[发明专利]一种轨交列车运动状态高精度感知设备及感知方法

说明书

本发明涉及一种轨交列车运动状态高精度感知设备，包括：壳体、面板、运动状态监测传感器和中央数据处理器，通过中央数据处理器将各运动状态监测传感器的多源数据融合处理，在不依赖轨交地面测量系统和车载信号系统的情况下，可以自主获取列车运行方向、实时速度、位移信息、实时位置和加速度等信息。本发明还涉及一种实现轨交列车高精度位移测量的方法，采用雷达测速和激光测距联合测量的方法实现列车位移信息的获取，可以实现各类轨交条件下的高精度位移测量。本发明还涉及一种实现轨交列车实时自主定位的方法，通过融合处理列车位移信息和运行方向信息，结合轨交地图即能实现列车实时位置感知，且精度高、实时性好。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨交列车运动状态高精度感知设备及列车运动状态测量方法。

背景技术

安全和高效是轨道交通系统追求的两大目标，用于控制列车运行速度的列车运行控制系统是确保列车运行安全、提高列车运行效率的核心子系统，而实时、高精度地获取列车速度和位置信息是其中的关键性技术。

目前，轨交列车测速传感器主要采用轴端转动测速和雷达测速两种方式，其中，轴端转动测速通过测量列车轮轴的转动获得列车的速度值，其受车轮空转、打滑等因素影响，测速误差相对较大，且进一步提升空间不大；雷达测速通过测量列车和地面之间因相对运动引起的多普勒效应实现速度测量，由于雷达为非接触式测量，不受车轮空转、打滑等因素影响，环境适应性好，测速精度较高，因此雷达测速方式更具技术优势。

高精度位置信息对轨交列车运行至关重要，目前列车定位方式主要有GPS卫星定位、轨道电路定位和轨道标签定位等方法。其中，GPS卫星定位方式在隧道或地下等封闭环境下受无线电波传播特性的影响会形成定位盲区，因此其只能作为辅助定位方法；轨道电路定位以两根铁轨作为导体，发射信号并接收回波，根据回波特征进行列车位置定位，其定位精度在百米量级，定位误差较大；轨道标签定位精度受制于标签间隔，通常在轨交站等位置标签排布较多，其余位置标签排布较少，因此远离轨交站的位置精度较差。目前，实际应用中主要采用的是，在标签定位基础上结合速度积分实现实时定位，存在以下问题：一是轨道标签定位需要轨道施工，建设投入大、时间长、改造难；二是采用速度积分方式计算列车位移量，会造成微小速度误差因积累时间增大而造成位移误差持续加大的问题，长距离测量精度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨交列车运动状态高精度感知设备及一种轨交列车高精度位移测量和实时自主定位的方法，在不依赖轨交地面测量系统和车载信号系统的情况下，可以自主获取列车运行方向、实时速度、位移信息、实时位置和加速度等信息。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种轨交列车运动状态高精度感知设备，包括：

壳体，内部中空，壳体的顶面与列车车体外部底面固定；

面板，固定在壳体的一侧侧壁外部，用于显示系统数据和设置设备参数；

运动状态监测传感器，固定在壳体的内部或外部，用于监测列车运行状态；

中央数据处理器，固定在壳体内部，与运动状态监测传感器、面板电连接或无线通信信号连接，用于将运动状态监测传感器的数据进行处理并输出处理结果，以及与面板进行输入输出通信。

优选地，所述运动状态监测传感器包括：

多普勒雷达，安装在壳体(2)的内部，其电磁波发射方向在列车速度方向的纵轴面上，并与地面成一定夹角，其电磁波发射方向正前方的壳体(2)镂空且镶嵌雷达透波罩(3)，雷达透波罩(3)采用电磁波可穿透的材质，使电磁波能够穿透所述雷达透波罩(3)对地面进行探测，用于测量列车的运行速度；

激光测距仪(6)，固定在壳体(2)的外部下方，激光发射角度垂直于地面，通过多普勒雷达测速和激光测距仪(6)测距联合测量列车位移信息；