本發明涉及數據處理領域，具體涉及一種列車定位裝置及方法。

背景技術：

在城市軌道交通中列車定位一般采用軌道電路法，將鋼軌區分成不同的區段，在每個區段的始端和終端都加上發送/接收器件，構成一個信息傳輸回路。區段空閑時，信息由發送端通過回路傳輸到接收端，接收端繼電器勵磁吸起；當列車進入區段時，輪對將兩根鋼軌短路，信息不能到達接收端，接收端繼電器失磁落下，從而達到列車檢測、定位的目的。

此外，在城市軌道交通中，還采用部署應答器的技術手段進行列車定位。通過將應答器布置在軌旁，當車輛經過應答器時，通過應答器的報文信息獲得車的位置。

然而，軌道電路技術是在鋼軌上通電通過電流回路構成一個檢測系統，但是只能判斷車在區間內，而不能判斷車的精確位置；另外，當車進入一個區段后，由于車輛顛簸或其他原因使得輪對與鋼軌接觸不上從而導致輪對并沒有將兩根鋼軌短路，此時不能檢測出當前車的位置。另外的技術手段是部署應答器，但是應答器的存在只能在車輛經過時，才能判斷車的位置。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本發明提出了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種列車定位方法及裝置。

為此目的，第一方面，本發明提出一種列車定位裝置，包括：

設置在軌旁的多個振動傳感器，通信模塊和數據處理主機；

振動傳感器用于檢測軌道上列車運行時的振動信號；

通信模塊將振動傳感器檢測的振動信號發送數據處理主機，該數據處理主機根據多個振動信號獲取列車的位置信息。

可選地每一振動傳感器連接一通信模塊；

任意相鄰振動傳感器的間距相同。

可選地，相鄰振動傳感器的間距根據振動傳感器檢測到列車經過時產生的振動能量的衰減參數進行設定。

可選地，數據處理主機在接收到兩個以上的振動傳感器檢測的屬于同一列車運行的振動信號時，根據兩個以上振動傳感器的位置確定列車的位置。

第二方面，本發明提供一種基于上述裝置的列車定位方法，包括：

當列車在軌道上運行時，若至少兩個振動傳感器檢測到振動信號，則連接振動傳感器的通信模塊將該振動傳感器檢測的振動信號發送數據處理主機；

數據處理主機接收通信模塊發送的振動信號及檢測該振動信號的振動傳感器的標識，判斷該振動信號是否屬于列車運行產生的振動信號；

若是，則根據振動信號的波形能量和/或振動信號對應的傳播時間段、以及所述標識，獲取該列車當前的位置信息。

可選地，判斷該振動信號是否屬于列車運行產生的振動信號的步驟，包括：

根據振動信號中波形能量的峰值，判斷該峰值是否大于預設的參考峰值。

可選地，根據振動信號的波形能量和/或振動信號對應的傳播時間段以及所述標識，獲取該列車當前的位置信息的步驟，包括：

查看每一振動信號中波形能量是否處于預設的波峰區域，若存在一個振動信號的波形能量處于波峰區域，則獲取該振動信號對應的振動傳感器的標識，根據標識查找振動傳感器的位置，將查找的振動傳感器的位置作為列車的位置。

可選地，在兩個相鄰的振動傳感器發送振動信號時，根據振動信號的波形能量和/或振動信號對應的傳播時間段以及所述標識，獲取該列車當前的位置信息的步驟，包括：

根據Pearson相關系數方式確定兩個振動傳感器的振動信號的相關性；若確認兩個振動信號屬于同一個振動波的振動信號，則根據兩個振動信號分別對應的傳播時間段以及該兩個振動傳感器的標識，獲取該列車當前的位置信息。

