電力牽引列車接近判別方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電力牽引列車接近判別方法。本發(fā)明專利技術(shù)由信號采集模塊1、存儲模塊2、時域自適應(yīng)幅度分析模塊3、時域滑動窗口分析模塊4、時域接近判決模塊5、自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6、工頻頻譜滑動窗口分析模塊7、頻域接近判決模塊8和時、頻域綜合接近判決模塊9構(gòu)成。本發(fā)明專利技術(shù)利用自適應(yīng)的方法對軌道電路信號進(jìn)行時域和頻域特征判斷，以確定列車接近過程。時域上采用軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限的判斷方法，頻域上采用軌道信號在工頻點處頻譜強(qiáng)度超過設(shè)定門限的判斷方法；更優(yōu)的判斷方法是將時域上軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限的判斷方法與頻域上軌道信號在工頻點處頻譜強(qiáng)度超過設(shè)定門限的判斷方法結(jié)合起來，實現(xiàn)列車接近判決。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是應(yīng)用于鐵路電力牽引線路列車接近的安全防護(hù)與安全警示領(lǐng)域中，涉及鐵路安全生產(chǎn)與防護(hù)作業(yè)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、信號獲取與處理、電子裝置抗干擾技術(shù)等多個領(lǐng)域，具體是采用信號處理方法對采集到的鐵路電力牽引線路信號進(jìn)行時域與頻域兩方面的信號分析，超視距準(zhǔn)確判別列車接近過程，并發(fā)出警示信息提示施工人員及時下線避讓，確保鐵路線路的檢修、施工作業(yè)人員的人身安全，提高了作業(yè)人員工作效率。
技術(shù)介紹
隨著國民經(jīng)濟(jì)和鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，我國鐵路已經(jīng)進(jìn)入高速電氣化鐵路時代，鐵路運輸對重載、聞速、聞效等方面的要求不斷提聞，電力牽引機(jī)車、聞鐵、動車組成為電氣化鐵路運輸?shù)闹饕囆停囁俚牟粩嗵岣咭约败嚵髅芏鹊脑龃笫硅F路線路維護(hù)和作業(yè)人員的人身安全防護(hù)成為確保鐵路安全生產(chǎn)的重要任務(wù)，鐵路相關(guān)部門要求上線路檢修作業(yè)，必須設(shè)專人瞭望防護(hù)，確保線路檢修作業(yè)人員的人身安全，杜絕險情，及時撤離線路以保證列車的正常運行。但是受到鐵·路線路環(huán)境的影響，光照強(qiáng)度、氣候因素、涵洞、彎道線路以及線路周圍的樹木、建筑物都會阻礙視線，產(chǎn)生防護(hù)盲區(qū)。如果作業(yè)地點離這些盲區(qū)較近，則會存在安全隱患，危及作業(yè)人員的人身安全。另外，鐵路運力緊張，為保證高效運輸，列車的開行密度較以往大大提高，過去的“開天窗”檢修作業(yè)，雖然充分保證了人身安全，但是也降低了列車的運輸效率，如何既保證人身安全又不影響運輸效率是目前鐵路工務(wù)、車輛、機(jī)務(wù)、電務(wù)部門檢修生產(chǎn)作業(yè)都需要面臨的重要問題，列車接近自動報警器成為專人瞭望防護(hù)手段的有效補(bǔ)充。目前的列車接近報警器的主要工作原理可分為監(jiān)測點觸發(fā)和振動測量兩種。監(jiān)測點觸發(fā)型列車接近報警器是將報警器監(jiān)測端布置在離施工地點數(shù)公里之外，當(dāng)列車通過報警器時觸發(fā)報警器，報警器通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將報警信號傳遞到施工地點，通過揚聲器進(jìn)行警告輸出。這種方法的缺點是施工人員往往要徒步數(shù)公里去放置和回收報警器檢測端，并且要調(diào)試網(wǎng)絡(luò)線路，特別是無線傳輸會受到地形和氣候的影響，發(fā)送接收裝置要配備功率放大設(shè)備，成本很高。振動測量型列車接近報警器是將報警器放置于施工現(xiàn)場，通過測量振動信號的強(qiáng)弱判別列車接近，但是由于電氣化鐵路的枕木、道砟等都采用了吸能減震設(shè)計，極大地削弱了振動信號的強(qiáng)度，使得振動測量型列車接近報警器的工作效果不能盡如人意。