专利名称：一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法
技术领域：
本发明涉及轨道交通检修小车领域，尤其是涉及一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法。
背景技术：
城市轨道交通在列车深夜停运期间安排有沿线设备维护和检修工作，目前通常是由人工徒步行走和人力背载工具到达目的地。设计和制作轻便型的轨道检修小车可以解决此需求，但是在具体应用环境下还需要特别考虑到小车可能会随意地前向和后向行走、以及小车车轮可能会打滑和发生空转等情况发生时带来的计算误差，这需要通过适当的数字信息处理来解决
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用范围广、检测精度高、结构简单又有容错功能的城市轨道交通检修小车定位信息处理方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)检修小车移动时，处理器根据接收到的光电编码器发送的的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离与方向；2)检修小车每经过一个信标时，处理器根据前、后向光电接近传感器发送的信息，对检修小车的行走距离进行必要校正。所述的步骤I)中的处理器根据接收到的光电编码器发送的的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离及方向，具体包括以下步骤11)处理器等待光电编码器的脉冲输出，并判断轮子是否移动，如果判断为是则进行步骤12)，否则重新等待光电编码器的脉冲输出；12)采用K = I和K = -I来分别表示当前输出脉冲是指定小车行走方向是前向还是后向，然后应用累加的办法计算检修小车的实际行走距离，同时计算出在每个信标检测到以后重新开始的行走距离。所述的应用累加的办法计算检修小车的实际行走距离的计算公式为=X1 =X2+(2 /1024)RK, X1为检修小车光电编码器当前输出脉冲时的绝对行走距离，X2为前一次输出脉冲时的绝对行走距离，R为轮子半径，K为当前脉冲状态，π为圆周率。所述的处理器根据前、后向光电接近传感器发送的信息，对检修小车的行走距离进行必要校正具体包括以下步骤21)处理器判断前向光电接近传感器是否检测到信标后依次识别出对应脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤22)，否则重新等待前向光电接近传感器输出；22)处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则记录脉宽Tl、等待距离量ΛΥ1以及经过上、下沿的时刻X(Up)和X(dp)，否则重新等待前向光电接近传感器输出；
23)处理器同时判断后向光电接近传感器是否检测到信标依次识别出对应产生脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤24)，否则重新等待后向光电接近传感器输出；24)处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则记录脉宽T2、等待距离量ΛΥ2以及经过上、下沿的时刻X(Uq)和X(Clq)，否则重新等待后向光电接近传感器输出；25)处理器判断X(dp)是否大于X(Clq)，如果判断为是，则说明检修小车正向行驶经过该信标，否则说明检修小车反向行驶经过该信标；26)当小车是正向行走时，根据前向光电接近传感器和后向光电接近传感器分别检测到信标时对应的脉宽与距离等待量之和的平均值ΛY来估计信标位置的中心，并计算出信标中心后调量；27)对检修小车经过的信标进行计数,正向经过信标记为I,反向经过信标记为-1，同时记录起始任务位置经过第一个信标位置时所通过的距离；28)当检修小车正向经过其它信标时刻，利用校正公式对步骤I)中已计算的检修小车的行走距离进行必要校正。所述的步骤28)中的校正公式包括B (m) = | (X-B (I) - Λ Y) +0. 5C) | +B (I)和X =B (m) + Δ Y，式中B (m)为第m次经过信标时对该信标离开任务起始点位置的标准距离估算，X以这个位置为校正基点继续计算到达下一个信标之前的绝对行走距离，B(I)为任务起始点位置与第一个信标之间的距离，由于小车是在通过信标之后才完成信息处理故有八￥为信标中心后调量，C为相邻信标的规定距离，“ I I ”为数学取整运算。
