專利名稱：火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵路客貨車的車輛信息的自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的與本實(shí)用新型的火車車輛信息識(shí)別系統(tǒng)比較相近的專 利文件有兩份。其中，第一份專利名稱為"車廂間隙計(jì)數(shù)法識(shí)別鐵路客
車貨車的裝置"，申請(qǐng)?zhí)枮?2117867.4， 2004年9月1日授權(quán)，公告號(hào) CN 1164449C。車廂間隙計(jì)數(shù)法識(shí)別鐵路客車貨車的裝置，其特征在于 它用兩個(gè)車輪無(wú)源磁傳感器確定要統(tǒng)計(jì)的車廂總長(zhǎng)度，用裝于它們之間 的光電傳感器來(lái)動(dòng)態(tài)地檢測(cè)車廂間的間隙數(shù)，對(duì)于客車而言除了機(jī)車和 第一節(jié)車廂間的間隙為首個(gè)脈沖外，由于客車是連通的，檢測(cè)光線不能
通過(guò)，再無(wú)間隙脈沖輸出；貨車車廂間有約半米的間隙，因而在上述兩 個(gè)磁傳感器確定的車廂總長(zhǎng)度內(nèi)，測(cè)得的間隙脈沖大于或等于預(yù)先設(shè)定 的間隙數(shù)閾值時(shí)可識(shí)別出貨車，反之則為客車，而計(jì)數(shù)的起始與終止則 由上述兩個(gè)磁傳感器發(fā)出的車輪到達(dá)信號(hào)確定。
第二份專利名稱為"車輪間距法識(shí)別鐵路客貨車的方法及其系 統(tǒng)，，，申請(qǐng)?zhí)枮?2117863.1, 2004年5月26日授權(quán)，公告號(hào)CN 1151045C。車輪間距法識(shí)別鐵路客車貨車的方法及其系統(tǒng)，其特征在 于它根據(jù)客車一組車輪的間距要大于貨車一組車輪的間距的道理，利 用沿著火車入境方向，在檢測(cè)面一側(cè)的任一鐵軌上，依次設(shè)置的兩個(gè)安 裝中心距等于一組貨車車輪中心距的車輪間距識(shí)別用磁傳感器，用于屏
蔽機(jī)車且發(fā)出開始識(shí)別信號(hào)的機(jī)車屏蔽磁傳感器，用于測(cè)定機(jī)車到達(dá)且 發(fā)出終止識(shí)別、讀取識(shí)別結(jié)果的"到達(dá)"》茲傳感器共四個(gè)傳感器來(lái)判斷 若兩個(gè)車輪間距識(shí)別用磁傳感器在同一時(shí)刻各自收到一個(gè)車輪到達(dá)的 脈沖，則可判定為貨車，否則便為客車。
有時(shí)候?yàn)榱诉\(yùn)輸很長(zhǎng)的物品，比如說(shuō)木材，需要兩輛平車連起來(lái)使 用，這時(shí)候用上述現(xiàn)有技術(shù)的第 一種方法來(lái)判斷客貨車就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題， 而且光電傳感器受陽(yáng)光、雨雪、昆蟲等外部環(huán)境的千擾較大，容易發(fā)生 誤操作。而第二種方法從某種意義上來(lái)說(shuō)是:如果轉(zhuǎn)向架的軸距大于某個(gè) 值即為客車，小于某個(gè)值即為貨車。這種方法對(duì)傳感器的安裝位置要求
比較高，而且能區(qū)分的車型也比較有限。同時(shí)，這兩種方法都不能準(zhǔn)確 地提供通過(guò)車輛的速度、分節(jié)定位等信息。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供完善的火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，主要 是通過(guò)安裝在鐵路線上的車輪傳感器測(cè)量行駛經(jīng)過(guò)它們的火車的速度 和軸距信息，然后對(duì)獲取的速度和軸距信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，提 供駛過(guò)的 一列車輛的多種信息。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案包括 火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，包括
