一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁路列车防溜领域，具体涉及一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置 与方法。
【背景技术】
[0002] 在铁路中间站，列车停车后防止其溜逸是保证铁道作业安全的重要要求，而放置 智能铁鞋是车辆防溜作业的主要手段。传统的机械式智能铁鞋费时费力，已经不能满足铁 道防溜作业日益增长的需求，智能铁鞋取代传统智能铁鞋已成必然。
[0003] 作为一种新型的智能防溜装置，目前的智能铁鞋对溜逸位移还不能检测，这对事 故的事后追忆、故障分析造成不利影响。此外，智能铁鞋在工作期间，如何区分溜逸或被盗 还存在判断不够准确等诸多问题。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装 置及方法，具有区分溜逸和被盗并检测计算溜逸距离等功能。
[0005] -种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置，该装置包含电源管理模块、距离检测模 块、三轴加速度传感器模块、主控模块和无线传输模块，所述电源管理模块连接距离检测模 块，所述距离检测模块、无线传输模块、三轴加速度传感器模块均与主控模块连接;所述距 离检测模块检测智能铁鞋到车轮的距离;所述三轴加速度传感器模块测量智能铁鞋三轴静 态加速度，分别是:两轨道间垂直方向的X轴方向加速度a x，铁轨切线方向的y轴方向加速度 ay和垂直轨道平面方向的z轴方向加速度az。该装置通过测距判断智能铁鞋是否放置到位， 若不到位则报警;通过检测振动情况下智能铁鞋的倾角来判断是否发生溜逸或被盗，若发 生溜逸则计算溜逸位移，否则发出被盗报警。
[0006] -种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，基于本发明所述的智能铁鞋溜逸位移与 报警检测装置，通过距离检测模块检测智能铁鞋到车轮的距离，判断智能铁鞋是否放置到 位;通过三轴静态加速度传感器模块判断智能铁鞋振动情况和智能铁鞋的倾角α，并基于振 动情况下智能铁鞋的倾角α来判断是否发生溜逸或被盗，若发生溜逸则计算溜逸位移s，否 则发出被盗报警。
[0007] 优选的，距离检测模块通过超声波检测智能铁鞋到车轮的距离，并设定阈值，如果 距离大于设定阈值，则发出放置不到位报警。
[0008] 优选的，通过三轴加速度传感器模块测量智能铁鞋三轴静态加速度，并设定阈值； 若ax，ay和a z中任一数值波动大于设定阈值，则判定智能铁鞋处于振动情况。
[0009] 优选的，根据式：
[0011]计算得到智能铁鞋倾角α。
[0012]优选的，在智能铁鞋持续振动情况下，设定阈值，如果智能铁鞋倾角α在设定阈值 之内，则视为溜逸;如果智能铁鞋倾角在设定阈值之外，则视为被盗。
[001 3]优选的，通过三轴加速度传感器模块周期采样y轴方向加速度ay，并对y轴方向加 速度ay进行双积分来计算溜逸位移s。
[0014]优选的，智能铁鞋工作时，包括以下步骤：
[0015] (1)智能铁鞋的主控模块，无线传输模块，三轴加速度传感器模块初始化；
[0016] (2)如果智能铁鞋处于振动情况且持续一定时间，转到步骤(3);否则，转步骤(9); 优选的，所述一定时间为3秒；
[0017] (3)检测智能铁鞋倾角α;
[0018] (4)如果α在设定阈值上下限之间，转到步骤(5);否则，转步骤(8);
[0019] (5)初始化溜逸位移s为0;
[0020] (6)检测智能铁鞋y轴方向加速度ay，并对y轴方向加速度ay进行双积分来计算溜逸 位移s;
[0021] (7)发出溜逸报警，并将溜逸位移传给远端监控计算机，转步骤(11);
[0022] (8)发出被盗报警，转步骤(11);
[0023] (9)距离检测模块初始化，检测车轮距离；
[0024] (10)如果车轮距离大于设定阈值，发出智能铁鞋放置不到位报警，转步骤(11)，优 选的，设定阈值为15cm;否则发出智能铁鞋状态正常，转步骤(11);
[0025] (11)结束。
[0026] 优选的，通过加速度双积分计算溜逸位移，包括以下步骤：
[0027] (1)三轴加速度传感器模块初始化；
[0028] (2)初始化溜逸位移s = 0;
[0029] (3)开启定时器，设置三轴加速度传感器模块的采样周期t，优选的，采样周期t = 10ms ；
[0030] (4)铁轨切线方向即沿三轴加速度传感器模块y轴方向，检测y轴方向加速度ay在 第i个采样时刻的瞬时加速度a yl，根据式
[0031] si = Si-i+ayit2
[0032 ]计算得到第i个采样周期内的位移s i，其中so = 0;
[0033] (δ)计算
[0034] s= Σ Si
[0035] 得到总的溜逸位移s;
[0036] (6)如果计数到设定时间，通过无线传输模块将溜逸位移s发给远端监控计算机， 否则转步骤(3)，优选的，所述一设定时间为5秒。
