专利名称：一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置及定标方法
技术领域：
本发明涉及的是一种定标装置及定标方法，特别涉及安装在列车上的表明钢轨故障位置的在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置及定标方法，属于故障诊断技术领域。
背景技术：
发明专利“一种钢轨断裂车载非接触快速监测技术”(申请号200710034542.0，公开号为CN101264767 ;
公开日为:2008年9月17日)利用安装在机车或车辆的轮对轴箱上的传感器检测轨道断裂故障对通过的车轮所发生的冲击，该传感器获得的冲击信号经过处理后送到监控计算机的钢轨故障诊断专家系统，由其对所获冲击信号进行实时分析诊断、分离出钢轨断裂的信息。而轨道断裂故障的位置信息，在《一种钢轨断裂车载非接触快速监测技术》中是通过对车轮转速的测量，经过计算变换获得的对应行车里程值。由于车载监测装置采样频率很高，故可以获得实时、连续的行车里程值；而且，这种通过车轮测速获取的里程值，可以表达 弯道、或者坡度情况下的铁路线路里程变化的真实情况。但是，这种方法也有明显的局限性:只有在车载监测装置开始工作时才开始计算里程值；计算里程值的开始点位置，该方法本身无法确定，也就是说没有基准位置；车辆实际运营中，轮径磨耗、打滑、轮径变化、甚至气候变化，都对车轮转速测量精度产生影响，因此，完全依靠该方法计算行车里程来确定钢轨故障点位置，特别是经过长距离、长时间行车后，有可能产生很大的累积误差。因此，在该专利技术的基础上，改进定标技术，是铁路线路维护工作的实际需要。现有的公知的有关定标方法有下列三种:
方法一，转速计数测量里程:是通过安装在车轴上的转速传感器随车轮转动产生的脉冲信号进行累加计数，然后根据轮径值计算出实际行车里程值。该方案在钢轨检测中取得了一定的效果，但不适应于长距离的钢轨检测，原因如下:
a)通过测量给出的轮径值本身存在误差，例如，对于公称直径D=L 25m的车轮，若存在0.5mm的轮径误差,将引起约1.6mm的车轮周长误差，即车轮每转一圈，会造成1.6mm的误差。假设钢轨检测的行车距离为50km，车轮周长为D* 31 =3.927m。在50km的行车中，轮子需转动12732圈，若每圈误差为1.6mm，则行车50km后，总计误差达到了 204m。若行车距离持续加长，误差会逐渐累加，无法达到故障点定标的目的。b)以上的论述仅为理想情况，在实际行车中，轮径磨耗、打滑、甚至气候变化，都对根据车轮转速测量里程的精度产生影响，完全依靠该方法计算行车里程来确定钢轨故障点位置，特别是长距离、长时间行车后，有可能产生很大的累积误差。c)机车在车辆段内或非要求监测的辅线路段行驶时，用转速计数测量的里程值累加，但公里标仍然默认为该车辆段固定值，机车行驶出段后，段内行驶的里程已经叠加到该段公里标后的计数值中，以致车刚越过公里标时，转速计数测量里程已经远远超出了实际公里标位置，从而造成无法判定故障钢轨在正线的确切位置的问题。
方法二，信号机定标:铁路系统已经拥有一套内部使用的定标路桩和定标信号系统。铁路重要干线或货车用重载线路的独立的标示公里标的信号系统，是通过在这些路段的铁路沿线布设一定数量的信号机，向过往机车或车辆发送线路公里标、车站编号、信号机编号等定标信息。如果依靠这个方法获得发生钢轨断裂的铁路线路的里程坐标(即:公里标)，局限性在于:
