列车速度共享系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车速度共享系统及方法。

背景技术

当前轨道交通车辆测速主要是对轴端测得速度信息和加速度计测得速度信息进行融合，以获取列车速度，但安装轴端的速度传感器都发生长时间空转或滑行时，由于加速度计长时间的累计测速存在误差，无法获取准确的速度。

发明内容

本发明提供的列车速度共享系统、列车速度共享方法及列车测速系统，用于解决现有技术中存在的上述问题，通过对速度传感器以及毫米波雷达所测速度进行融合，实现对列车速度的测量，提高了对列车速度测量的准确性。

本发明提供的一种列车速度共享系统，包括：

速度传感器，安装在列车车轴，用于测量列车车轮旋转产生的脉冲信号；

信号处理单元，与所述速度传感器连接，用于根据多个处理器分别获取的列车融合速度，确定列车共享速度，并将所述列车共享速度共享给列车各系统以及地面数据中心；

其中，所述列车融合速度是由所述处理器对列车车轴的轴端速度以及毫米波雷达测得的列车速度进行融合后获取的；

所述轴端速度是由所述处理器对所述脉冲信号进行分析后获取的。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述信号处理单元，包括：

多个所述处理器，与所述速度传感器以及所述毫米波雷达连接，用于根据列车发生空转打滑的车轴总数，将所述轴端速度以及所述列车速度进行融合，获取所述列车融合速度。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述处理器，包括：

融合单元，用于在所述发生空转打滑的车轴总数大于第一预设阈值时，根据所述列车速度以及基准轴速度，确定所述列车融合速度；

所述融合单元，还用于在所述发生空转打滑的车轴总数小于所述第一预设阈值时，根据未打滑车轴的轴端速度，确定所述列车融合速度；

所述融合单元，还用于在所述发生空转打滑的车轴总数为零时，根据列车所有车轴的轴端速度，确定所述列车融合速度；

其中，所述第一预设阈值是根据列车车轴的总数确定的。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述处理器，还包括：

确定单元，与所述融合单元连接，用于确定所述轴端速度大于所述列车速度的发生空转的车轴总数；

所述确定单元，还用于确定所述轴端速度小于所述速度信息的发生打滑的车轴总数；

所述确定单元，还用于根据所述发生空转的车轴总数和所述发生打滑的车轴总数，确定所述发生空转打滑的车轴总数。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述确定单元，包括：第一确定模块、第二确定模块以及第三确定模块；

所述第一确定模块，用于确定所述轴端速度对应的车轮速度的减速度变化大于第二预设阈值的第一车轴总数；

所述第二确定模块，用于确定所述轴端速度与所述基准轴速度的速度差大于第三预设阈值的第二车轴总数；

所述第三确定模块，与所述第一确定模块以及所述第二确定模块连接，用于根据所述第一车轴总数和所述第二车轴总数，确定所述发生空转的车轴总数。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述确定单元，还包括：第四确定模块、第五确定模块以及第六确定模块；

所述第四确定模块，用于确定所述轴端速度对应的车轮速度的减速度变化小于第四预设阈值的第三车轴总数；

所述第五确定模块，用于确定所述轴端速度与所述基准轴速度的速度差小于第五预设阈值的第四车轴总数；

所述第六确定模块，用于根据所述第三车轴总数和所述第四车轴总数，确定所述发生打滑的车轴总数。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述列车共享速度是通过对多个所述处理器获取的所述列车融合速度进行比较后获取的；多个所述处理器之间通过串行外设接口通信连接。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述信号处理单元，还包括：

