本发明涉及铁路轨道交通领域，尤其是涉及一种用于判断列车内机车位置的系统及方法。
背景技术：
电气化铁路接触网采用单相工频交流供电方式，为了降低电力系统三相供电网的电压不平衡度以及提高电网利用率，电气化铁路采用分段分相供电，即在电压相位不同的两个供电臂之间嵌入一段无电的中性区，每个供电臂与中性区之间通过锚段关节平滑过渡。在电气化铁路运营中，为了减小接触网电分相区的不利影响，大多采用车载自动过分相或地面自动过分相。
地面自动过分相装置无论采用机械开关还是电子开关进行自动过分相操作，都需要快速并准确地获取列车内机车位置信息，作为地面自动过分相装置换相切换动作的判断依据。
目前，地面自动过分相装置中列车机车位置的检测方式主要有计轴检测法、轨道电路检测法、红外对射检测法、接触网线索电流检测法等多种方式。其中，计轴检测方式应用最广且最成熟，但是这种方式，无法区分列车内每节车厢具体为机车还是货车。由于地面自动过分相装置需考虑列车多种编组方式，最终，导致中性区长度变长，有时可能超过1000m，不利于过分相装置的故障处理及维护。另外，红外对射、以及接触网检测方式理论上可以直接检测机车位置(也就是受电弓位置)，但受天气环境、司机操作、线路运行情况等制约，工程上无法满足可靠性要求，目前尚未见使用报道。
另外，现有地面自动过分相装置中列车机车位置的检测方式也有如下其他方式：其一、采用计轴传感器实现列车位置识别，存在难以区分机车与拖车、易造成计轴传感器存在错码现象而使得地面自动过分相装置不能准确识别列车位置等问题；其二、将阅读器设置在电力机车上，阅读器和车载过分相设备相连，电力机车通过换相点时，阅读器与电子标签无线连接通讯，获知列车机车位置，但由于阅读器与电子标签的特定位置设置，该车载过分相设备仅适用于车载场景，而无法应用于设置在中性区的地面自动过分相系统；其三、利用用于检测承力索电流的开孔型传感器，将该传感器安装于监测点处的承力索，即将承力索穿过该传感器，而当列车经过时，传感器二次侧感生出电流，从而驱动光纤发射头，输出列车位置信息，但这种方式存在无成熟检测设备，易受上、下行列车会车干扰，从而无法准确识别列车位置；其四、将两分段中性段的接触网设置为三个锚段关节，通过设在两个中性段上的电流互感器检测机车电流有无情况，判断机车所在中性段实际位置，作为自动过分相断路器分合操作依据，但这种方式在换相操作控制开关未闭合前，无法通过该方案检测机车位置，因而需要配合其他检测，并且该方案需要将现有的接触网改造为三个锚段关节，工程量大。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于判断列车内机车位置的系统，包括：车型检测装置，其设置在第一位置的轨道处，用于在所述列车通过当前位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号，所述第一位置与目标位置间隔预设第一距离；接近目标检测装置，其设置在靠近所述目标位置的第二位置轨道处，用于在所述列车从所述第一位置行驶到所述第二位置时采集含有表示有车轮压过当前位置信息的第二信号；数据处理装置，其用于接收所述第一信号和所述第二信号，根据所述第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在所述列车内的节数位置，而后根据所述第二信号并结合所述节数位置，在所述待识别机车的首个车轮压过所述接近目标检测装置时生成用于提示所述待识别机车到达所述目标位置的指令。
优选地，所述系统还包括：到达目标检测装置，其设置在所述目标位置处，用于实时检测所述待识别机车是否到达所述目标位置，以校验通过所述车型检测装置和所述接近目标检测装置所生成的机车到达指令。
优选地，所述到达目标检测装置，其设置在高于目标位置轨道预设高度位置处，用于在所述待识别机车到达所述目标位置时，输出有效的校验到达信号，其中，所述数据处理装置，其进一步用于接收所述有效的校验到达信号，并利用所述有效的校验到达信号，对所述机车到达指令的生成时机进行校验，并输出校验后的机车到达指令。
优选地，所述数据处理装置，包括：车型识别模块，其用于识别所述第一信号，确定每对前后相邻的车轮间的轴距，并根据所述轴距，确定每节车厢的车型和每节车厢的轴数，基于此，计算所述待识别机车内首个车轮在所述列车的累计轴数位置，其中，所述车型为机车或货车；指令发送时机确定模块，其用于识别所述第二信号，统计所述列车在驶过所述第二位置时已压过所述接近目标检测装置的车轮的实时累计轴数，在所述实时累计轴数达到所述累计轴数位置时，生成表示机车位置检测结果的机车到达指令。