a)机车或车辆的实时里程坐标是专门供给机车或车辆控制系统使用的，其它系统一般无法获取该信息，或无法长期获取该信息。特别是，由于获取该信息的通信需要相互应答，则为防止对其他系统与信号机的通信影响机车车辆控制系统与信号机的通信而不允许其他系统同时使用时，以至与控制系统安装在同一机车车辆的“在线钢轨断裂车载监测”系统不能由信号机获得信息。加之由于必须确保机车控制的安全而不允许其他系统与机车控制系统通信获得信号机信息，故在正常行车中获取信号机信息的所有途径均被限制。b)只有在通过信号机的特定位置才可能获得这种定标信号，而信号机的设置是有限的，在非重点线路段很少设置，特别是，在发生钢轨断裂的位置就正好有信号机的几率是极小的。因此该方法不能直接为钢轨断裂监测的定标。方法三，G PS定位系统:GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。当通过硬件和软件构成的GPS定位系统终端装载在车上用于车辆定位的时候，称为车载GPS定位系统，在公路车辆中得到大量采用，利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，或为出行路线导航。GPS技术在铁路系统也开始得到运用，例如机车或车辆调度系统利用GPS技术掌握机车或车辆的运行位置；基于GPS定位的铁路路况语音提示及监控系统；基于GPS定位的铁路机车道口监控预知系统等。其基本应用方式也与公路车辆应用方式相同:利用GPS和电子地图实时显示，添加语音提示等其它提示工具。以上GPS技术若应用于钢轨断裂监测定标，局限性在于:
a) GPS信号在铁路系统中存在信号不连续的问题，比如在隧道中。b)卫星运行轨道、天气状况、使用环境等，影响GPS的信号精度。c)铁路公里标是随着轨道里程变化而变化的，对于弯道，GPS坐标计算的是直线距离，非实际里程，因此存在误差。d)车辆运行在同一 GPS坐标位置(5m范围内)，同时存在上行线路与下行线路，两条线路的实际公里标并不一致，GPS无法区分。因此，突破已有的这种电子地图方式的定位模式，开发GPS技术在铁路系统的新的应用，比如，与车载式铁路诊断系统结合，在实时故障点定位或者修正定位误差中发挥作用，还是有待开发的课题。因此，上述几种现有技术，都不能直接满足钢轨断裂监测的定标需要。除公知方法外，有一种“GPS卫星定位系统在轨道检查车里程校正系统中的应用”技术，该技术通过预先将需要校正的里程位置信息存储到系统数据库中，检测系统实时将当前GPS定位信息与数据库中的记录进行对比，如果发现符合，就将该条数据库中的数据所对应的线路里程信息发送到检测系统，标记该点为某里程位置，完成里程校正。该技术存在以下缺陷:未将预定的GPS点进行标定。当两条线路并行或交叉时，会发送临近线路上GPS点，误判为当前线路上的GPS校正点，造成上下行公里标混淆。该技术仅适应慢速行车的轨道检查车，无法在正常行车的机车或车辆上进行钢轨断裂检测。因为，机车或车辆在实际高速行车中，经常存在跨越数据记录点前后的两次GPS接收的数据都不同于数据库中的记录点数据而不能判定的情况，即存在漏点现象。例如:机车或车辆经过预存站点A前或后时动态获取的GPS坐标为(XI，Yl )，数据库中的预存站点A坐标为(Χ0，Υ0)。若两者坐标相差超过(GPS规定的误差范围)lm，则判定地理坐标不符合，无法实现里程校正。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置及定标方法，准确判断出钢轨故障位置。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置，包括数据采集器、GPS接收机、轮轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器，以及在线钢轨断裂车载监测主机，所述GPS接收机、数据采集装置、在线钢轨断裂车载监测主机依次连接，所述轮轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器均接入所述数据采集器。在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置包括数据采集器、GPS接收机、轮轨冲击信息处理器和机车车辆转速传感器以及在线钢轨断裂车载监测主机，以数据采集器实时获取GPS接收机的地理坐标信息、轮轨冲击信息处理器的故障信息、机车车辆转速传感器传递的轮对转速脉冲信号，将以上三种信息通过分析、变换，组成带有公里标的钢轨数据诊断样本，通过RS485接口发送至“在线钢轨断裂车载监测主机，由在线钢轨断裂车载监测主机实时诊断，给出钢轨断裂报警处的故障位置坐标信息。