TSN芯片，与多个所述处理器连接，用于提供第一通信网络，以供所述信息处理单元基于所述第一通信网络将所述列车共享速度共享给所述地面数据中心；

CAN芯片，与多个所述处理器连接，用于提供第二通信网络，以供所述信息处理单元基于所述第二通信网络将所述列车共享速度共享给所述列车各系统。

根据本发明提供的一种列车速度共享系统，所述信号处理单元的数量设置为多个，且同一时间仅有一个所述信号处理单元处于工作模式。

本发明还提供的一种列车速度共享方法，包括：

获取列车车轮旋转产生的脉冲信号以及毫米波雷达测得的列车速度；

基于多个处理器对列车车轴的轴端速度以及毫米波雷达测得的列车速度进行融合，获取列车融合速度；

根据所述列车融合速度，确定列车共享速度，并将所述列车共享速度共享给所述列车各系统以及所述地面数据中心；

其中，所述轴端速度是由所述处理器对所述脉冲信号进行分析后获取的。

本发明提供的列车速度共享系统及方法，通过对速度传感器以及毫米波雷达所测速度进行融合，实现对列车速度的测量，提高了对列车速度测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的列车速度共享系统的结构示意图；

图2是本发明提供的毫米波测速示意图；

图3是本发明提供的列车融合速度计算的流程示意图；

图4是本发明提供的列车速度共享系统应用场景示意图；

图5是本发明提供的列车速度共享方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。

图1是本发明提供的列车速度共享系统的结构示意图，如图1所示，系统包括：

速度传感器，安装在列车车轴，用于测量列车车轮旋转产生的脉冲信号；

信号处理单元，与速度传感器连接，用于根据多个处理器分别获取的列车融合速度，确定列车共享速度，并将列车共享速度共享给列车各系统以及地面数据中心；

其中，列车融合速度是由处理器对列车车轴的轴端速度以及毫米波雷达测得的列车速度进行融合后获取的；

轴端速度是由处理器对脉冲信号进行分析后获取的。

可选地，对安装在列车车轴如轴端的速度传感器进行测量，得到轴端速度，基于毫米波雷达所测的速度信息，通过融合算法完成速度融合计算，通过对多个处理器获取的列车融合速度进行比较后得到列车共享速度，例如可以通过计算每个处理器得到的列车融合速度之间的差值是否在预设正常范围之内，得到列车共享速度，并通过车辆骨干网(如时间敏感型网络TSN)分享给列车各系统(如列车自动保护系统)ATP、列车控制和管理系统TCMS、走行部监测系统、弓网检测系统以及轨道检测系统)以及地面数据中心(如信号系统、障碍物监测系统)，从而实现车辆多系统速度融合和共享，避免列车各系统重复安装设备进行对应信号的采集。其中，多个处理器之间通过串行外设接口SPI通信连接。

以地铁车辆为例，地铁车辆的行驶环境非常单纯，绝大部分时间车辆前方都只有隧道等固定设施，没有其他运动物体，因此毫米波雷达所测量的相对速度就是搭载雷达的车辆与地面的相对速度，即最终毫米波雷达测量所得速度信息。首先毫米波雷达发出特定频率(波长)的电磁波，如图2中虚线电磁波所示，遇到前方轨道时，回波(实线电磁波)的频率会显著高于虚线电磁波的。地铁车辆的相对速度越高，回波的频率越高，相对速度越低，回波的频率越低。通过测量回波频率与发射波频率的差值就可以计算出两车的相对速度。

基于安装在轴端的各个速度传感器输出的脉冲信号，对车轮旋转产生的脉冲进行计数，得到轴端速度。具体地：每个列车车轴轴端安装两个速度传感器，由信号处理单元对两个速度传感器输出的脉冲信号进行分析得到第一轴端速度以及第二轴端速度，并通过比较第一轴端速度以及第二轴端速度与毫米波雷达所测速度信息之间的差值是否均在可接受阈值范围之内，若是，则采取第一轴端速度以及第二轴端速度中的任意一个作为轴端速度；若只有第一轴端速度与毫米波雷达所测速度信息之间的差值在可接受阈值范围之内，则将第一轴端速度作为轴端速度；同样地，若只有第二轴端速度与毫米波雷达所测速度信息之间的差值在可接受阈值范围之内，则将第二轴端速度作为轴端速度。

