[发明专利]列车绝对速度计算方法

说明书

本发明涉及一种列车绝对速度测量装置，设置在列车上靠近轨道的上方位置，包括基体、设置在基体上且位于轨道上方的光学镜头、设置在光学镜头外侧的光源、能够以高频率和小数据量采集轨道图像的数据采集单元以及用于处理图像以获取速度和方向信息的信号处理单元。数据采集单元设置在基体内且位于光学镜头上方，信号处理单元设置在基体内且与数据采集单元相连接。本发明还涉及一种列车速度计算方法，采用空间滤波的方法计算列车的绝对速度值，采用傅里叶算法、D触发器的识别方法或者在列车上安装加速度传感器识别列车的速度方向。该列车绝对速度测量装置和速度计算方法能够实时、精确列车相对于地面的绝对速度，且测量死区小、不受气候条件影响。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车绝对速度测量装置，还涉及一种列车速度计算方法。

背景技术

行驶速度是列车控制系统的重要输入量，速度的准确测量对保障行车安全起着至关重要的作用。目前用于检测列车速度的传感器主要分为转速传感器和线速传感器两大类。转速传感器包括磁电传感器、霍尔传感器和光电传感器等，转速传感器对电机、齿轮箱或车轴的转速进行测量并将转速转换为列车运行速度。这类传感器对转速的精度较高、可靠性较好，但在车轮空转和打滑的情况下无法准确测量列车速度。线速传感器包括GPS传感器、轨道电路传感器和雷达式传感器等，线速传感器直接对列车的运行速度进行测量。其中GPS利用卫星对列车位置进行实时定位，从而计算出速度，但这种方法的精度较低，可靠性较差，在隧道和林区会接收不到卫星信号而无法测量。轨道电路安装在轨道上，利用磁场或光学原理在列车通过时发出信号，其可靠性较高，但由于它不可移动，大量布设成本太高，一般只在车站附近布置，只能作为信号装置使用。

现在列车上较为常用的绝对速度测量装置是雷达式速度传感器。雷达式传感器安装在车体下方并向轨道发射电磁波，利用反射的电磁波的频移测量速度，可以较为可靠地实时测量列车绝对速度。如申请公布号为CN103612649A(申请号为201310602215.6)的中国发明专利申请《基于激光多普勒测速的列车精确定位方法及装置》，以及授权公告号为CN203588540(申请号为201320692772.7)的中国实用新型专利《城市轨道交通车载雷达测速试验装置》，其中公开的技术方案均采用雷达进行列车测速。但是雷达测速也存在精度较差、有测量死区、冰雪条件下无法测量这些缺点。雷达波是一种电磁波，易受到电磁干扰的影响，因此测量精度较低。雷达速度传感器采用多普勒的方法进行测量，需要通过混频器比较两束高频信号的频率差，由于元器件的限制，太小的频率差无法测量，存在测量死区。在冰雪条件下，雷达速度传感器由于冰层对信号多次反射而存在多值性的问题。

空间滤波测速也是一种可行的测速方法，空间滤波测速的基本原理如图1所示。在光源的照射下，移动目标经过透镜(L)聚焦以后成像在空间滤波器(SF)上，空间滤波器可以采用光栅，被空间滤波器调制后被光电探测器(PD)接收，目标图像中的每一个像素点经过光栅后会在光电探测器上形成一个正弦波或方波(像素点尺寸大会产生正弦波，尺寸小会产生方波)，波形的频率与速度有关。所有的像素点在光电探测器上产生的信号是无数个相位不同、频率不同的周期信号的合集，通过频谱分析方法很容易将信号的中心频率计算出来，从而得到目标速度值。

空间滤波器有多种实现方法，如采用光栅和光电二极管的方案，该方法无法确定目标的运动方向，不适用于列车的速度检测。还有使用梳状光电探测器，这种方式的电路即信号处理方式较为简单，但是由于梳状器件非大规模商业化器件，需要特殊定制，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够实时、精确列车相对于地面的绝对速度，且测量死区小、不受气候条件影响的列车绝对速度测量装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够精确计算列车速度，且能够有效判断列车行进方向的列车速度计算方法。