在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标方法为:
1)在线钢轨断裂车载监测主机对预定的GPS点进行标定，建立所有预存站点地理坐标信息组；
2)建立地理坐标自动捕获机制，即在行车过程中，用GPS接收机获取车辆当前GPS地理坐标，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到在线钢轨断裂车载监测装置主机中，与预存站点地理坐标信息组中存储的地理坐标信息逐一比较，在当前GPS地理坐标与预存站点地理坐标信息组中存储的某地理坐标信息符合时实现捕获，继而取出该站点对应的预存站点地理坐标信息中的公里标，实时更新当前行车检测位置的准确公里标基准数据；
3)取出所述预存站点地理坐标信息组的准确公里标作为基准，并将转速计数测量计算所得到的里程值复零；
4)开始进行以所述准确公里标为基准数据的、以在所述准确公里标复零的机车车辆转速传感器传递的转速计数测量计算所得到的里程为增量数据的实时里程测量；其中所述准确公里标即起点；
5)将所述基准数据和增量数据发送到在线钢轨断裂车载监测主机。对预定的GPS点进行标定，建立预存站点地理坐标信息是这样实现的:在确定的监测线路上，以首次行车实现预存站点地理坐标信息的“建标行车”。例如，采用间隔停车的方案，在一条线路上按照需要确定N个点，车行驶至每个点停车后，通过机车或车辆CTCS系统(车载控制系统与轨边信号机共同组成的监测系统)，获取该点的“准确公里标”；同时以反复测量并求平均值的方式记录此点的GPS坐标，实现了对预定的GPS点的标定；将“准确公里标”信息和GPS坐标通过发送并保存于在线钢轨断裂车载监测主机。依次直到机车或车辆驶过全程，获得并在在线钢轨断裂车载监测主机中存储该N个点的GPS坐标与实际公里标对应数据组。本方法将存储的此N个点对应的数据组称为预存站点地理坐标信息组。该建标行车也可以在正常的(不在各点停车的)行车中实现。预存站点地理坐标的建立方法如下:
假设监测线路的运行里程数为L[m]，用于测量车轮转速的车轮轮径值为D[m]，轮径误差为d[m]，预存站点的站间距为y。要求的定位精度误差为W0〈l[m]。则预存站点的站间距SO计算如下:
车轮每转一圈，产生的误差:Wl=3id[m]。运行ym后,轮径值为D [m]车轮的旋转次数为:NY=y/ n D。运行ym后，实际产生的误差为W=NY*W1= (y / ji D) * π d [m]。要求定位精度误差W0〈I [m]，则W= (y / Ji D)* Jid <W0=1，得出y〈D/d[m]，因此预存站点的站间距为S0=y〈D/d[m]。例如:轮径值为D[m]=l.25[m]，轮径误差为d[m]=0.0005[m]，则预存站点的站间距为S0=D/d[m]=2500[m]。每L=IOOkm线路需要建立N=L/S0=40个“预存站点地理坐标信息”。