[0037] 有益效果：
[0038]本发明公开了一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置及方法，该装置通过测距判 断智能铁鞋是否放置到位，若不到位则报警;通过检测振动情况下智能铁鞋的倾角来判断 是否发生溜逸或被盗，若发生溜逸则对加速度双积分计算溜逸位移，否则发出被盗报警。该 装置实现了智能铁鞋溜逸位移与报警检测，对提高铁路行车安全，并为事故分析判断提供 了重要保证。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明系统结构示意图；
[0040] 图2是本发明智能铁鞋倾角计算示意图；
[0041] 图3是本发明工作流程图；
[0042] 图4是本发明溜逸位移计算流程图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。该智能铁鞋安装在北方 某大型车站。设计要求在智能铁鞋异常情况下5秒发送一次数据，并将检测数据无线上传到 远端监控计算机。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
[0044]如图1所示，智能铁鞋装置主要包括电源管理模块，距离检测模块，三轴加速度传 感器模块，主控模块和无线传输模块组。电源管理模块为智能铁鞋提供电压，距离检测模块 检测智能铁鞋是否放置到位，三轴加速度传感器模块用于溜逸和防盗检测，所有检测信号 通过无线传输模块发送到远端监控计算机。主控模块负责整体协调控制。
[0045] 在智能铁鞋实施过程中，三轴加速度传感器模块测得两轨道间垂直方向的X轴方 向加速度ax，铁轨切线方向的y轴方向加速度a y和垂直轨道平面方向的z轴方向加速度az，当 ax，ay和az中任一值波动大于设定的阈值0 . lg，g为重力加速度，则可认为智能铁鞋发生振 动。
[0046] 如图2所示，xyz为自然坐标系，铁轨在xy平面上，沿着y轴方向。重力加速度沿传感 器坐标系三轴，即Xsensor，ysensor，Z se_r轴的分量分别为ax，ay和az，则传感器y sens〇r轴与自然 坐标系xy平面之间的夹角，即智能铁鞋的倾角α为，
[0048] 优选的实施例中，在智能铁鞋持续振动的情况下，若α大于30°或小于-30°，可认为 智能铁鞋被盗，发出被盗报警。
[0049] 如图3所示，智能铁鞋进行溜逸被盗检测时，具体工作步骤如下：
[0050] (1)智能铁鞋主控模块，无线传输模块，三轴加速度传感器模块初始化；
[0051] (2)如果智能铁鞋有振动且持续3秒，转到步骤(3)，否则，转步骤(9);
[0052] (3)检测智能铁鞋倾角α;
[0053] (4)如果α在-30°与+30°之间，转到步骤(5)，否则，转步骤(8);
[0054] (5)初始化溜逸位移s为0;
[0055] (6)检测智能铁鞋y轴方向加速度ay，并对y轴方向加速度ay进行双积分来计算溜逸
[0056] 位移 s;
[0057] (7)发出溜逸报警，并将溜逸位移传给远端监控计算机，转步骤(11);
[0058] (8)发出被盗报警，转到步骤(11);
[0059] (9)测距模块初始化，检测车轮距离；
[0060] (10)如果车轮距离大于15cm，发出智能铁鞋放置不到位报警，转步骤(11)否则发
[0061 ]出智能铁鞋状态正常；
[0062] (11)结束。
[0063]优选的实施例中，在智能铁鞋持续振动的情况下，若α在-30°与30°之间，可认为智 能铁鞋溜逸，计算溜逸位移。如图4所示，检测智能铁鞋y轴方向加速度ay，并对y轴方向加速 度ay进行双积分来计算溜逸位移s，溜逸位移s的计算包括如下步骤：
[0064] (1)三轴加速度传感器模块初始化；
[0065] (2)初始化溜逸位移s = 0;
[0066] (3)开启定时器，设置加速度传感器的采样周期t = 10ms;
[0067] (4)铁轨方向沿传感器y轴方向，检测加速度传感器y轴在第i个采样时刻的瞬时加 速度ayi，根据式
[0068] si = Si-i+ayit2
[0069 ]计算得到第i个采样周期内的位移Si，其中so = 0;
[0070] (5)计算
[0071 ] s= Σ Si
[0072] 得到总的溜逸位移s;
[0073] (6)如果计数到5s，通过无线传输模块将溜逸位移s发给远端监控计算机，否则转 步骤(3)。
[0074] 本发明已通过上述实施例及其【附图说明】清楚，在不背离本发明精神和实质的情况 下，所属领域的技术人员可根据本发明做出相应变化和修正，这些变化和修正都属于本发 明权利要求的保护范围。
[0075] 本发明未涉及方法均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【主权项】
