CN109910954A - 用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，该***包括测速区传感器组合、测速定位采集机和分区控制安全计算机，所述的测速区按一定的间隔设置于超高速列车的正线高速运行区段上，所述的测速区通过数字激光传感器检测列车速度，所述的测速定位采集机采集和处理一个测速区的所有的传感器信号并计算输出速度值以及定位信息，所述的分区控制安全计算机连接管辖区域内所有的测速定位采集机，根据其送来的信息进行判断并通过牵引供电控制***对列车进行牵引、制动控制。该***，同时还具有列车完整性检查的功能。与现有技术相比，本发明满足超高速列车测速所要求的响应速度，***整体可靠性高，列车的测速定位准确等。

Description

用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***

技术领域

本发明涉及超高速真空管道磁悬浮列车领域，尤其是涉及一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***。

背景技术

速度是人类在交通技术领域探索的永恒主题。我国幅员辽阔、人口众多，中长距离的客运市场潜力巨大。随着我国经济的高速发展，以及我国与国外的各种经济合作，国内各地之间、我国与世界各国之间的人员交往以及物资运输量不断加大，并且越来越频繁，对速度时效的要求，也越来越高。近年来快速发展的高速铁路，已经很好地满足了1500公里距离以内的客运市场的需求，但是，对于更长距离的交通，更关注时效的旅客往往还是选择飞机作为一种节约时间的交通方式。

而近年出现的真空管道磁悬浮列车概念，得到了一部分专业人士的关注，随着超导材料等技术的突破，我国已经开始进行超高速真空管道磁悬浮列车的相关技术研究。

第一阶段设计时速达1000～1500km/h，第二阶段设计时速达2000～2500km/h，第三阶段设计时速达4000km/h。

而作为一种交通工具，超高速列车必须要有安全可靠、功能完善的运行控制***，而在超过3倍音速的条件下，许多当前使用的传感器、通信等基础技术手段将无法适应这样的高速度，现有的高铁列车控制***CTCS/ETCS或PTC/ITCS以及在地铁领域方泛应用的CBTC基于通信的列车控制***中所采用的测速定位技术，在超高速环境下均不再适用：

1、传统的“轮轴转速传感器+信标”的测速定位方案在1000km/h以上速度条件下将无法使用。

2、基于卫星定位的相关技术，由于超高速列车运行在真空管道中，由于真空管道材质带来的电磁屏蔽问题，管内无法收到卫星信号，因此卫星定位***也不可用。

3、目前可商用的无线通信技术不支持1000km/h以上速度条件下的车地可靠传输的需求，基于“列车主动定位和车地无线通信的列车运行控制***”在超高速条件下并不适用。

4、超高速列车运行于真空或准真空环境中，气压很低，且可能会有疏散时增加气压的情况，因此需考虑电器元件在超低气压下的适应性，以及气压变化情况下的影响。

由于测速定位功能是列车控制***的基础，没有可靠的测速定位功能，相应的列车位置跟踪相关的各种安全防护和调度指挥功能都将无法实现。与实时测速相关的超速防护等功能也将无法实现。

中国专利号CN109050584A公开了一种基于无线应答的轨道车辆测速方法，将应答式定位的应答器布置于轨道一侧并固定位置，应答器中的信息表征了应答器的特征编码，关联到绝对位置；列车上设置至少两个阅读器，读取应答器的信息，解析出应答器的绝对位置和读取时间，通过以上信息，可以推算列车的即时速度以及绝对位置；阅读器包括高速阅读器和低速阅读器，高速阅读器和低速阅读器存在工作状态的切换。该发明通过列车上设置显著不同覆盖面积的阅读器，进行高速和低速应答式定位测速，在控制成本的基础上提高了***定位测速的精度。但该发明的阅读器和应答器的测速定位方案在1000km/h以上速度条件下无法使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，该***包括测速区传感器组合、测速定位采集机和分区控制安全计算机，所述的测速区按设定的间隔，设置于超高速列车的正线高速运行区段上，所述的测速区通过数字激光传感器检测列车速度，所述的测速定位采集机采集处理一个测速区内所有的传感器信号并计算输出速度值以及定位信息，所述的分区控制安全计算机连接所管辖区域内所有的测速定位采集机，根据其送来的信息进行判断并通过牵引供电***对列车进行牵引制动控制。

