列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法與流程
2023-06-19 05:01:06 1
本發明涉及一種列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法，尤其涉及一種利用都卜勒雷達型傳感器，檢測列車速度的列車速度檢測裝置及列車速度檢測方法。
背景技術：
作為列車的速度檢測方法，已知有檢測車輪迴轉而加以計算的方法。在過去的手法中，由根據速度與經過時間求出列車的移動距離，再以累積計算方式確定列車位置。但是，會因車輪的空轉、滑走的發生而造成在計測速度上產生誤差。另外，由於列車行駛而造成車輪磨耗，因而使得車輪直徑產生變化，故而在計測速度上產生誤差。近年來，要求通過由搭載於列車的車上裝置辨識自車位置、並與所賦予的列車控制訊號進行比較的作業，從而確定自車的停止目標位置等的技術。在此情況下，利用車上裝置來正確地辨識自車位置，便顯得相當的重要。因此，需要有搭載於列車上的新速率計測裝置。
作為此種技術，例如提案有利用都卜勒雷達型傳感器檢測列車速度的列車速度檢測裝置，例如，參照非專利文獻1。具體而言，將具備毫米波的收發天線的裝置設置在車輛底部的狀態下，朝軌道照射毫米波、獲得反射波。利用都卜勒效應計算車輛的速度。
先前技術文獻
非專利文獻
非專利文獻1笠井貴之等[使用毫米波的非接觸式速率計的開發]，鐵路自動控制研討會論文集通號49、2012年11月。
技術實現要素：
發明要解決的課題
然而，在使用相對於傳感器的道床的傾斜角，校正自傳感器所得的斜向速度分量的方法中，當傳感器偏移而造成傾斜角不正確的情況、或是例如光束並非像 是如雷射般的傳感器檢測區域過廣的情況下，將會有速度估計誤差過大的問題。
圖1揭示在檢測區域使用非線傳感器，例如，都卜勒雷達傳感器而估計速度分量的情況下的雷達波的掃描擴大範圍。如圖所示，其估計速度分量中具有擴大範圍份量的誤差。實線表示的箭頭為雷達傳感器的中心，其周圍以虛線所示的箭頭表示擴大範圍。在維持這樣的狀態下，由於不清楚檢測在圖中範圍內的哪個位置所反射的反射波，而有可能發產生誤差。
特別是關於列車的速度檢測，由於也使用於列車的位置檢測上，因此當誤差累積的情況下，將有損列車運行順暢的虞，而必須要有解決該狀況的對策技術。尤其在列車運行間隔短的情況下，由安全性的觀點來看，必須要有相當高精度的速度檢測，這也造成在導入利用都卜勒雷達型傳感器來檢測列車速度的列車速度檢測裝置時，相當重要的課題。
在非專利文獻1公開的技術中，並未充分考慮關於傳感器的傾斜角的偏差，因此需要其他的技術。
本發明鑑於以上所述狀況，提供解決上述課題的技術。
解決課題的手段
本發明的列車速度檢測裝置具備：都卜勒雷達型傳感器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，而設置於列車底部；實際傾斜角計算部，根據所述傳感器所計算出的至反射位置為止距離、被設置的所述傳感器的高度，計算所述送出波的所述反射位置方向的實際角度；列車速度計算部，根據通過所述實際傾斜角計算部所計算出的所述角度與所述傳感器檢測出的速度信息，計算所述列車的速度。
本發明的列車速度檢測方法具備：實際傾斜角計算步驟，根據通過都卜勒雷達型傳感器所計算出的至反射位置為止距離、以及被設置的所述傳感器的高度，計算所述送出波的所述反射位置的方向的實際角度，其中，所述都卜勒雷達型傳感器為對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；列車速度計算步驟，根據通過以所述實際傾斜角計算部所計算出的所述角度與所述傳感器檢測出的速度信息，計算所述列車的速度。
發明效果
依據本發明，將可提供一種提高利用都卜勒雷達型傳感器檢測列車速度的列車速度檢測裝置的精度。
附圖說明
圖1是背景技術所涉及的、使用檢測區域非線傳感器，在估計速度分量的情況下，模式性地顯示雷達波的擴大範圍狀況的圖。
圖2是本實施方式所涉及的、表示列車1結構的功能塊圖。
圖3是本實施方式所涉及的、用以說明在列車底面設置對道床呈傾斜角的都卜勒雷達型傳感器，計測列車速度即主估計速度的原理的圖。
圖4是本實施方式所涉及的、用以說明在列車底面設置對道床呈傾斜角的都卜勒雷達型傳感器，計測列車速度即比較估計速度的原理的圖。
圖5是本實施方式所涉及的、揭示主估計速度、比較估計速度、以及GPS速度的實地操作試驗結果的圖表。
具體實施方式
接著參照圖面，具體說明用以實施本發明的形態，以下，單稱為[實施方式]。
