基于三维磁码的列车定位标识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维磁码的列车定位标识方法。该方法采用永磁体磁性‘N’极、‘S’极和‘0’空位分别代表数值2、1和0，组合构成列车定位信息三维磁码，然后将该三维磁码根据精度要求按一定间隔黏贴到轨道沿线，由安装在列车上的电磁感应式识读装置进行信息读取和解码，从而获得坐标定位，以及列车的速度和加速度。该方法将列车预设位置由三种码元按照矩阵序列方式进行编码组合，而不同码元预设序列代表不同位置信息，该方法涉及编码原理、感应式识别以及快速解码识别等技术。该专利最显著的特点就是环境适应性强、可靠性好，在灰尘大、光线差、低温、雨雪天气等各种恶劣环境中均能正常使用。

【技术实现步骤摘要】
基于三维磁码的列车定位标识方法
本专利技术涉及电磁感应、组合编码等技术，更具体地是涉及一种三维磁编码方法及其在列车定位标识、测速领域的应用。
技术介绍
目前，磁悬浮列车是继高铁之后国家重点发展的新型交通工具,它具有能耗低、速度快、爬坡能力强、安全、智能、乘坐舒适等许多优点,符合对现代交通工具绿色、安全、智能化的发展趋势。因此，磁悬浮列车作为未来发展新一代地面交通工具的首选制式，对社会民生、经济发展、城市布局等具有重大战略意义。国内外磁悬浮列车测速定位技术方法有很多，如：交叉回线测速定位，多普勒雷达测速定位，微波测速定位，基于轨间电缆测速定位，“集距检测+信标”测速定位等。在国内，中低速磁悬浮列车多采用交叉回线测速定位法。然而，磁悬浮列车上装配有悬浮系统、导向系统、推进系统等强磁场子系统，相互之间存在一定程度的电磁干扰。交叉回线测速定位法基于对回线产生的磁场进行列车位置辨识，悬浮系统、导向系统、推进系统的电磁场，以及安装误差、列车运行振动等因素都会影响到对交叉感应回线测速定位系统的定位精度。随着，国家对轨道交通技术创新及关键技术装备产业化的平稳推进，绿色、安全、智能化铁路装备的发展目标越来越清晰，大力发展磁悬浮列车相关技术将是未来重要发展方向之一。国家重点研发计划先进轨道交通专项先后立项资助了时速200公里/小时和400公里/小时的中高速磁悬浮列车项目，新一代时速600公里/小时高速磁悬浮列车项目也已经启动。这些对现有列车悬浮、推进、导向等系统有了更高的精度和智能化控制要求，对本领域相关技术既是一种严峻挑战又是一个难得的发展机遇。同时，磁悬浮列车结构复杂、控制难度大、智能化程度高、数据量多，现有列车定位、测速技术对于高速磁悬浮列车难以胜任。列车定位、测速技术也是实现磁悬浮列车运行控制及行车调度的重要基础。特别是对于采用长定子同步直线电机进行驱动的磁悬浮列车，其电枢绕组的励磁控制与列车的定位是密切关联的，没有准确的定位技术就没有可靠的长定子同步直线电机控制。另一方面，目前的列车节能运行与智能控制技术需要功能完善的列车超速防护(ATP)、列车自动驾驶(ATO)和列车自动监控(ATS)等系统。这些系统都需要精确、高效、可靠的列车定位、测速技术为基础。没有精确的列车定位、测速技术，再先进的优化算法也无法达到预期效果。综上所述，要充分发挥磁悬浮技术的优势，提高磁悬浮列车的竞争力,同时也是为了进一步实现列车节能运行与智能控制，精确、高效、可靠的列车定位、测速技术具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：采用轨旁信标定位方式对磁悬浮列车进行定位和测速，提高列车定位和测速的精确度，实现列车运行状况的有效监测。为了实现上述技术目标，本专利技术采用轨旁信标定位方式，提供一种尺寸小、可靠性高、编码简单的三维磁编码式列车定位标识方法，将三维磁码黏贴在轨道沿线，通过车载探头进行相应扫描、解码、监测，比现有列车定位方法更加结构简单、成本低，且精度高、易于安装维护。