优选地，所述数据处理装置，其与地面自动过分相装置连接，用于将机车到达指令发送至所述地面自动过分相装置。
优选地，所述车型检测装置采用预设数量的剪力传感器，每个剪力传感器按照预设的传感器分布间隔排列在所述第一位置的轨道处；所述接近目标检测装置采用一对剪力传感器或磁钢，以利用输出波形判断每个压过所述接近目标检测装置的车轮的数量。
优选地，所述到达目标检测装置优选地采用红外对管或激光对管，其中，所述对管通过设置在所述目标位置的立杆安装在高于目标位置达到所述预设高度处，以及所述对管发射的对管射线垂直于轨道。
另一方面，本发明还提供了一种用于判断列车内机车位置的方法，所述方法利用如上述所述的系统来对所述列车内的待识别机车行驶到目标位置进行提示，所述机车位置判断方法包括：车型检测装置在所述列车通过当前位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号，所述第一位置与所述目标位置间隔预设第一距离；接近目标检测装置在所述列车从所述第一位置行驶到所述第二位置时采集含有表示有车轮压过当前位置信息的第二信号；数据处理装置接收所述第一信号和所述第二信号，根据所述第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在所述列车内的节数位置，而后根据所述第二信号并结合所述节数位置，在所述待识别机车的首个车轮压过所述接近目标检测装置时生成用于提示所述待识别机车到达所述目标位置的指令。
优选地，所述方法还包括：到达目标检测装置实时检测所述待识别机车是否到达所述目标位置，以校验通过所述车型检测装置和所述接近目标检测装置所生成的机车到达指令。
优选地，所述方法还包括：所述数据处理装置进一步将机车到达指令发送至地面自动过分相装置。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明提供一种用于判断列车内机车位置的系统及方法，通过由剪力传感器、磁钢及对管设备构成的机车位置检测方案，利用机车重量大于货车重量的原理，采用剪力传感器计算轴距匹配(识别)电力机车的方法，并采取了多重校验的方式，保证有无故障的情况下都能实时准确获取每节车厢的车型及列车速度信息，及时确定机车到达指令的发送时机。本发明通过该系统直接判断机车位置，不易受到临车干扰，上、下行车辆不易相互干扰，可靠性较高，原理更加简单，成本低，工程上容易实现。另外，利用机车高度大于货车高度原理，采用对管设备检测机车位置作为机车到达指令的冗余校验，由于对管设备的反射面积大、时间长，使得校验结果甚至是系统机车位置检测结果的准确性和及时性大大提高。此外，本发明还可适用于各类地面自动过分相装置，使得可有效消除传统地面自动过分相装置能造成中性区长度受列车总长度限制的缺陷。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，为并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的结构框图。
图2为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的工作原理示意图。
图3为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的应用场景示意图。
图4为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车最前方时的应用场景示意图。
图5为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车中间时的应用场景示意图。
图6为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车尾部时的应用场景示意图。
图7为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统与地面自动过分相装置结合的应用场景示意图。
图8为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的方法的步骤图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