与现有技术相比，本发明具有以下优点I、为城市轨道交通工务检修小车配备了定位系统，本发明技术可广泛应用于其它同类场合；2、能够测出小车精度为2R JI/1024的行走距离(其中R为轮子半径，^ = 3. 14)；3、能够测出小车在任意时刻的行走方向，并可综合计算出实际移动距离；4、应用双传感器可靠识别出等间隔距离放置的反光信标的位置；5、即使因故信标不存在、或因某信标安装不妥导致检测不到，使得相对于该信标的距离数据校正无法执行，但是也不会影响或中断对当前距离信息的继续估算(只是少校正了一次)，因此有容错功能；6、小车正向行走时一旦检测到信标,系统将在该时刻起以该信标位置为参考，自动检查和校正距离数据。
图I为处理器根据光电编码器发送的信息计算出检修小车的行走距离的流程图；图2为处理器根据前、后向传感器检测到的信标信号对检修小车的行走距离进行校正的流程图；图3为标靶检测后的距离补偿分析图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，本方法的原理为首先，光电编码器内轴每转动一圈输出1024个脉冲信号，通过对脉冲数目计数估算行走距离。再利用光电编码器的相位输出来判断行走方向，并综合计算实际行走距离。然后，对光电接近传感器检测到信标后输出脉冲的识别(包括宽度和上下沿)，并在对光电接近传感器脉冲识别后对信标中心位置的估算。最后，信标中心位置确定后对当前时刻起的正向行走距离进行数据校正。该方法包括以下两个步骤第一步检修小车移动时，处理器根据接收到的光电编码器发送的的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离。如图I所示，为光电编码器的检测算法，其中关键技术是采用K = I和K = -I来分别表示收到的脉冲指定小车行走方向是前向还是后向，然后应用累加的办法计算实际行走距离。其中X是自始自终的全程行走距离，小车每经过一个信标时X都会被校正一次，U是在每个信标检测到以后重新开始的行走距离。光电编码器是异步工作，只有在轮轴转动时才会有脉冲输出变化并触发对K的计数和更新；当轮轴不转动时的脉冲输出信号保留前一个状态。具体包括以下两个分步骤步骤11)处理器等待光电编码器的脉冲输出，并判断轮子是否移动，如果判断为是则进行步骤12)，否则重新等待光电编码器的脉冲输出；步骤12)采用K = I和K = -I来分别表示收到的脉冲指定小车行走方向是前向 还是后向，然后应用累加的办法计算检修小车的实际行走距离，同时计算出在每个信标检测到以后重新开始的行走距离。累加的办法具体为=X1 = X2+(2 π /1024)RK,X1为检修小车光电编码器当前输出脉冲时的绝对行走距离，X2为检修小车前一次脉冲输出时的绝对行走距离，R为轮子半径，K为当前脉冲状态，π为圆周率。第二步检修小车正向每经过一个信标时，处理器根据前、后向光电接近传感器发送的信息，对检修小车的行走距离进行必要校正。如图2、图3所示，具体包括以下步骤Α、处理器判断前向光电接近传感器是否检测到信标后依次识别出对应脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤B，否则重新等待前向光电接近传感器输出；B、处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则记录脉宽Tl、等待距离量ΛΥ1以及经过上、下沿的时刻X(Up)和X(dp)，否则重新等待前向光电接近传感器输出；C、处理器判断后向光电接近传感器是否检测到信标后依次识别出对应脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤D，否则重新等待后向光电接近传感器输出；D、处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则记录脉宽T2、等待距离量ΛΥ2以及经过上、下沿的时刻X(Uq)和X(Clq)，否则重新等待后向光电接近传感器输出；E、处理器判断X(dp)是否大于X(Clq)，如果判断为是，则说明检修小车正向行驶经过该信标，否则说明检修小车反向行驶经过该信标；F、当小车是正向行走时，根据前向光电接近传感器和后向光电接近传感器分别检测到同一信标二个不同反射面时的脉宽与等待量之和的平均值来估计信标的中心位置，并计算出信标中心位置的后调量；G、对检修小车经过的信标进行计数,正向经过信标记为I,反向经过信标记为-I,同时记录经过第一个信标位置时所行使的距离；H、当检修小车正向经过其它信标时刻，利用校正公式对步骤I)中已计算的检修小车的行走距离进行校正。