为了实现上述技术目标，本专利技术具体采用了如下技术方案：三维磁码采用三层结构：包括底座、信息编码层和保护层；所述信息编码层上部包括位置探测区和信息识别区，所述位置探测区用于磁码区位置的校准，所述信息识别区用于储存信息，所述信息编码层下部采用一个n×j矩阵序列；该方法包括如下步骤：(1)数据分析：确定编码的字符类型以及三维磁码规格，按字符集转换成数据字符；(2)数据编码：将数据字符转换为位流，直接将十进制地标数据转化成三进制数据序列，构成一个数据码字序列进行矩阵式编码，然后解码器识别读取三维磁码数据码字序列获取三维磁码的数据内容；(3)纠错编码：将所述数据码字序列分区排列，纠错码字加入数据码字序列，构成一个新的序列信息，并在新的序列信息末尾添加附加缀余序列信息；(4)构造矩阵：将步骤(3)产生的序列中探测信息、定位信息、附加信息和码字模块放入矩阵序列中；(5)格式和版本信息：将步骤(3)产生的序列中格式和版本信息放入信息识别区，生成最终三维磁码；(6)列车经过三维磁码时，对三维磁码磁极信息进行识读，并将识读到的信息发送到车载控制单元，车载控制单元对信息进行解码从而获得列车的实时状态信息。优选地，步骤(6)中三维磁码磁极信息识读方法为:当列车经过三维磁码时，通过车载感应线圈扫描三维磁码的矩阵序列，车载传感器检测感应线圈在扫描过程中产生的感应电磁波脉冲，并将检测信息传输车载控制单元；车载控制单元按照脉冲波的方向判断磁极极性，进行解码操作，将解码后的序列转换成二进制计算机语言，然后从建立的信息数据库调用响应的路标信息，最后通过相邻监测点获取列车位移，对列车位移求导得到运行速度，对运行速度求导得到列车加速度。优选地，按照所述矩阵序列将路标信息通过永磁磁极‘N’、‘S’和无磁‘0’空位三种码元进行矩阵组合编码。优选地，所述保护层由无磁材料构成，其覆盖在信息编码层表面。优选地，所述位置探测区采用较大正方形磁极环和一个正方形磁体嵌套而成。优选地，底座黏贴面采用磨砂处理。优选地，底座和信息编码层由铆钉或沟槽固定，磁码边缘进行圆润化处理。优选地，保护层设有信息标定处，可标识序号、安装位信息。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术实现了磁悬浮列车基于轨旁信标方式的精确定位，通过三种码元的不同排列顺序实现对轨道位置信息的储存，具有编码简单，快速识读、适应性强等优势。通过对位移求导可以得到列车运行速度，对运行速度求导可以得到列车加速度。列车位置、速度、加速度的精确监测为列车节能运行与智能控制提供了基础依据。附图说明图1是本专利技术三维磁码磁浮列车定位标识结构俯视图。图2是本专利技术三维磁码磁浮列车定位标识编码层截面图。图3是本专利技术三维磁码磁浮列车定位标识结构左视图。图中：(1)磁码边缘、(2)和(9)表示磁码保护层、(3)表示磁码信息标定区、(4)表示信息标定处、(5)表示底座、(6)和(10)表示位置探测区、(7)信息识别区、(8)信息编码区(11)表示永磁码元。具体实施方式三维磁编码方法及其在磁悬浮列车定位、测速领域的应用技术是关系到磁悬浮列车定子绕组励磁、牵引力匹配、节能运行等的一项关键性技术。随着轨道交通系统向着绿色、安全、智能化方向的快速发展，对列车定位技术提出了更高的要求，如信息采集速度、信息精准度等。本专利技术基于信息标定法采用三维磁编码标识方法对磁悬浮列车位置、速度、加速度等状态信息进行监测，为磁浮列车的精确控制提供基础依据。本专利技术的三维磁码标识方法，在信息编码区采用永磁体的‘N’、‘S’极性和无磁‘0’空位构成基本码元，按照预设矩阵编码方式进行信息编码储存。