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)應(yīng)用了和現(xiàn)有的列車接近報警器不同的工作原理和分析方法。從原理上，由于電力牽引型列車在行進(jìn)過程中，需要連接接觸網(wǎng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動列車，接觸網(wǎng)、列車以及鋼軌形成一個閉合回路，在列車接近過程中鋼軌上的電流會逐漸增大，因此檢測鋼軌上的電流變化特征可以準(zhǔn)確的判斷電力牽引機(jī)車的接近。在分析方法中，對電磁感應(yīng)型傳感器采集到的軌道電路信號進(jìn)行數(shù)字化，將數(shù)字化后的信號進(jìn)行時域分析、頻域分析或同時進(jìn)行時域分析和頻域分析，得出列車接近信號的時域和頻域特征，利用自適應(yīng)的方法對時域和頻域特征進(jìn)行判斷，以確定列車接近過程。本專利技術(shù)方法是由信號采集模塊1、存儲模塊2、時域自適應(yīng)幅度分析模塊3、時域滑動窗口分析模塊4、時域接近判決模塊5、自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6、工頻頻譜滑動窗口分析模塊7、頻域接近判決模塊8和時、頻域綜合接近判決模塊9構(gòu)成。本專利技術(shù)方法中，信號采集模塊I用于采集軌道電路信號，隨即用存儲模塊2將采集到的軌道電路信號存儲起來，即將信號采集模塊采集的軌道電路信號存儲到嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器中或是PC機(jī)的內(nèi)存中，進(jìn)而對軌道電路信號進(jìn)行數(shù)字化，將數(shù)字化后的信號進(jìn)行時域分析、頻域分析或時、頻域綜合分析，得出列車接近信號的時域和頻域特征，利用自適應(yīng)的方法對時域和頻域特征進(jìn)行判斷，實現(xiàn)列車接近判決。時域分析時，由于無列車接近時軌道信號幅度平穩(wěn)且幅值很低，列車接近時信號幅度會逐漸提高，因此時域分析采用了軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限的判斷方法，即根據(jù)施工地點的信號幅度強(qiáng)度自適應(yīng)設(shè)置幅度門限，當(dāng)軌道信號時域幅度超過幅度門限時，判決結(jié)果為有列車接近，如不超過幅度門限則判決結(jié)果為無列車接近。軌道信號時域幅度衡量依據(jù)選自幅值、峰峰值、最大值、平均值或能量值以及其中任意兩種或兩種以上的任意組合。軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限的判斷方法是通過自適應(yīng)幅度分析模塊3和時域接近判決模塊5實現(xiàn)的。時·域自適應(yīng)幅度分析模塊3通過統(tǒng)計無列車接近時平穩(wěn)狀態(tài)下的信號平均幅度，并以此為基礎(chǔ)乘以一個大于I的常數(shù)系數(shù)得到自適應(yīng)幅度門限，當(dāng)軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限后判決有列車接近。更優(yōu)化的判斷方法是通過自適應(yīng)幅度分析模塊3、時域滑動窗口分析模塊4和時域接近判決模塊5實現(xiàn)。時域自適應(yīng)幅度分析模塊3通過統(tǒng)計無列車接近時平穩(wěn)狀態(tài)下的信號平均幅度，并以此為基礎(chǔ)乘以一個大于I的常數(shù)系數(shù)得到自適應(yīng)幅度門限，在獲得的自適應(yīng)幅度門限條件基礎(chǔ)上，附加幅度逐漸提升約束，時域滑動窗口分析模塊4利用滑動窗口技術(shù)逐塊統(tǒng)計軌道信號時域幅度強(qiáng)度值，確保時間順序上的各窗口中時域幅度強(qiáng)度逐漸提高，窗口中時域幅度強(qiáng)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)選自窗口中時域幅度的絕對值之和、平均值、能量值以及其中兩種或兩種以上組合，當(dāng)窗口中時域幅度強(qiáng)度值超過設(shè)定門限后判決有列車接近。歐洲如英法等主要國家、日本和我國的電氣化鐵路均采用了單相25kv50Hz或60Hz的電力供應(yīng)，機(jī)車牽引電路的頻率為工頻頻率(50Hz或60Hz)。