电气化铁路接触网采用单相工频交流供电方式，为了降低电力系统三相供电网的电压不平衡度以及提高电网利用率，电气化铁路采用分段分相供电，即在电压相位不同的两个供电臂之间嵌入一段无电的中性区，每个供电臂与中性区之间通过锚段关节平滑过渡。在电气化铁路运营中，为了减小接触网电分相区的不利影响，大多采用车载自动过分相或地面自动过分相。
地面自动过分相装置无论采用机械开关还是电子开关进行自动过分相操作，都需要快速并准确地获取列车内机车位置信息，作为地面自动过分相装置换相切换动作的判断依据。
目前，地面自动过分相装置中列车机车位置的检测方式主要有计轴检测法、轨道电路检测法、红外对射检测法、接触网线索电流检测法等多种方式。其中，计轴检测方式应用最广且最成熟，但是这种方式，无法区分列车内每节车厢具体为机车还是货车。由于地面自动过分相装置需考虑列车多种编组方式，最终，导致中性区长度变长，有时可能超过1000m，不利于过分相装置的故障处理及维护。另外，红外对射、以及接触网检测方式理论上可以直接检测机车位置(也就是受电弓位置)，但受天气环境、司机操作、线路运行情况等制约，工程上无法满足可靠性要求，目前尚未见使用报道。
为了解决上述现有技术问题，本发明提出了一种用于判断列车内机车位置的方法及系统，本发明利用设置在距离目标位置第一距离处的车型采集装置获取列车内每节车厢的车型、列车运行速度和列车内待识别(电力)机车在列车内的节数位置，而后，当列车到达接近目标位置装置时，通过接近目标位置装置并结合上述节数位置，计算列车通过接近目标位置装置的列车轴数，在待识别(电力)机车的首个车轮压过接近目标位置装置时生成机车到达指令，以对列车内待识别(电力)机车的行驶到目标位置进行准确提示。
另外，为了防止机车到达指令的漏发或者错发，本发明还通过设置在目标位置处的目标位置到达装置对上述机车到达指令进行校验，将接近目标位置装置和目标位置到达装置作为相互辅助和校验的设备，以将校验后的指令发送至地面自动过分相装置，实现列车通过分相区时的准确的实时机车位置检测指示结果。
实施例一
图1为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的结构框图。如图1所示，本发明所述的机车位置判断系统，至少包括：车型检测装置10、接近目标检测装置20和数据处理装置30。具体地，车型检测装置10安装在第一位置的轨道处，用于在列车到达第一位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号。其中，目标位置(采集点)为列车内的待识别机车是否到达的最终的位置采集点，第一位置位于列车相较于目标位置的驶入侧，并且第一位置与目标位置间隔有预设的第一距离。在本发明示例中，参考图3，第一距离优选为20～100米。
接近目标检测装置20安装在第一位置和目标位置之间的第二位置的轨道处，用于在当前列车从第一位置行驶到第二位置时采集含有车轮压过当前第二位置信息的第二信号。其中，第二位置紧邻目标位置，并与目标位置间隔有预设的第二距离。在本发明示例中，由于在实际应用过程中，通常待识别电力机车内的(列车车头方向的)第一个车轮到机车外部轮廓最前方的距离大于2米，因此，参考图3，第二距离与待识别电力机车内的第一个车轮到机车外部轮廓最前方的距离相符，需达到或大于且接近这一距离。
数据处理装置30设置在轨旁主机内，用于实时接收上述第一信号和第二信号，先根据第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在列车内的节数位置，而后，根据第二信号并结合上述节数位置，在待识别机车的首个车轮压过接近目标检测装置20时，生成表示待识别机车到达目标位置的提示指令。这样，本发明在通过上述车型检测装置10识别出列车中每节车厢的类型，并确定出待识别电力机车在整个列车中的具体位置，而后，在接近目标检测装置20的配合下，确定出待识别机车即将到达目标位置的时机(时刻)，并在当前时刻下准确的生成并发送机车到达指令，以在机车到达目标的准确时刻进行到达提示。
图2为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的工作原理示意图。图3为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统的应用场景示意图。下面结合图1、图2和图3对本发明所述的机车位置判断系统内的各部分的结构和功能进行详细说明。
