CN114454726B - 一种用于磁浮列车的停车定位方法、***和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于磁浮列车的停车定位方法、***和存储介质，本发明的方法是利用设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置作为列车停车进站时的测速测距设备；光纤光栅装置可以直接测量列车重量、速度和列车加/减速度，提供精确的绝对位置信息；在列车停车过程中，在列车车载测速设备的基础上结合光纤光栅装置的测量数据对列车控制曲线进行实时优化，实现提高磁浮列车测速和定位的精度，解决磁浮列车车载测速设备低速时速度测量精度低的问题，实现磁浮列车的精确停车定位。与现有的测速测距方法相比较，本发明利用光纤光栅装置测量精度高、实时性好和测量数据丰富的优势，满足磁浮列车停车过程中列车蠕动、跳跃、退行等低速高精度的测量需求。
Description
技术领域
本发明属于磁浮列车停车制动控制领域，特别涉及一种用于磁浮列车的停车定位方法、***和存储介质。
背景技术
光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变敏感，所以主要通过应力应变的测量实现。光纤光栅传感器是通过外界参量对光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的。因此，传感器灵敏度高，抗干扰能力强，对光源能量和稳定性要求低，适合作精密、精确测量。
光纤光栅技术目前在轨道交通领域有所研究，但并未规模应用：光纤光栅技术的应用研究目前集中在以光纤光栅实现列车占用检查，例如光纤光栅实现点式列车车轴计数和光纤光栅实现连续式列车车占用检查等。
磁浮列车相对于轮轨列车缺少轮对，因此无法通过轮齿速传监测列车速度。磁浮列车进行列车测速测距通常使用钢轨枕涡流测速装置测速测装置配合测速雷达或加速度计。其中涡流测速装置所用传感器为N个独立的涡流测速装置构成的传感器组，列车运行过程中，涡流测速装置依次划过金属轨枕，产生脉冲信号输出，测速单元获取所有涡流测速装置输出的脉冲信号，计算后得出当前车辆运行的速度值。测量精度主要体现在测距脉冲的距离间隔上：当测距脉冲的距离间隔越小，距离的测量精度越高；即测量精度与涡流测速装置中传感器的数量以及轨枕的密度相关联。涡流测速装置测量速度不连续，需要经过金属轨枕才能得到测量速度值，易受电磁干扰影响。雷达测速装置虽然不易受电磁环境干扰，可直接测量列车实时速度，不依赖于轮轨，但是应用实践中显示，在低于5km/h时速下用雷达测速装置进行列车测速，误差较大。
涡流测速装置在工程实际应用中(对磁浮列车进行列车测速测距)，受到工程造价和安装条件的限制，并且钢轨枕涡流测速装置测速测装置在低速时的测量效果较差。为此磁浮列车车载测速设备一般会叠加测速雷达，实现对速度测量的校准，但测速雷达在低速时的效果也不令人满意。同时由于列车车载测速装置的测速误差，列车车载测速设备不能精确判断列车是否已为零速，对于列车车门的控制也会产生影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于磁浮列车的停车定位方法、***和存储介质，将光纤光栅传感器应用于磁浮列车的停车过程，可以提高磁浮列车的停车/定位的精度。
本发明公开了一种用于磁浮列车的停车定位方法，包括下面步骤：
通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置获取实时的第二列车运行信息；
融合计算所述第一列车运行信息和所述第二列车运行信息以获取实时的列车实际运行速度，其中，所述第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和所述列车距离所述停车点的第一距离；
所述第二列车运行信息包括所述列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和所述列车距离所述停车点的第二距离；
其中，对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，不输出所述第一列车速度v车′；
将第一列车速度与第二列车速度融合计算，获取列车实际运行速度：
当输
否则v车＝v光；
实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
进一步地，在获取所述第一列车速度v车′的步骤之后还包括下面步骤：
输出列车最大可能速度v最大′，其中，v最大′＝max(v1，v2)。