沿鐵軌布置的傳感器陣列，包括順序排列的3個(gè)上行傳感器組和以相 反順序排列的3個(gè)下行傳感器組，每個(gè)傳感器組至少包括2個(gè)傳感器；
與傳感器陣列連接的信號(hào)調(diào)理電路箱，包括用于把輸入的傳感器信 號(hào)處理成規(guī)則的脈沖序列信號(hào)的裝置；
與信號(hào)調(diào)理電路箱連接的數(shù)據(jù)采集卡，包括用于從傳感器信號(hào)中計(jì) 算出車輛的速度和軸距信息的裝置；
車號(hào)讀取裝置，包括安裝在鐵軌中間用于讀取車輛電子標(biāo)簽信息的 上行和下行車號(hào)讀取裝置；
與數(shù)據(jù)采集卡和車號(hào)讀取裝置連接的工控機(jī)，包括用于處理速度、 軸距和電子標(biāo)簽信息從而獲取包括上/下行火車到達(dá)、到達(dá)的是一列客/ 貨車、火車鉤鐺定位、車輛編號(hào)、和火車離去的火車車輛信息的裝置。
本實(shí)用新型的有益效果:
與車廂間隙計(jì)數(shù)法相比，本實(shí)用新型的火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 具有不受車廂形狀和車輛所運(yùn)載的貨物的影響，同時(shí)由于本系統(tǒng)使用的
車輪傳感器是無(wú)源的，所以與光電傳感器受陽(yáng)光等外部環(huán)境的強(qiáng)烈影響 不同，本實(shí)用新型使用的傳感器基本不受陽(yáng)光、雨雪等外部環(huán)境的影響。 與車輪間距識(shí)別法相比較，本實(shí)用新型的系統(tǒng)不僅僅利用了車輛的 一根軸的軸距數(shù)據(jù)，而是采集一 列火車所有車輪的軸距數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的 分析。結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，使得本方法和系統(tǒng)能在滿足本實(shí)用新型規(guī)定的 各種識(shí)別基本準(zhǔn)則的條件下，以極高的準(zhǔn)確度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客車、貨車和機(jī) 車的區(qū)分。同時(shí)，它也解決了現(xiàn)有技術(shù)的車輪間距識(shí)別法對(duì)傳感器安裝
距離要求嚴(yán)格的缺陷。
另外，本實(shí)用新型結(jié)合車號(hào)讀取裝置、X射線檢查系統(tǒng)或拍照系統(tǒng)， 可以在諸如鐵路貨運(yùn)車輛檢查、鐵路信息化等領(lǐng)域加以應(yīng)用。
圖1是本實(shí)用新型的火車車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理方框圖。
圖2是本實(shí)用新型的火車車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的傳感器陣列和車號(hào)讀
取裝置的安裝位置示意圖，該圖同時(shí)示意表示本實(shí)用新型的部分操作過(guò) 程的原理。
圖3是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路箱的工作原理示意圖。 圖4是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)釆集卡的工作原理示意圖。 圖5是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的工控機(jī)執(zhí)行的火車信息自動(dòng)識(shí)別流程的 概略流程圖。
圖6是本實(shí)用新型的系統(tǒng)計(jì)算火車速度和軸距的原理的示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的火車分節(jié)處理原理示意圖。
圖8是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的火車分節(jié)處理的示意的流程圖。
圖9是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的車輛類型判斷的示意的流程圖。