优选地，所述的测速区包括连续布置的三个定位点，所述的三个定位点两两之间的间距根据车速和设备响应速度设置。

优选地，所述的三个定位点两两之间的间距为5米。

优选地，所述的每个定位点包括两个立柱形安装支架和3套数字激光传感器，所述的3套数字激光传感器垂直排列安装在两个专用立柱形安装支架上。

优选地，所述的每个定位点在整个线路地图中具有可识别的唯一编号，所述的编号关联线路地图中的区间线路状态描述和精确的位置信息，其中区间线路状态描述包括坡度、曲线半径和固定限速，位置信息包括公里标和经纬度。

优选地，所述的检测***还包括齿槽脉冲和定位标志板，所述的齿槽脉冲和定位标志板设于间隔较长的相邻两个测速区之间，用于检测中间区段列车速度。

优选地，通过对同一测速区中三个“定位点”的越过顺序，来准确判断车辆运行的方向。

优选地，根据测速区计算得出的车速，以及单个定位点从“遮断”到“通视”两个信号之时间间隔，可测算出列车长度，与预设的列车长度进行对比，用于检查列车的完整性。

优选地，所述的检测***用于区间列车的占用检查时包括以下步骤：

步骤1、将测速区作为列车运行间隔区间的分界点；

步骤2、根据分界点测速区的三个“定位点”从“通视”到“遮断”，再由“遮断”到“通视”的有规律变化，准确判断列车的车头车尾驶入和驶出一个“测速区”；

步骤3、当车头驶入一个分界点测速区时，对这一分界点的车辆运行方向的前方区间标记为“占用”，当列车尾部驶出这一分界点测速区时，对这一分界点车辆运行方向的后方的区间标记为“出清”。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用激光传感器，可满足超高速列车测速所要求的响应速度。

2、采用“三取二”的设计思想，提高***整体可靠性，同时还提供一种“功能完好性自检”的手段。

3、采用“定位点”与精密地图数据相结合的方式，完成了列车的准确定位。

4、采用“测速区”的形式，对超高速列车的通过速度进行准确的测量。

5、激光传感器适合用于真空密闭管道环境，不受外界天气、灰尘影响。

6、在完成“测速定位”功能基础上，进一步实现“区间占用出清”“运行间隔控制”“超速防护”“列车完整性检查”等重要的防护方案设计。

附图说明

图1为本发明的检测***结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明的原理：最基础的测速定位方式，拟采用基于数字激光传感器的方案，以满足对超高速车辆的测速定位需求。数字激光传感器采用“光电开关”的工作原理，可分为“对射型”或“回归反射型”，可准确采集激光信号，其输出信号只有两个状态，“遮断”或“通视”，变化检测响应时间为23us(微秒)。按最高4000km/h时速，1米长的列车模型，越过一个传感器的遮断时间为900us，不到1毫秒，但光纤传感器已经足够检测到目标变化，而实际的列车一般不会小于5米，按时速为1000km/h计算时，则越过一个传感器的遮断时间约为18毫秒，可以被可靠检测到。为了保证数据采集的可靠性，防止由于单个传感器失效而引起的***失效，我们采用3取2的冗余设计思路，在一个专用立柱形安装支架上，安装3套传感器，形成一组，当没有列车通过时，一组三个传感器都应为“通视”状态。当车辆越过这一点时，三根激光光线被遮断，并在车身长度全部通过这一点前，保持遮断状态。对这一组三个传感器的输出进行采集，应都为遮断状态，此时，如果采集到的3个传感器状态一致，则直接采信这个状态，如果只有两个传感器状态一致，另一个传感器不一致，则采信两个状态一致的传感器所输出的状态，同时，向***报告有传感器可能损坏，需进行检查维修。这个设计既保证了检测的可靠性，同时通过对三个传感器信号的判断和处理，还具备一定的“功能自检”能力。这样的一个由三个传感器组成的立柱，我们称之为一个“定位点”。每个定位点在整个线路地图中具有可识别的唯一编号，根据这一编号，可以在线路地图数据中查到前后邻接的区间线路状态描述(坡度、曲线半径、固定限速等)和精确的位置信息(如公里标，经纬度)。