根据得到的轴端速度以及毫米波雷达测量所得列车速度，确定发生空转及打滑的车轴总数，并根据发生空转打滑的车轴总数，通过融合算法计算融合速度，根据融合速度得到列车共享速度。

本发明提供的列车速度共享系统，通过对速度传感器以及毫米波雷达所测速度进行融合，实现对列车速度的测量，提高了对列车速度测量的准确性。

进一步地，在一个实施例中，信号处理单元，包括：

多个处理器，与速度传感器以及毫米波雷达连接，用于根据列车发生空转打滑的车轴总数，将轴端速度以及所述列车速度进行融合，获取列车融合速度。

可选地，基于如图1的2乘2取2列车速度共享系统对列车共享速度的计算与共享：每个信号处理单元通过多个(如2个)CPU(处理器)对安装在轴端的每个速度传感器采集到的脉冲信号进行分析后得到轴端速度，并根据得到的轴端速度以及毫米波雷达采集到的列车速度确定列车发生空转打滑的车轴总数，基于该车轴总数，利用图3所示的列车融合速度计算流程，将轴端速度以及列车速度进行融合，获取列车融合速度。

本发明提供的列车速度共享系统，通过信息处理单元中的多个处理器完成对列车融合速度的计算，为后续基于列车融合速度确定列车共享速度，并完成对列车共享速度的分析奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，处理器，可以具体包括：

融合单元，用于在发生空转打滑的车轴总数大于第一预设阈值时，根据列车速度以及基准轴速度，确定列车融合速度；

融合单元，还用于在发生空转打滑的车轴总数小于第一预设阈值时，根据未打滑车轴的轴端速度，确定列车融合速度；

融合单元，还用于在发生空转打滑的车轴总数为零时，根据列车所有车轴的轴端速度，确定列车融合速度；

其中，第一预设阈值是根据列车车轴的总数确定的。

可选地，参见图3，在确定发生空转打滑的车轴总数后，基于融合算法对上述测量所得的轴端速度以及毫米波雷达测量所得的速度信息进行融合，得到融合速度，并将该融合速度作为最终得到的列车速度，具体地：

判断发生空转打滑的车轴总数n是否大于第一预设阈值，其中第一预设阈值的设定是根据列车车轴的总数确定的。

例如，将列车车轴的总数的一半作为第一预设阈值，判断发生空转打滑的车轴总数n是否大于列车车轴的总数的一半，若是，则将毫米波雷达测量到的速度信息以及列车的基准轴速度进行融合，得到列车速度，具体地，可以将毫米波雷达测量到的速度信息以及列车的基准轴速度的均值作为计算得到的列车速度。

在确定发生空转打滑的车轴总数n小于列车车轴的总数的一半时，找到未发生打滑的车轴，并根据测量所得的未打滑车轴的轴端速度计算融合速度，具体地，可以将未打滑车轴的轴端速度的均值作为融合速度，并将该融合速度作为列车速度。

在确定发生空转打滑的车轴总数n为零时，根据测量所得的列车所有车轴的轴端速度计算融合速度，具体地，可以将列车所有轴端速度的均值作为融合速度，并将该融合速度作为列车速度。

本发明提供的列车速度共享系统，采用轴端的速度传感器测量轴端速度以及采用毫米波雷达所测的速度信息，通过融合算法完成速度融合计算，提高了计算所得列车速度的准确性。

进一步地，在一个实施例中，处理器，还可以具体包括：

确定单元，与融合单元连接，用于确定轴端速度大于列车速度的发生空转的车轴总数；

确定单元，还用于确定轴端速度小于速度信息的发生打滑的车轴总数；

确定单元，还用于根据发生空转的车轴总数和发生打滑的车轴总数，确定发生空转打滑的车轴总数。

可选地，车轮空转打滑分空转和滑行2种情况。空转是指车轮速度大于列车速度，往往发生在列车牵引阶段；滑行是指车轮速度小于列车速度，一般发生在列车制动阶段。车轮空转打滑的判定主要包括监测减速度和速度差两种方式。