建立地理坐标自动捕获机制，即在行车过程中，GPS接收机获取车辆“当前GPS地理坐标”，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到“在线钢轨断裂车载监测装置主机中，与预存站点地理坐标信息组中存储的地理坐标信息逐一比较，在“当前GPS地理坐标”与某预存站点地理坐标信息中存储的地理坐标信息符合时实现捕获，继而取出该站点对应的预存站点地理坐标信息中的公里标去实时更新当前行车检测位置的“准确公里标”基准。在线钢轨断裂车载监测定标装置在行车过程中工作，不断地用GPS接收机获取机车或车辆“当前GPS地理坐标”，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到在线钢轨断裂车载监测装置主机中，在线钢轨断裂车载监测主机将该GPS地理坐标与“预存站点地理坐标信息组”中存储的各“预存站点地理坐标信息”逐一比较，在“当前GPS地理坐标”与某点的“预存站点地理坐标信息”符合时，取出该“预存站点地理坐标信息”的“准确公里标”作为基准并对转速计数测量计算所得到的里程值复零，开始进行以该“准确公里标”(即起点)为基准数据的、以在该点复零的机车车辆转速传感器传递的转速计数测量计算所得到的里程为增量数据的实时里程测量，将该基准数据和增量数据发送到在线钢轨断裂车载监测装置。为了防止机车或车辆行驶中，由于GPS接收机自身存在误差，或/和由于车辆高速行驶，在经过某一站点时，所产生不同的“GPS地理坐标”值，与“预存站点地理坐标信息”无法实现地理坐标自动捕获的现象，所述建立地理坐标自动捕获机制，实时建立以各“预存站点地理坐标信息”为圆心，以区间圆半径r作区间圆，判定“当前GPS地理坐标”是否落在此区间圆内，若在区间圆内，判定为“当前GPS地理坐标”与某点的“预存站点地理坐标信息”符合而实现捕获，若不在区间圆内，则判定为“当前GPS地理坐标”与某点的“预存站点地理坐标信息”不符合而不实现捕获。例如:若机车或车辆经过某预存站点A前或后时，两次动态获取的GPS坐标为(XI，Y1)，而预存站点A的地理坐标为(X0，Y0)。若((Xl-XO) 2+(Yl-YO) 2) 0.5超过1mm，则判定地理坐标不符合，不能实现地理坐标自动捕获，并由此导致不能更新“准确公里标”，也不能对转速计数测量计算所得到的里程值复零，造成定标错误。为了解决以上问题而设计的地理坐标自动捕获机制之实施方案如下:
a)以预存站点地理坐标为圆心，以区间圆半径r作区间圆。机车或车辆行驶中，对当前GPS实时获取的地理坐标进行计算，判断其是否落在此区间圆内，若在区间圆内，判断为“当前GPS地理坐标”与某点的“预存站点地理坐标信息”符合，实现地理坐标自动捕获；若不在此区间圆内，则判断为“当前GPS地理坐标”与某点的“预存站点地理坐标信息”不符合。如附图2所示，A为符合，B为不符合。图2中A、B为GPS实时获取的地理坐标；C为预存站点的地理坐标。为了在各种严酷条件下保证地理坐标自动捕获100%成功，需要根据车速V[km/h]、GPS接收机定位工作周期T[s]及GPS误差W[m]实时计算附图2中区间圆的半径r[m]的合理数值。设定GPS接收机定位工作周期为T=0.2 [s]，设行驶的车速为V [km/h]，GPS自身误差为W=I [m]，要求运行过程中，地理坐标自动捕获成功率100%，则区间圆半径r推算如下:
区间圆直径:2r [m]；
行驶车速:V/3.6 [m/s]；
在工作周期T内，机车或车辆的最大行驶距离:S=T*V/3.6 [m]；
只有在机车或车辆的最大行驶距离S小于等于区间圆直径2r时，才能确保地理坐标自动捕获100%成功。则有2r 彡 S=T*V/3.6 [m]，得出 r 彡 S/2=T*V/7.2 [m]。由于还需考虑GPS自身误差范围W [m]，则有地理坐标自动捕获机制中的区间圆半径:
r 彡 T*V/7.2+ff [m]
例如:
机车或车辆行驶时速为100km/h，则r彡T*V/7.2+ff=3.778m。机车或车辆最高时速为300km/h，则r彡T*V/7.2+ff=9.333m。通过“行车方向判断”与“上、下行线路在起始端必有不并行或不交叉的坐标判断”建立“上、下行线路特征标志”，对应“上、下行线路特征标志”分别建立不同的“预存站点地理坐标信息”组；并在机车、车辆通过两条并行或交叉线路的同一 GPS坐标点时，根据“上、下行线路特征标志”取用不同的 “预存站点地理坐标信息”组参与比较并生成不同的“准确公里标”基准。同一预存站点地理坐标，存在两条钢轨线路，一条上行线，一条下行线，两条线路对应的GPS地理坐标几乎相同，但公里标却不同，尤其在地理坐标自动捕获机制下问题更加突出，可从附图3(其中I为上行线，2为下行线)看出。机车或车辆运行在X点时，上行、下行在自动捕获机制下，地理坐标一致，但公里标却存在明显差异，上行为60，下行却为30。因此，有必要在机车或车辆驶离终端站刚开始运营时，立即通过以下两个条件判断机车或车辆所在的线路是上或下行线路。条件1:选用双通道转速传感器进行行车方向识别，其中I通道敏感头与2通道敏感头之间相距的测速轮齿数为非整数，例如相差整数加四分之一个齿，可根据运行中双通道波形相位差，判断机车或车辆行进方向，从而确定机车或车辆所处于的上或下行线路，如附图4 (其中I为上行线，2为下行线，3表示过此坐标确定为上行线路，4表示过此坐标确定为下行线路)所示:设行车时转速脉冲的周期为T，则正向行车时，通道I的脉冲上跳沿比通道2的上跳沿超前T/4 ;而反向行车时，通道I的脉冲上跳沿比通道2的上跳沿滞后T/4 ；从而可以根据通道I相对于通道2脉冲波形的超前或滞后判定正向行车或反向行车。条件2:上、下行线路终端站的出站点位置必然存在不并行或不交叉的轨道，且各该轨道上必然存在自动捕获机制能够分辨的、预存站点以外的点，选定此各该点坐标作为判断依据，确定机车、车辆所处的线路是上或下行线路。如附图5所示。两条件同时满足，确定机车或车辆运行的上、下行线路。在机车或车辆进行在线钢轨断裂车载监测的地理坐标自动捕获时，先判上、下行线路，再建立基准数据。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明的在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置及定标方法解决了在高速行车中进行钢轨故障检测对故障坐标精确定标的问题，既可用于钢轨故障动态检测的地理坐标定位，也可用于其他需要对机车车辆所处地理坐标以铁路公里标为参照的精确定位，并在试验中获得成功。
图1为本发明一实施例在线钢轨断裂车载检测定标装置结构框 图2为地理坐标自动捕获示意 图3为上下行线路公里标差异说明 图4为双通道转速传感器脉冲输出示意 图5为通过坐标方式确定上、下行线路示意 图6为故障样本中的公里标准确定标示意 图7为本发明一实施例在线钢轨断裂车载监测定标装置的定标流程；
图8为预存站点地理坐标以及公里标设置示意 图9为某铁路“预存站点地理坐标信息组”建立过程 图10为某铁路钢轨监测定标示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明一实施例在线钢轨断裂车载检测定标装置包括数据采集器、GPS接收机、轮 轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器，以及在线钢轨断裂车载监测主机，所述GPS接收机、数据采集装置、在线钢轨断裂车载监测主机依次连接，所述轮轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器均接入所述数据采集器。在线钢轨断裂车载检测定标装置的产品型号:
I)数据采集器JK08451-SCQ2)GPS 接收机=Newstart 220E
3)轮轨冲击信息处理器JK08451-XHFLQ
4)机车车辆转速传感器:NGTQG16
5)在线钢轨断裂车载监测主机JK08451-HST 在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标方法为:
1)在线钢轨断裂车载监测主机中对预定的GPS点进行标定，建立所有预存站点地理坐标信息组；