1. 一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置，其特征在于，该装置包含电源管理模块、距 离检测模块、三轴加速度传感器模块、主控模块和无线传输模块，所述电源管理模块连接距 离检测模块，所述距离检测模块、无线传输模块、三轴加速度传感器模块均与主控模块连 接;所述距离检测模块检测智能铁鞋到车轮的距离;所述三轴加速度传感器模块测量智能 铁鞋三轴静态加速度，分别是:两轨道间垂直方向的X轴方向加速度a x，铁轨切线方向的y轴 方向加速度ay和垂直轨道平面方向的z轴方向加速度az。2. -种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，基于权利要求1所述的智能铁鞋溜逸位移 与报警检测装置，其特征在于，通过距离检测模块检测智能铁鞋到车轮的距离，判断智能铁 鞋是否放置到位;通过三轴静态加速度传感器模块判断智能铁鞋振动情况和智能铁鞋的倾 角α，并基于振动情况下智能铁鞋的倾角α来判断是否发生溜逸或被盗，若发生溜逸则计算 溜逸位移s，否则发出被盗报警。3. 根据权利要求2所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，距离检 测模块通过超声波检测智能铁鞋到车轮的距离，并设定阈值，如果距离大于设定阈值，则发 出放置不到位报警。4. 根据权利要求2所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，通过三 轴加速度传感器模块测量智能铁鞋三轴静态加速度，并设定阈值;若a x，ay和az中任一数值 波动大于设定阈值，则判定智能铁鞋处于振动情况。5. 根据权利要求4所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，根据 式： 计算得到智能铁鞋倾角α。6. 根据权利要求5所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，在智能 铁鞋持续振动情况下，设定阈值，如果智能铁鞋倾角α在设定阈值之内，则视为溜逸;如果智 能铁鞋倾角在设定阈值之外，则视为被盗。7. 根据权利要求6所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，通过三 轴加速度传感器模块周期采样y轴方向加速度a y，并对y轴方向加速度ay进行双积分来计算 溜逸位移s。8. 根据权利要求7所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，智能铁 鞋工作时，包括以下步骤： (1) 智能铁鞋的主控模块，无线传输模块，三轴加速度传感器模块初始化； (2) 如果智能铁鞋处于振动情况且持续一定时间，转到步骤(3);否则，转步骤(9); (3) 检测智能铁鞋倾角α; (4) 如果α在设定阈值上下限之间，转到步骤(5);否则，转步骤(8); (5) 初始化溜逸位移s为0; (6) 检测智能铁鞋y轴方向加速度ay，并对y轴方向加速度ay进行双积分来计算溜逸位移 s； (7) 发出溜逸报警，并将溜逸位移传给远端监控计算机，转步骤(11); (8) 发出被盗报警，转步骤(11); (9) 距离检测模块初始化，检测车轮距离； (10) 如果车轮距离大于设定阈值，发出智能铁鞋放置不到位报警，转步骤（11);否则发 出智能铁鞋状态正常，转步骤(11); (11) 结束。9.根据权利要求7或8所述的一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测方法，其特征在于，通 过加速度双积分计算溜逸位移，包括以下步骤： (1) 三轴加速度传感器模块初始化； (2) 初始化溜逸位移s = 0; (3) 开启定时器，设置三轴加速度传感器模块的采样周期t; (4) 铁轨切线方向即沿三轴加速度传感器模块y轴方向，检测y轴方向加速度ay在第i个 采样时刻的瞬时加速度a yi，根据式 Si - Si-l+￡lyit 计算得到第i个采样周期内的位移Sl，其中SQ=〇; (5) 计算 S - Σ Si 得到总的溜逸位移S; (6) 如果计数到设定时间，通过无线传输模块将溜逸位移s发给远端监控计算机，否则 转步骤(3)。
【专利摘要】本发明公开了一种智能铁鞋溜逸位移与报警检测装置与方法，该装置包含电源管理模块，距离检测模块，三轴加速度传感器模块，主控模块和无线传输模块。该装置通过测距判断智能铁鞋是否放置到位，若不到位则报警；通过检测振动情况下智能铁鞋的倾角来判断是否发生溜逸或被盗，若发生溜逸则对加速度双积分计算溜逸位移，否则发出被盗报警。该装置实现了智能铁鞋溜逸位移与报警检测，对提高铁路行车安全，并为事故分析判断提供了重要保证。
【IPC分类】B61L23/00
【公开号】CN105711621
【申请号】CN201610046686
【发明人】陈夕松, 缪锐, 方鑫, 王凯, 朱文龙, 金玉书, 陈国平, 祁大伟
【申请人】南京富岛信息工程有限公司