圖IO是本實(shí)用新型的系統(tǒng)的火車鉤鐺定位處理的原理示意圖。
圖11是本實(shí)用新型的系統(tǒng)輸出的串口數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實(shí)施方式
在本說(shuō)明書中所提到的鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)是目前比較先進(jìn)的 的一種檢查鐵路貨車貨物的X射線檢查系統(tǒng)，其中包括作為該檢查系統(tǒng) 的子系統(tǒng)的拍照系統(tǒng)。根據(jù)其操作原理及要求，該鐵路貨運(yùn)車輛檢查系 統(tǒng)在工作時(shí)首先使用本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)確的車輛類型信息，即，首先 必須判斷出當(dāng)前要通過(guò)該檢查系統(tǒng)的車輛的類型。當(dāng)通過(guò)的 一 列火車為 貨車時(shí)，只有當(dāng)火車的機(jī)車部分完全通過(guò)該檢查系統(tǒng)的X射線束流中心 后，才能啟動(dòng)射線進(jìn)行掃描檢查。檢查系統(tǒng)還需根據(jù)通過(guò)火車的速度對(duì) 自身的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。當(dāng)每節(jié)車廂通過(guò)束流中心后，本實(shí)用新型 的系統(tǒng)將根據(jù)分節(jié)和定位信息，對(duì)掃描出來(lái)的車輛圖像進(jìn)行分割，同時(shí) 通過(guò)讀取由車號(hào)讀取裝置提供的數(shù)據(jù)，從而獲取車輛編號(hào)。這些信息對(duì) 于該鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)都是十分重要的。
現(xiàn)在結(jié)合附圖來(lái)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。 圖1是本實(shí)用新型的火車車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理方框圖。在 圖l中，l是傳感器陣列。該陣列由若干傳感器組構(gòu)成，每個(gè)組中包含
一定數(shù)目的傳感器。根據(jù)本實(shí)用新型的原理，例如可以采取6組傳感器， 每組由3個(gè)傳感器構(gòu)成。當(dāng)然，根據(jù)本實(shí)用新型的原理也可以將傳感器 的組數(shù)和每組傳感器的個(gè)數(shù)配置成其他數(shù)目。根據(jù)本實(shí)用新型配置傳感 器陣列的原理可以從下面的相關(guān)敘述中明白。在圖1中，還包括信號(hào)調(diào) 理電路箱2、數(shù)據(jù)采集卡3、工控機(jī)4 (工控機(jī)4接收數(shù)據(jù)采集卡3中計(jì) 算出的火車速度v和車軸軸距h數(shù)據(jù))、用于接收工控機(jī)4的第一輸出 數(shù)據(jù)流并將其輸出至PLC (鐵路車輛檢查系統(tǒng)的可編程邏輯控制單元) 的串口 5、用于接收工控機(jī)4的第二輸出數(shù)據(jù)流并將其輸出至DPC (鐵 路車輛檢查系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心)的網(wǎng)口 7、以及用圖示的天線接收由 火車車輛上的電子標(biāo)簽發(fā)射的信號(hào)的車號(hào)讀取裝置6。這些部件將在以
下詳細(xì)i兌明。
車輛傳感器陣列被安裝在鐵道鐵軌的兩側(cè)中靠近系統(tǒng)控制室的一 側(cè)，這樣，所有接線不必穿過(guò)鐵軌。如圖2所示，本實(shí)用新型的6個(gè)傳 感器組中的三個(gè)組(即Sl， S2， S3,每組由3個(gè)傳感器構(gòu)成，其中兩個(gè) 是工作傳感器， 一個(gè)是冗余傳感器)分布在鐵軌的內(nèi)側(cè)，用于獲取自左 向右的火車行進(jìn)方向(上行)的車輪產(chǎn)生的信息，而另三個(gè)組(即Xl, X2, X3)也分布在這鐵軌的內(nèi)側(cè)，用于獲取自右向左的火車行進(jìn)方向