可選地，根據兩個振動信號分別對應的傳播時間段，獲取該列車當前的位置信息的步驟，包括：

根據振動信號的中波形能量，確定振動信號的波峰到達第一個振動傳感器的傳播時間段為T1，到達第二個振動傳感器的傳播時間段T2，

則根據確定列車距離第一個振動傳感器的距離l；

根據第一個振動傳感器的位置和距離l，獲得列車當前的位置信息；

其中，L為第一個振動傳感器和第二個振動傳感器之間的間距，第一個振動傳感器的位置是根據第一個振動傳感器的標識確定的。

可選地，所述方法還包括：

每一振動傳感器在發送振動信號之后，將存儲的振動信號及與振動信號相關的數據清零。

由上述技術方案可知，本發明提出的列車定位裝置及方法，通過使用振動傳感器，測量列車運動時產生的振動信號，及振動信號的時間數據等，確定列車相對于發出振動信號的振動傳感器的位置，進而確定列車的位置信息，可以解決現有技術中應答器只能在列車經過時判斷車的位置的缺陷，同時提高列車安全。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的列車定位裝置的結構示意圖；

圖2為圖1中提及的振動傳感器的振動能量的示意圖；

圖3為本發明一實施例提供的列車位置計算的原理示意圖；

圖4為本發明一實施例提供的列車定位方法的方法示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

圖1示出了本發明一實施例提供的列車定位裝置的結構示意圖，如圖1所示，本實施例的列車定位裝置包括：設置在軌旁的多個振動傳感器11，通信模塊12和數據處理主機13；

每一振動傳感器11用于檢測軌道上列車運行時的振動信號；

通信模塊12將振動傳感器11檢測的振動信號發送數據處理主機13，該數據處理主機13根據多個振動信號獲取列車的位置信息。

本實施例中的每一振動傳感器11連接一通信模塊12。本實施例中的數據處理主機12在接收到至少兩個振動傳感器11檢測的屬于列車運行的振動信號且該振動信號中存在一個振動信號的波形能量處于波峰區域，則將處于波峰區域的振動信號對應的振動傳感器11所在的位置作為列車的位置；

或者，數據處理主機12在接收到兩個以上的振動傳感器11檢測的屬于同一列車運行的振動信號時，根據兩個以上振動傳感器11的位置確定列車的位置，如下述所述的根據公式(1)確定列車位置。此時，可理解為屬于同一列車運行的振動信號中不存在處于波峰區域的波形能量，即，列車位于兩個振動傳感器之間的位置，進而采用下述的公式(1)確定列車位置。

本實施例中，當列車在鐵路軌道上運行時，車輪與軌道之間的彈性接觸會引起機械振動，這種振動會被安裝在軌旁的振動傳感器接收到，然后振動傳感器將接收到的數據信息通過通信模塊發送到數據處理主機。

為較好的進行列車定位，本實施例中可使得任意相鄰振動傳感器的間距相同。當然，在其他實施例中，也可以使相鄰振動傳感器的間距不相同，每一振動傳感器的位置在數據處理主機中均有記錄，本實施例中可以獲知列車距離最近的振動傳感器的距離即可獲知列車當前的位置信息。

本實施例中的列車定位裝置中的振動傳感器、通信模塊、數據處理主機均屬于地面設備，該地面設備檢測的列車位置信息可發送給列車自動監控系統進行后續作業。

本實施例中設置振動傳感器的原理是，當列車運動時，會引起軌道振動，這種振動表現為機械波，可以通過振動傳感器測量。

考慮到列車為一質點，列車在由遠及近經過振動傳感器，最后遠離振動傳感器時，由于鐵軌阻尼的作用，機械波傳播越遠其能量越小，因此，其振幅的包絡表現為近似的梯形。如圖2所示。

其中，圖2中示出的t1、t2、t3、t4、t5均為時刻信息。在圖2中t1時刻點到t2時刻點之間，由于列車距離振動傳感器較遠，所以振動能量比較弱，可以認為振動傳感器不能測量到振動信號；

在t2時刻點到t3時刻點，列車逐漸接近振動傳感器，振動能量逐漸增強；

在t3時刻點到t4時刻點，列車經過振動傳感器，振動能量最強，并且在整個通過過程中，保持不變或者變化幅度很小；考慮到列車具有一定的長度和速度，其經過一個振動傳感器，需要一定的時間，所以t3時刻點到t4時刻點不是完全重合的；