进一步地，在所述的获取列车实际运行速度v车的步骤之后，还包括输出列车停车安全防护速度v防，其中，v防＝max(v最大′，v光)。
进一步地，所述的实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点包括步骤：
获取一个时间段内所述列车的测量加/减速度数据；
获取所述时间段内，所述列车实际运行速度对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
当所述测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
根据优化后的列车控制曲线确定并调整所述列车的允许运行速度。
进一步地，所述的测量加/减速度数据的获取步骤为：
在未铺设所述光纤光栅装置的区段，所述测量加/减速度数据为通过所述第一列车运行信息计算的加速度值；
在列车经过所述光纤光栅装置时，所述测量加/减速度数据为通过所述第二列车运行信息测量或计算的加速度值。
进一步地，所述的实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点步骤之后，还包括步骤：
校验列车停车精度；
将列车停车精度与预设阈值进行比较，并判断列车是否具备开门条件。
本发明还公开了一种用于磁浮列车的停车定位***，包括：
第一获取模块，用于通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
第二获取模块，用于通过设置在车站内轨道旁的栅光纤装置获取实时的第二列车运行信息；
计算模块，用于融合计算所述第一列车运行信息和所述第二列车运行信息以获取实时的列车实际运行速度，其中，所述第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和所述列车距离所述停车点的第一距离；
所述第二列车运行信息包括所述列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和所述列车距离所述停车点的第二距离；
其中，对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，不输出所述第一列车速度v车′；
将第一列车速度与第二列车速度融合计算，获取列车实际运行速度：
当输出时，/>
否则v车＝v光；
实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
进一步地，所述计算模块包括：
解析计算单元，用于对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取所述第一列车速度v车′；
数据融合单元，用于将所述第一列车速度v车′与所述第二列车速度v光融合计算，获取列车实际运行速度v车。
进一步地，所述的解析计算单元，还用于：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将所述第一测速结果v1和所述第二测速结果v2的差值与所述第一测速结果v2和所述第二测速结果v2中较小的值进行比较：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，并输出所述第一列车速度/>
当时，判断所述第一车载测速装置与所述第二车载测速装置的测量结果有误，不输出所述第一列车速度v车′。
进一步地，所述计算模块还用于：
获取一个时间段内所述列车的测量加/减速度数据；
获取所述时间段内，所述列车实际运行速度下对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
当所述测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
根据优化后的列车控制曲线确定并调整列车的允许运行速度。
根据本发明的用于磁浮列车的停车定位***还包括校验模块，用于校验列车停车精度；还用于将列车停车精度与预设阈值进行比较，判断列车是否具备开门条件。
本发明还提供一种机器可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，执行本发明前述的用于磁浮列车的停车定位方法。
本发明的一种用于磁浮列车的停车定位方法，利用光纤光栅装置作为列车低速运行时的补充测速测距设备，解决磁浮列车车载测速装置在列车低速运行时速度测量精度低的问题，并进一步地将光纤光栅装置测得的列出运行信息结合列车车载测速设备共同应用于列车的停车制动过程中，实现提高磁浮列车的停车定位精度，大大提高磁浮列车停车过程中速度/位置测量的可靠性，从而实现提高列车运行的安全性。