(下行)的車輛產(chǎn)生的信號(hào)。在同一組傳感器，例如傳感器組Sl中， 各傳感器Sll, S12, S13之間的間距約為10 1,200毫米(根據(jù)鐵道枕 木的實(shí)際間距和貨車車廂的最小軸距而定)。因?yàn)閄射線源在開始掃描 之前需要有一個(gè)束流穩(wěn)定過(guò)程，因此傳感器組Sl與X射線源(O)以 及X1與X射線源(O)之間的距離不能小于根據(jù)火車行駛的最快速度 與鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)束流穩(wěn)定的時(shí)間計(jì)算出的距離值。例如，在實(shí) 施例中可以設(shè)定該值為dl=d7=3,000 700,000毫米。拍照系統(tǒng)(P)與X 射線源(O)的間距d4的值由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，P可以安裝在Sl與 Xl之間的任意位置。第2/3上行傳感器組(S2/S3)與X射線源(0)/ 拍照系統(tǒng)(P)的間距d2/d5、以及第3/2下行傳感器組(X3/X2)與X 射線源(O) /拍照系統(tǒng)(P)的間距d3/d6的最小值由貨車車廂的第二個(gè) 軸相對(duì)于最近的鉤鐺中心的距離來(lái)確定。在本實(shí)用新型中，該間距例如 取為d2=d3=d5=d6=3,000 4,500毫米。這里所述的貨車車廂的第二個(gè)軸
距離最近的鉤鐺中心的距離，即上行方向行駛的火車的每節(jié)車廂的第二
個(gè)軸恰好到達(dá)S2、 S3時(shí)在O點(diǎn)和P點(diǎn)恰好是兩節(jié)車廂的鉤鐺，或下行 方向行駛的火車每節(jié)車廂的第二個(gè)軸恰好到達(dá)X2、 X3時(shí)在P點(diǎn)和O點(diǎn) 恰好是兩節(jié)車廂的鉤鐺。另外，如圖2所示，RF1和RF2分別是設(shè)置在 兩條鐵軌之間的地面上的火車的上行方向(即圖中的有左至右方向)和 下行方向(即圖中的自右至左方向)的車號(hào)讀取裝置天線(該車號(hào)讀取 裝置即是圖1中的方框6)?；疖囓噹系碾娮訕?biāo)簽一般安裝在車廂的 兩端。上/下行車號(hào)讀取裝置對(duì)稱地分別安裝在X射線源O點(diǎn)的上/下行 側(cè)，它們之間的間距的最小值根據(jù)既能減小干擾又能增加讀取幾率的原 則來(lái)確定。在本實(shí)用新型中，例如安排RF1和RF2與O點(diǎn)的間距都約 為d8=d9=100~5,500毫米。在圖2中，O和P分別表示鐵路貨運(yùn)車輛檢 查系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)的X射線源和拍照系統(tǒng)，A和B分別表示檢查系統(tǒng)上 行開機(jī)和下行開機(jī)的位置，即發(fā)送所判斷出的表示上行/下行火車到達(dá)的 開機(jī)信號(hào)的位置。
如果一列火車自左向右行進(jìn)，如圖2所示，由于傳感器的工作原理 類似于一個(gè)磁鐵，當(dāng)列車的機(jī)車和各節(jié)車廂的每一個(gè)車輪順序地經(jīng)過(guò)傳 感器組S1， S2, S3時(shí)，車輪切割傳感器磁鐵的磁力線，于是根據(jù)火車 速度的不同，這些傳感器便輸出具有不同幅值的電壓信號(hào)，從而提供出 三個(gè)傳感器信號(hào)序列。這些傳感器信號(hào)序列經(jīng)傳輸線纜傳送到設(shè)置在位 于傳感器組附近的本實(shí)用新型的火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)機(jī)拒中的 信號(hào)調(diào)理電路箱2，以便對(duì)幅值、波形不相同的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?br>
圖3是信號(hào)調(diào)理電路箱2的原理示意圖。在那里，傳感器信號(hào)序列 被處理成能夠供數(shù)據(jù)采集卡3使用的規(guī)則的脈沖信號(hào)序列。當(dāng)火車通過(guò) 時(shí)，火車車輪切割傳感器磁力線，從而產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)(1)，該傳 感器電壓信號(hào)(1)輸入到整形二極管中，濾掉信號(hào)中的負(fù)電平部分， 得到信號(hào)(2),信號(hào)(2)輸入到電壓比較器中，整形后得到信號(hào)(3), 信號(hào)(3)輸入到光耦中，經(jīng)過(guò)電平變換后得到輸出信號(hào)(4)。
