CN107640184A - 一种基于精确测距的列车轮径自动校准***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，包括、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块、地图数据库和主处理器，其中，所述地图数据库用于存储列车运行线路的相关信息，TW‑TOF测距根据提供的测距误差范围估值启动卡曼滤波，通过警告功能滤除非精确数值，所述主处理器分别与TW‑TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块电性连接，所述地图数据库储存在主处理器内。本发明根据本发明提供的***，通过卫星定位技术和TW‑TOF测距模块实现机车车轮自动校准，而且不需要地面设备的辅助，这样，既减少了列车定位误差，又在维护成本下降的情况下提高了列车定位精度，保证了列车运行安全。

Description

一种基于精确测距的列车轮径自动校准***及其方法

技术领域

本发明涉及列车轮径自动校技术领域，尤其涉及一种基于精确测距的列车轮径自动校准***及其方法。

背景技术

列车定位对于列车运行起着至关重要的作用。目前实际投入应用的列车定位技术有：里程计、轨道电路、查询应答器、惯性传感器、泄漏电缆、多普勒雷达等，其中，里程计是最常用的列车定位方法，它具有成本低，简单实用等特点。利用里程计进行列车定位的方法是，根据记录车轮的累计转数乘其周长，即可计算出列车行驶过的里程。由于列车的轨道线路是一维的，根据列车在线路上的行驶里程，即可确定列车的具***置。

车轮磨损导致机车轮径改变是使用里程计进行列车定位时误差的主要来源之一。里程计是使用车轮周长乘以车轮转数得到行驶距离，进而获得列车当前的位置，当机车轮径改变时如果定位***仍以预先设定好的轮径计算周长的话，势必会引起较大的定位误差。而在列车运行过程中，车轮会不断磨损消耗，尤其在列车实施制动(特别是紧急制动)之后，车轮磨损更为突出。因此需要修正定位***中的车轮轮径来减小误差，以达到列车定位精度高的目的。

目前国内铁路主要通过自动和手动相结合的方法调整定位***中的轮径值。在自动闭塞区段，当列车经过一架通过信号机时，其接收到的信号发码频率会发生变化，使用这一方法判断机车经过了信号机位置，结合这一闭塞分区的长度以及车轮转数，实现自动轮径过机调整。在半自动闭塞区段，在经过进站或出站信号机时，司机可以手动按下调整键，实现轮径调整，但这种方法受人为影响大，产生的误差也很大。此外，在装备有应答器的线路上也可以结合应答器实现轮径校准，但目前国内布设应答器的线路还较少，且布设应答器所带来的施工、维护成本都非常大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，根据本发明提供的***，可以完全依靠车载设备，通过卫星定位技术和TW-TOF测距模块实现机车车轮自动校准，而且不需要地面设备的辅助，这样，既减少了列车定位误差，又在维护成本下降的情况下提高了列车定位精度，保证了列车运行安全。

根据本发明实施例的一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，包括TW-TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块、地图数据库和主处理器，其中，所述地图数据库用于存储列车运行线路的相关信息，TW-TOF测距根据提供的测距误差范围估值启动卡曼滤波，通过警告功能滤除非精确数值，所述主处理器分别与TW-TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块电性连接，所述地图数据库储存在主处理器内。

在本发明的一些实施例中，所述相关信息包括轨道数据、铁路专用数据和地形环境数据。

在本发明的一些实施例中，所述定位模块通过卫星定位接收机对机车当前位置进行定位，输出机车当前的经纬度坐标；所述地图匹配模块是将所述定位模块的定位输出和所述地图数据库进行匹配，得到的匹配结果也就是定位输出在地图上的相应位置；所述数据记录模块用以接收从主处理器发送过来的轮径校准信息、工作状态信息等，将这些信息集中记录在SD存储卡里，用于日后调取；所述通信模块负责向外发送轮径校准信息；所述主处理器是嵌入式处理器，完成轮径自动校准算法、控制其它模块、数据交换功能。

在本发明的一些实施例中，具有如下连接关系：所述定位模块确定机车所在位置后，将机车位置数据信息发送给主处理器，在所述主处理器中采用机车轮径TW-TOF测距模块对轮径进行校准，并通过所述数据记录模块将处理结果进行记录，并由通信模块将校准后的轮径值发送给负责列车运行控制的主处理器。

在本发明的一些实施例中，首先，确定轮径校准关键点的位置，并建立轮径校准关键点的地图数据库，其中，所述地图数据库的建立通过人工建立或通过卫星定位自动建立；然后，通过TW-TOF测距模块检测列车经过两个校准点间的车轮转数、两关键点间的实际距离，并结合卫星定位来判断列车是否到达所述轮径校准关键点的位置；如果列车没有到达所述轮径校准关键点的位置，就调用轮径自动修正算法，对所述轮径进行自动修正从而实现所述轮径自动校准。