基于此，可以通过确定安装在轴端的速度传感器测量的轴端速度大于毫米波雷达测得的速度信息的发生空转的车轴总数以及确定轴端的速度传感器测量的轴端速度小于毫米波雷达测得的速度信息的发生打滑的车轴总数，并通过将上述得到的发生空转的车轴总数以及发生打滑的车轴总数进行简单求和，便可以得到发生空转打滑的车轴总数。

本发明提供的列车速度共享系统，通过计算发生空转打滑的车轴总数，为后续采用具体的融合算法对轴端的速度传感器测量轴端速度以及采用毫米波雷达所测的速度信息进行融合计算，从而提高了计算所得列车速度的准确性奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，确定单元，可以具体包括：第一确定模块、第二确定模块以及第三确定模块；

第一确定模块，用于确定轴端速度对应的车轮速度的减速度变化大于第二预设阈值的第一车轴总数；

第二确定模块，用于确定轴端速度与基准轴速度的速度差大于第三预设阈值的第二车轴总数；

第三确定模块，与第一确定模块以及第二确定模块连接，用于根据第一车轴总数和第二车轴总数，确定发生空转的车轴总数。

可选地，如图3，对车轮空转打滑的判定主要是采用减速度检测以及速度差检测两种方式，减速度检测是根据车轴对应车轮的减速度变化是否超过阈值来判断是否发生打滑。减速度检测是对单轴进行检测，能及时检测滑行，由于轮对与车辆的质量相差较大，轮对速度变化相对也快一些，所以优先使用减速度检测。速度差检测是根据轴端速度与基准轴速度的偏差是否超过阈值来判断是否打滑，具体地：

判断轴端速度对应的车轮速度的减速度变化ΔV

判断轴端速度与基准轴速度的速度差ΔV是否大于第三预设阈值b1，并统计轴端速度与基准轴速度的速度差ΔV大于第三预设阈值b1的车轴总数，即第二车轴总数，其中，b1＞0。

需要说明的是，第二预设阈值c1以及第三预设阈值b1的取值均是根据经验得到的。

对上述得到的第一车轴总数和第二车轴总数进行求和，便可以得到发生空转的车轴总数。

本发明提供的列车速度共享系统，采用不同的方法确定发生空转的车轴总数，为后续基于发生空转的车轴总数确定发生空转打滑的车轴总数，实现对速度传感器测量得到的轴端速度以及毫米波雷达测量得到的速度信息进行融合计算，从而得到准确的列车速度奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，确定单元，还可以具体包括：第四确定模块、第五确定模块以及第六确定模块；

第四确定模块，用于确定轴端速度对应的车轮速度的减速度变化小于第四预设阈值的第三车轴总数；

第五确定模块，用于确定轴端速度与基准轴速度的速度差小于第五预设阈值的第四车轴总数；

第六确定模块，用于根据第三车轴总数和第四车轴总数，确定发生打滑的车轴总数。

可选地，如图3所示，判断轴端速度对应的车轮速度的减速度变化ΔV

判断轴端速度与基准轴速度的速度差ΔV是否小于第五预设阈值b2，并统计轴端速度与基准轴速度的速度差ΔV小于第五预设阈值b2的车轴总数，即第四车轴总数，其中，b2＜0。

需要说明的是，第四预设阈值c2以及第五预设阈值b2的取值均是根据经验得到的。

对上述得到的第三车轴总数和第四车轴总数进行求和，便可以得到发生打滑的车轴总数。

本发明提供的列车速度共享系统，采用不同的方法确定发生打滑的车轴总数，为后续基于发生打滑的车轴总数确定发生空转打滑的车轴总数，实现对速度传感器测量得到的轴端速度以及毫米波雷达测量得到的速度信息进行融合计算，从而得到准确的列车速度奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，列车共享速度是通过对多个处理器获取的列车融合速度进行比较后获取的；多个处理器之间通过串行外设接口通信连接。