本專利技術(shù)方法就是利用了電氣化鐵路采用的工頻交流供電方式的頻率特性，求得工頻點處的頻譜強(qiáng)度，信號在工頻點處的頻譜強(qiáng)度衡量依據(jù)可選自傅立葉譜的模值、實部值、虛部值、離散余弦變換系數(shù)、小波變換系數(shù)、功率譜或者自相關(guān)函數(shù)以及其中任意兩種或兩種以上的組合，當(dāng)工頻點處頻譜強(qiáng)度達(dá)到自適應(yīng)工頻點處頻譜強(qiáng)度門限后判決列車接近。軌道信號在工頻點處頻譜強(qiáng)度超過設(shè)定門限的判斷方法是通過自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6和頻域接近判決模塊8實現(xiàn)的。自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6通過計算無列車接近時信號在工頻點處平均頻譜強(qiáng)度，并以此為基礎(chǔ)乘以一個大于I的常數(shù)系數(shù)獲得自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度門限，當(dāng)軌道信號工頻頻譜強(qiáng)度達(dá)到自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度門限后判決有列車接近。更優(yōu)化的判斷方法通過自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6、工頻頻譜滑動窗口分析模塊7和頻域接近判決模塊8實現(xiàn)。自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊6通過計算無列車接近時信號在工頻點處平均頻譜強(qiáng)度，并以此為基礎(chǔ)乘以一個大于I的常數(shù)系數(shù)獲得自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度門限，在獲得自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度門限的基礎(chǔ)上，附加工頻點處頻譜強(qiáng)度的逐漸提升約束，工頻頻譜滑動窗口分析模塊7利用滑動窗口技術(shù)逐塊統(tǒng)計軌道信號工頻頻譜強(qiáng)度值，確保時間順序上的各窗口中工頻頻譜強(qiáng)度逐漸提高，窗口的工頻頻譜強(qiáng)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)選自窗口中工頻頻譜的絕對值之和、平均值、能量值以及其中兩種或兩種以上組合，當(dāng)滿足窗口中工頻頻譜強(qiáng)度超過自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度門限后判決有列車接近。除分別采用軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限判斷方法或軌道信號在工頻點處頻譜強(qiáng)度超過設(shè)定門限的判斷方法獨立判決列車接近之外，更優(yōu)的選擇是軌道信號時域幅度超過設(shè)定門限判斷方法與軌道信號在工頻點處頻譜強(qiáng)度超過設(shè)定門限判斷方法合使用，當(dāng)軌道信號時域幅度和工頻點處頻譜強(qiáng)度同時超過設(shè)定門限時實現(xiàn)列車接近判決。附圖說明 圖1為本專利技術(shù)的原理框圖。圖中I是信號采集模塊、2是存儲模塊、3是時域自適應(yīng)幅度分析模塊、4是時域滑動本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
電力牽引列車接近判別方法，其特征在于：由信號采集模塊(1)、存儲模塊(2)、時域自適應(yīng)幅度分析模塊(3)、時域滑動窗口分析模塊(4)、時域接近判決模塊(5)、自適應(yīng)工頻頻譜強(qiáng)度分析模塊(6)、工頻頻譜滑動窗口分析模塊(7)、頻域接近判決模塊(8)和時、頻域綜合接近判決模塊(9)構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李林，李英偉，張濤，弓曉萌，孫宇鵬，魏建福，王浩實，魏鑫，
申請(專利權(quán))人：北京靈眾博通科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：