在本发明的一些实施例中，所述轮径自动修正过程包括：

1、步骤1：接收卫星定位信息和里程计定位信息，并进行信息同步，然后对车轮空转滑行进行修正补偿；

2、步骤2：判断定位条件，当满足可用卫星数大于4颗和车速在10km/h以上的条件时，进行车轮轮径自动校准；

3、步骤3：判断列车位置是否已经到达轮径校准关键点的捕获半径内，如果到达，则从数据库中提取出该点的公里数和距离上一个关键点的距离信息；

4、步骤4：产生轮径校准信息，具体是指，列车在到达关键点后，产生信息的时刻与列控***接收到该报文的时刻之间会有延时，在此延时内，列车走行一定的距离从而产生误差，并进行误差补偿；

5、步骤5：根据步骤4所述的误差补偿以及步骤3中所述的距离上一个关键点的距离，计算列车在两个轮径校准关键点间的实际走行距离L，同时计算列车在两个校准点间的车轮转数n，并根据L和n计算新的轮径Dc，Dc＝L/nπ；

6、步骤6：判断新的轮径Dc与原轮径D的差值δ是否大于原轮径的1％，如果大于则进行修正，否则不进行修正，并将所述新的轮径Dc作为列车运行控制***中的轮径值，用于里程计算。

本发明中的有益效果：根据本发明提供的***，可以完全依靠车载设备，通过卫星定位技术和TW-TOF测距模块实现机车车轮自动校准，而且不需要地面设备的辅助，这样，既减少了列车定位误差，又在维护成本下降的情况下提高了列车定位精度，保证了列车运行安全。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种基于精确测距的列车轮径自动校准***的结构示意图。

图2为本发明提出的一种基于精确测距的列车轮径自动校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-2，一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，包括TW-TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块、地图数据库和主处理器，其中，所述地图数据库用于存储列车运行线路的相关信息，TW-TOF测距根据提供的测距误差范围估值启动卡曼滤波，通过警告功能滤除非精确数值，所述主处理器分别与TW-TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块电性连接，所述地图数据库储存在主处理器内，所述相关信息包括轨道数据、铁路专用数据和地形环境数据，所述定位模块通过卫星定位接收机对机车当前位置进行定位，输出机车当前的经纬度坐标；所述地图匹配模块是将所述定位模块的定位输出和所述地图数据库进行匹配，得到的匹配结果也就是定位输出在地图上的相应位置；所述数据记录模块用以接收从主处理器发送过来的轮径校准信息、工作状态信息等，将这些信息集中记录在SD存储卡里，用于日后调取；所述通信模块负责向外发送轮径校准信息；所述主处理器是嵌入式处理器，完成轮径自动校准算法、控制其它模块、数据交换功能，具有如下连接关系：所述定位模块确定机车所在位置后，将机车位置数据信息发送给主处理器，在所述主处理器中采用机车轮径TW-TOF测距模块对轮径进行校准，并通过所述数据记录模块将处理结果进行记录，并由通信模块将校准后的轮径值发送给负责列车运行控制的主处理器，首先，确定轮径校准关键点的位置，并建立轮径校准关键点的地图数据库，其中，所述地图数据库的建立通过人工建立或通过卫星定位自动建立；然后，通过TW-TOF测距模块检测列车经过两个校准点间的车轮转数、两关键点间的实际距离，并结合卫星定位来判断列车是否到达所述轮径校准关键点的位置；如果列车没有到达所述轮径校准关键点的位置，就调用轮径自动修正算法，对所述轮径进行自动修正从而实现所述轮径自动校准。

轮径校准的具体流程步骤如下：

步骤1接收卫星定位信息(即GPS定位信息)和里程计定位信息(即图中ODO信息)，并进行信息同步处理，进而进行车轮空转滑行的修正补偿；

步骤2判断定位条件，当满足可用卫星数大于4颗和车速在10km/h以上的条件时，进行车轮轮径校准；否则，重复步骤1的处理，并继续进行条件判断，直到条件满足为止，转入步骤3；

步骤3判断列车位置是否进入第N个轮径校准关键点的捕获区域，在一个实施例中，判断列车当前位置距下一个校准点的距离D是否小于捕获半径，如果满足捕获条件，就判定列车已经到达轮径校准关键点的捕获区域，此时从数据库中提取出该点的信息，如公里数、距离上一个关键点的距离等，作为列车在到达关键点后所产生的轮径校准信息。