可选地，参见图1，信号处理单元包括两个CPU(CPU1和CPU2)，CPU1和CPU2分别在对速度传感器采集的脉冲信号进行分析后得到列车车轴的轴端速度，并根据列车发生空转打滑的车轴总数将毫米波雷达测量得到的列车速度与轴端速度进行融合计算后，分别得到一个列车融合速度，假设分别为第一列车融合速度和第二列车融合速度，通过对第一列车融合速度与第二列车融合速度进行比较，若第一列车融合速度与第二列车融合速度之间的差值在预设正常范围内，则将第一列车融合速度和第二列车融合速度中的任一作为列车共享速度。

本发明提供的列车速度共享系统，采用2取2的结构实现对列车共享速度的计算，提高了对列车共享速度计算的准确性。

进一步的，在一个实施例中，信号处理单元，还可以具体包括：

TSN芯片，与多个处理器连接，用于提供第一通信网络，以供信息处理单元基于第一通信网络将列车共享速度共享给地面数据中心；

CAN芯片，与多个处理器连接，用于提供第二通信网络，以供信息处理单元基于所述第二通信网络将所述列车共享速度共享给列车各系统。

可选地，参见图1，通过TSN芯片提供第一通信网络如列车骨干网时间敏感型网络分享列车共享速度，其中，骨干网一般采用TCMS系统的既有网络。2个信号处理单元(包括两个CPU、两个TSN芯片以及两个CAN芯片)实现2乘，满足2乘2取2。两个CPU之间通过内部SPI(串行外设接口)总线进行通信，2个信号处理单元通过CAN(控制器局域网络)总线通信，对外采用TSN网络通信。

如图4所示，信号处理单元将得到的列车共享速度通过CAN提供的第二通信网络发送至列车各系统如列车自动保护系统ATP、列车控制和管理系统TCMS、走行部监测系统、弓网检测系统以及轨道检测系统，以及将得到的列车共享速度通过CAN芯片提供的第一通信网络共享给地面数据中心例如信号系统、障碍物检测系统等，实现多系统速度融合和共享；同时预留可以将骨干网提升至TRDP网络或者TSN网络的冗余空间和设备更换接口。

本发明提供的列车速度共享系统，能够实现车辆多系统速度融合和共享，同时避免列车各系统重复安装设备进行对应信号的采集。

进一步地，在一个实施例中，信号处理单元的数量设置为多个，且同一时间仅有一个信号处理单元处于工作模式。

可选地，信号处理单元采用主备冗余的模式进行设置，同一时间内仅有一个信号处理单元处于工作模式，其余的信号处理单元处于备用模式，当处于工作模式的信号处理单元故障时，启动处于备用模式的信号处理单元完成对列车共享速度的分享。

本发明提供的列车速度共享系统，采用主备冗余的设置方式，提高了列车共享速度分享的可靠性。

下面对本发明提供的列车测速方法进行描述，下文描述的列车测速方法与上文描述的列车速度共享系统可相互对应参照。

如图5所示，本发明还提供一种列车速度共享方法，包括：

步骤100、获取列车车轮旋转产生的脉冲信号以及毫米波雷达测得的列车速度；

步骤200、基于多个处理器对列车车轴的轴端速度以及毫米波雷达测得的列车速度进行融合，获取列车融合速度；

步骤300、根据列车融合速度，确定列车共享速度，并将列车共享速度共享给列车各系统以及地面数据中心；

其中，轴端速度是由处理器对脉冲信号进行分析后获取的。本发明提供的列车速度共享方法，对速度传感器以及毫米波雷达所测速度进行融合，实现对列车速度的测量，提高了对列车速度测量的准确性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电源屏(可以是个人计算机，服务器，或者网络电源屏等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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。