數(shù)據(jù)采集卡3根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)序列中的各個(gè)脈沖的到來(lái)時(shí)刻， 按照本實(shí)用新型規(guī)定的方式(這將在下面詳細(xì)敘述)，獲取火車的車速 v和軸距h。 一組3個(gè)傳感器的信號(hào)經(jīng)傳感器接口箱后，成為規(guī)則的脈 沖序列信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)采集卡，如圖4所示，脈沖序列信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔 離電路輸入到數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP中，DSP對(duì)其進(jìn)行處理，計(jì)算出速
度和軸距，把處理得到的速度和軸距信息分別用一個(gè)字表示，加上一個(gè)
字的包頭和一個(gè)字的包尾打成一包，存儲(chǔ)到寫FIFO中，工控機(jī)通過(guò)PCI 總線從寫FIFO中讀取到速度和軸距信息。在計(jì)算速度和軸距時(shí)所使用 的傳感器安裝距離的信息是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)工控機(jī)通過(guò)PCI總線寫到讀 FIFO中，而DSP從讀FIFO中讀取的。所有數(shù)據(jù)的傳輸?shù)倪壿嬁刂贫际?通過(guò)CPLD完成的。光耦隔離電路例如采用M601芯片，DSP例如采用 TMS320F2812, CPLD例如采用EMP7128, FIFO例如采用IDT7203, PCI 總線控制芯片采用例如PLX的PCI卯52。上述各種部件都是通用的電子 部件。其中，PCI是外設(shè)部件互連(Peripheral Component Interconnect) 的縮寫，它是目前個(gè)人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn) 品上都帶有這種插槽。CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device)的縮寫，用戶可對(duì)CPLD內(nèi)部的邏輯才莫塊 和I/0模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯控制。寫/讀FIFO:這里指先入 先出(Firstl叩ut First Output)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，這種芯片有一定的存儲(chǔ) 空間，先寫入芯片的數(shù)據(jù)讀的時(shí)候首先被讀出來(lái)。PCI采集卡上有兩塊 FIFO芯片，我們將DSP寫工控機(jī)讀的芯片叫做寫FIFO,將DSP讀工控 機(jī)寫的芯片叫做讀FIFO。光耦隔離電路的功能是實(shí)現(xiàn)光電隔離，也就是 指在輸入輸出信號(hào)時(shí)采用光耦合方式，它起到一種電氣隔離的作用。接 下來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡3處理后輸出的、其中包含車速v和軸距h的數(shù) 據(jù)流便傳送給工控機(jī)4。
工控機(jī)4根據(jù)接收的數(shù)據(jù)流中的v, h數(shù)據(jù)，按照本實(shí)用新型規(guī)定 的方式(這將在下面詳細(xì)敘述)對(duì)軸距信息進(jìn)行分析處理，接下來(lái)分別 獲得所需要的以下信息車輛類型、火車分節(jié)、鉤鐺定位、火車到達(dá)、 火車離去、車輛編號(hào)等。工控機(jī)4將包含這些信息/數(shù)據(jù)以及上述的速 度、軸距數(shù)據(jù)的第一輸出數(shù)據(jù)流經(jīng)由串口 5輸出，提供給上述的鐵路貨 運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)，具體地，輸送給該系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，即圖1 中的PLC或其他處理器。