车型检测装置10包括预设数量的剪力传感器。每个剪力传感器按照预设的传感器分布间隔排列在上述第一位置对应的轨道处。需要说明的是，本发明对剪力传感器的数量、传感器分布间隔不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设定。在本发明实施例中，车型检测装置10由安装在第一位置处同一侧钢轨上的连续5个间距1200mm的剪力传感器组成。
为了防止出现某个传感器损坏导致整个车型检测装置10失效的可能，本发明的车型检测装置10采用多个剪力传感器组成，同时可以测量多组第一信号，并通过数据处理装置10分别对每组第一信号进行识别，在经过异常数据排除预处理后，将每组第一信号对应的计算结果(每对前后相邻的车轮间的轴距)进行均值处理后，得到相应的均值结果，用以利用上述均值结果表征优化后的整个列车的每对前后相邻的车轮间的轴距，用以区分每节车厢的车型。
由于在实际应用过程中，列车内的牵引电力机车的重量要远大于货车(客车)的重量，利用这一原理，车型检测装置10的剪力传感器能够识别出关于车轮压过剪力传感器时的应力受力曲线，该曲线在车轮轴心压过传感器时出现第一信号曲线的峰谷，因而可以通过计算同一条曲线中各个峰谷之间的距离来确定列车前后相邻车轮之间的轴距，进一步利用这些轴距数据区分出列车的节、每节车厢所具有的车轮轴数，再通过比较各个峰谷的幅度区分出每节车厢的车型、机车在整个列车内的车厢节数位置、以及待识别机车的第一个车轮在整个列车的累计轴数位置。因此，在本发明实施例中，可从剪力传感器输出的第一信号中识别出列车前后车轮间轴距信息，从而利用数据处理装置40确定出待识别机车内首个车轮在列车的累计轴数位置。
接近目标检测装置20采用一对剪力传感器或磁钢，以利用该装置所输出的波形(第二信号)判断列车从第一位置向第二位置行驶过程中压过接近目标检测装置20的车轮的累计数量。具体地，通过剪力传感器或磁钢当车轮压上相应传感器时所形成的波形(第二信号)，来判断是否通过一个车轮，即通过一个轴。因此，第二信号中含有车轮压过当前传感器位置(第二位置)的时刻信息，从而可以利用数据处理装置30统计出列车通过第二位置时压过当前传感器的累计轴数。
进一步，在车型检测装置10和接近目标检测装置20分别输出相应的第一信号和第二信号后，需要利用数据处理装置30按照预设的逻辑对这两种信号进行实时处理，从而判断机车是否到达目标位置处。其中，数据处理装置30集成于控制主板内或轨旁主机内，以将控制主板或主机安装在轨旁机柜内。
具体地，数据处理装置30包括：车型识别模块31和指令发送时机确定模块32。其中，车型识别模块31用于先识别上述第一信号，根据第一信号确定每对前后相邻的车轮间的轴距，而后根据轴距数据确定每节车厢的车型(其中，车型为待识别机车或货车)和每节车的轴数，基于此，计算待识别机车内首个车轮在列车的累计轴数位置，从而识别出列车内每列车厢的车型。
进一步地说，车型识别模块31首先用于接收多条剪力传感器发送的关于列车车轮压过相应的传感器而对应的第一信号曲线，分别识别每条第一信号曲线，从每个第一信号曲线中计算出每对前后相邻的车轮间的轴距，进一步，将同一对前后相邻的车轮间轴距进行横向对比，先进行异常突变数据剔除处理，再将剩余的同一对前后相邻的车轮间轴距数据进行均值化处理，从而完成针对同一对前后相邻的车轮的轴距数据的冗余计算，以提高了轴距计算结果的准确度，继而随着列车逐渐驶出第一位置，实时计算出更多对前后相邻的车轮的轴距数据。另外，车型识别模块31还用于根据接收到的多条第一信号曲线，计算出每秒钟所接收到的数据量来计算列车当前运行速度。其中，此处的数据量指的是，第一信号采集过程中，每个信号采集时间间隔内获得的一个数据，那么通过每秒钟获得的数据的数量(当前数据量)便可以计算出列车实时运行速度。
然后，车型识别模块31用于根据经过冗余计算处理的轴距数据，一方面按照预设的第一轴间距阈值范围，划分出列车的(列车已通过或压过车型检测装置10的部分)不同节车厢并确定每节车厢的轴数。由于列车内前一节车厢的最后一个车轮与后一节车厢的第一个车轮之间的间距通常与同一节车厢内前后相邻的车轮的间距有所差异，因而，相邻车厢间的前后车轮间距具有特定的范围，故在本发明实施例中，第一轴间距阈值范围则表示列车内前一节车厢的最后一个车轮与后一节车厢的第一个车轮之间的间距的常用阈值范围，以此划分出列车的不同车厢，并将每节车厢按顺序进行编号。另外，车型识别模块31用于根据经过冗余计算处理的轴距数据，利用机车重量大于货车重量的原理，将第一信号中的信号幅度数据大于预设的机车重量阈值部分对应的车厢确定为电力机车，其余车厢确定为货车。需要说明的是，上述机车重量阈值为用于区分机车与货车的机车最低重量值，本发明对此不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设置。