步骤4获取轮径校准信息用以修正捕获延时误差。由于产生轮径校准信息的时刻与列车控制***接收到报文的时刻之间会有一定的延时，在此延时内，列车会走行一定的距离，由此会产生误差，因此需对误差进行补偿。所述对误 差进行补偿有两种方式：一种是将轮径校准关键点的捕获半径大小定义为一个速度统计特性的函数，根据列车运行速度的不同，动态定义捕获半径大小；另一种是随着车速的增加，适当提高接收机的输出频率；

步骤5根据步骤4获得的误差补偿以及距离上一个校准点的距离，得到列车在第N-1个与第N个校准关键点之间的实际距离L，同时计算列车在第N-1个与第N个校准关键点之间的车轮转数n，根据L和n计算新的轮径Dc，Dc＝L/nπ；

步骤6判断新的轮径Dc与原轮径D的差值δ(δ＝|Dc-D|)是否大于远轮径的1％，如果大于则进行修正，修正后的轮径为：D＝Dc，否则不进行修正；并将新的轮径Dc作为列车运行控制***中的轮径值，用于里程计算。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，其特征在于：包括、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块、地图数据库和主处理器，其中，所述地图数据库用于存储列车运行线路的相关信息，TW-TOF测距根据提供的测距误差范围估值启动卡曼滤波，通过警告功能滤除非精确数值，所述主处理器分别与TW-TOF测距模块、定位模块、地图匹配模块、数据记录模块、通信模块电性连接，所述地图数据库储存在主处理器内。

2.根据权利要求1所述的一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，其特征在于：所述相关信息包括轨道数据、铁路专用数据和地形环境数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，其特征在于：所述定位模块通过卫星定位接收机对机车当前位置进行定位，输出机车当前的经纬度坐标；所述地图匹配模块是将所述定位模块的定位输出和所述地图数据库进行匹配，得到的匹配结果也就是定位输出在地图上的相应位置；所述数据记录模块用以接收从主处理器发送过来的轮径校准信息、工作状态信息等，将这些信息集中记录在SD存储卡里，用于日后调取；所述通信模块负责向外发送轮径校准信息；所述主处理器是嵌入式处理器，完成轮径自动校准算法、控制其它模块、数据交换功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于精确测距的列车轮径自动校准***，其特征在于：具有如下连接关系：

所述定位模块确定机车所在位置后，将机车位置数据信息发送给主处理器，在所述主处理器中采用机车轮径TW-TOF测距模块对轮径进行校准，并通过所述数据记录模块将处理结果进行记录，并由通信模块将校准后的轮径值发送给负责列车运行控制的主处理器。

5.根据权利要求1所述的一种基于精确测距的列车轮径自动校准方法，其特征在于：首先，确定轮径校准关键点的位置，并建立轮径校准关键点的地图数据库，其中，所述地图数据库的建立通过人工建立或通过卫星定位自动建立；然后，通过TW-TOF测距模块检测列车经过两个校准点间的车轮转数、两关键点间的实际距离，并结合卫星定位来判断列车是否到达所述轮径校准关键点的位置；如果列车没有到达所述轮径校准关键点的位置，就调用轮径自动修正算法，对所述轮径进行自动修正从而实现所述轮径自动校准。

6.根据权利要求1所述的一种基于精确测距的列车轮径自动校准方法，其特征在于：所述轮径自动修正过程包括：

1、步骤1：接收卫星定位信息和里程计定位信息，并进行信息同步，然后对车轮空转滑行进行修正补偿；

2、步骤2：判断定位条件，当满足可用卫星数大于4颗和车速在10km/h以上的条件时，进行车轮轮径自动校准；

3、步骤3：判断列车位置是否已经到达轮径校准关键点的捕获半径内，如果到达，则从数据库中提取出该点的公里数和距离上一个关键点的距离信息；

4、步骤4：产生轮径校准信息，具体是指，列车在到达关键点后，产生信息的时刻与列控***接收到该报文的时刻之间会有延时，在此延时内，列车走行一定的距离从而产生误差，并进行误差补偿；

5、步骤5：根据步骤4所述的误差补偿以及步骤3中所述的距离上一个关键点的距离，计算列车在两个轮径校准关键点间的实际走行距离L，同时计算列车在两个校准点间的车轮转数n，并根据L和n计算新的轮径Dc，Dc＝L/nπ；

6、步骤6：判断新的轮径Dc与原轮径D的差值δ是否大于原轮径的1％，如果大于则进行修正，否则不进行修正，并将所述新的轮径Dc作为列车运行控制***中 的轮径值，用于里程计算。