在t4時刻點到t5時刻點階段，列車逐漸遠離振動傳感器，振動能量逐漸減小；

從t5時刻點后，由于距離太遠，可以認為振動傳感器不能測量到振動的信號。

本實施例的列車定位裝置中，當列車測量的振動波的振幅位于這個梯形的上底時，即圖2中位于t3到t4之間時，可以認為列車正在經過振動傳感器，此時，可將振動傳感器的位置信息作為列車的位置信息。

當列車在兩個振動傳感器之間時，振動產生的機械波被相鄰兩個振動傳感器均檢測到。根據同一個波峰或波谷傳到其相鄰傳感器的時間，通過比例，就能得到任意時刻列車的位置。

參照圖3所示，圖3示出的是軌旁的兩個振動傳感器均檢測到屬于同一個振動波的振動信號。兩個振動傳感器的間隔距離為L。列車在兩個振動傳感器中間運行，產生振動機械波。

假設波峰到達振動傳感器1的傳播時間為T1，到達振動傳感器2的傳播時間為T2，則列車距離振動傳感器1的距離為：

由此，可根據振動傳感器1的位置信息，以及上述的距離l實現為列車定位。

特別說明的是，上述通過兩個振動傳感器確定的列車位置存在誤差，因為列車在圖3中列車位置的運動引起振動，經過一段時間t才能被振動傳感器1接收，在時間t內，列車運行的距離

d＝v*t，d為距離，v為車的速度。這個距離d就是誤差。

在本實施例中，考慮到機械波在鋼軌中的傳播速度超過了4900m/s，而車的運行速度一般不超過30m/s；并且相鄰波峰間時間差為us級，可以認為誤差很小。

另外，上述圖1中相鄰振動傳感器的間距根據振動傳感器檢測到列車經過時產生的振動能量的衰減參數進行設定。

應說明的是，此處的兩振動傳感器之間的間距L應根據以下原則設置：由于振動波是攜能量傳輸的，但在傳輸中能量會逐漸衰減，當其能量衰減為0時就停止傳輸，所以在此L的長度必須在振動波的能量大于0的范圍內。在此為保證上述列車定位裝置的可靠性，L的長度設定為振動波能量衰減到一半的位置。即，列車在兩個振動傳感器之間運行時，該兩個振動傳感器接收到振動波的能量均是大于等于最大振動能量的一半。最大振動能量可為列車經過振動傳感器時，該振動傳感器檢測的振動波的振動能量。

圖4示出了本發明一實施例提供的列車定位方法的方法示意圖，該列車定位方法是基于上述實施例描述的列車定位裝置的定位方法，該方法具體包括下述步驟。

401、當列車在軌道上運行時，若至少兩個振動傳感器檢測到振動信號，則連接該振動傳感器的通信模塊將該振動傳感器檢測的該振動信號發送數據處理主機。

本實施例中，每一振動傳感器均是測量列車經過時的振動信號。應說明的是，振動信號中是包括記錄有產生該信號的時間點信息的，如圖2中所示的t2、t3、t4、t5等時間點信息。

通信模塊的作用是把振動傳感器檢測的振動信號傳遞給數據處理主機。

數據處理主機的作用是記錄和處理振動傳感器的振動信號，并依據該振動信號確定列車的位置，或者還可以確定列車的速度等信息。

402、數據處理主機接收通信模塊發送的振動信號及檢測該振動信號的振動傳感器的標識，判斷該振動信號是否屬于列車運行產生的振動信號；若是，則執行步驟403，否則，結束。

在實際應用中，數據處理主機接收通信模塊轉發的振動信號，還包括發送該振動信號的振動傳感器的標識，根據標識確定屬于哪一個振動傳感器發送的。

在本步驟中，判斷該振動信號是否屬于列車運行產生的振動信號，可具體為：

根據振動信號中波形能量的峰值，判斷該峰值是否大于預設的參考峰值，若大于，即可理解，該振動傳感器檢測到的振動信號屬于列車經過時產生的振動信號。

結合前述圖2來說，參考峰值可為振動能量示意圖中t3位置縱坐標與t2位置縱坐標之差的一半，即0.7及0.7以上數值。

403、若步驟402中確定振動信號屬于列車運行產生的，則根據振動信號的波形能量和/或振動信號對應的傳播時間段以及所述標識，獲取該列車當前的位置信息。

本實施例中的數據處理主機通過接收到的振動信號來判斷當前振動波的波形能量(即上述描述的振動能量)，若接收到的波形能量處于圖2中的梯形的上底，即t3到t4階段時說明列車正在通過振動傳感器，通過識別振動傳感器的位置即可獲得列車的位置。