最后，车型识别模块31用于根据确定出的每节车厢的车型、以及每节车厢的轴数，确定待识别机车内首个车轮位于整个列车的累计轴数位置。例如：若判断出待识别机车在列车的第20节车箱，待识别机车的前面19节车厢均为4轴货车，因此，计算出前19节车厢的累计轴数为76(19*4＝76)，故待识别机车的第一个车轮是整个列车的第77个车轴，此时，当前累计轴数位置为77。
这样，在列车不断通过(列车车轮压过)车型检测装置10时，随着第一信号采集时间或有数据输出的时间(列车经过第一位置的时间)的增长，数据处理装置30内的车型识别模块31也能够在列车经过车型检测装置10时在线同步识别出已通过车型检测装置10的列车中每节车厢的车型，并计算出待识别机车的节数位置和其第一个车轮的累计轴数位置，有利于在当前列车继续通过第二位置时实时确定机车到达指令生成和发送的准确时刻。
由于列车在行驶过程中是从第一位置移动到第二位置处，且能够在车型识别模块31确定出待识别机车第一个车轮的累计轴数位置后迅速发送给指令发送时机确定模块32，此时的累计轴数位置发送时间要远远快于待识别机车从第一位置移动到第二位置的时间。因此，在待识别机车到达第二位置之前，指令发送时机确定模块32便已经知晓上述累计轴数位置信息，可以在利用接近目标检测装置20所输出的第二信号的识别结果统计出机车已通过(压过)目标位置的实时累计轴数，在随着列车不断通过第二位置时所对应的实时变化的累计轴数逐渐接近累计轴数位置信息时，为生成和发送机车到达指令的提示操作进行准备，以便在实时累计轴数达到累计轴数位置时准时生成和发送机车到达指令。
具体地，指令发送时机确定模块32与上述车型识别模块31连接，用于识别所述第二信号，统计列车在行驶过第二位置时已压过第二位置的车轮的实时累计轴数，在实时累计轴数达到累计轴数位置时，生成表示机车位置检测结果的机车到达指令。另外，在生成上述机车到达指令之前，本发明指令发送时机确定模块32还需要用于在实时累计轴数达到准备提示轴数时，预备发送机车到达指令。其中，准备提示轴数为累计轴数位置小于1的轴数，若累计轴数位置为77时，那么指令发送时机确定模块32需要在实时累计轴数达到76时，为生成和发送(输出)机车到达指令进行准备，以在实时累计轴数达到累计轴数位置时，准时生成并发送(输出)机车到达指令。
需要说明的是，由于本发明所述的第二位置与位置采集点的距离间隔，和机车第一个车轮到机车轮廓最前方的距离相符，因而，在本发明实施例中，如果机车第一个车轮压过接近目标检测装置20的传感设备时，也就是上述实时累计轴数达到累计轴数位置时，恰好机车轮廓前方到达目标位置(位置采集点)处。
此时，在本发明实施例中，机车位置判断系统可与设置在接触网中性区的地面自动过分相装置连接，数据处理装置30还用于将机车到达指令发送至地面自动过分相装置内。图7为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统与地面自动过分相装置结合的应用场景示意图。其中，图7(a)展示了采用机械开关型的地面自动过分相装置的原理图，cg1、cg2和cg3分别为中性区驶入位置、中性区换相切换位置和中性区驶出位置，可以中性区换相位置处设置本发明所述的机车位置判断系统，也可以基于复杂化和多样化变化的列车编组方式，分别在cg1、cg2和cg3分别设置相应的机车位置判断系统，从而对机车到达当前目标检测位置进行时机准确的提示。如图7(a)所示，qs1、qs2为分别用于控制换相切换操作以使得中性区获得供电臂a或供电臂b的相区电源的主控机械开关，v1、v2和v3分别为换相切换操作的辅助的机械开关，qf1、qf2和qf3分别为用于执行主控开关保护控制的保护单元，jy1和jy2分别为中性区两侧的锚段关节。
