一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法技术方案

本申请公开了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，该系统包括：沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；传感检测单元用于发送调制光信号，获取调制光信号经过传感光缆反射后的反射光信号；根据反射光信号得到待测振动信号、将待测振动信号传输给数据处理单元；数据处理单元用于对待测振动信号进行处理，得到列车的位置信息，并将位置信息发送给输出单元；输出单元，用于接收位置信息，对位置信息进行发送。本发明专利技术采用光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，布设简单、抗干扰性能强；通过数据处理单元实现恶劣环境下列车长距离、高精度的连续定位。连续定位。连续定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法


[0001]本专利技术涉及轨道列车定位领域，尤其涉及一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法。

技术介绍

[0002]列车定位信息是轨道交通(包括铁路、城市轨道交通等)列车运营控制系统中最重要、最基础的信息之一。列车定位的基本功能是在任何时刻、任何地方都能精确、及时地确定列车的具体位置。列车定位方法的精度和可靠性直接影响列车安全防护距离，关系到列车的运行间隔，是轨道交通系统运营效率的制约因素。传统的轨道交通定位方法主要有轨道电路、查询应答器、卫星定位等。轨道电路定位方便、成本低，但定位精度不高、抗干扰能力差。查询应答器是点式定位方法，无法实现连续定位功能，且累积误差较大。卫星定位设备简单、接收机技术成熟，但在通过遂道、高楼区域、密林时接收不到信号，存在定位盲区，应用范围受限。
[0003]光纤传感技术为轨道交通列车定位监测提供了有效的解决办法。传感光纤具备良好的抗电磁干扰能力，灵敏度高，组网方便，适合长距离、宽动态的定位监测。目前，利用光纤传感技术实现列车定位主要有两种方法：光纤计轴技术和分布式光纤传感定位技术。光纤计轴技术无法实现连续地定位检查功能；分布式光纤传感定位技术中，由于光纤散射信号极其微弱，从而导致传感信号检测难度大，需要对信号沿光纤轴线进行长度积分来实现检测，这导致该技术难以实现高空间分辨率的定位，难以满足驼峰场编组站等高定位精度应用场合的需求。
[0004]因此，亟待引入新的轨道交通列车的定位系统，实现在恶劣监测环境中，对轨道列车的长距离、高精度、无盲区的快速连续定位。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，解决现有轨道列车定位技术中，存在的恶劣监测环境下定位可靠性差、定位精度低、定位效率低的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，包括：传感检测单元、数据处理单元和输出单元；
[0007]所述传感检测单元包括沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；
[0008]所述传感检测单元，用于发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；
[0009]所述数据处理单元，用于对所述待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；
[0010]所述输出单元，用于接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。
[0011]进一步地，所述传感检测单元包括：脉冲调制光源、光环形器和解调模块；
[0012]所述脉冲调制光源，用于发送调制光信号；
[0013]所述光环形器，用于将所述调制光信号传输给所述光纤光栅阵列振动传感光缆、将所述反射光信号传输给所述解调模块；
[0014]所述解调模块，用于根据所述反射光信号得到待测振动信号，并将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元。
[0015]进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括等距设置的光纤光栅；相邻两个所述光纤光栅之间的振动传感光纤为一个检查分区。
[0016]进一步地，所述数据处理单元包括滑窗分析模块和定位模块；
[0017]所述滑窗分析模块，用于创建滑窗，并利用所述滑窗对所述检查分区的待测振动信号的特征值进行分析，得到滑窗重心值；
[0018]所述定位模块，根据所述滑窗重心值，确定所述待定位列车覆盖的检查分区的范围；根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。
[0019]进一步地，所述滑窗分析模块包括特征值判断模块和状态统计模块；
[0020]所述特征值判断模块，用于创建滑窗，并判断所述滑窗内的待测振动信号的特征值是否大于预设的占用判断阈值；根据所述判断结果确定所述检查分区的占用状态值；
[0021]所述状态统计模块，用于统计所述滑窗内所有检查分区的占用状态值的总和，得到滑窗重心值。
[0022]进一步地，所述定位模块包括重心值判断模块和位置映射模块；
[0023]所述重心值判断模块，用于判断所述滑窗重心值是否达到最大值；如果未达到最大值，则向所述滑窗分析模块发送滑窗移动指令，令所述滑窗分析模块移动所述滑窗；如果达到最大值，则将所述滑窗内连续的占用状态值最大的检查分区确定为待定位列车覆盖的检查分区；
[0024]所述位置映射模块，用于根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。
[0025]进一步地，所述特征值包括所述待测振动信号能量大小的统计特征量。
[0026]进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括极弱反射率光栅，所述极弱反射率光栅的反射率和反射带宽均一致。
[0027]进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括阵列光栅光纤、内保护组件、加强组件、外保护组件和双面胶带。
[0028]本专利技术还提供一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法，采用上述技术方案中任一项所述的基于栅阵列的轨道交通列车定位系统，包括：
[0029]将所述光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻两个光栅之间的光纤作为一个检查分区；
[0030]利用所述传感检测单元发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述检查分区反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；
[0031]所述数据处理单元根据所述检查分区的待测振动信号，确定所述待定位列车覆盖
的检查分区范围，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；
[0032]所述输出单元接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：首先，本专利技术通过光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，具有布设简单、成本低廉、抗干扰能力强的优点，适用于高铁和既有铁路的列控系统、驼峰场的列车定位，即使在恶劣的监测环境中也具有很高的可靠性，适应多种监测条件。其次，通过传感检测单元发送调制光信号，对光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻光栅反射后的干涉信号进行解调，得到待测振动信号；再通过数据处理单元，利用时分复用的技术，实现振动信号的实时定位；定位精度由阵列光栅的间隔长度决定，而光栅间隔可设定为极短的长度，因此本专利技术能提供高精度的定位信息，并且可以实现大规模、长距离的列车定位。最后，本专利技术的数据处理单元采用的数据处理方法能够对信号进行快速处理，提高了定位的速度，输出单元通过将列车实时、精确的定位信息进行发送，当运营管理系统发送列车位置信息获取指令时，输出单元将定位信息发送给管理终端，终端设备可以实时获取列车的定位信息，根据定位信息做出相应的管理决策，为提高列车系统的运行效率提供了重要的数据基础。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，包括沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；所述传感检测单元，用于发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；所述数据处理单元，用于对所述待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；所述输出单元，用于接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述传感检测单元包括：脉冲调制光源、光环形器和解调模块；所述脉冲调制光源，用于发送调制光信号；所述光环形器，用于将所述调制光信号传输给所述光栅阵列振动传感光缆、将所述反射光信号传输给所述解调模块；所述解调模块，用于根据所述反射光信号得到待测振动信号，并将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括等距设置的光纤光栅，相邻两个所述光纤光栅之间的振动传感光纤为一个检查分区。4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述数据处理单元包括滑窗分析模块和定位模块；所述滑窗分析模块，用于创建滑窗，并利用所述滑窗对所述检查分区的待测振动信号的特征值进行分析，得到滑窗重心值；所述定位模块，根据所述滑窗重心值，确定所述待定位列车覆盖的检查分区的范围；根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。5.根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述滑窗分析模块包括特征值判断模块和状态统计模块；所述特征值判断模块，用于创建滑窗，并判断所述滑窗内的待测振动信号的特征值是否大于预设的占用判断阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘建军，刘芳，蒋锦朋，南秋明，甘维兵，胡文彬，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：