一种轨交列车运动状态高精度感知设备及感知方法与流程

技术特征：
1.一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，包括：壳体(2)，内部中空，壳体(2)的顶面与列车车体外部底面固定；面板(1)，固定在壳体(2)的一侧侧壁外部，用于显示系统数据和设置设备参数；运动状态监测传感器，固定在壳体(2)的内部或外部，用于监测列车运行状态；中央数据处理器(4)，固定在壳体(2)内部，与运动状态监测传感器、面板(1)电连接或无线通信信号连接，用于将运动状态监测传感器的数据进行处理并输出处理结果，以及与面板(1)进行输入输出通信。2.如权利要求1所述的一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，所述运动状态监测传感器包括：多普勒雷达，安装在壳体(2)的内部，其电磁波发射方向在列车速度方向的纵轴面上，并与地面成一定夹角，其电磁波发射方向正前方的壳体(2)镂空且镶嵌雷达透波罩(3)，雷达透波罩(3)采用电磁波可穿透的材质，使电磁波可以穿透所述雷达透波罩(3)对地面进行探测，用于测量列车的运行速度；激光测距仪(6)，固定在壳体(2)的外部下方，激光发射角度垂直于地面，用于测量列车位移信息，辅助实现列车定位。3.如权利要求2所述的一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，所述多普勒雷达包括两部完全相同的第一多普勒雷达(51)和第二多普勒雷达(52)，第一多普勒雷达(51)和第二多普勒雷达(52)对地面的探测角度不同，融合第一多普勒雷达(51)和第二多普勒雷达(52)的测量结果，可以适应列车各类安装高度和消除列车振动对测速精度的影响。4.如权利要求3所述的一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，所述运动状态监测传感器还包括陀螺仪(8)，安装在壳体(2)内部，其三轴测量方向与列车的横向、纵向及垂向方向一致，用于测量列车的运行方向，辅助实现列车定位。5.如权利要求4所述的一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，所述运动状态监测传感器还包括gps/北斗接收机(9)，安装在壳体(2)内部，用于接收gps或北斗卫星导航系统的卫星数据，实现在可接收卫星信号环境下的列车绝对位置定位。6.如权利要求1所述的一种轨交列车运动状态高精度感知设备，其特征在于，所述运动状态监测传感器还包括加速度计(7)，安装在壳体(2)内部，其三轴测量方向与列车的横向、纵向及垂向方向一致，用于测量列车的三轴加速度信息，辅助实现列车定位。7.一种轨交列车运动状态高精度感知方法，其特征在于，使用如权利要求1～6中任一项所述的轨交列车运动状态高精度感知设备实现，用于进行轨交列车的高精度位移测量，包含步骤：s1、所述激光测距仪(6)持续发射垂直于地面的激光，测量激光发射点到测量点的直线距离d
测
，d
测
实时传输到中央数据处理器(4)，并计算测量点与轨面之间的高程差δd，计算公式为：δd＝d
测
‑
d
轨
；其中，d
轨
为预设在中央数据处理器(4)中的激光发射点到轨面的高度；s2、所述多普勒雷达持续发射电磁波探测地面，根据多普勒效应，中央数据处理器(4)计算出列车运行速度，并积分速度值得到位移量，设一阶段位移量l
阶
，l
阶
＝0，并开始累计l
阶
；
s3、将δd值与预设在中央数据处理器(4)中的枕轨与轨面间的高程差值进行比对，如符合则设一短时位移量l
短
，l
短
＝0，并开始累计l
短
，直到δd值不再符合该特征值时结束累计；s4、将l
阶
与预设在中央数据处理器(4)中的一个枕轨段长度值l
轨
进行比对，当l
阶
＝l
轨
时，将l
短
与预设在中央数据处理器(4)中的枕轨宽度值w
轨
进行比对：若l
短
＝w
轨
，则判断列车经过了一个枕轨，将存储在中央数据处理器(4)中的列车累计位移量l
累
增加l
轨
，并返回步骤s1继续测量；若l
短
≠w
轨
，则判断为枕轨缺失，将存储在中央数据处理器(4)中的列车累计位移量l
累
增加l
阶
，并返回步骤s1继续测量。8.一种轨交列车运动状态高精度感知方法，其特征在于，使用如权利要求1～6中任一项所述的轨交列车运动状态高精度感知设备实现，用于进行轨交列车的实时自主定位，包含步骤：s10、当可正常接收gps/北斗卫星信号进行卫星定位时，通过gps/北斗接收机(9)实时定位列车的绝对位置；s20、当gps/北斗卫星信号丢失无法卫星定位时，记录最后接收卫星信号位置为起始位置，从起始位置开始实时采集列车位移信息和列车运行方向信息，得出列车运行轨迹，与轨交地图进行比对和定位，实现列车自主实时定位。9.如权利要求8所述的轨交列车运动状态高精度感知方法，其特征在于，步骤s20中，所述列车位移信息采用如权利要求7中所述的轨交列车的高精度位移测量的步骤获取。10.如权利要求8所述的轨交列车运动状态高精度感知方法，其特征在于，步骤s20中，所述列车运行方向信息获取步骤为：s201、通过陀螺仪(8)测量得到列车即时运动方向，发送到中央数据处理器(4)；s202、通过已知算法，由多普勒雷达的测量值可以计算出列车为前进或后退状态，发送到中央数据处理器(4)；s203、由中央数据处理器(4)融合s1与s2的结果，得出列车的运行方向信息。

技术总结
本发明涉及一种轨交列车运动状态高精度感知设备，包括：壳体、面板、运动状态监测传感器和中央数据处理器，通过中央数据处理器将各运动状态监测传感器的多源数据融合处理，在不依赖轨交地面测量系统和车载信号系统的情况下，可以自主获取列车运行方向、实时速度、位移信息、实时位置和加速度等信息。本发明还涉及一种实现轨交列车高精度位移测量的方法，采用雷达测速和激光测距联合测量的方法实现列车位移信息的获取，可以实现各类轨交条件下的高精度位移测量。本发明还涉及一种实现轨交列车实时自主定位的方法，通过融合处理列车位移信息和运行方向信息，结合轨交地图即能实现列车实时位置感知，且精度高、实时性好。实时性好。实时性好。


技术研发人员：王海涛 陈潜 张金强 何静 魏维伟 袁伟 柯文雄 陈斌 段存高 刘士川 付朝伟 周明宇
受保护的技术使用者：上海无线电设备研究所
技术研发日：2021.08.11
技术公布日：2021/10/19