另外，由圖l中可見，本實(shí)用新型的系統(tǒng)還包括具有電子標(biāo)簽讀取 天線的車輛編號(hào)讀取裝置6。該電子標(biāo)簽讀取天線安裝在鐵軌內(nèi)側(cè)。適 合于以無(wú)線方式不斷地多次讀取安裝在每節(jié)火車車廂底部的電子標(biāo)簽 發(fā)射的電子標(biāo)簽信號(hào)。這里采取的技術(shù)與通常的電子讀卡器接收以刷卡 方式從讀卡器檢測(cè)口前掃過(guò)的芯片卡中的信息的技術(shù)是一致的，因此不
另作詳細(xì)說(shuō)明。從電子標(biāo)簽讀取天線接收的電子標(biāo)簽信號(hào)被傳送給本系
統(tǒng)的車號(hào)讀取裝置6,在那里該信號(hào)被處理成一個(gè)適合于供工控機(jī)4使 用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。
該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流送入到工控機(jī)4后，在其中進(jìn)行進(jìn)一步處理，形成一
個(gè)其中包括車輛編號(hào)信息的文件。該文件被包含在工控機(jī)的第二輸出數(shù) 據(jù)流中，該第二輸出數(shù)據(jù)流經(jīng)由一個(gè)網(wǎng)口 7提供給上述鐵路車輛檢查系 統(tǒng)，具體地，輸送給該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心，即圖1中的DPC。
圖5是在工控機(jī)中執(zhí)行的整個(gè)火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別流程的舉例性 的4既略原理圖。圖5中每個(gè)方框的具體說(shuō)明如下。
S501:系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)，對(duì)后續(xù)流程中利用的參數(shù)進(jìn)行初始 化。例如，當(dāng)前從PCI板卡中讀了多少個(gè)軸距，軸距的具體值等等。
S502:依次從6組傳感器對(duì)應(yīng)的6塊PCI板卡的FIFO中讀取數(shù)據(jù)， 并解析出軸距和速度信息。
S503:如果Sl對(duì)應(yīng)的板卡比XI對(duì)應(yīng)的板卡先有速度和軸距信息， 則表明火車行使方向?yàn)樯闲?，接下?lái)就對(duì)Sl對(duì)應(yīng)板卡中的軸距進(jìn)行分 節(jié)處理；反之為下行，利用XI對(duì)應(yīng)板卡中的軸距進(jìn)行分節(jié)處理。
S504:如果為上行列車，對(duì)S1分節(jié)后的單節(jié)火車進(jìn)行類型的判斷； 如果為下行列車，對(duì)X1分節(jié)后的單節(jié)火車進(jìn)行類型的判斷。
S505:如果為上行列車，從Sl對(duì)應(yīng)的板卡中讀出的軸距的個(gè)數(shù)大 于12個(gè)，且在對(duì)Sl的軸距的分節(jié)處理后所獲得的單節(jié)火車車輛中，其 中有一輛為機(jī)車，則認(rèn)為有火車到達(dá)。通過(guò)串口，發(fā)送火車到達(dá)信息。 如果火車到達(dá)，則進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)；如果沒(méi)有，則繼續(xù)讀取PCI板卡中的 數(shù)據(jù)。同理，如果是下行，對(duì)X1對(duì)應(yīng)的板卡進(jìn)行處理。
S506:如果為上行列車，利用Sl分節(jié)后的單節(jié)火車類型進(jìn)行整列 火車類型的判斷。即列車頭部的機(jī)車后面的兩節(jié)車，如果都是貨車則認(rèn) 為整列火車為貨車，如果有一輛為客車，為了保證安全，認(rèn)為整列火車 為客車。
