本技术介绍了一种创新的铁路里程测量方法及其系统,该方法利用傅里叶分析技术。该技术属于铁路信号技术领域,通过离散傅里叶变换(DFT)对离散时域信号x[n]进行处理,以实现铁路里程的精确测定。
背景技术
铁路信号基础设施系统复杂,关联因素多。为保障列车运行安全、提高作业效率,一般采用电务检测车对信号轨旁设备进行动态检测,为信号系统的安全评估和养护维修提供数据支持(可详见这篇文献:张玮.铁路电务检测车的开发及应用[J].铁路计算机应用,2009,18(3):46-48)。
上述数据支持获得的定位数据包括:车辆的实时速度、经纬度等。车载TAX箱数据通道通过自动检测系统主要通过对车辆实时速度进行积分运算,推导检测数据对应的绝对里程(具体原理请详见这篇文献:谢保锋,高利民,孟景辉,等. 高速综合检测列车CTCS-3级列控动态检测系统[J].铁路技术创新,2012(1):85-88),因此累积误差是导致系统定位偏差的主要原因;其次,检测车在站内线路走行路径不确定,当检测车经侧线运行时,系统推算出的距离与线路的绝对里程不对应;最后,定位系统自身的数据误差及偶发的错误也是导致定位偏差的原因之一。
为了对定位系统输出结果进行校核并修正系统累积误差,提高系统容错能力,需对系统推算位置进行校正。传统的技术方案是通过预设绝缘节作信号中继检测手段或视为一种信号节点,通过统计绝缘节进行运算,测定出修正值的绝对值与预设阈值作对比,判断定位误差是否过大或过小,并以此为判据报警通知地面人员或随车工程师介入。或是直接统计触发绝缘节的信号个数,通过数据库记录触发信号个数与里程数对应关系。通过根据收到的触发信号个数查找其在数据库中对应的里程修正值,并加以修正;其具体的实施原理可参阅如下四篇现有技术文献:
(1)孟景辉. 绝缘节定位在铁路专业检测车中的应用探讨[J].铁道标准设计,2017,61(3):148-152;
(2)杨吉,许庆阳,段贺辉,等. 铁路信号动态自动检测系统研究[J].铁路技术创新,2021(6):98-103;
(3)赵文军,王瑞锋,佘朝富,等. 一种基于铁路轨道绝缘节移频信号的里程修正值获取装置[P].CN201220647494.9, 2012-11-30;
(4)汪鑫,王源,王平,等.高速铁路动检车检测数据里程误差评估与修正[J].铁道标准设计,2018(7):46-50。
但是,这种传统技术存在如下技术问题:
1)当预设阈值偏离客观阈值时,计算出的距离值可能与实际距离存在偏差。导致系统错误地判断列车当前途经的绝缘节,进而影响到后续的定位和里程修正。
2)修正值计算不准确:由于距离值存在偏差,根据该值计算出的修正值也会不准确。这将直接影响到系统对列车绝对里程的修正效果,导致修正后的里程与实际里程存在较大误差。
3)累积误差增大:随着时间的推移和列车的不断运行,由于每次修正都存在偏差,这些偏差会逐渐累积,导致系统的定位误差越来越大。这将严重影响到列车运行的安全性和准确性。
具体来说,如图2所示,将绝缘节中点视为信号检测节点时,因绝缘节中点附近当前区段载频电压信号与下一区段载频电压信号形成交叉,同时会发生载频切换,补偿电容检测系统也会输出负向脉冲;由于绝缘节的绝对位置已知,传统的技术方式就以此根据绝缘节中点的自动识别,即可获得当前列车位置的偏差值(可结合该文献进行进一步理解:孟景辉. 绝缘节定位在铁路专业检测车中的应用探讨[J].铁道标准设计,2017,61(3):148-152)。
如果将上述关系算法化,即设t时刻轨道电路载频电压为,下一区段载频电压为;在下一检测周期 (即t+1时刻)的2种载频电压分别为,则在该交叉点处电压关系为:
;
利用上式判断2种载频电压的交叉点,若该位置处同时出现载频切换或补偿电容检测数据负向脉冲,则判断该位置对应地面绝缘节设备。利用实际检测数据结合仿真识别系统,并利用上式进行校核就可以识别出绝缘点的位置,地面仿真识别系统中识别的绝缘节的位置见图3和图4中的小点标识;
当识别出绝缘节后,会遇到如下两种可能的情况:
1)情况一:列车的绝对里程 (最佳估计值) 已知,由于绝缘节是沿线路顺序分布的,根据数据库即可获得该绝缘节的名称、绝对里程、经纬度信息等基础信息。
2)情况二:列车的绝对里程未知(如因车载主机复位导致数据丢失等故障 ),则根据检测计划(及复位前的断点信息)搜索本次交路基础信息数据库,并依次计算起始作业起始位置(或复位里程断点)之后第i个绝缘节的经纬度与t时刻列车所处经纬度的距离值。若距离值小于预设阈值T时,即可判断t时刻途经绝缘节为i,并通过数据库获取其基础里程。
对于情况二而言,普遍的做法是设t时刻系统里程坐标为,t+1时刻系统里程坐标为,通过数据库取得的当前绝缘节绝对里程为,然后得到系统里程修正值C:
;
若C的绝对值大于预设阈值T,则判断定位误差过大,报警通知地面人员或随车工程师介入,若小于预设阈值T则利用C修正当前绝对里程。
但上述实施方式的实践效果不佳,因为预设阈值T的设定普遍是基于人为主观赋值的。如若预设阈值T的设定偏离客观上的合理阈值,则导致距离值及修正值C判断偏差,进一步导致系统错误地判断列车当前途经的绝缘节,进而影响到后续的定位和里程修正。倘若持续偏离,由于每次修正都存在偏差,这些偏差会逐渐累积,导致系统的定位误差越来越大。这将严重影响到列车运行的安全性和准确性。
即,本申请所要解决的技术问题为:如何拟定一个准确的预设阈值。
为此,本发明提出一种基于傅里叶分析的铁路里程测定方法及系统。
实现思路