此外，在列车停车过程中，本发明通过光纤光栅装置获取的列车的实时位置和实时速度，用于确定列车车门与站台屏蔽门是否满足对齐误差，从而判断列车是否具备开车门条件。本发明的方法在车载设备的基础上添加地面的光纤光栅装置，利于光纤光栅装置测量精度高、实时性好和测量数据丰富的优势，实现满足磁浮列车停车过程中列车蠕动、跳跃、退行等低速运行过程中高精度的测量需求。
本发明的用于磁浮列车的停车定位***和存储介质均用于实现本发明的方法，具有本发明方法同样的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据根据本发明实施例的用于磁浮列车的停车定位方法流程示意图；
图2示出了根据本发明实施例的涡流测速装置的计算原理辅助示意图；
图3示出了根据本发明实施例的涡流测速装置在涡流异常识别计算的辅助示意图；
图4示出了根据本发明实施例的车站内光栅区铺设示意图；
图5示出了根据本发明实施例的一种用于磁浮列车的停车定位***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明的一种用于磁浮列车的停车定位方法流程示意图，根据本发明的一个较佳实施例，一种用于磁浮列车的停车定位方法包括下面步骤：
1、通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和列车距离停车点的距离；
2、通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置获取实时的第二列车运行信息；
第二列车运行信息包括列车的车重、第二列车速度v光、列车加速度a光和列车距离停车点的距离。
具体而言，通过列车车载测速设备获取的列车距离停车点的距离是通过速度计算出来的，同样地，也可以通过第一列车速度v车′和列车距离停车点的距离计算出某个时间段内列车的加速度信息。但是通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置，是可以根据列车在光栅铺设区内的运行情况，直接检测得到列车的车重、第二列车速度v光、列车加速度a光和列车距离停车点的距离等信息，其中，也可以通过测得的第二列车速度v光的变化，计算得到列车的加速度。
3、融合计算第一列车运行信息和第二列车运行信息以获取列车实际运行速度；
对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度v车′：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度v最大′＝max(v1，v2)；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，实际中，该种状况通常可能是对应于车载测速装置测速故障。
其中，考虑到列车停过程中安全控制的要求，通过列车最大可能速度计算出列车的最大可能行驶距离，确保列车不会越过停车点。
将第一列车速度v车′与第二列车速度v光融合计算，获取列车实际运行速度v车：
当输出时，/>
否则v车＝v光。
进一步地，输出列车停车安全防护速度v防，其中，v防＝max(v最大，v光)。
其中，考虑到列车停过程中的安全防护，在光纤光栅装置布置的区段，通过列车安全防护速度v防计算出列车的最大可能行驶距离，确保列车不会越过停车点。
上述运算中，max表示取最大值的运算。
本实施例中，第一车载测速装置与第二车载测速装置分别为涡流测速装置与测速雷达。当列车在进入光纤光栅装置的测量范围之前时，速度较高，可以通过涡流测速装置与测速雷达两套车载测速装置对列车速度进行测量和校核，得到列车运行过程中的准确速度，可以用于优化磁浮列车控制曲线。当列车进行停车时，车速不断下降，原有的涡流测速装置与测速雷达的测量精度在低速的情况下不能满足列车精确停车的要求，需要设置在车站内的光纤光栅装置辅助进行站内列车的测速、测距和车重测量，从而对列车制动过程进行实时优化，提高列车停车的精度。
4、实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
4.1获取一个时间段内列车的测量加/减速度数据；
具体地，本实施例中，在未铺设所述光纤光栅装置的区段，测量加/减速度数据为就是通过列车车载测速设备测量出列车的速度变化，从而计算的加速度；
在列车经过光纤光栅装置时，测量加/减速度数据为通过光纤光栅装置测量的加速度，或通过光纤光栅装置测得的速度计算出的加速度值。
4.2获取所述时间段内，列车实际运行速度对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
