一种列车定位装置及方法与流程

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种列车定位装置及方法。

背景技术：

在城市轨道交通中列车定位一般采用轨道电路法，将钢轨区分成不同的区段，在每个区段的始端和终端都加上发送/接收器件，构成一个信息传输回路。区段空闲时，信息由发送端通过回路传输到接收端，接收端继电器励磁吸起；当列车进入区段时，轮对将两根钢轨短路，信息不能到达接收端，接收端继电器失磁落下，从而达到列车检测、定位的目的。

此外，在城市轨道交通中，还采用部署应答器的技术手段进行列车定位。通过将应答器布置在轨旁，当车辆经过应答器时，通过应答器的报文信息获得车的位置。

然而，轨道电路技术是在钢轨上通电通过电流回路构成一个检测系统，但是只能判断车在区间内，而不能判断车的精确位置；另外，当车进入一个区段后，由于车辆颠簸或其他原因使得轮对与钢轨接触不上从而导致轮对并没有将两根钢轨短路，此时不能检测出当前车的位置。另外的技术手段是部署应答器，但是应答器的存在只能在车辆经过时，才能判断车的位置。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种列车定位方法及装置。

为此目的，第一方面，本发明提出一种列车定位装置，包括：

设置在轨旁的多个振动传感器，通信模块和数据处理主机；

振动传感器用于检测轨道上列车运行时的振动信号；

通信模块将振动传感器检测的振动信号发送数据处理主机，该数据处理主机根据多个振动信号获取列车的位置信息。

可选地每一振动传感器连接一通信模块；

任意相邻振动传感器的间距相同。

可选地，相邻振动传感器的间距根据振动传感器检测到列车经过时产生的振动能量的衰减参数进行设定。

可选地，数据处理主机在接收到两个以上的振动传感器检测的属于同一列车运行的振动信号时，根据两个以上振动传感器的位置确定列车的位置。

第二方面，本发明提供一种基于上述装置的列车定位方法，包括：

当列车在轨道上运行时，若至少两个振动传感器检测到振动信号，则连接振动传感器的通信模块将该振动传感器检测的振动信号发送数据处理主机；

数据处理主机接收通信模块发送的振动信号及检测该振动信号的振动传感器的标识，判断该振动信号是否属于列车运行产生的振动信号；

若是，则根据振动信号的波形能量和/或振动信号对应的传播时间段、以及所述标识，获取该列车当前的位置信息。

可选地，判断该振动信号是否属于列车运行产生的振动信号的步骤，包括：

根据振动信号中波形能量的峰值，判断该峰值是否大于预设的参考峰值。

可选地，根据振动信号的波形能量和/或振动信号对应的传播时间段以及所述标识，获取该列车当前的位置信息的步骤，包括：

查看每一振动信号中波形能量是否处于预设的波峰区域，若存在一个振动信号的波形能量处于波峰区域，则获取该振动信号对应的振动传感器的标识，根据标识查找振动传感器的位置，将查找的振动传感器的位置作为列车的位置。

可选地，在两个相邻的振动传感器发送振动信号时，根据振动信号的波形能量和/或振动信号对应的传播时间段以及所述标识，获取该列车当前的位置信息的步骤，包括：

根据Pearson相关系数方式确定两个振动传感器的振动信号的相关性；若确认两个振动信号属于同一个振动波的振动信号，则根据两个振动信号分别对应的传播时间段以及该两个振动传感器的标识，获取该列车当前的位置信息。

可选地，根据两个振动信号分别对应的传播时间段，获取该列车当前的位置信息的步骤，包括：

根据振动信号的中波形能量，确定振动信号的波峰到达第一个振动传感器的传播时间段为T1，到达第二个振动传感器的传播时间段T2，

则根据确定列车距离第一个振动传感器的距离l；

根据第一个振动传感器的位置和距离l，获得列车当前的位置信息；

其中，L为第一个振动传感器和第二个振动传感器之间的间距，第一个振动传感器的位置是根据第一个振动传感器的标识确定的。

可选地，所述方法还包括：

每一振动传感器在发送振动信号之后，将存储的振动信号及与振动信号相关的数据清零。

由上述技术方案可知，本发明提出的列车定位装置及方法，通过使用振动传感器，测量列车运动时产生的振动信号，及振动信号的时间数据等，确定列车相对于发出振动信号的振动传感器的位置，进而确定列车的位置信息，可以解决现有技术中应答器只能在列车经过时判断车的位置的缺陷，同时提高列车安全。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的列车定位装置的结构示意图；

图2为图1中提及的振动传感器的振动能量的示意图；

图3为本发明一实施例提供的列车位置计算的原理示意图；

图4为本发明一实施例提供的列车定位方法的方法示意图。

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地描述，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。

图1示出了本发明一实施例提供的列车定位装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的列车定位装置包括：设置在轨旁的多个振动传感器11，通信模块12和数据处理主机13；

