本发明涉及轨道测速领域，具体涉及一种列车车速的测量系统。
背景技术：
轨道交通作为重要交通、运输方式之一，在生活中发挥着不可或缺的作用，列车安全保障体系是整个轨道交通体系中的重要环节，其中列车的行车速度一直是否符合要求，一直备受关注，现有的测速方法包括：1、转动测量，其利用列车转轮的转动获取当前车速，是一种接触式测量方式，容易因为列车转轴空转、打滑造成测量误差；2、gps导航测速，其通过卫星定位实时跟踪列车的位置，但容易受到天气与地形影响，造成卫星信号失真，难以大规模使用；3、雷达测速，其通过测量多普勒频率差，得到运行速度，但其需要较高的成本支撑，且依托于复杂的信号处理算法，需要较多的人力物力支撑；同时，对于高速列车，如高铁，其车速可以达到360km/h，在这种高速行驶下，现有的测速方法无法满足高速测量。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出来一种列车车速的测量系统，其利用两个脉冲式激光测距模块同步测量整个列车的距离数据，进行非接触式测量，根据采样信号的差值与两组数据之间的距离信息(结合实际偏差计算)，能够准确计算出列车的车速。
具体技术方案如下：
一种列车车速的测量系统，列车沿轨道行驶，在轨道的旁边设置有测速装置，其包含两个脉冲式激光测距模块，记为测距模块a和测距模块b，所述测距模块a和测距模块b沿轨道的延伸方向前后设置并通过机械结构保持相对位置不变，二者与地面之间的高度相同，采样频率一致；
测距模块a、测距模块b实时获取距离信息并分别向控制模块传送数据，记为数据包a和数据包b；
所述控制模块记录数据包a中处于预设距离范围内的距离数据为li，数据包b中的处于预设距离范围之内距离数据为si，其中，i＝1,2,3……n，n表示单个脉冲式激光测距模块采样到的距离数据的总个数；(预设距离范围以外的数值会被处理器过滤掉，避免占用工控机等计算资源)
所述控制模块采用方式一或方式二计算当前列车的车速；
方式一：
方式二：
其中，β1表示所述测距模块a的安装位置在方向一上的逆时针偏差转角，β2表示所述测距模块b的安装位置在方向一上的顺时针偏差转角，所述方向一为：与轨道延伸方向相垂直的方向；
θ表示所述测速装置的安装位置在轨道延伸方向上的偏差角度，以测距模块a和测距模块b的中心点为基准点，当测速装置的安装位置绕基准点顺时针旋转时，θ值取正，反之取负；
d表示两个脉冲式激光测距模块安装位置之间的设置距离；
λ表示脉冲式激光测距模块的采样误差；
δt表示两个脉冲式激光测距模块之间的数据采样时差。
其中，数据采样时差δt＝n·t：n可通过对比l1和s1的采样时间间隔获得，t为采样周期，t＝1/f，f为采样频率。
进一步，预设距离范围取值为：0.3m～2m。
两个测距模块位于测距装置内，为了保证两者能够通过同一个结构件固定，两测距模块之间的距离限定为：10cm＜d＜80cm。
为了防止两个激光器相互干扰，各自向外倾斜，0°＜β1＜10°，0°＜β2＜10°。
进一步，两个脉冲式激光测距模块的采样频率1000hz≤f≤4000hz；
采样误差：λ＝1000v/3.6f；其中，v表示当列车进入到测速装置所在的轨道区间时，其额定行驶速度，80km/h＜v＜360km/h。
本发明采用的技术方案，具有以下优势：
利用两个脉冲式激光测距模块同步测量整个列车的距离数据，进行非接触式测量，根据采样信号的差值与两组数据之间的距离信息，能够准确计算出列车的车速；其中，两个激光测距模块位于同一个测距装置内，且通过同一个结构件固定，其装配误差、误差偏角能够通过设计误差或实际测算获得；通过偏差角精准计算两条出射激光之间的距离；为保证两条出射激光无相互干扰，在设计时，两个出射激光均与方向一设有偏差角度。
附图说明
图1为测量系统结构示意图。
具体实施方式
一种列车车速的测量系统，列车沿轨道行驶，如图1所示，在轨道的旁边设置有测速装置，其包含两个脉冲式激光测距模块，记为测距模块a和测距模块b，测距模块a和测距模块b沿轨道的延伸方向前后设置并通过机械结构保持相对位置不变，二者与地面之间的高度相同，采样频率一致；
具体实施时，两个测距模块通过同一个结构件固定，两测距模块之间的距离限定为：10cm＜d＜80cm，本实施例中，d＝20cm；
测距模块a、测距模块b实时获取距离信息并分别向控制模块传送数据，记为数据包a和数据包b；
