[发明专利]一种利用振幅谱自相关的高铁运行速度估计方法

说明书

本发明公开了一种利用振幅谱自相关的高铁运行速度估计方法，在单检波器地震数据中截取高铁经过时所激发的信号；对截取的信号做傅里叶变换，得到其振幅谱；计算前一步骤截取的信号的能量谱累积函数，确定能量频率区间；计算信号振幅谱的自相关函数；在自相关函数中寻找最大峰值、第二峰值以及其对应的频率，进而获得最大峰值与第二峰值之间的频率间隔；利用最大峰值与第二峰值之间的频率间隔及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计。

技术领域

本发明属于勘探地球物理领域，特别涉及一种利用振幅谱自相关的高铁运行速度估计方法。

背景技术

截至目前，中国高铁营业里程达3.1万公里，接近世界高铁总营业里程的 70％。2019年7月10日零时起，全国铁路实施新的列车运行图，每天开行动车组列车超过3000对。高铁列车高速运行在高铁线路上，其运行速度是不但是反映列车运行安全的重要参数，同时也是后续利用高铁列车引起震动信号的关键。目前已有的获得高铁列车运行速度的方法主要包含：

现有技术1：利用车载设备获取列车运行速度，即直接利用列车上的转速计可以获得列车运行速度，但无法确定列车在通过某个位置时的速度。此外，高铁列车携带的GPS设备可提供列车速度以及列车实时位置。上述方法所需的设备均安装在列车上，因此需要与高铁部门的许可。

现有技术2：在高铁线路隔离区内安装视频、光学及雷达等设备，常用的外部测速系统和方法有基于摄像机的速度估计系统、基于光学传感器或两个震动传感器的列车速度估计方法、利用多普勒效应的雷达测速方法以及基于车轮计数的速度估计方法等。上述方法需要安装在能够看到铁轨的位置，需要进入隔离区及在隔离区内安装设备的许可。

现有技术3：基于振幅谱模板匹配的方法，即在高铁线路隔离区外埋置一个地震检波器，然后利用检波器接收到信号的振幅谱与预设的一系列振幅谱模板做互相关系数，选择最大互相关函数对应的速度作为列车运行速度的估计，此方法需要大量的振幅谱模板函数，同时需要两次速度扫描过程，运算量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种利用振幅谱自相关的高铁运行速度估计方法，仅使用高铁线路隔离区外单个检波器采集到的地震数据，利用采集到数据的振幅谱自相关来估计列车运行速度，为后续判断列车运行状态提供数据。

本发明采用以下技术方案：

一种利用振幅谱自相关的高铁运行速度估计方法，包括以下步骤：

S1、在单检波器地震数据中截取高铁经过时所激发的信号；

S2、对截取的信号做傅里叶变换，得到其振幅谱；

S3、计算步骤S2截取信号的能量谱累积函数，确定能量频率区间；

S4、计算信号振幅谱的自相关函数；

S5、在自相关函数中寻找最大峰值、第二峰值以及其对应的频率，进而获得最大峰值与第二峰值之间的频率间隔；

S6、利用最大峰值与第二峰值之间的频率间隔及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计值v_final。

具体的，步骤S2中，假设截取出的高铁运行所引起的信号为y(t)，对该信号做傅里叶变换，得到其振幅谱|Y(ω)|为：

其中，[t₁，t₂]为检波器获取的有效信号所对应的时间范围，y(t)为截取出的高铁运行所引起的信号，j为虚数单位ω为频率，t为速度。

具体的，步骤S3具体为：