图7(b)展示了采用机械开关与电子开关混合使用的地面自动过分相装置的原理图，cg1、cg2和cg3分别为中性区驶入位置、中性区换相切换位置和中性区驶出位置，可以中性区换相位置处设置本发明所述的机车位置判断系统，也可以基于复杂化和多样化变化的列车编组方式，分别在cg1、cg2和cg3分别设置相应的机车位置判断系统，从而对机车到达当前目标检测位置进行时机准确的提示。如图7(b)所示，qs1、qs2为分别用于控制换相切换操作以使得中性区获得供电臂a或供电臂b的相区电源的主控机械开关，v1、v2和v3分别为换相切换操作的辅助的电子阀组开关，qf1、qf2和qf3分别为用于执行主控开关保护控制的保护单元，jy1和jy2分别为中性区两侧的锚段关节。
实施例二
在上述实施例一的基于上，参考图1，在本发明实施例中，上述机车位置判断系统还包括：到达目标检测装置40。到达目标检测装置40设置在目标位置处，用于实时检测待识别机车是否到达目标位置，以校验通过车型检测装置10和接近目标检测装置20所生成的机车到达指令。本发明利用到达目标检测装置40，再次验证列车内的待识别机车是否到达目标位置处，当待识别机车的第一个轴(车轮)压上接近目标检测装置20的传感器时发送机车到达指令，同时，为了防止漏发或者错发，在采集点的上方的位置设置有到达目标检测装置40来二次判断机车是否达到，以利用数据处理装置30对机车到达指令以及到达目标检测装置40生成的二次判断结果进行综合校验，从而输出校验后的机车到达指令。
进一步，本发明所述的机车位置判断系统还包括到达目标检测装置40。到达目标检测装置40设置在第三位置处，第三位置高于目标位置处的轨道达到预设高度。在本发明实施例中，到达目标检测装置40采用红外对管或激光对管，该对管设备通过设置在目标位置的立杆，来安装在高于目标位置达到预设高度的第三位置处，所述对管发生的对管射线垂直于目标位置处的钢轨，并通过位置采集点。其中，预设高度根据列车内的待识别机车的实际高度来设定，利用电力机车高度高于货车(客车)高度的原理，使得列车在通过目标位置处时，对管设备能够扫描到列车车顶，具体在扫描货车车顶时输出无效的输出信号(无效的校验到达信号)，并在扫描机车车顶时输出有效的输出信号(有效的校验到达信号)。在本发明是实施例中，预设高度优选为4.2m～4.5m。
到达目标检测装置40内的对管设备用于在待识别机车到达并通过目标位置(或者到达并穿过位置采集点)时，输出有效的校验到达信号，并将有效的校验到达信号发送至数据处理装置30中。其中，数据处理装置30还包括指令校验模块33。
由于第二位置与位置采集点的距离间隔，和机车第一个车轮到机车轮廓最前方的距离相符，因而，在本发明实施例中，如果机车第一个车轮压过接近目标检测装置20的传感设备时，也就是上述实时累计轴数达到累计轴数位置时，恰好到达目标检测装置40响应到机车轮廓前方车顶而检测到机车到达目标位置，故数据处理装置30内的指令发送时机确定模块32生成并发送机车到达指令的时刻、与数据处理装置30内的指令校验模块33检测到校验到达信号为有效状态的时刻应相一致或相近。
进一步，指令校验模块33用于实时接收到达目标检测装置40发送的校验到达信号，在检测到该信号为有效时，利用当前有效的校验到达信号，对机车到达指令的生成时机进行校验，输出校验后的机车到达指令。具体地，指令校验模块33用于在检测到校验到达信号为有效时，立即检测当前是否已生成并发送机车到达指令，若已生成并发送机车到达指令，则继续发送机车到达指令；若尚未生成并未发送机车到达指令，则立即生成并发送机车到达指令。这样，到达目标检测装置40能够实现对机车到达指令是否生成并发送的二次校验，以弥补通过车型检测装置10和接近目标检测装置20的共同作用下对机车到达指令准时发送操作过程中的错误判别、漏判、漏发或错发等失误情况，从而为机车到达指令的输出的准时性进一步提供了保障。
基于实施例二所述的机车位置判断系统，在本发明实施例中，机车位置判断系统可与设置在接触网中性区的地面自动过分相装置连接，数据处理装置30还用于将校验后的机车到达指令发送至地面自动过分相装置内。
图4为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车最前方时的应用场景示意图。如图4所示，当前机车在列车的最前方时，数据处理装置30通过车型检测装置10计算出待识别机车的累计轴数位置为1，准备提示轴数为0；当通过接近目标检测装置20检测到待识别机车的第一个车轮完全压上接近目标检测装置20的时刻，即为开关时刻，数据处理装置30发送机车到达指令；此时，为了预防轴数计算不准确以及其他因素的干扰，到达目标检测装置40进行二次校验，在到达目标检测装置40输出有效的校验到达信号时，数据处理装置30检测机车到达指令是否已经发送，如果此时还未发送，直接发送机车到达指令；如果已经发送则继续发送机车到达指令。