2)建立地理坐标自动捕获机制，即在行车过程中，用GPS接收机获取车辆当前GPS地理坐标，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到在线钢轨断裂车载监测装置主机中，与预存站点地理坐标信息组中存储的地理坐标信息逐一比较，在当前GPS地理坐标与预存站点地理坐标信息组中存储的某地理坐标信息符合时实现捕获，继而取出该站点对应的预存站点地理坐标信息中的公里标，实时更新当前行车检测位置的准确公里标基准数据；
3)取出所述预存站点地理坐标信息组的准确公里标作为基准，并将转速计数测量计算所得到的里程值复零；
4)开始进行以所述准确公里标为基准数据的、以在所述准确公里标点复零的机车车辆转速传感器传递的转速计数测量计算所得到的里程为增量数据的实时里程测量；其中所述准确公里标即起点；
5)将所述准确公里标发送到在线钢轨断裂车载监测主机。将该基准数据和增量数据发送到在线钢轨断裂车载监测主机。所述步骤2)中，在当前GPS地理坐标与预存站点地理坐标信息组中存储的某地理坐标信息符合时实现捕获的过程为:以各预存站点地理坐标信息为圆心，以区间圆半径r作区间圆，判定当前GPS地理坐标`是否落在此区间圆内，若在区间圆内，判定为当前GPS地理坐标与某点的预存站点地理坐标信息符合而实现捕获，若不在区间圆内，则判定为当前GPS地理坐标与某点的预存站点地理坐标信息不符合而不实现捕获。所述步骤2)中，实时更新当前行车检测位置的准确公里标基准数据的过程为:判断线路区间是上行还是下行，判断行车方向以及上、下行线路在起始端必有不并行或不交叉的坐标的特点，建立“上、下行线路特征标志”，对应“上、下行线路特征标志”分别建立不同的“预存站点地理坐标信息”组；并在机车或车辆通过两条并行或交叉线路的同一 GPS坐标点时，根据“上、下行线路特征标志”取用不同的“预存站点地理坐标信息”组，参与比较并生成不同的“准确公里标”基准。在线钢轨断裂车载监测装置每当获取一个钢轨检测样本时，将该样本与开始采集该样本时建立的实时里程测量的基准数据和增量数据，存入到钢轨监测数据样本中。在线钢轨断裂车载监测装置主机对钢轨监测数据样本实时诊断时，用转速脉冲计数法计算出钢轨断裂处距离故障样本开始时的距离DL，与开始采集该样本时建立的实时里程测量的基准数据和增量数据相加，实现故障处的精确定标。钢轨断裂报警处的故障位置公里标(km)=基准数据(km)+增量数据(km) +钢轨断裂处至故障样本开始距离DL (km)。样本分析过程如附图6所示。钢轨故障位置定标处理流程如附图7所示:a)“预存站点地理坐标信息组”进入流程“地理坐标自动拟合机制”；
b)“接收卫星数据”对数据进行解析转换，获取“当前GPS地理坐标”，进入流程“地理坐标自动拟合机制”；
c)“地理坐标自动拟合机制”进入流程“符合判断”，将“当前GPS地理坐标”与“预存站点地理坐标信息组”中存储的各预存站点地理坐标信息逐一比较；
d)“符合判断”结果为是，证明该处“当前GPS地理坐标”与“预存站点地理坐标信息组”中存储的某预存站点地理坐标信息一致，进入“判断线路区间，上行或下行”，确定线路区间后，“取出该区间预存站点地理坐标对应的公里标，建立基准数据”；
“取出该区间预存站点地理坐标对应的公里标，建立基准数据”后，进入流程“里程复零，将基准数据赋值实时里程”，此时“正常行车，以转速计数测量计算所得的里程为增量数据”，基础数据与增量数据相加“建立准确公里标”，最后“发送到在线钢轨断裂车载监测装置”。在确定的监测线路上，以首次行车实现预存站点地理坐标信息的“建标行车”。机车或车辆首次行车在在公里标为“O”的位置停车，此时GPS接收机获取车辆“当前GPS地理坐标”，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到在线钢轨断裂车载监测装置主机。此时按下在线钢轨断裂车载监测主机面板上的“站点1”，将该GPS地理坐标保存到在线钢轨断裂车载监测主机。