S507:判斷火車類型后，通過(guò)串口發(fā)送信息通知PLC。如果火車類 型為貨車，則啟動(dòng)X射線檢查系統(tǒng)，然后對(duì)S2測(cè)得的軸距進(jìn)行分節(jié)， 對(duì)鉤鐺到O點(diǎn)處進(jìn)行定位。如果是客車，僅啟動(dòng)拍照系統(tǒng)，對(duì)S3測(cè)得 的軸距進(jìn)行分節(jié)，對(duì)鉤鐺到P點(diǎn)處進(jìn)行定位。
S508:如果為上行列車，對(duì)S2對(duì)應(yīng)的板卡讀得的軸距進(jìn)行分節(jié)處
10
理；如果為下行列車，對(duì)X3對(duì)應(yīng)的板卡讀得的軸距進(jìn)行分節(jié)處理。
S509:如果為上行列車，利用S2的軸距，對(duì)火車鉤鐺到達(dá)O點(diǎn)處
進(jìn)行定位。如果為下行列車，利用X3的軸距，對(duì)火車鉤鐺到達(dá)O點(diǎn)處
進(jìn)行定位。鉤鐺的定位信息通過(guò)串口發(fā)送給PLC。
S510:如果為上行貨車，從與天線為RF1的車號(hào)讀取裝置相連的串
口中讀取車號(hào)信息，并記錄當(dāng)讀取這個(gè)車號(hào)的時(shí)候，第幾節(jié)車正在通過(guò)
O點(diǎn)。如果為下行貨車，從與天線為RF2的車號(hào)讀取裝置相連的串口中
讀取車號(hào)信息。
S511:如果為上行列車，對(duì)S3對(duì)應(yīng)的板卡讀得的軸距進(jìn)行分節(jié)處 理；如果為下行列車，對(duì)X2對(duì)應(yīng)的板卡讀得的軸距進(jìn)行分節(jié)處理。
SM2:如果為上行列車，利用S3的軸距，對(duì)火車鉤鐺到達(dá)P點(diǎn)處 進(jìn)行定位。如果為下行列車，利用X2的軸距，對(duì)火車鉤鐺到達(dá)P點(diǎn)處 進(jìn)行定位。鉤鐺的定位信息通過(guò)串口發(fā)送給PLC。
S513:如果6塊板卡都給出了火車離開該板卡所對(duì)應(yīng)的傳感器的信 息，則認(rèn)為火車離開了。如果火車離開了，進(jìn)行后續(xù)操作，如果沒(méi)有則 繼續(xù)讀取PCI板卡中的數(shù)據(jù)。
S514:如果火車離開了，確定讀取的車號(hào)對(duì)應(yīng)的火車車輛，并將結(jié) 果寫成文本文件，通過(guò)FTP發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心(DPC),最后整個(gè)流 程結(jié)束，重新初始化。
(1)速度和軸距的獲取
軸距和速度的計(jì)算在PCI板卡中完成。每一組3個(gè)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào) 調(diào)理箱后對(duì)應(yīng)一塊PCI板卡。因此，火車通過(guò)時(shí)， 一個(gè)方向上的3組傳 感器對(duì)應(yīng)的3塊板卡將產(chǎn)生3組火車軸距和速度的信息。由于3組傳感 器的安裝位置不同，同時(shí)只有當(dāng)火車輪子壓過(guò)傳感器時(shí)才能計(jì)算出速度 信息，所以這3個(gè)速度信息可能是不同時(shí)刻火車的速度。工控機(jī)把獲取 的最新的一個(gè)速度值作為火車的速度。S1/X1的軸距值用于判斷火車到 來(lái)和類型，其他組的軸距值用于在相應(yīng)位置對(duì)火車的鉤鐺處進(jìn)行定位。
本實(shí)用新型的火車車輛信息識(shí)別系統(tǒng)在工作中遵循的基本原理 是客車各個(gè)輪軸之間的距離(不僅包括轉(zhuǎn)向架軸距，還有轉(zhuǎn)向架之間 的距離)，與貨車各個(gè)輪軸之間的距離存在明顯的不同。如果在識(shí)別系 統(tǒng)的識(shí)別操作中區(qū)分不出來(lái)，為保證安全，則一律認(rèn)為是客車，以免除 對(duì)其進(jìn)行X射線檢測(cè)，發(fā)生誤操作，造成放射性事故。
速度和軸距的計(jì)算方法原理如附圖6所示。對(duì)于每組3個(gè)傳感器， 利用其中任意兩個(gè)就能計(jì)算出火車的速度和軸距，另外一個(gè)傳感器用于 冗余和備份，使得某個(gè)傳感器丟失信號(hào)時(shí)，依然能夠正確測(cè)量出火車的 速度和軸^巨。