考虑到列车的安全运行，列车的实际运行速度需要控制在一定范围内，列车安全模型安全加/减速度数据是符合列车控制曲线的安全加/减速度数据。
4.3当测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
比较分析测量加/减速度数据和安全加/减速度数据，当测量加/减速度数据和安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围内，不对列车控制曲线作修改；
当测量加/减速度数据和安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外，根据测量加/减速度数据对列车控制曲线进行优化，并根据优化后的列车控制曲线确定列车的允许运行速度，从而对列车进行实时调控直至列车停靠在停车点。
磁浮列车测速方法比较：
磁浮列车相对于轮轨列车缺少轮对，因此无法通过轮齿速传监测列车速度。本发明的实施例中采用的磁浮列车的速度测量方法包括有雷达测速、涡流测速和光栅测速。
光栅测速的原理是根据光栅区震动信号变化进行信号端点检测，通过光栅区信号端点检测得到列车的运行信息。优点在于不易受到电磁环境影响；但是铺设光纤光栅装置造价高，还需铺设在铁轨凹槽内并采用混凝土封装，大范围铺设光纤光栅装置的铺设成本过高。
涡流测速是在列车上安装传感器在通过轨道间隔布置的金属钢枕时，传感器的感应头对同一条轨枕形成涡流变化的频率脉冲，从而计算出列车速度。优点在于可实现非接触式测量；但是测量速度不连续，需要经过金属轨枕才能得到测量速度值，易受电磁干扰影响。
在轨道交通中测速中雷达测速通常应用多普勒雷达测速装置，主要用于检测车轮是否发生空转打滑，多用于校正列车实时速度。优点在于不易受电磁环境干扰，可直接测量列车实时速度，不依赖于轮轨。但是应用实践表明，在低于5km/h时速下的多普勒雷达测速装置测得的列车速度误差较大。
本实施例中是将三种测速方法进行有机结合，在不影响现有的磁浮列车车载车速设备和测速方法的情况下，在列车停车站台附近添加一套地面测速设备，仅仅对磁浮列车的停车过程中的制动方法进行针对性优化设计，提高磁浮列车停车过程中的测速定位精度。
如图1所示，根据本发明的一个具体实施例，在无光纤光栅装置的区段(还未驶入光纤光栅装置铺设区域)，由车载的涡流测速装置和雷达测速装置分别计算的加速度进行比较，如两者比较的误差精度在预设的第一阈值内(如设定为1％)，则判断当下周期内列车的实际加速度值可用。
将当下周期内列车的实际加速度值与安全模型中当下实际运行速度值所对应的加速度值对比，满足安全模型要求则不需要调整列车控制曲线；
满足安全模型要求时，如果实际测量计算出的加速度值与上周期计算时使用的加速度值的误差精度在预设的第二阈值范围外，则使用实际测量计算出的加速度值重新计算列车的防护曲线和制动曲线，对列车的运行控制进行调整。
参见图1，在光纤光栅装置铺设的区段，由轨旁设备(设置在地面的光纤光栅测速测距装置)将实际测量的速度、车重、加速度和位置等信息发送至车载设备。车载设备首先从轨旁设备获取的位置、速度和加速度与通过车载测速设备获取的相关参数进行对比，确定地面发送的参数与本车的参数相匹配以此确定数据是本身的测量数据后直接使用光纤光栅装置传送的加速度；因为在列车低速运行的情况下，光纤光栅装置的测量精度比列车车载测速设备的测量精度高，且可以直接测得列车的加速度信息。将光纤光栅装置传送的加速度与安全模型中当下实际运行速度值所对应的加速度值对比，当实际测量的列车加速度值与上周期计算时使用的加速度值的误差精度不在预设的第二阈值范围内时，则使用新的加速度参数(光纤光栅装置测量/计算得到得加速度)重新计算列车的防护曲线和制动曲线，实现对列车的控制曲线进行实时更新，获取最新的列车允许运行速度，直至列车停靠在停车点。
进一步地，在实现列车停步骤之后，还包括步骤：
校验列车停车精度；并将列车停车精度与预设阈值进行比较，并判断列车是否具备开门条件。这个步骤的设置可以对列车停车精度进行检查和校验，一旦停车精度不满足开门条件，可以舍弃当下这个停车点并重新确定新的停车点，进而控制列车精确停到新的停车点。
本发明还提供一种用于磁浮列车的停车定位***，如图5所示，包括：
第一获取模块，用于通过列车车载测速设备获取实时第一列车运行信息；
第二获取模块，用于通过设置在车站内轨道旁的栅光纤装置获取实时第二列车运行信息；
计算模块，用于融合计算第一列车运行信息和第二列车运行信息以获取实时的列车实际运行速度，其中，所述第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和所述列车距离所述停车点的第一距离；
