一种台阵观测方法
【专利摘要】本发明公开了一种台阵观测方法，属于轨道通信领域。所述方法包括：根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率；将所述台阵依据所述频率观测的信号按预设时段计算分时段功率谱及不同时段振动场的F-K谱；依据所述不同时段的F-K谱计算列车运行速度。本发明通过计算列车通过台阵一侧不同时段的台阵振动F-K谱，并根据不同时段F-K谱的特征，分析了相应时刻列车相对台阵的不同方位，展现了借助台阵波场的F-K谱判断列车运行过程的能力，推算出列车运行的速度，提高了速度监测的精确度。
【专利说明】—种台阵观测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道通信领域，特别涉及一种台阵观测方法。
【背景技术】
[0002]轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现。起着越来越重要的作用。经济发达国家城市的交通发展历史告诉我们，只有采用大客运量的城市轨道交通(地铁和轻轨)系统，才是从根本上改善城市公共交通状况的有效途径。城市轨道交通由于高密度运转，列车行车时间间隔短，行车速度高，列车编组辆数多而具有较大的运输能力，城市轨道交通的运输能力远远超过公共汽车。据文献统计，地下铁道每公里线路年客运量可达100万人次以上，最高达到1200万人次，如莫斯科地铁、东京地铁、北京地铁等。城市轨道交通能在短时间内输送较大的客流。
[0003]台阵观测的优势在于各观测点振动的自相关及互相关特性在一定程度上体现了城市轨道交通振动场的空间结构。现有技术中实时监测列车移动速度的方法较多，但准确度不高，而且监测成本较高。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中监测列车移动速度的精确度低而且监测成本高的问题。针对现有技术中遇到的如上问题，本发明提出如下技术方案:
[0005]一种台阵观测方法，所述方法包括如下步骤:
[0006]根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率；
[0007]将所述台阵依据所述频率观测的信号按预设时段计算分时段功率谱及不同时段振动场的F-K谱；
[0008]依据所述不同时段的F-K谱计算列车运行速度。
[0009]本发明通过计算列车通过台阵一侧不同时段的台阵振动F-K谱，并根据不同时段F-K谱的特征，分析了相应时刻列车相对台阵的不同方位，展现了借助台阵波场的F-K谱判断列车运行过程的能力，推算出列车运行的速度，提高了速度监测的精确度。
【具体实施方式】
[0010]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0011]本发明实施例提供了一种台阵观测方法，该方法包括如下步骤:
[0012]1、根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率；
[0013]在本发明的实施例中，根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率的方法具体包括如下步骤:
[0014]记录列车通过测试点时的台阵时程，并将测试点的时程转到频域；[0015]计算测试点的功率谱最大值，查找功率谱最大值所对应的频率。
[0016]例如保留列车通过前3秒、通过期间及通过后3秒的台阵时程进行分析。通过Fourier变换，分别将台阵中各测点的接收振动时程转到频域，对各测点的功率谱进行全面分析，其核心是找到功率谱最大值对应的频率。如果各测点功率谱最大值对应的频率都一致，就可以直接选择这个频率作为占优势的频率；如果各测点功率谱最大值对应的频率不一致，要选择多数测点功率谱最大值对应的频率一致的频率作为占优势的频率。
[0017]其中，占优势的频率的波占波动能量的百分比最大。
[0018]2、将台阵依据频率观测的信号按预设时段计算分时段功率谱及不同时段振动场的F-K谱；
[0019]在本发明的实施例中，预设时段的个数由观测的信号决定。
[0020]作为本发明的一个优选实施例，预设时段的长度由列车的运行速度决定。
[0021]预设时段的个数一般为6段，但时段的长度与列车速度有关，列车速度越高，采样率要高、采样间隔小，则一定长度的波形记录要取较多的离散数据。
[0022]通过前后不同时段时程的功率谱的变化可以清楚地观察到波场方向的改变。列车达到前(本文定义为列车的头部距离台阵的列车开来一侧边界延长线至轨道的垂足为台阵尺寸的4倍的那一时刻)场地的振动主要是本底振动，表现为接收信号的功率谱，有一个突出的峰值，一般对应的是场地的卓越周期；随着列车进入到台阵观测的区域地面振动高频部分增加较快，但由于能量有限，故功率谱幅值较小；当列车进入到临近台阵区域范围(本文定义为以台阵中心点延长线至轨道的垂足为基准，两侧各为台阵尺寸2倍的范围)，这一时段台阵接收到的振动能量达到最大，本底振动信号已经不能分辨，主要以列车引起的环境振动为主；随着列车驶离临近台阵区域范围，台阵接收到的能量逐渐减小，优势频率不断向场地卓越频率移动，直至恢复到本底振动状态。
[0023]下面分析某一时刻通过的一趟列车引起的台阵振动的F-K谱在不同时段的变化:源方向来自台阵的左侧，入射角很小；源方向亦来自台阵的左侧，入射角渐大，对应列车驶向台阵；源方向亦来自台阵的左侧，入射角更大，对应列车接近台阵；源方向来自台阵的正上方，入射角几乎正交于轨道延长线，对应列车正在通过台阵相应的轨道段(指台阵在轨道上的投影)；振源方向偏向台阵的右侧，入射角大，对应列车已经驶离台阵相应的轨道段；源方向来自台阵的右侧，入射角渐小，对应列车驶离台阵渐远。
[0024]3、依据不同时段的F-K谱计算列车运行速度。
[0025]在本发明的实施例中，不同时段的F-K谱还用于确定各时段的频率波数谱的入射波方向。
[0026]F-K谱是一个关于频率和波数矢量的谱图，通过它可以判断出波入射到台阵的方向以及瑞利波相速度的大小。F-K谱将时间空间域中的波动信号在频率波数域中表示。其谱值反映了波动的幅值和能量密度，同时提供了瑞利波的传播功率和速度矢量的信息。
[0027]本发明实施例通过计算列车通过台阵一侧不同时段的台阵振动F-K谱，并根据不同时段F-K谱的特征，分析了相应时刻列车相对台阵的不同方位，展现了借助台阵波场的F-K谱判断列车运行过程的能力，推算出列车运行的速度，提高了速度监测的精确度。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种台阵观测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率； 将所述台阵依据所述频率观测的信号按预设时段计算分时段功率谱及不同时段振动场的F-K谱； 依据所述不同时段的F-K谱计算列车运行速度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据台阵所观测数据的总体功率谱选出列车通过所在位置处的频率的步骤具体包括: 记录列车通过测试点时的台阵时程，并将所述测试点的时程转到频域； 计算所述测试点的功率谱最大值，查找所述功率谱最大值所对应的频率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时段的个数由观测的信号决定。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述预设时段的长度由列车的运行速度决定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同时段的F-K谱还用于确定各时段的频率波数谱的入射波方向。
【文档编号】B61L27/00GK103723166SQ201310529969
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】郑鑫, 张燕, 解恒燕, 陶夏新, 王福彤 申请人:黑龙江八一农垦大学