图5为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车中间时的应用场景示意图。如图5所示，当前机车在列车的中间时，数据处理装置30通过车型检测装置10计算出待识别机车的累计轴数位置及相应的准备提示轴数；当通过接近目标检测装置20检测到待识别机车的第一个车轮完全压上接近目标检测装置20的时刻，即为开关时刻，数据处理装置30发送机车到达指令；此时，为了预防轴数计算不准确以及其他因素的干扰，到达目标检测装置40进行二次校验，在到达目标检测装置40输出有效的校验到达信号时，数据处理装置30检测机车到达指令是否已经发送，如果此时还未发送，直接发送机车到达指令；如果已经发送则继续发送机车到达指令。
图6为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的系统中待识别机车在列车尾部时的应用场景示意图。如图6所示，当前机车在列车的尾部时，数据处理装置30通过车型检测装置10计算出待识别机车的累计轴数位置及相应的准备提示轴数；当通过接近目标检测装置20检测到待识别机车的第一个车轮完全压上接近目标检测装置20的时刻，即为开关时刻，数据处理装置30发送机车到达指令；此时，为了预防轴数计算不准确以及其他因素的干扰，到达目标检测装置40进行二次校验，在到达目标检测装置40输出有效的校验到达信号时，数据处理装置30检测机车到达指令是否已经发送，如果此时还未发送，直接发送机车到达指令；如果已经发送则继续发送机车到达指令。
实施例三
基于实施例二，本发明还提出了一种用于判断列车内机车位置的方法。图8为本申请实施例的用于判断列车内机车位置的方法的步骤图。如图8所示，所述机车位置判断方法包括如下步骤：步骤s810车型检测装置10在所述列车到达第一位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号，其中，第一位置与目标位置间隔预设第一距离；步骤s820接近目标检测装置20在当前列车从第一位置行驶到第二位置时采集含有车轮压过第二位置信息的第二信号；步骤s830数据处理装置30接收第一信号和第二信号，根据第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在列车内的节数位置，而后根据第二信号并结合节数位置，在待识别机车的首个车轮压过第二位置时生成用于提示列车内待识别机车到达目标位置的指令。
而后，步骤s840到达目标检测装置40实时检测待识别机车是否到达目标位置，以校验通过车型检测装置10和接近目标检测装置20所生成的机车到达指令。
最后，步骤s850数据处理装置30进一步将机车到达指令发送至地面自动过分相装置。
本发明提出了一种用于判断列车内机车位置的系统及方法，通过由剪力传感器、磁钢及对管设备构成的机车位置检测方案，利用机车重量大于货车重量的原理，采用剪力传感器计算轴距匹配(识别)电力机车的方法，并采取了多重校验的方式，保证有无故障的情况下都能实时准确获取每节车辆的车型及列车速度信息，并及时确定机车到达指令的发送时机。本发明通过该系统直接判断机车位置，不易受到临车干扰，上、下行车辆不易相互干扰，可靠性较高，原理更加简单，成本低，工程上容易实现。另外，利用机车高度大于货车高度原理，采用对管设备检测机车位置作为机车到达指令的冗余校验，由于对管设备的反射面积大、时间长，使得校验结果甚至是系统机车位置检测结果的准确性和及时性大大提高。
此外，本发明适用于各类地面自动过分相装置，可根据需求在中性区两侧和/或中性区换相位置处设置相应机车位置检测系统，以获得准确的机车到达提示，进一步提高了地面自动过分相装置的换相切换操作时机的准确性，使得地面自动过分相装置可以有效识别牵引机车和货车(客车)位置，实现不同编组方式的列车的多次换相操作，进而有效消除了中性区长度受列车总长度的限制的缺陷。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
1.一种用于判断列车内机车位置的系统，其特征在于，包括：