所述第二列车运行信息包括所述列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和所述列车距离所述停车点的第二距离；其中，对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，不输出所述第一列车速度v车′；
将第一列车速度与第二列车速度融合计算，获取列车实际运行速度：
当输 时，/>
否则v车＝v光；
实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
进一步地，第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和列车距离停车点的距离；
第二列车运行信息包括列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和列车距离停车点的距离。
现有的磁浮列车中很少有将列车的车重数据纳入到实现列车精确停车车过程中，本发明通过采用光纤光栅装置，既实现了精确测量车站内列车低速运行的速度、位置、加速度信息，还将列车进站时的车重纳入考虑范围内，相对于传统的停车方法，能够提高了磁浮列车的停车精度和安全性
进一步地，如图5所示，计算模块包括：
解析计算单元，用于对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′；
数据融合单元，用于将第一列车速度v车与第二列车速度v光融合计算，获取列车实际运行速度v车。
进一步地，解析计算单元还用于：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v2和第二测速结果v2中较小的值进行比较，分析并输出第一列车速度v车′。
进一步地，计算模块还用于：
获取一个时间段内列车的测量加/减速度数据；
获取时间段内，列车实际运行速度对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
当测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
根据优化后的列车控制曲线确定并调整列车的允许运行速度。
进一步地，本申请的用于磁浮列车的停车定位***还包括校验模块，用于校验列车停车精度；并用于将列车停车精度与预设阈值进行比较，并判断列车是否具备开门条件。
涡流测速装置的测速原理为：在列车上安装传感器在通过轨道间隔布置的金属钢枕时，传感器的感应头对同一条轨枕形成涡流变化的频率脉冲，从而计算出列车速度。
由于磁浮具有复杂的电磁环境，涡流测速易受电磁环境干扰的影响，因此本发明的一个具体实施例中将涡流传感器计算速度方法进行优化改进。如图2所示，本实施例中，涡流测速装置采用4个涡流传感器，
1)当传感器S1涡流触发，传感器S2-S4涡流未触发时，t1至t6均为NA(notavailable/not applicable，无从得知/不适用)。此时无涡流测速结果输出。
2)当传感器S1-S2涡流触发，传感器S3-S4涡流未触发时，t1有值，t2至t6均为NA。此时涡流输出速度为
3)当传感器S1-S3涡流触发，传感器S4涡流未触发时，t1、t2、t4有值，t3、t5、t6为NA。可计算得为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
v涡＝v涡1+v涡2+v涡4-max[v涡1、v涡2、v涡4]-min[v涡1、v涡2、v涡4]
4)当传感器S1-S4涡流触发时，t1～t6均有值。可计算得
为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
其中，
vmax＝max[v涡1、v涡2、v涡3、v涡4、v涡5、v涡6]
vmin＝mm[v涡1、v涡2、v涡3、v涡4、v涡5、v涡6]。
5)当发生传感器故障时，计算非故障传感器涡流之间的时间差，与故障传感器涡流之间的时间差为NA。涡流输出速度为计算得到的v涡i去掉最大值、最小值后的速度平均值(当仅有1-2个计算值时直接取平均)。
6)假设S3传感器发生故障，t1、t3、t5、t6有值，t2、t4为NA。可计算得
为减少由于电磁环境干扰的影响，去掉计算速度的最大值和最小值后取平均，此时涡流输出速度为：
v涡＝v涡1+v涡3+v涡5+v涡6-max[v涡1、v涡3、v涡5、v涡6]-min[v涡1、v涡3、v涡5、v涡6]
其中：t1：第一个涡流与第二个涡流产生时间差值；
t2：第二个涡流与第三个涡流产生时间差值；