校正公式包括B(m) = (Χ-Β(1)-ΔΥ)+0. 5C) |+B(1)和X =B (m) + Δ Y，式中B (m)为第m次经过信标时对该信标离开任务起始点位置的标准距离估算，X以这个位置为校正基点继续计算到达下一个信标之前的绝对行走距离，B(I)为任务起始点位置与第一个信标之间的距离，由于小车是在通过信标之后才完成信息处理故有八￥为信标中心后调量，C为相邻信标的规定距离，“ I I ”为数学取整运算。
图3中，pl、p2、p3为正向传感器移动位置；ql、q2、q3为反向传感器移动位置；H为光电接近传感器离地面枕木的高度；h为光电接近传感器离信标的高度；w为信标截面底边宽度山为信标截面反光面棱长；α为信标截面顶角的角度；β = α /2为传感器安装角；T1和T2为脉冲宽度；ΛΤ1和ΛΤ2为等待时间；Ll:p2为垂线离信标反射面中部距离；Λ T/2为信标中心位置后调量的半值；L2:p2为在信标上射线点离信标中心距离；L1 = [H-(w/2)/tg( a /2)/2]/tg( α /2) ；L2 = w/4 ；xl = x2 = [H_ (w/2)/tg ( a /2)]/tg(a /2) ；yl = y2 =H/tg(a/2)；信息处理软件流程如图I所示，其中用数字圆圈标注部分的进一步说明如下①指定的2个虚线框图为2个光电接近传感器的检测算法，关键是要准确检测到完整的信标输出脉冲，相应办法采用了先确定脉冲上沿、再确定脉冲下沿、最后确认这个下沿是“合法”的(是正确的下沿而不是中途改变方向后退时遇到的原上沿)。在完整脉冲测到后，计算出该脉冲的上下沿时刻、脉宽和离信标中心位置距离的经验补偿值。②由于2个传感器对同一信标检测完成后输出信号的时刻不同，故需要等待确认2个传感器的检测信号都输出了。同时又要确保接收到的二个脉冲是有重叠部分的、也就是 来自与同一个信标的，由此来提高检测的可靠性。③需要分析小车行走方向如果前向传感器检测结束时间早于后向传感器，则说明小车是前向的，否则是后向。④当2个传感器先后都检测到同一信标后，根据对应二个反射面的相应脉宽与等待量之和的平均值来估算信标位置的中心。⑤对经过的信标计数，以及记忆信标中心后调量。⑥记忆经过第一个信标位置时的距离。小车可以在轨道的任一点开始工作，第一个信标就不作为参考点来对已计算距离数据X进行校正。⑦当正向经过其它信标位置时刻对已计算距离数据X的校正，校正是在由光电编码器输出脉冲计算的绝对距离减去针对信标中心后调量的补偿距离(校正是在完成2个传感器的检测后才进行，由于是延迟因此是减而不是加)的数值范围内进行。⑧通过最近信标后对当前时刻任意位置进行校正。⑨如果遇到正向行走途中的反向后退，则不作任何距离补偿和调整，仅仅对经过的信标数进行(减法)计算。本发明还涉及一些硬件，这些硬件及其提供的信息包括(I) I个光电编码器当其内径部分随轮轴旋转时通过电气接口输出脉冲信号；(2)信标每隔I公里(或其它规定长度)安装在轨道枕木上的三角形红外反光体；(3)2个光电接近传感器安装在小车底部定向发送红外光，当经过信标可检测到红外反射信号时输出脉冲信号；(4)基于嵌入式的计算机系统对光电编码器和光电接近传感器输出信号进行分析处理，以便在任意时刻可以获取从当前任务指定起始位置开始行走后已经行走的距离或位置。
权利要求
1.一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 1)检修小车移动时，处理器根据接收到的光电编码器发送的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离与方向； 2)检修小车每经过一个信标时，处理器根据前、后向光电接近传感器发送的信息，对检修小车的行走距离进行必要的校正。