为了进一步提高定位的可靠性，并进一步进行精确的测速，需要连续布置另外两个“定位点”，三个立柱两两之间的间距5米(暂定，可以根据车速和设备响应速度进行灵活调整)，形成一个“测速区”。如果以1000km/h的车速来计算，每秒前进277.778米，则车辆越过这5米的距离相继通过两个测速点的时间差为18毫秒。按远期规划中4000km/h的最高车速来计算，每秒前进1111.111米，则车辆越过这5米的距离相继通过两个测速点的时间差为4.5毫秒，均在传感器可检测的范围内。列车越过连续布置的间距5米的A、B、C三个测速定位点立柱时，我们可以分别测得AB，BC，及AC三组传感器被遮挡由“通视”→“遮断”时刻的时间差，通过对这三组时间差和已知的间隔距离进行运算，可以分别得到列车越过A→B(5米),B→C(5米)，以及A→C(10米)三个速度值，再对这三个速度值进行平均，即可得到一个更为准确可信的速度。如果A→B(5米),B→C(5米)，这两个速度的差值过大，大于预设的阈值时，则认为测速数据异常，不予采信，数据丢弃。

每一个定位点，都可以在精密线路地图上标出其精确的位置(采用公里标一维坐标方式，或经纬度三维坐标方式均可)，通过沿线设置的定位点，可以准确跟踪列车位置。

同时，对同一“测速区”中A、B、C三个“定位点”的越过顺序，可以准确判断车辆运行的方向。

根据“测速区”计算得出的车速，以及单个定位点从“遮断”到“通视”两个信号之时间间隔，还可以测算出列车长度，与预设的列车长度进行对比，如果悬殊过大，则发出“列车完整性异常”警报。

当前，对于超高速高铁，计划采用胶囊式列车，不太可能采用多节连挂的方式，因此，对列车完整性的检查，这一需求在超高速高铁上并不迫切。但对于连挂式车辆，列车完整性检查是必不可少的安全检查内容之一。

在超高速高铁的正线高速运行区段，可以按一定的间隔设置“测速区”，该测速区不仅可以起到“测速定位”的作用，同时也可以做为列车运行间隔区间的“分界点”。根据“分界点测速区”的A、B、C三个“定位点”从“通视”→“遮断”，再由“遮断”→“通视”的有规律变化，可准确判断列车的车头车尾驶入和驶出一个“测速区”。当车头驶入一个“分界点测速区”时，对这一分界点的车辆运行方向的前方区间标记为“占用”，当列车尾部驶出这一“分界点测速区”时，对这一分界点车辆运行方向的后方的区间标记为“出清”。通过这一方式，即可实现区间列车占用检查。

由一台专用的嵌入式设备“测速定位采集机”完成一个“测速区”的所有的传感器信号的采集和处理，需要把三组共9路激光传感器的状态采集信号接入到这台采集机，并要求该设备在1毫秒内完成定位状态的检测和数据时间戳的更新，输出前述计算过程得出的速度值以及定位信息。

关于区段占用的判断，则由更高一层的“分区控制安全计算机”根据多个相邻的“分界点测速区”的“测速定位采集机”送来的信息进行综合判断和校验。

分区控制安全计算机，根据下层各“测速定位采集机”送来的信息，可以识别到列车上一时刻所在的位置、速度等精确的信息，所在位置信息中，可以与精密电子地图中的线路数据进行对比查找，根据线路情况及运行计划以及临时的调度限速信息，生成“速度距离控制曲线”，用于对列车的加、减速运行进行控制。

对车辆速度的连续检测，不仅可以依速前述的“测速区”的手段，还可以采用磁浮列车“齿槽脉冲+定位标志板”的手段进行检测，可以作为与本方案互相参照对比的另一套数据来源，并可用于相邻两个“测速区”间隔较长时，作为中间区段速度的依据，并根据上一定位点的精确位置进行距离递推定位，其间的累积误差，将在越过下一个定位点时得到修正。

如图1所示，一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，该***包括测速区传感器组合、测速定位采集机和分区控制安全计算机，所述的测速区按一定的间隔设置于超高速列车的正线高速运行区段上，所述的测速区通过数字激光传感器检测列车速度，所述的测速定位采集机采集和处理一个测速区的所有的传感器信号并计算输出速度值以及定位信息，所述的分区控制安全计算机连接所有的测速定位采集机，根据其送来的信息进行判断并通过牵引供电***对列车进行牵引制动。