t3：第三个涡流与第四个涡流产生时间差值；
t4：第一个涡流与第三个涡流产生时间差值；
t5：第二个涡流与第四个涡流产生时间差值；
t6：第一个涡流与第四个涡流产生时间差值；
x距：涡流传感器间距；
v涡：涡流传感器速度；
v涡i：根据时间差值ti计算的速度；
max为取最大值运算；min为取最小值运算。
并且，因电磁干扰等异常干扰因素影响，涡流可能会发生无法识别、涡流误产生导致识别时间过前或过后。因此需要进行和计算时间校验，如图3所示，ti(i＝1，2，…，6)的检测条件如下：
若ti不满足上述判定条件，则将ti置为NA再根据故障逻辑计算列车速度。
如图所示以S2传感器检测到涡流过前为例，根据检测条件不满足的条件为：
因此将t1、t2、t4、t5、t6置为NA，可计算得
通常情况下，雷达测速需保证检测面具有足够的回波，但车速较低时(<5km/h)多普勒频率较小，易受到外界干扰，速度测量精度下降。涡流测速虽无需金属轨枕等间距铺设，但如需其提供位置计算则依赖地面金属轨枕的等间距铺设。由于在实际工程建设中钢轨铺设会存在一定安装误差，因此将涡流测速结果对雷达测速结果进行实时速度校验，以确保测量到列车运行过程中速度的可靠性。
本发明的一个实际应用例中，根据调研某磁浮快线站内轨间距为1.2m，在进站过程存在测速测距精度不高的问题。因此采用本发明的在车站内增加光栅铺设，从而提高停车时的列车速度监测及列车定位监测，提高列车低速时的测量精度。但是在区间内无光栅铺设，区间内列车的速度可以通过雷达测速装置和涡流测速装置实现，降低成本。
如图1所示，本实施例中，列车车载测速设备包括涡流传感器和测速雷达，当列车在运行过程中，涡流传感器和测速雷达分别对列车的行驶速度进行测量，通过传感器解析计算单元对涡流传感器和测速雷达测得的结果进行融合计算，获取测速数据和测距数据，进一步可以获取列车的实时加/减速度，因为车速比较高，测量的精度满足实际要求，可以得到列车运行中的精确速度和准确位置。
但是当列车在进站或者出站的时候，车速较低，涡流传感器和测速雷达的测量精度会收到影响。如图1所示，进一步通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅测速测距装置对列车进站的实时速度、车重、加速度和绝对位置等进行监测，还可以计算出列车距离停车点的距离。通过无线传输设备向列车车载测速设备传送，传送到数据融合单元与列车车载测速设备的测量数据进行融合，采用数据融合单元将列车车载测速设备测量、计算出的第一列车速度和列车定位信息与光纤光栅测距测速装置测量得到的列车运行信息融合计算，得到的列车低速运行下的准确速度和准确位置，实现列车的实时精确定位。并将测量的数据用于优化列车控制曲线和制动曲线，得到优化的列车控制曲线和制动曲线，列车制动曲线即为列车制动过程中的控制曲线，最终实现磁浮列车的精确停车。
同时，根据图1，本实施例中，用于磁浮列车的停车定位***中的数据融合单元融合计算得到的列车精确速度和准确位置信息还通过无线传输设备传输回光纤光栅测速测距装置，用于校验光纤光栅设备的工作状态并代传给其他应用***。
具体地，参见图4，光纤光栅测速测距装备(即前面所述的光纤光栅装置)安装方便，不切割轨道，不影响既有的力学结构。总体改造简易、成本低、安全性高。通过光纤光栅测速测距装置与联锁/ZC(轨旁控制器中的区域控制器)的安全数据接口，将光纤光栅测速测距装置测量的实时连续数据与列车ID相匹配，并将测量数据通过联锁/ZC向车载设备传送。
结合图1，本发明的一个具体实施例中，列车进入光纤光栅测速测距区段后，光纤光栅装置与联锁/ZC间冗余的安全数据接口将测量的列车车重、列车加/减速度、实时速度和距离停车点的距离以安全报文的形式通过无线传输***实时向车载设备传送。车载设备根据源于轨旁设备的列车车重信息和加/减速度；与通过车载设备中的列车车载测速设备(常为速度传感器，本实施例中为涡流传感器和测速雷达)获得的加/减速度信息校核列车实际的减速度信息；结合使用地面传送的精确实时速度、列车绝对位置和距停车点精确距离；实时优化列车控制曲线和制动曲线。
如图4所示，本发明的光纤光栅装置沿轨道布置，且光栅区覆盖了车站内所有的列车门和站台门，并且超过了列车的停车标的位置，方便光纤光栅装置监测磁浮列车在车站的实时位置，确保磁浮列车的车头可以精确停止在停车标的位置。
此外，本发明的光纤光栅装置还可以通过检查光栅区信号变化代替列车占用检查：当光栅区内存在到信号变化超过设定的变化范围阈值时，则认为有车占用此光栅分区，即实现列车占用检查。