三维磁码的核心部分在于其编码层的信息编码方式以及三维磁码的识读策略。三维磁码磁极编码过程：(1)数据分析：确定编码的字符类型以及三维磁码规格，按相应的字符集转换成符号字符；在规格一定的条件下，纠错等级越高其真实数据容量越小。(2)数据编码：将数据字符转换为位流，直接将十进制地标数据转化成三进制数据序列，构成一个数据码字序列进行矩阵式编码，以便进行高效的解码，然后解码器识别读取三维磁码数据码字序列即可获取二维码的数据内容。(3)纠错编码：按需要将上面的码字序列分区排列，为了实现磁码较高的容错率，在编码区需要添加纠错码字，并把纠错码字加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维磁码的列车定位标识方法，所述三维磁码采用三层结构：包括底座、信息编码层和保护层；其特征在于，所述信息编码层上部包括位置探测区和信息识别区，所述位置探测区用于磁码区位置的校准，所述信息识别区用于储存信息，所述信息编码层下部采用一个n×j矩阵序列；该方法包括如下步骤：(1)数据分析：确定编码的字符类型以及三维磁码规格，按字符集转换成数据字符；(2)数据编码：将数据字符转换为位流，直接将十进制地标数据转化成三进制数据序列，构成一个数据码字序列进行矩阵式编码，然后解码器识别读取三维磁码数据码字序列获取三维磁码的数据内容；(3)纠错编码：将所述数据码字序列分区排列，纠错码字加入数据码字序列，构成一个新的序列信息，并在新的序列信息末尾添加附加缀余序列信息；(4)构造矩阵：将步骤(3)产生的序列中探测信息、定位信息、附加信息和码字模块放入矩阵序列中；(5)格式和版本信息：将步骤(3)产生的序列中格式和版本信息放入信息识别区，生成最终三维磁码；(6)列车经过三维磁码时，对三维磁码磁极信息进行识读，并将识读到的信息发送到车载控制单元，车载控制单元对信息进行解码从而获得列车的实时状态信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维磁码的列车定位标识方法，所述三维磁码采用三层结构：包括底座、信息编码层和保护层；其特征在于，所述信息编码层上部包括位置探测区和信息识别区，所述位置探测区用于磁码区位置的校准，所述信息识别区用于储存信息，所述信息编码层下部采用一个n×j矩阵序列；该方法包括如下步骤：(1)数据分析：确定编码的字符类型以及三维磁码规格，按字符集转换成数据字符；(2)数据编码：将数据字符转换为位流，直接将十进制地标数据转化成三进制数据序列，构成一个数据码字序列进行矩阵式编码，然后解码器识别读取三维磁码数据码字序列获取三维磁码的数据内容；(3)纠错编码：将所述数据码字序列分区排列，纠错码字加入数据码字序列，构成一个新的序列信息，并在新的序列信息末尾添加附加缀余序列信息；(4)构造矩阵：将步骤(3)产生的序列中探测信息、定位信息、附加信息和码字模块放入矩阵序列中；(5)格式和版本信息：将步骤(3)产生的序列中格式和版本信息放入信息识别区，生成最终三维磁码；(6)列车经过三维磁码时，对三维磁码磁极信息进行识读，并将识读到的信息发送到车载控制单元，车载控制单元对信息进行解码从而获得列车的实时状态信息。2.如权利要求1所述的一种基于三维磁码的列车定位标识方法，其特征在于，步骤(6)中三维磁码磁极信息识读方法为：当列车经...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，邓永芳，高涛，樊宽刚，杨斌，邓自刚，张振利，汪涛，韩树人，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36