车型检测装置，其设置在第一位置的轨道处，用于在所述列车通过当前位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号，所述第一位置与目标位置间隔预设第一距离；
接近目标检测装置，其设置在靠近所述目标位置的第二位置轨道处，用于在所述列车从所述第一位置行驶到所述第二位置时采集含有表示有车轮压过当前位置信息的第二信号；
数据处理装置，其用于接收所述第一信号和所述第二信号，根据所述第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在所述列车内的节数位置，而后根据所述第二信号并结合所述节数位置，在所述待识别机车的首个车轮压过所述接近目标检测装置时生成用于提示所述待识别机车到达所述目标位置的指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
到达目标检测装置，其设置在所述目标位置处，用于实时检测所述待识别机车是否到达所述目标位置，以校验通过所述车型检测装置和所述接近目标检测装置所生成的机车到达指令。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述到达目标检测装置，其设置在高于目标位置轨道预设高度位置处，用于在所述待识别机车到达所述目标位置时，输出有效的校验到达信号，其中，
所述数据处理装置，其进一步用于接收所述有效的校验到达信号，并利用所述有效的校验到达信号，对所述机车到达指令的生成时机进行校验，并输出校验后的机车到达指令。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置，包括：
车型识别模块，其用于识别所述第一信号，确定每对前后相邻的车轮间的轴距，并根据所述轴距，确定每节车厢的车型和每节车厢的轴数，基于此，计算所述待识别机车内首个车轮在所述列车的累计轴数位置，其中，所述车型为机车或货车；
指令发送时机确定模块，其用于识别所述第二信号，统计所述列车在驶过所述第二位置时已压过所述接近目标检测装置的车轮的实时累计轴数，在所述实时累计轴数达到所述累计轴数位置时，生成表示机车位置检测结果的机车到达指令。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述数据处理装置，其与地面自动过分相装置连接，用于将机车到达指令发送至所述地面自动过分相装置。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述车型检测装置采用预设数量的剪力传感器，每个剪力传感器按照预设的传感器分布间隔排列在所述第一位置的轨道处；
所述接近目标检测装置采用一对剪力传感器或磁钢，以利用输出波形判断每个压过所述接近目标检测装置的车轮的数量。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述到达目标检测装置优选地采用红外对管或激光对管，其中，
所述对管通过设置在所述目标位置的立杆安装在高于目标位置达到所述预设高度处，以及所述对管发射的对管射线垂直于轨道。
8.一种用于判断列车内机车位置的方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1～7中任一项所述的系统来对所述列车内的待识别机车行驶到目标位置进行提示，所述机车位置判断方法包括：
车型检测装置在所述列车通过当前位置时采集含有列车前后车轮间轴距信息的第一信号，所述第一位置与所述目标位置间隔预设第一距离；
接近目标检测装置在所述列车从所述第一位置行驶到所述第二位置时采集含有表示有车轮压过当前位置信息的第二信号；
数据处理装置接收所述第一信号和所述第二信号，根据所述第一信号确定相邻车轮间的轴距和待识别机车在所述列车内的节数位置，而后根据所述第二信号并结合所述节数位置，在所述待识别机车的首个车轮压过所述接近目标检测装置时生成用于提示所述待识别机车到达所述目标位置的指令。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
到达目标检测装置实时检测所述待识别机车是否到达所述目标位置，以校验通过所述车型检测装置和所述接近目标检测装置所生成的机车到达指令。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述数据处理装置进一步将机车到达指令发送至地面自动过分相装置。
技术总结