進一步地，還可獲知列車運行速度，例如，列車的速度等于列車的長度除以梯形上底的時間即這里l_列車為列車長度。

舉例來說，數據處理主機接收到至少兩個振動傳感器發送的振動信號時，步驟403可具體為：

查看每一振動信號中波形能量是否處于預設的波峰區域(即類似于圖2中的t3與t4之間的波峰區域)，若存在一個振動信號的波形能量處于波峰區域，則獲取該振動信號對應的振動傳感器的標識，根據標識查找振動傳感器的位置，將查找的振動傳感器的位置作為列車的位置。即根據標識在預設的振動傳感器位置信息表中查找振動傳感器的位置，將查找的振動傳感器的位置作為列車的位置。

需要說明的是，在實際應用中，根據振動傳感器檢測到列車經過時產生的振動能量的衰減參數進行設定，為此，在列車在軌道上運行時，至少存在兩個振動傳感器檢測到振動信號。

另外，若列車位于兩個振動傳感器之間時，此時數據處理主機接收到至少兩個相鄰振動傳感器通過通信模塊發送的振動信號，則可以先通過Pearson相關系數方式確定兩個振動傳感器的振動信號的相關性；若確認兩個振動信號屬于同一個振動波的振動信號，且確認每一振動信號中波形能量都不處于波峰區域，則根據公式(1)確定列車位置。

也就是說，在兩個相鄰的振動傳感器發送振動信號時，上述步驟403可具體為：

根據Pearson相關系數方式確定兩個振動傳感器的振動信號的相關性；若確認兩個振動信號屬于同一個振動波的振動信號，則根據兩個振動信號分別對應的傳播時間段以及該兩個振動傳感器的標識，獲取該列車當前的位置信息。

例如，根據振動信號的中波形能量，確定振動信號的波峰到達第一個振動傳感器的傳播時間段為T1，到達第二個振動傳感器的傳播時間段T2，

則根據確定列車距離第一個振動傳感器的距離l；

根據第一個振動傳感器的位置和距離l，獲得列車當前的位置信息；

其中，L為第一個振動傳感器和第二個振動傳感器之間的間距，第一個振動傳感器的位置是根據第一個振動傳感器的標識確定的。

應說明的是，在處理兩個相鄰的振動傳感器發送的振動信號時，如果為同一個機械波，則記錄振動信號并設置波形編號，計算相鄰的機械波(即振動信號)時間差。振動傳感器持續接收到機械波，對這些機械波進行相關性判斷和波形相似度計算，確保兩個相鄰傳感器收到的波形都是同一個時間點發出的機械波。也就是說，當兩個振動傳感器判斷彼此收到的波形為同一個時間點發出的同一個機械波時，分別對這個機械波設置相同的編號，同時記錄接收的時間以及與上一個機械波的時間差。

另外，需要說明的是，本實施例的列車定位裝置中的每一振動傳感器在發送振動信號之后，將存儲的振動信號及與振動信號相關的數據清零，例如，將波形序列號以及時間數據等的清零，讓清零后的振動傳感器來接收下一周期的數據/振動信號。可理解的是，為保證振動傳感器每次檢測的信號不混淆，故，在每次檢測并發送之后，將振動傳感器內存儲的振動信號進行清除。

本實施例的方法，通過使用振動傳感器，測量列車運動時產生的振動信號，及振動信號的時間數據等，確定列車相對于發出振動信號的振動傳感器的位置，進而確定列車的位置信息，可以解決現有技術中應答器只能在列車經過時判斷車的位置的缺陷，同時提高列車安全。

本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發明的范圍之內并且形成不同的實施例。

本領域技術人員可以理解，實施例中的各步驟可以以硬件實現，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現，或者以它們的組合實現。本領域的技術人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數字信號處理器(DSP)來實現根據本發明實施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發明還可以實現為用于執行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產品)。

雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內。