每一振动传感器11用于检测轨道上列车运行时的振动信号；

通信模块12将振动传感器11检测的振动信号发送数据处理主机13，该数据处理主机13根据多个振动信号获取列车的位置信息。

本实施例中的每一振动传感器11连接一通信模块12。本实施例中的数据处理主机12在接收到至少两个振动传感器11检测的属于列车运行的振动信号且该振动信号中存在一个振动信号的波形能量处于波峰区域，则将处于波峰区域的振动信号对应的振动传感器11所在的位置作为列车的位置；

或者，数据处理主机12在接收到两个以上的振动传感器11检测的属于同一列车运行的振动信号时，根据两个以上振动传感器11的位置确定列车的位置，如下述所述的根据公式(1)确定列车位置。此时，可理解为属于同一列车运行的振动信号中不存在处于波峰区域的波形能量，即，列车位于两个振动传感器之间的位置，进而采用下述的公式(1)确定列车位置。

本实施例中，当列车在铁路轨道上运行时，车轮与轨道之间的弹性接触会引起机械振动，这种振动会被安装在轨旁的振动传感器接收到，然后振动传感器将接收到的数据信息通过通信模块发送到数据处理主机。

为较好的进行列车定位，本实施例中可使得任意相邻振动传感器的间距相同。当然，在其他实施例中，也可以使相邻振动传感器的间距不相同，每一振动传感器的位置在数据处理主机中均有记录，本实施例中可以获知列车距离最近的振动传感器的距离即可获知列车当前的位置信息。

本实施例中的列车定位装置中的振动传感器、通信模块、数据处理主机均属于地面设备，该地面设备检测的列车位置信息可发送给列车自动监控系统进行后续作业。

本实施例中设置振动传感器的原理是，当列车运动时，会引起轨道振动，这种振动表现为机械波，可以通过振动传感器测量。

考虑到列车为一质点，列车在由远及近经过振动传感器，最后远离振动传感器时，由于铁轨阻尼的作用，机械波传播越远其能量越小，因此，其振幅的包络表现为近似的梯形。如图2所示。

其中，图2中示出的t1、t2、t3、t4、t5均为时刻信息。在图2中t1时刻点到t2时刻点之间，由于列车距离振动传感器较远，所以振动能量比较弱，可以认为振动传感器不能测量到振动信号；

在t2时刻点到t3时刻点，列车逐渐接近振动传感器，振动能量逐渐增强；

在t3时刻点到t4时刻点，列车经过振动传感器，振动能量最强，并且在整个通过过程中，保持不变或者变化幅度很小；考虑到列车具有一定的长度和速度，其经过一个振动传感器，需要一定的时间，所以t3时刻点到t4时刻点不是完全重合的；

在t4时刻点到t5时刻点阶段，列车逐渐远离振动传感器，振动能量逐渐减小；

从t5时刻点后，由于距离太远，可以认为振动传感器不能测量到振动的信号。

本实施例的列车定位装置中，当列车测量的振动波的振幅位于这个梯形的上底时，即图2中位于t3到t4之间时，可以认为列车正在经过振动传感器，此时，可将振动传感器的位置信息作为列车的位置信息。

当列车在两个振动传感器之间时，振动产生的机械波被相邻两个振动传感器均检测到。根据同一个波峰或波谷传到其相邻传感器的时间，通过比例，就能得到任意时刻列车的位置。

参照图3所示，图3示出的是轨旁的两个振动传感器均检测到属于同一个振动波的振动信号。两个振动传感器的间隔距离为L。列车在两个振动传感器中间运行，产生振动机械波。

假设波峰到达振动传感器1的传播时间为T1，到达振动传感器2的传播时间为T2，则列车距离振动传感器1的距离为：

由此，可根据振动传感器1的位置信息，以及上述的距离l实现为列车定位。

特别说明的是，上述通过两个振动传感器确定的列车位置存在误差，因为列车在图3中列车位置的运动引起振动，经过一段时间t才能被振动传感器1接收，在时间t内，列车运行的距离

d＝v*t，d为距离，v为车的速度。这个距离d就是误差。

在本实施例中，考虑到机械波在钢轨中的传播速度超过了4900m/s，而车的运行速度一般不超过30m/s；并且相邻波峰间时间差为us级，可以认为误差很小。

另外，上述图1中相邻振动传感器的间距根据振动传感器检测到列车经过时产生的振动能量的衰减参数进行设定。

应说明的是，此处的两振动传感器之间的间距L应根据以下原则设置：由于振动波是携能量传输的，但在传输中能量会逐渐衰减，当其能量衰减为0时就停止传输，所以在此L的长度必须在振动波的能量大于0的范围内。在此为保证上述列车定位装置的可靠性，L的长度设定为振动波能量衰减到一半的位置。即，列车在两个振动传感器之间运行时，该两个振动传感器接收到振动波的能量均是大于等于最大振动能量的一半。最大振动能量可为列车经过振动传感器时，该振动传感器检测的振动波的振动能量。

图4示出了本发明一实施例提供的列车定位方法的方法示意图，该列车定位方法是基于上述实施例描述的列车定位装置的定位方法，该方法具体包括下述步骤。

401、当列车在轨道上运行时，若至少两个振动传感器检测到振动信号，则连接该振动传感器的通信模块将该振动传感器检测的该振动信号发送数据处理主机。

本实施例中，每一振动传感器均是测量列车经过时的振动信号。应说明的是，振动信号中是包括记录有产生该信号的时间点信息的，如图2中所示的t2、t3、t4、t5等时间点信息。