通过光纤光栅装置提供列车位置：每间隔Δt时间记一次列车定位，获取列车实时位置，并通过列车Δt时间列车定位差值计算第二列车速度v光，从而计算出列车具***于哪个光栅区，再通过光纤光栅装置进行列车位置校验。
本发明还提供了一种机器可读存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时，执行本发明的用于磁浮列车的停车定位方法。
如图1所示，本发明的优点在于保留原有ATP(列车自动防护子***，AutomaticTrain Protection)、ATO(列车自动运行***，Automatic Train Operation)的计算和控车逻辑，仅需车载设备结合轨旁设备(地面传输)的列车车重、实时速度、绝对位置和距离停车点的实时距离优化列车行车曲线和制动曲线，减少测量误差对行车曲线和制动曲线的影响，使理论曲线与实际运行轨迹更接近；此外本方案的光纤光栅装置与现有的环线测速测距技术和激光对射技术相比较，具有更高的测速测距分辨率、连续的数据测量和更丰富的测量数据，测量结果的可靠性更高。
参见图1，本发明主要通过光纤光栅测速测距装置(即本发明的光纤光栅装置)测量的参数发送给车载设备，并实时监测列车的速度和距离停车点的位置，实现闭环控制。具体可以应用于对列车速度、列车绝对位置和距离停车点精确距离，进行地面(相对于车载)实时连续测量，并实时上传车载设备，实现监测列车的速度和距离停车点的位置；弥补和替代列车车载测速测距设备低速测量误差的影响，并解决现有技术测速测距误差导致的停车不准问题，不依赖于测速测距定位确定是否能够开关车门和屏蔽门。
如图4所示，在列车停车过程中，光纤光栅装置能够精确判断列车的绝对位置和实时速度，从而通过列车的绝对位置与线路数据(站台屏蔽门的绝对位置)作比较确定列车车门与站台屏蔽门是否满足对齐误差，从而判断是否具备开车门条件。本发明的方法与现有的测速测距方法相比较，利用光纤光栅装置测量精度高、实时性好和测量数据丰富的优势，满足磁浮列车停车过程中列车蠕动、跳跃、退行等低速高精度的测量需求。
应当理解的是，本发明中所提到的“车载设备”是指位于列车本身的设备，是与轨旁设备区分开的设备；其包括列车车载测速设备，也包括本发明的用于磁浮列车的停车定位***，用以实现本发明的磁浮列车的停车定位方法，控制和优化列车的制动过程。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，包括下面步骤：
通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
通过设置在车站内轨道旁的光纤光栅装置获取实时的第二列车运行信息；
融合计算所述第一列车运行信息和所述第二列车运行信息以获取实时的列车实际运行速度，其中，所述第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和所述列车距离停车点的第一距离；
所述第二列车运行信息包括所述列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和所述列车距离所述停车点的第二距离；
其中，对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，不输出所述第一列车速度v车′；
将第一列车速度与第二列车速度融合计算，获取列车实际运行速度：
当输出时，/>
否则v车＝v光；
实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
2.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，在获取所述第一列车速度v车′的步骤之后还包括下面步骤：
输出列车最大可能速度v最大′，其中，v最大′＝max(v1，v2)。
3.根据权利要求2所述的用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，在所述的获取列车实际运行速度v车的步骤之后，还包括输出列车停车安全防护速度v防，其中，v防＝max(v最大′，v光)。
4.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，所述的实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点包括步骤：
获取一个时间段内所述列车的测量加/减速度数据；
获取所述时间段内，所述列车实际运行速度对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
当所述测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