记录控制模块记录数据包a中处于预设距离范围内的距离数据为li，数据包b中的处于预设距离范围(如设置在：0.3m～2m之间)之内距离数据为si，其中，i＝1,2,3……n，n表示单个脉冲式激光测距模块采样到的距离数据的总个数；(预设距离范围以外的数值会被处理器过滤掉，避免占用工控机等计算资源)
其中，预设距离范围取值根据预先标定的激光测距模块与列车之间的垂直距离设定，如垂直距离为1m，则预设距离范围可设置为0.8～1.2m。
控制模块采用方式一或方式二计算当前列车的车速；
方式一：
方式二：
其中，β1表示测距模块a的安装位置在方向一上的逆时针偏差转角，β2表示测距模块b的安装位置在方向一上的顺时针偏差转角，方向一为：与轨道延伸方向相垂直的方向；
θ表示测速装置的安装位置在轨道延伸方向上的偏差角度，以测距模块a和测距模块b的中心点为基准点，当测速装置的安装位置绕基准点顺时针旋转时，θ值取正，反之取负；
通常θ属于装配中造成的误差角，一般θ≤3°，解算时，可将3°代入方式一的计算，也可通过以下方式，获取θ值：
当测速装置安装固定完成后，设置一个与轨道相平行的立体面，利用测速装置中的测距模块a和测距模块b分别向立体面投射激光，获取各自与立体面之间的距离，利用两个距离值得到测距模块a和测距模块b实际安装位置之间的连线与轨道延伸方向之间的夹角θ；
d表示两个脉冲式激光测距模块安装位置之间的设置距离；
λ表示脉冲式激光测距模块的采样误差；
δt表示两个脉冲式激光测距模块之间的数据采样时差。
具体实施过程中，可通过比较车速vi与额定车速，能够判断当前的运行状态是否正常；可将车速vi取均值或观察其分布情况，分析车辆行驶情况；
其中，数据采样时差δt＝n·t：n可通过对比l1和s1的采样时间间隔获得，t为采样周期，t＝1/f，f为采样频率。
为了防止两个激光器相互干扰，在设计时，各激光测距模块均向外倾斜，即：0°＜β1＜10°，0°＜β2＜10°。本实施例中，设计：β1＝6°，β2＝6°。
两个脉冲式激光测距模块的采样频率1000hz≤f≤4000hz；
采样误差：λ＝1000v/3.6f；其中，v表示当列车进入到测速装置所在的轨道区间时，其额定行驶速度，80km/h＜v＜360km/h。
列车进入到测速装置所在的轨道区间时，其沿额定行驶速度v＝100km/h匀速行驶，选用脉冲式激光测距模块的采样频率f＝1000hz，计算得出λ＝27.78mm/ms。
列车进入到测速装置所在的轨道区间时，其沿额定行驶速度v＝360km/h匀速行驶，选用脉冲式激光测距模块的采样频率f＝3000hz，计算得出λ＝33.33mm/ms。
1.一种列车车速的测量系统，其特征在于，列车沿轨道行驶，在轨道的旁边设置有测速装置，其包含两个脉冲式激光测距模块，记为测距模块a和测距模块b，所述测距模块a和测距模块b沿轨道的延伸方向前后设置并通过机械结构保持相对位置不变，二者与地面之间的高度相同，采样频率一致；
测距模块a、测距模块b实时获取距离信息并分别向控制模块传送数据，记为数据包a和数据包b；
所述控制模块记录数据包a中处于预设距离范围内的距离数据为li，数据包b中的处于预设距离范围之内距离数据为si，其中，i＝1,2,3……n，n表示单个脉冲式激光测距模块采样到的距离数据的总个数；
所述控制模块采用方式一或方式二计算当前列车的车速；
方式一：
方式二：
其中，β1表示所述测距模块a的安装位置在方向一上的逆时针偏差转角，β2表示所述测距模块b的安装位置在方向一上的顺时针偏差转角，所述方向一为：与轨道延伸方向相垂直的方向；
θ表示所述测速装置的安装位置在轨道延伸方向上的偏差角度，以测距模块a和测距模块b的中心点为基准点，当测速装置的安装位置绕基准点顺时针旋转时，θ值取正，反之取负；
d表示两个脉冲式激光测距模块安装位置之间的设置距离；
λ表示脉冲式激光测距模块的采样误差；
δt表示两个脉冲式激光测距模块之间的数据采样时差。
2.如权利要求1所述列车车速的测量系统，其特征在于：预设距离范围取值为：0.3m～2m。
3.如权利要求1所述列车车速的测量系统，其特征在于：10cm＜d＜80cm。
4.如权利要求1所述列车车速的测量系统，其特征在于：为了防止两个激光器相互干扰，各自向外倾斜，0°＜β1＜10°，0°＜β2＜10°。
5.如权利要求1所述列车车速的测量系统，其特征在于：
两个脉冲式激光测距模块的采样频率1000hz≤f≤4000hz；
采样误差：λ＝1000v/3.6f；其中，v表示当列车进入到测速装置所在的轨道区间时，其额定行驶速度，80km/h＜v＜360km/h。
技术总结