2.根据权利要求I所述的一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，所述的步骤I)中的处理器根据接收到的光电编码器发送的的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离与方向，具体包括以下步骤 11)处理器等待光电编码器的脉冲输出，并判断轮子是否移动，如果判断为是则进行步骤12)，否则重新等待光电编码器的脉冲输出； 12)采用K= I和K = -I来分别表示当前光电编码器输出脉冲指定的小车行走方向是前向还是后向，然后应用累加的办法计算检修小车的实际行走距离，同时计算出在每个信标检测到以后重新开始的行走距离。
3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，所述的应用累加的办法计算检修小车的实际行走距离的计算公式为=X1 =X2+(2 /1024)RK, X1为检修小车光电编码器当前输出脉冲时的绝对行走距离，X2为检修小车前一次脉冲输出时的绝对行走距离，R为轮子半径，K为当前脉冲状态，π为圆周率。
4.根据权利要求I所述的一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，所述的处理器根据前、后向光电接近传感器发送的信息，对检修小车的行走距离进行必要校正，具体包括以下步骤 21)处理器判断前向光电接近传感器是否检测到信标后依次识别出对应脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤22)，否则重新等待前向光电接近传感器输出； 22)处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则计算脉宽Tl和等待距离ΛΥ1，并记录经过上、下沿的时刻X(Up)和X(dp)，否则重新等待前向光电接近传感器输出； 23)处理器同时判断后向光电接近传感器是否检测到信标后依次识别出对应脉冲的上、下沿，如果判断为是则进行步骤24)，否则重新等待后向光电接近传感器输出； 24)处理器判断是否是对称下沿，如果判断为是，则计算脉宽T2和等待距离量ΛΥ2，并记录经过上、下沿的时刻X(Uq)和X(Clq)，否则重新等待后向光电接近传感器输出； 25)两个光电接近传感器前后安装，使得前向传感器比后向传感器先检测到信标反射，处理器判断X(dp)是否大于X(Clq)，如果判断为是，则说明检修小车是正向行驶经过该信标，否则说明检修小车是反向行驶经过该信标； 26)如果小车是正向行驶的，根据前向光电接近传感器和后向光电接近传感器分别检测到同一信标不同反射面时对应的脉宽与距离等待量之和的平均值△ Y来估计信标的中心位置，从而计算出信标中心位置的后调量。如果小车是后向行驶的，则不做位置调整的处理； 27)对检修小车经过的信标进行计数,正向经过信标记为I,反向经过信标记为-I,同时记录从任务开始的任意位置经过第一个信标位置时所经过的距离； 28)当检修小车正向经过其它信标时刻，利用校正公式对步骤I)中已计算的检修小车的行走距离进行必要校正。
5.根据权利要求4所述的一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，其特征在于，所述的步骤28)中的校正公式包括B(m) = I (X-B⑴-ΛΥ)+0. 5C) |+B⑴和X =B(m) +Λ Y，式中B(m)为第m次经过信标时对该信标离开任务起始点位置的标准距离计算，X以这个位置为校正基点继续计算到达下一个信标之前的绝对行走距离，B(I)为任务起始点位置与第一个信标之间的距离，由于小车是在通过信标之后才完成信息处理故有八￥为信标中心后调量，C为相邻信标的规定距离，“ I I ”为数学取整运算。
全文摘要
本发明涉及一种城市轨道交通检修小车定位信息处理方法，该方法包括以下步骤1)检修小车移动时，处理器根据接收到的光电编码器发送的脉冲数目及相位输出计算出检修小车的行走距离与方向；2)检修小车每经过一个信标时，处理器根据前、后向光电接近传感器发出的信息，决定是否需要对检修小车的行走距离进行校正以及校正的执行。与现有技术相比，本发明具有应用范围广、结构简单灵活、检测精度高和有容错功能等优点。
文档编号G01C23/00GK102897194SQ20111021108
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者周民立 申请人:上海工程技术大学