通信模块的作用是把振动传感器检测的振动信号传递给数据处理主机。

数据处理主机的作用是记录和处理振动传感器的振动信号，并依据该振动信号确定列车的位置，或者还可以确定列车的速度等信息。

402、数据处理主机接收通信模块发送的振动信号及检测该振动信号的振动传感器的标识，判断该振动信号是否属于列车运行产生的振动信号；若是，则执行步骤403，否则，结束。

在实际应用中，数据处理主机接收通信模块转发的振动信号，还包括发送该振动信号的振动传感器的标识，根据标识确定属于哪一个振动传感器发送的。

在本步骤中，判断该振动信号是否属于列车运行产生的振动信号，可具体为：

根据振动信号中波形能量的峰值，判断该峰值是否大于预设的参考峰值，若大于，即可理解，该振动传感器检测到的振动信号属于列车经过时产生的振动信号。

结合前述图2来说，参考峰值可为振动能量示意图中t3位置纵坐标与t2位置纵坐标之差的一半，即0.7及0.7以上数值。

403、若步骤402中确定振动信号属于列车运行产生的，则根据振动信号的波形能量和/或振动信号对应的传播时间段以及所述标识，获取该列车当前的位置信息。

本实施例中的数据处理主机通过接收到的振动信号来判断当前振动波的波形能量(即上述描述的振动能量)，若接收到的波形能量处于图2中的梯形的上底，即t3到t4阶段时说明列车正在通过振动传感器，通过识别振动传感器的位置即可获得列车的位置。

进一步地，还可获知列车运行速度，例如，列车的速度等于列车的长度除以梯形上底的时间即这里l_列车为列车长度。

举例来说，数据处理主机接收到至少两个振动传感器发送的振动信号时，步骤403可具体为：

查看每一振动信号中波形能量是否处于预设的波峰区域(即类似于图2中的t3与t4之间的波峰区域)，若存在一个振动信号的波形能量处于波峰区域，则获取该振动信号对应的振动传感器的标识，根据标识查找振动传感器的位置，将查找的振动传感器的位置作为列车的位置。即根据标识在预设的振动传感器位置信息表中查找振动传感器的位置，将查找的振动传感器的位置作为列车的位置。

需要说明的是，在实际应用中，根据振动传感器检测到列车经过时产生的振动能量的衰减参数进行设定，为此，在列车在轨道上运行时，至少存在两个振动传感器检测到振动信号。

另外，若列车位于两个振动传感器之间时，此时数据处理主机接收到至少两个相邻振动传感器通过通信模块发送的振动信号，则可以先通过Pearson相关系数方式确定两个振动传感器的振动信号的相关性；若确认两个振动信号属于同一个振动波的振动信号，且确认每一振动信号中波形能量都不处于波峰区域，则根据公式(1)确定列车位置。

也就是说，在两个相邻的振动传感器发送振动信号时，上述步骤403可具体为：

根据Pearson相关系数方式确定两个振动传感器的振动信号的相关性；若确认两个振动信号属于同一个振动波的振动信号，则根据两个振动信号分别对应的传播时间段以及该两个振动传感器的标识，获取该列车当前的位置信息。

例如，根据振动信号的中波形能量，确定振动信号的波峰到达第一个振动传感器的传播时间段为T1，到达第二个振动传感器的传播时间段T2，

则根据确定列车距离第一个振动传感器的距离l；

根据第一个振动传感器的位置和距离l，获得列车当前的位置信息；

其中，L为第一个振动传感器和第二个振动传感器之间的间距，第一个振动传感器的位置是根据第一个振动传感器的标识确定的。

应说明的是，在处理两个相邻的振动传感器发送的振动信号时，如果为同一个机械波，则记录振动信号并设置波形编号，计算相邻的机械波(即振动信号)时间差。振动传感器持续接收到机械波，对这些机械波进行相关性判断和波形相似度计算，确保两个相邻传感器收到的波形都是同一个时间点发出的机械波。也就是说，当两个振动传感器判断彼此收到的波形为同一个时间点发出的同一个机械波时，分别对这个机械波设置相同的编号，同时记录接收的时间以及与上一个机械波的时间差。

另外，需要说明的是，本实施例的列车定位装置中的每一振动传感器在发送振动信号之后，将存储的振动信号及与振动信号相关的数据清零，例如，将波形序列号以及时间数据等的清零，让清零后的振动传感器来接收下一周期的数据/振动信号。可理解的是，为保证振动传感器每次检测的信号不混淆，故，在每次检测并发送之后，将振动传感器内存储的振动信号进行清除。

本实施例的方法，通过使用振动传感器，测量列车运动时产生的振动信号，及振动信号的时间数据等，确定列车相对于发出振动信号的振动传感器的位置，进而确定列车的位置信息，可以解决现有技术中应答器只能在列车经过时判断车的位置的缺陷，同时提高列车安全。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

本领域技术人员可以理解，实施例中的各步骤可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。