圖2是表示本實施方式所涉及的列車1結構的功能塊圖，在此，著眼於速度計算功能。
列車1是於底面2具備都卜勒雷達型傳感器20。都卜勒雷達型傳感器20被設置為對道床90呈指定的傾斜角θ。從而，都卜勒雷達型傳感器20檢測傾斜方向的速度分量。換言的，送出波的送出方向為指定傾斜角θ的方向。
還有，列車1具備速度計算部10，依據都卜勒雷達型傳感器20所檢測出的速度分量，估計出列車1在水平方向的速度、也就是行進速度。另外，過去，依據在軌道91轉動車輪的迴轉數而計算了速度。
速度計算部10，以後述計算手法，依據相對於斜前方照射送出波的反射波，計算距離信息RHPk及速度信息VPk，由設置都卜勒雷達型傳感器20時的設置高度信息h，估計列車速度RV1即主估計速度。換言的，利用都卜勒雷達型傳感器20及速度計算部10而得以實現與習知的速率計相同的功能。
具體而言，速度計算部10具備實際傾斜角計算部11及列車速度計算部12。實際傾斜角計算部11由自都卜勒雷達型傳感器20所得的距離信息RHPk與設置時的都卜勒雷達型傳感器20的高度即設置高度h，計算相對於道床90的實際送出波及反射波的傾斜角即傾角θPk。
列車速度計算部12的作用在於，根據實際傾斜角計算部11計算的傾角θPk與雷達的速度信息VPk，估計各個速度信息的水平分量VHPk，再將這些的算術平均估計作為列車速度RV1。所估計的列車速度RV1為例如顯示於速率計等的上。
參照圖3，具體說明在本實施方式中基本的速度檢測方法即主估計速度。在此，照射的送出波作為反射波而返回都卜勒雷達型傳感器20，該送出波為由都卜勒雷達型傳感器20的天線中心C、以指定傾角θPk照射至作為反射面的道床90。
如式(1)所示，使用檢測抽樣中各個距離信息RHPk、估計各個傾角θPk。在此，將下標Pk作為其抽樣編號。設置高度信息h為由道床90至多普勒雷達型傳感器20的天線中心C為止的高度。
…式(1)
h：天線中心的設置高度
Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN
接著，如式(2)所示，根據式(1)所求出的傾角θPk與都卜勒雷達型傳感器20的速度信息VPk，分別估計其速度信息VPk的水平分量VHPk。
…式(2)
如式(3)所示，獲得以式(2)所求的水平分量VHPk在指定期間內的算術平均，將該算術平均設為列車速度RV1。
…式(3)
接著參照圖4，利用在圖1所示的背景技術所採用的計算手法，說明比較估計速度的估計方法。
在此，根據以都卜勒雷達型傳感器20所估計的速度信息VPk、以及將都卜勒雷達型傳感器20設置在底面2時所設定作為送出波送出方向的傾角信息θ，固定値；例如，45°，估計列車速度RV2。
如式(4)所示，根據速度信息VPk與傾角信息θ，估計各個檢測抽樣的速度信息VPk的水平分量VHPk。且將下標Pk設為其抽樣編號。與上述式(2)的不同點在於cosθ為固定値。
…式(4)
其次，如式(5)所示，獲得以式(4)所求出的水平分量VHPk的指定期間的算術平均，將其算術平均設為列車速度RV2。
…式(5)
在圖5中揭示運轉試驗的比較結果，其比較了使用本實施方式提案的校正方法所估計的列車速度即主估計速度、以以往手法計算的比較估計速度、以及使用GPS計算的速度(GPS速度)。圖5(a)為顯示約360秒的計測結果，圖5(b)為擴大顯示圖5(a)的區域A1，圖5(c)為擴大顯示圖5(b)的區域A2。在運轉試驗中，使用24GHz的微波作為送出波。
如圖所示，比較估計速度方面，相對於GPS速度產生4～5％的誤差。另一方面，在主估計速度方面，形成略與GPS相同，而實質上的解除上述誤差。從而，當將都卜勒雷達型傳感器20適用於速率計的情況下，將可實現精度較高的速率計。
以上，利用本實施方式將可達到：
(1)即使都卜勒雷達型傳感器20的傾斜角因為行駛等而偏移的情況下，由於估計有形成實際送出波(反射波)方向的傾斜角，因此可進行適當的校正。其結果，將可提高計測列車速率的精度。
(2)即使都卜勒雷達型傳感器20的檢測範圍、也就是照射方向擴大，由於可以估計相對於實際反射而回的檢測波速度分量的傾斜角，因此可提高估計速度的精度。
以上，依據實施方式說明本發明。該實施方式僅為示例，同業者應當可理解的是，可將這些各個構成要素進行組合，以構成各式各樣的變形例，此外，該等變形例應該在本發明的範圍的中。
符號說明
1 列車
2 底面
10 速度計算部
11 實際傾斜角計算部
12 列車速度計算部
20 都卜勒雷達型傳感器
90 道床
91 軌道