[发明专利]基于钢轨形变/应力参数的车辆测速方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量轨道交通系统中车辆运行速度的方法，尤其涉及一种基于钢轨的形变或应力参数实现的轨道交通车辆速度测量方法，属于列车运行监测技术领域。 

背景技术

在轨道交通系统中，对列车运行速度的监控是确保列车安全正点运行的重要因素。现有技术中一般使用雷达测速、激光测速或车载测速设备来测量列车的运行速度。但这些设备都存在一定的使用缺陷。例如对于激光和雷达测速设备而言，在沙尘和雨雪天气下会受到空气中异物的干扰，影响测量的精度。采用雷达测速还会产生电磁干扰，影响铁路无线信号系统中关键信息的传递。使用车载测速设备也存在车地之间的通信是否畅通的问题，地面指挥系统并不是在任何情况下都能方便地采集到列车速度数据。 

鉴于现有车辆测速技术所存在的不足，人们先后提出一些改进的列车运行速度测量方案。例如在公开号为CN1769845的中国发明专利申请中，提出了一种沿轨道移动物体位置和速度的检测方法。其技术方案是基于挡板式透光挡光原理判断物体相对移动，设计一个定位测速系统对沿轨道移动的物体进行定位和测速。但是，该技术方案是基于透光挡光的原理实现的，在抗干扰性方面仍然存在不足。 

另外，在公开号为CN1676389的中国发明专利申请中，公开了一种基于光纤光栅的铁路监控系统。该系统中，将光纤的一部分附着在铁路的一对轨道之一上。对应于该部分光纤所附着的轨道特性的变化，光纤本身的特性也发生变化。通过接收和分析变更的光信号，就可以利用光信号中包含的信息来确定所附着轨道的特性变化。因为火车车轴之间的实际分离间隔通常是公知的，通过应用连续车轴通过具体布雷格光栅所花的时间周期，该系统可以很容易地确定火车的瞬时速度。 

但是，上述铁路监控系统只是大略地提出了利用光纤光栅进行车辆测速的技术思路，并没有提供具体的实现方案。而且，在该发明中，将光纤直接附着在轨道上进行有关参数的监测(参见该专利申请的图2)，这种直接测量方式很容易导致出现光纤被飞石击毁的情况。从事直接测量的传感器也容易脱落或失效，不宜长期使用。因此在实际操作中，上述发明专利申请所提供的直接测量方式是不可取的。

经过研究，本发明人认为钢轨上的应力和形状变化是与车轮运动位置相对应的。通过测量钢轨形变或应力参数的传感器实时测量钢轨在车辆运行方向上的不同位置应力或形状变化发生的时间差，就可以得到列车通过速度的数据。但是，现有技术中对钢轨形变参数的测量一直仅用于钢轨制造和维护以及建立轮轨受力模型，并没有用在车辆的速度测量方法之中。 

另外，由于对钢轨之类的弹性体而言，其形变和内部的应力成正比，测量形变就相当于测量应力，为方便起见，在下文中统一采用测量形变参数的表述。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术方案所存在的不足和国内高速轮轨系统的实际需求，提供一种基于钢轨的形变或应力参数实现的轨道交通车辆速度测量方法。该方法不仅测量精度高，而且抗干扰能力强。 

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案： 

一种基于钢轨形变/应力参数的多测量点车辆测速方法，其特征在于： 

在钢轨延伸方向上布置两个测量点，分别布置形变/应力传感器；所述形变/应力传感器分别对同一轮对的经过时刻进行记录；将两个测量点相距的长度除以两次记录时刻之差就得到列车经过该段距离的平均速度；其中， 

在判断是否是同一轮对时，首先分析两个测量点的状态序列变化，对00 10 11 01 00序列，即判断为有车轮由第一测量点到第二测量点，计轴数加1；对00 01 11 10 00序列，即判断有车轮由第二测量点到第一测量点，计轴数减1，从而确定两组传感器感应的信号是同一个轮对； 

在确定两个测量点相距的长度时，首先建立不同的钢轨型号和传感器安装方式下与形状变化相关的误差曲线的计算函数，在实际测量时，利用该计算函数计算得到相应的长度误差修正值。 

或者，在确定两个测量点相距的长度时，针对不同的钢轨型号和传感器安装方式，在仿真系统上测量出不同受力情况下的误差数据，并制作成误差修正表格；在实际测量时，根据形状变化的大小查表得到长度误差修正值。 

在确定轮对经过时刻时，首先计算当前时刻的曲线离散导数，根据当前时刻的曲线离散导数与采样数据前期导数的符号进行判断比较，如果两者符号不同则可以认为产生了一个曲线拐点，该曲线拐点就是用于计算轮对通过测量点时刻的峰值点。