专利名称：一种列车绝对速度的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种绝对速度的测量装置，尤其是涉及一种列车绝对速度的测量装置。
背景技术：
列车的速度是列车运行控制中最基本和最重要的参数。目前随着技术的进步和运 营服务的提高，对各种列车运行控制系统的研究不断加强。作为实现系统功能的先决条件， 列车运行绝对速度的检测也就显得越来越重要。列车的测速装置多种多样，无论何种装置，其核心目标都是提高测量精度。当前列 车测速主要有以下几种装置1)接触式测速装置，主要包括测速电机、脉冲转速传感器；2) 非接触式测速装置，主要有雷达测速装置、GPS卫星定位装置。从应用情况看，测速电机装置虽然比较简单，但在低速时感生电动势较低，造成测 量精度降低，当车速低于一定值时测速单元甚至不能工作，并且系统可靠性较差。脉冲转 速传感器装置由于利用轮轴旋转获取信息，因此必须克服空转和滑行等因素造成的精度降 低。为了保证这种装置的测量精度还必须对轮缘磨耗造成的误差进行修正。接触式测速装 置获得的列车速度不是列车的绝对速度而是相对速度，因此误差较大，在列车速度不高以 及列车运行间隔比较大的条件下，基本能够满足控制的需求。非接触式测速装置可以获得列车的绝对速度，目前主要的测速装置为雷达测速装 置和GPS卫星定位装置。雷达测速装置虽然能克服空转和滑行的影响，但在小型化和实用 化方面需要有所突破，并且对线路要求比较严格。当列车处于低速运行状态下时，雷达的多 普勒效应不明显，造成测速精度降低。采用GPS卫星定位装置是目前一种比较先进的技术 手段，国际上包括我国在内的许多国家都已经进行了利用GPS定位的列车测速试验。这种 装置可以达到较高的测量精度，但存在的主要问题是①当线路平行股道十分接近或有多 个列车进出站时，难以识别列车占用的是哪一股道，容易引起速度测量的混乱；②在地形复 杂地段，例如在山区和隧道内，由于无线电波传播特性的影响会产生信号盲区，特别是在地 铁列车上的应用受到限制；③在地铁列车中运用GPS卫星定位装置测速需要很大的系统支 持和巨大的经费投入。另外从国家安全角度出发GPS卫星定位方法需要充分探讨。

实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种摆脱了测 量轮对旋转的传统测速装置，适合在多种条件测量，测量精度高，测速范围广，安全可靠，设 备安装检修方便的列车绝对速度的测量装置。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种列车绝对速度的测量装 置，其特征在于，该装置包括图像传感器、图像处理模块、速度输出显示模块，所述的图像传 感器与图像处理模块连接，所述的图像处理模块与速度输出显示模块连接，所述的速度输 出显示模块与所要检测的设备上的显示单元和控制单元连接。[0008]所述的图像传感器通过通用输入/输出接口 GPIO与图像处理模块连接。所述的图像传感器为高速摄像头或者红外摄像头。所述的图像处理模块为大规模现场可编程器件FPGA。所述的所要检测的设备包括城市轨道交通列车、中低速磁悬浮列车。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1、可测量列车运行的绝对速度，不受轮缘磨损、列车空转/滑行等影响，测量精度 高特别是在低速下；2、使用范围广适用于各种类型的城市轨道交通列车，亦可用于中低速磁浮列车；3、安全可靠，不受地形变化等因素的影响；4、设备安装和检修方便，观察显示器上显示的采集轨道图像信号，可以确定设备 是否运行正常。5、相关算法采用FPGA硬件电路实现，提高了运算的速度和可靠性；6、大大扩大了测速范围，设计可达80km/h，可以在城市地铁列车上使用；7、实现了移动物体自身的速度检测。

图1为测速原理示意图；图2为测速装置的结构示意图；图3为测速装置安装示意图。图1中d为列车运行方向，图3中3为车轮。具体实施装置
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。 实施例本实用新型安装在列车上，如图1所示，在列车运行方向d上，图像采集装置从位 置a移动至位置b，连续采集到轨道图像1和图像2，这2帧图像之间存在重叠部分3，说明 图像1和图像2之间存在相关性。以重叠部分3作为模板，图像1和图像2作为背景，存入 FPGA开发板上的RAM中。模板在背景上逐点移动，计算出这两幅背景与模板具有最大归一 化互相关值的位置(xl，yl)和(x2，y2)，再根据这2个位置确定模板移动的距离，即模板的 位移像素值，结合采样时间，从而得出列车运行速度。采样时间图像传感去拍摄到的一帧图像，具有确定的像素点个数，例如 640*480，每个像素点的采样时间由图像传感器的主工作时钟决定，如0. 04微秒，这样，一 帧图像的采样时间就是640*480*0. 04 = 0. 0123秒。测速装置的结构示意图如图2所示，主要由图像传感器101、图像处理模块102、速 度输出显示模块103三部分组成。其中，图像传感器101与图像处理模块102通过GPIO接 口相连，当装置安装在列车上时，处理获得的速度信号通过多功能车厢总线MVB传送给显 示单元和列车控制单元。图像处理和速度计算均采用大规模现场可编程器件FPGA实现。如图3所示，图像传感器4 (高速摄像头或红外摄像头)可以安装于列车车体1或 转向架的下部各位置，图像传感器4将实时采集到的轨道2图像信息传送给图像处理模块(主要是FPGA的信号处理单元)，对轨道2图像信息进行处理并运用互相关算法计算出列 车运行速度，FPGA的信号处理单元5可以安装在列车车厢的任意位置；信号传输采用列车 通信网络即MVB总线，将速度的计算结果传送给列车控制系统和显示器6。
权利要求1.一种列车绝对速度的测量装置，其特征在于，该装置包括图像传感器、图像处理模 块、速度输出显示模块，所述的图像传感器与图像处理模块连接，所述的图像处理模块与速 度输出显示模块连接，所述的速度输出显示模块与所要检测的设备上的显示单元和控制单 元连接。
2.根据权利要求1所述的一种列车绝对速度的测量装置，其特征在于，所述的图像传 感器通过通用输入/输出接口 GPI0与图像处理模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种列车绝对速度的测量装置，其特征在于，所述的图像传 感器为高速摄像头或者红外摄像头。
4.根据权利要求1所述的一种列车绝对速度的测量装置，其特征在于，所述的图像处 理模块为大规模现场可编程器件FPGA。
5.根据权利要求1所述的一种列车绝对速度的测量装置，其特征在于，所述的所要检 测的设备包括城市轨道交通列车、中低速磁悬浮列车。
专利摘要本实用新型涉及一种列车绝对速度的测量装置，该装置包括图像传感器、图像处理模块、速度输出显示模块，所述的图像传感器与图像处理模块连接，所述的图像处理模块与速度输出显示模块连接，所述的速度输出显示模块与所要检测的设备上的显示单元和控制单元连接。与现有技术相比，本实用新型摆脱了测量轮对旋转的传统测速方法，具有适合在多种条件测量，测量精度高，测速范围广，安全可靠，设备安装检修方便等优点。
文档编号G01P3/38GK201788188SQ20102029726
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者吴雄文, 周宇恒, 寇若岚, 徐磊, 李玲, 柳初萌, 胡浩, 谢维达, 钱存元 申请人:同济大学