根据优化后的列车控制曲线确定并调整所述列车的允许运行速度。
5.根据权利要求4所述的用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，所述的测量加/减速度数据的获取步骤为：
在未铺设所述光纤光栅装置的区段，所述测量加/减速度数据为通过所述第一列车运行信息计算的加速度值；
在列车经过所述光纤光栅装置时，所述测量加/减速度数据为通过所述第二列车运行信息测量或计算的加速度值。
6.根据权利要求1～5任一项所述的用于磁浮列车的停车定位方法，其特征在于，所述的实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点步骤之后，还包括步骤：
校验列车停车精度；
将列车停车精度与预设阈值进行比较，并判断列车是否具备开门条件。
7.一种用于磁浮列车的停车定位***，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于通过列车车载测速设备获取实时的第一列车运行信息；
第二获取模块，用于通过设置在车站内轨道旁的栅光纤装置获取实时的第二列车运行信息；
计算模块，用于融合计算所述第一列车运行信息和所述第二列车运行信息以获取实时的列车实际运行速度，
其中，所述第一列车运行信息包括第一列车速度v车′和所述列车距离停车点的第一距离；
所述第二列车运行信息包括所述列车的车重、列车加速度a光、第二列车速度v光和所述列车距离所述停车点的第二距离；
其中，对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取第一列车速度v车′：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将第一测速结果v1和第二测速结果v2的差值与第一测速结果v1和第二测速结果v2中较小的值进行比较，计算并输出第一列车速度：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，输出第一列车速度/>并输出列车最大可能速度；
当时，判断第一车载测速装置与第二车载测速装置测量、计算获得的第一列车速度有误，仅输出v最大′＝max(v1，v2)，不输出所述第一列车速度v车′；
将第一列车速度与第二列车速度融合计算，获取列车实际运行速度：
当输时，/>
否则v车＝v光；
实时优化列车控制曲线直至列车停止在停车点。
8.根据权利要求7所述的用于磁浮列车的停车定位***，其特征在于，所述计算模块包括：
解析计算单元，用于对至少2套车载测速装置分别测得的列车速度进行解析计算，获取所述第一列车速度v车′；
数据融合单元，用于将所述第一列车速度v车′与所述第二列车速度v光融合计算，获取列车实际运行速度v车。
9.根据权利要求8所述的用于磁浮列车的停车定位***，其特征在于，所述的解析计算单元，还用于：
获取通过第一车载测速装置测得的第一测速结果v1；
获取通过第二车载测速装置测得的第二测速结果v2；
将所述第一测速结果v1和所述第二测速结果v2的差值与所述第一测速结果v1和所述第二测速结果v2中较小的值进行比较：
当满足时，判断所述第一车载测速装置和所述第二车载测速装置的测量结果可靠，并输出所述第一列车速度/>
当时，判断所述第一车载测速装置与所述第二车载测速装置的测量结果有误，不输出所述第一列车速度v车′。
10.根据权利要求7所述的用于磁浮列车的停车定位***，其特征在于，所述计算模块还用于：
获取一个时间段内所述列车的测量加/减速度数据；
获取所述时间段内，所述列车实际运行速度下对应的安全模型中的安全加/减速度数据；
当所述测量加/减速度数据与安全加/减速度数据的误差精度在预设阈值范围外时，根据所述测量加/减速度对列车控制曲线进行优化；
根据优化后的列车控制曲线确定并调整列车的允许运行速度。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的用于磁浮列车的停车定位***，其特征在于，还包括校验模块，用于校验列车停车精度；还用于将列车停车精度与预设阈值进行比较，判断列车是否具备开门条件。
12.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，执行如权利要求1～6中任一项所述的用于磁浮列车的停车定位方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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