本发明涉及基于车体轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法。
背景技术：
随着我国城市化进程不断加快，轨道交通在城市交通系统中的优势逐渐凸显，城市轨道交通凭借其运输能力强、间隔时间短和环保无污染的优点在我国公共交通事业中发挥着愈发重要的作用。在客运量大幅上升的同时，对城市轨道交通运营安全性的要求也越来越高。如何保障列车在漫长行程中保持良好的技术状态，车辆在出现走行性能问题时能否及时发现，在脱轨事故发生之前把问题解决，是广大技术人员面临的重要任务。国内外有关列车脱轨方面的理论研究与应急措施大致有以下几种方案：
1)、通过分析机车运行状态参数预报车辆脱轨；
2)、安装车辆运行状态地面安全监测系统；
3)、地面固定式列车脱轨自动报警装置。
经检索发现，中国发明专利申请cn108860205a，公开了一种轨道车辆用脱轨检测方法及装置，在转向架构架的中部设置横跨转向架构架的过渡横梁，过渡横梁与车轮对应位置设置压力传感器，在车辆发生脱轨时压力传感器的压力敏感元件接触钢轨检测到压力变化并发出报警信号，压力传感器信号处理单元的输出电缆将报警信号传递给列车控制系统实现脱轨报警。
技术实现要素：
本发明的目的主要是针对上述现有技术的问题，提供一种基于车体轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供的基于车体轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、建立静止状态下的车体坐标系和轨道坐标系，所述车体坐标系以车辆定距中心点在车体地板面上的投影为原点、车体的车长方向为x轴，车体横向中心线为y轴、车体垂向中心线为z轴；所述轨道坐标系以所述车体坐标系的原点所在轨道横切面与轨道中心线的交点为原点、轨道延伸方向为x轴，轨道平面横向连线为y轴、轨道平面垂向中心线为z轴；
第二步、通过静止状态下的车体与轨道原始数据，获取车体坐标系的原点在轨道坐标系的坐标，以及两个坐标系的z轴夹角，从而确定车体坐标系和轨道坐标系之间的关系；
第三步、通过安装在车体底架上的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，结合车辆静止状态下测量点与轨道之间的距离，计算当前车体在车体坐标系内的横向位移；通过车体上的倾角传感器测得当前车体在车体坐标系内的倾斜角度；
第四步、结合车体尺寸和测量点的分布位置，以及当前车体在车体坐标系内的横向位移和车体在车体坐标系内的倾斜角度，求得车体在在车体坐标系内的动态外轮廓线；
第五步、结合车体坐标系和轨道坐标系之间的关系，将所述车体在在车体坐标系内的动态外轮廓线转换至轨道坐标系中，得到车体在轨道坐标系中的动态外轮廓线；
第六步、车体在轨道坐标系中的动态外轮廓线与车辆运行判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，所述车辆判定包络线是在标准要求的车辆最大运行包络线基础之上做半径为r的缓冲区。
本发明的脱轨检测方案是在车体上布置测距仪和倾角传感器，来实时测量施加于车身横向位移和倾角，实时监测换算出车辆运行状态的车辆动态外轮廓线，同时将车辆动态外轮廓线与以车辆限界为基础制定的判定包络线进行实时对比，以判断脱轨与否，当检测到脱轨信号时系统及时告警并施加车辆控制动作。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做解释说明。
在车体底架安装两个测距仪，用来测量测量点至轨道的距离。测距仪为二维激光传感器，具有一对传感器，车辆静止状态时，两个传感器分布于该跟轨道上方的两侧。每节车的底架安装最少两个测距仪，这两个测距仪分布在车辆的两个断面上，建议是车辆的中部端面和后部端面。此外，在车体布置一个倾角传感器，用来测量车体的倾斜角度，倾角传感器的布置位置没有特殊要求，只要在车体上即可。
本实施例基于车体轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，包括以下步骤：
第一步、建立静止状态下的车体坐标系和轨道坐标系，所述车体坐标系以车辆定距中心点在车体地板面上的投影为原点、车体的车长方向为x轴，车体横向中心线为y轴、车体垂向中心线为z轴；所述轨道坐标系以所述车体坐标系的原点所在轨道横切面与轨道中心线的交点为原点、轨道延伸方向为x轴，轨道平面横向连线为y轴、轨道平面垂向中心线为z轴。
第二步、通过静止状态下的车体与轨道原始数据，获取车体坐标系的原点在轨道坐标系的坐标，以及两个坐标系的z轴夹角，从而确定车体坐标系和轨道坐标系之间的关系。
第三步、通过安装在车体底架上的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，结合车辆静止状态下测量点与轨道之间的距离，计算当前车体在车体坐标系内的横向位移；通过车体上的倾角传感器测得当前车体在车体坐标系内的倾斜角度。由于测量是实时进行的，为了消除干扰，本实施例中对得到的当前车体在车体坐标系内的横向位移数据和当前车体在车体坐标系内的倾斜角度数据进行滤波，去除干扰数据。
第四步、结合车体尺寸和测量点的分布位置，以及当前车体在车体坐标系内的横向位移和车体在车体坐标系内的倾斜角度，求得车体在在车体坐标系内的动态外轮廓线。
第五步、结合车体坐标系和轨道坐标系之间的关系，将所述车体在车体坐标系内的动态外轮廓线转换至轨道坐标系中，得到车体在轨道坐标系中的动态外轮廓线。
第六步、车体在轨道坐标系中的动态外轮廓线与车辆运行判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，若车体在轨道坐标系中的动态外轮廓线超出车辆判定包络线，则判定为脱轨。车辆运行判定包络线是在标准要求的车辆最大运行包络线基础之上做半径为r的缓冲区，r=150-300mm。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。