同时通过机车或车辆CTCS系统(车载控制系统与轨边信号机共同组成的监测系统)，获取该点“准确公里标”，将此“准确公里标”输入至“站点I ”。生成“站点I ”的“GPS地理坐标”与“准确公里标”对应关系(如附图8所示)。记录完成后，机车或车辆继续运行，运行距离S0=y〈D/d[m] (y:预存站点的站间距；D:测量车轮转速的车轮轮径值；d:轮径误差；)后，再次停车，按下附图8所示中的站点2，同时通过机车或车 辆CTCS系统，生成“站点2”的“GPS地理坐标”与“准确公里标”对应关系。依次间隔运行距离S〈S0=D/d后，停车，按照上述操作，分别生成“站点N”的“GPS地理坐标”与“准确公里标”对应关系，直到全路段运行完成，此时“预存站点地理坐标信息组”完全建立。例如:
以某铁路为例，首先确定监测路线，以上行线为例，整条线路中存在着段内运行、监测线路运行、隧道运行等各种情况，为确保“预存站点地理坐标信息组”的正确信息，在设定过程中，需避免以上干扰因素。实施方案如附图9所示。附图9中公里标从O (池南8)经宁北6至540 (海港7)中的非段内运行线路均为钢轨监测路段，SI与S2的间隔距离，S0=y<D/d[m]。预存站点设定流程如下:
a)先设定公里标为O的位置为第一个预存站点，证实从此处开始，为钢轨监测路段。b)随着机车或车辆运行，依次设定S1、S2……Sx……Sn。c)各站点的设置均避开隧道区间5。d)机车或车辆在段内运行区间为非要求监测的辅线路段，公里标未发生变化，因此入段前后(图示宁北站与海港站)两个“预存站点地理坐标信息”都对应同样的公里标数值。用相同的方法建立下行线路“预存站点地理坐标信息组”。
如附图10所示，正常行车中的钢轨监测定标步骤如下:
a)机车或车辆启动后，初始阶段为段内运行，通过“行车方向判断”与“上、下行线路在起始端必有不并行或不交叉的坐标判断”建立“上、下行线路特征标志”，对应“上、下行线路特征标志”分别建立不同的“预存站点地理坐标信息”组；并在机车或车辆通过两条并行或交叉线路的同一 GPS坐标点时，根据“上、下行线路特征标志”取用不同的“预存站点地理坐标信息”组参与比较并生成不同的“准确公里标”基准，可确定是上行线路。b)段内运行，通过转速计数测量计算所得里程的方式，建立增量数据，到达A时，增量数据为kl，里程值为kl。c)出段后瞬间，机车或车辆到达预存站点SO处，实时获取“当前GPS地理坐标”，通过地理坐标自动捕获机制，迅速建立基准数据:0km，更新里程，建立准确公里标。d) SO至SI路段，通过转速计数测量计算所得到的里程为增量数据的实时里程测量，此时与SO站点的基准数据构成了实时的准确公里标。e)机车或车辆到达预存站点SI处，实时获取“当前GPS地理坐标”，通过地理坐标自动捕获机制，迅速建立基准数据:1.2km，更新里程，建立准确公里标。f)以该模式依次运行，到图中Sjh处时，可认定之前线路中建立的公里标与实际公里标一致，实现钢轨监测定标。g)到达Sjh处，机车或车辆已经进入宁北站，开始段内运行，此时转速计数测量仍然进行，增量数据累加，到达B处时，里程值406.43km+k2，但实际公里标却为406.43 (段内运行公里标不发生变化)，段内线路为非要求监测的辅线路段，允许此时的K2误差。
h)机车或车辆段内运行完成后，到达Sx处，实时获取“当前GPS地理坐标”，通过地理坐标自动捕获机制，迅速建立基准数据:406.43km，更新里程，建立准确公里标，此时对于监测线路而言，建立的公里标与实际公里标一致。i)直至机车或车辆到达终点站海港，公里标为540km处，此线路要求监测的正线路段完成，除“非要求监测的辅线路段”外，各位置均可实现在线钢轨监测的精确定标。图10中，SO预存了站点信息，SO=公里标O ;S3与S4的设定避开隧道；S6与S7的设定避开隧道；sx与Sjh均为宁北公里标，Sx=S5w=^e.3 ;Sn_i与Sn均为终点海港公里标，Slri=Sn=S^tj
