將可提升計測列車速率的精度。
(2)即使都卜勒雷達型感測器20的檢測範圍、也就是照射方向過廣，由於可以估計相較於實際反射而回的檢測波速度分量的傾斜角，因此可提升估計速度的精度。
以上，依據實施形態說明本發明。該實施形態僅為例示，同業者應當可理解的是，可將其等各個構成要素進行組合，以構成各式各樣的變形例，此外，該等變形例應該在本發明的範圍之中。

Claims (2)

  1. 一種列車速度檢測裝置，其特徵在於包括：都卜勒雷達型感測器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，而設置於列車底部；實際傾斜角算出部，根據前述感測器所算出的至反射位置為止距離、以及所設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度；列車速度算出部，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；其中，係以下述計算方法計算出前述角度與前述列車的速度：如式(1)所示，使用檢測抽樣中各個距離資訊RHPk、估計各個傾角θPk；h：天線中心的設置高度；Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN；接著，如式(2)所示，以式(1)所求出的前述傾角θPk與前述都卜勒雷達型感測器的速度資訊VPk，分別估計前述速度資訊VPk的水平分量VHPk；如式(3)所示，取得以式(2)所求之前述水平分量VHPk在指定期間內的算術平均，將前述算術平均設為列車的速度RV1；
  2. 一種列車速度檢測方法，其特徵在於包括：實際傾斜角算出步驟，根據以都卜勒雷達型之感測器所算出的至反射位置為止距離、以及所設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度，前述都卜勒雷達型之感測器為將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，而設置於列車底部；列車速度算出步驟，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；其中，係以下述計算方法計算出前述角度與前述列車的速度：如式(1)所示，使用檢測抽樣中各個距離資訊RHPk、估計各個傾角θPk；h：天線中心的設置高度；Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN；接著，如式(2)所示，以式(1)所求出的前述傾角θPk與前述都卜勒雷達型感測器的速度資訊VPk，分別估計前述速度資訊VPk的水平分量VHPk；如式(3)所示，取得以式(2)所求之前述水平分量VHPk在指定期間內的算術平均，將前述算術平均設為列車的速度RV1；
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