所述的测速区包括连续布置的三个定位点，所述的三个定位点两两之间的间距根据车速和设备响应速度设置。所述的三个定位点两两之间的间距为5米。所述的每个定位点包括两个专用立柱形安装支架和3套数字激光传感器，所述的3套数字激光传感器垂直排列安装在两个专用立柱形安装支架上。

所述的每个定位点在整个线路地图中具有可识别的唯一编号，所述的编号关联线路地图中的区间线路状态描述(坡度、曲线半径和固定限速)和精确的位置信息(公里标和经纬度)。

所述的检测***还包括齿槽脉冲和定位标志板，所述的齿槽脉冲和定位标志板设于间隔较长的相邻两个测速区之间，用于检测中间区段列车速度。通过对同一测速区中三个“定位点”的越过顺序，所述的检测***用于判断车辆运行的方向。根据测速区计算得出的车速，以及单个定位点从“遮断”到“通视”两个信号之时间间隔，可测算出列车长度，与预设的列车长度进行对比，所述的检测***用于检查列车的完整性。

本发明检测***用于区间列车的占用检查时包括以下步骤：

步骤1、将测速区做为列车运行间隔区间的分界点；

步骤2、根据分界点测速区的三个“定位点”从“通视”→“遮断”，再由“遮断”→“通视”的有规律变化，准确判断列车的车头车尾驶入和驶出一个“测速区”；

步骤3、当车头驶入一个分界点测速区时，对这一分界点的车辆运行方向的前方区间标记为“占用”，当列车尾部驶出这一分界点测速区时，对这一分界点车辆运行方向的后方的区间标记为“出清”。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，该***包括测速区传感器组合、测速定位采集机和分区控制安全计算机，所述的测速区按一定的间隔设置于超高速列车的正线高速运行区段上，所述的测速区通过数字激光传感器检测列车速度，所述的测速定位采集机采集和处理一个测速区的所有的传感器信号并计算输出速度值以及定位信息，所述的分区控制安全计算机连接管辖区域内所有的测速定位采集机，根据其送来的信息进行判断并通过牵引供电控制***对列车进行牵引、制动控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的测速区包括连续布置的三个定位点，所述的三个定位点两两之间的间距根据车速和设备响应速度设置。

3.根据权利要求2所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的三个定位点两两之间的间距为5米。

4.根据权利要求2所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的每个定位点包括两个立柱形安装支架和3套数字激光传感器，所述的3套数字激光传感器垂直排列安装在两个专用立柱形安装支架上。

5.根据权利要求4所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的每个定位点在整个线路地图中具有可识别的唯一编号，所述的编号关联线路地图中的区间线路状态描述和精确的位置信息，其中区间线路状态描述包括坡度、曲线半径和固定限速，位置信息包括公里标和经纬度。

6.根据权利要求1所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的检测***还包括齿槽脉冲和定位标志板，所述的齿槽脉冲和定位标志板设于间隔较长的相邻两个测速区之间，用于检测中间区段列车速度。

7.根据权利要求5所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，通过对同一测速区中三个“定位点”的越过顺序，来准确判断车辆运行的方向。

8.根据权利要求5所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，根据测速区计算得出的车速，以及单个定位点从“遮断”到“通视”两个信号之时间间隔，可测算出列车长度，与预设的列车长度进行对比，用于检查列车的完整性。

9.根据权利要求5所述的一种用于超高速列车控制***的测速定位和区间占用检测***，其特征在于，所述的检测***用于区间列车的占用检查时包括以下步骤：

步骤1、将测速区作为列车运行间隔区间的分界点；

步骤2、根据分界点测速区的三个“定位点”从“通视”到“遮断”，再由“遮断”到“通视”的有规律变化，准确判断列车的车头车尾驶入和驶出一个“测速区”；

步骤3、当车头驶入一个分界点测速区时，对这一分界点的车辆运行方向的前方区间标记为“占用”，当列车尾部驶出这一分界点测速区时，对这一分界点车辆运行方向的后方的区间标记为“出清”。