权利要求
1.一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置，其特征在于，包括数据采集器、GPS接收机、轮轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器，以及在线钢轨断裂车载监测主机，所述GPS接收机、数据采集装置、在线钢轨断裂车载监测主机依次连接，所述轮轨冲击信息处理器、机车车辆转速传感器均接入所述数据采集器。
2.一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标方法，其特征在于，该方法为: 1)在线钢轨断裂车载监测主机对预定的GPS点进行标定，建立所有预存站点地理坐标信息组； 2)建立地理坐标自动捕获机制，即在行车过程中，用GPS接收机获取车辆当前GPS地理坐标，发送到数据采集器，数据采集器将该信息发送到在线钢轨断裂车载监测装置主机中，与预存站点地理坐标信息组中存储的地理坐标信息逐一比较，在当前GPS地理坐标与预存站点地理坐标信息组中存储的某地理坐标信息符合时实现捕获，继而取出该站点对应的预存站点地理坐标信息中的公里标，实时更新当前行车检测位置的准确公里标基准数据； 3)取出所述预存站点地理坐标信息组的准确公里标作为基准，并将转速计数测量计算后所得到的里程值复零； 4)开始进行以所述准确公里标为基准数据的、以在所述准确公里标复零的机车车辆转速传感器传递的转速计数测量计算所得到的里程为增量数据的实时里程测量；其中所述准确公里标即起点； 5)将所述基准数据和增量数据发送到在线钢轨断裂车载监测主机。
3.根据权利要求1所述的在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置，其特征在于，所述步骤2)中，在当前GPS地理坐标与预存站点地理坐标信息组中存储的某地理坐标信息符合时实现捕获的过程为:以各预存站点地理坐标信息为圆心，以区间圆半径r作区间圆，判定当前GPS地理坐标是否落在此区间圆内，若在区间圆内，判定为当前GPS地理坐标与某点的预存站点地理坐标信息符合而实现捕获，若不在区间圆内，则判定为当前GPS地理坐标与某点的预存站点地理坐标信息不符合而不实现捕获。
4.根据权利要求1所述的在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置，其特征在于，所述步骤2)中，实时更新当前行车检测位置的准确公里标基准数据的过程为:判断线路区间是上行还是下行，判断行车方向以及上、下行线路在起始端必有不并行或不交叉的坐标的特点，建立“上、下行线路特征标志”，对应“上、下行线路特征标志”分别建立不同的“预存站点地理坐标信息”组；并在机车或车辆通过两条并行或交叉线路的同一 GPS坐标点时，根据“上、 下行线路特征标志”取用不同的“预存站点地理坐标信息”组，参与比较并生成不同的“准确公里标”基准。
全文摘要
本发明公开了一种在线钢轨断裂车载监测的故障位置定标装置及定标方法，在发明专利“一种钢轨断裂车载非接触快速监测技术”实时分析诊断、分离出钢轨断裂的信息位置的转速计数算法的基础上，在在线钢轨断裂车载监测主机中，通过建立含有准确公里标的预存站点地理坐标信息，然后在行车过程中，用GPS接收机获取车辆“当前GPS地理坐标”，在其与预存站点地理坐标信息符合而实现地理坐标自动捕获时，实时更新“准确公里标”基准，并在在线钢轨断裂车载监测装置主机实时诊断得出钢轨断裂的故障样本中附加准确公里标和当前位置相对准确公里标的转速计数里程增量信息，实现故障精确定标。
文档编号B61K9/10GK103223956SQ20121055775
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者唐德尧, 王俊智 申请人:唐德尧