在圖6中，Z軸線表示一條鐵軌，現(xiàn)在，在該鐵軌上僅顯示出本實(shí) 用新型的傳感器陣列中的某個(gè)傳感器組(具體地由三個(gè)傳感器構(gòu)成)中 的兩個(gè)工作傳感器a和b。cl是傳感器a和b之間的距離，例如為10 1,200 毫米，具體根據(jù)鐵道枕木的實(shí)際間距和貨車車廂的最小軸距而定。在圖 6中的第二和三條軸線即軸線a和b上，以時(shí)序圖的形式表示一節(jié)火車 車廂(通常， 一節(jié)車廂例如有4根車軸)行進(jìn)通過(guò)傳感器a和b后，在 本實(shí)用新型的系統(tǒng)中采集到的相應(yīng)的車輪脈沖信號(hào)。具體地說(shuō)，在軸線 a上表示的是采集到的傳感器a產(chǎn)生的4個(gè)車輪脈沖信號(hào)Lh L2， L3， L4;在軸線b上表示的是傳感器b產(chǎn)生的相似的4個(gè)脈沖信號(hào)"'，L2，， IV， L4，。
在圖6中，a和b軸線上的第一個(gè)脈沖之間的時(shí)間差對(duì)應(yīng)于車輪經(jīng) 過(guò)鐵軌上的一段已知距離(例如，這是兩個(gè)相鄰傳感器之間的距離cl ), 假設(shè)車輪經(jīng)過(guò)這段距離cl所用的時(shí)間為tl，很顯然，根據(jù)物理學(xué)求速 度的公式
v=cl/tl (公式l)
便可計(jì)算出火車的速度。
根據(jù)軸距的計(jì)算公式
軸距<formula>formula see original document page 12</formula>(公式2 )
其中v1=上一個(gè)輪子到達(dá)的速度 v2二當(dāng)前輪子到達(dá)的速度
t2=這兩個(gè)車輛通過(guò)鐵軌上同 一個(gè)傳感器的時(shí)間間隔，
便可計(jì)算出軸距h。 (2)火車的分節(jié)處理
在本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，所謂的"分節(jié)"，是指將采集到的一列火 車的一系列軸距數(shù)據(jù)按照真實(shí)的一節(jié)一節(jié)的車廂加以分開，即分節(jié)。現(xiàn) 在國(guó)內(nèi)大部分火車車輛的軸數(shù)為4軸、5軸、6軸和8軸。它們的軸距 有以下3條^見律^見律1:車輛的軸距以車輛的中心點(diǎn)左右互相對(duì)稱，
如圖7所示，機(jī)車的LU=L5,6, L2，3=L4,5，車輛1中的L7,8-L9,k)(其中L1J: 第i個(gè)輪子與第j個(gè)輪子之間的距離)。規(guī)律2: —輛車的第一個(gè)輪子到 最后一個(gè)輪子的距離大于7米，如圖7所示，機(jī)車的L^〉7米，L7，10>7 米。規(guī)律3:兩轉(zhuǎn)向架之間的軸距大于鉤鐺處的軸距，鉤鐺處的軸距大
于轉(zhuǎn)向架的軸距，例如下圖機(jī)車中的L3，4〉U，7〉L！,2 ,車輛1中的
L8,9>L10, >L7,8。當(dāng)然，除此以上，也完全會(huì)出現(xiàn)等于其他正整數(shù)的軸數(shù) 的車輛，只要按照本實(shí)用新型的原理，就可以十分容易地將它們的軸距 規(guī)律分析出來(lái)，補(bǔ)充到上面的已知軸距規(guī)律中一起使用。 火車軸距分節(jié)的方法如圖8的流程圖所示。
系統(tǒng)初始化這一步在如圖5所示的"參數(shù)初始化，，中完成。此時(shí) 將T、 N置l， i置0。 T表示第T個(gè)軸距之前的火車軸距已經(jīng)被分成一 節(jié)一節(jié)的單節(jié)車輛；N表示當(dāng)前正利用第N個(gè)軸距開始劃分車輛；i表 示當(dāng)前還沒(méi)有進(jìn)行劃分的軸距的個(gè)數(shù)。
讀取1條軸距信息這一步在如圖5所示的"讀PCI板卡FIFO中 的數(shù)據(jù)"中完成。當(dāng)一列火車的兩個(gè)輪子通過(guò)一組傳感器時(shí)，與這組傳 感器相連的PCI數(shù)據(jù)采集卡馬上就能計(jì)算出一個(gè)軸距信息，并把它存儲(chǔ) 在采集卡的FIFO中。這時(shí)候，工控機(jī)中的識(shí)別系統(tǒng)就能通過(guò)PCI總線 將這條軸距信息讀取到，相應(yīng)可進(jìn)行劃分的軸距的個(gè)數(shù)i就加1。
滿足4軸規(guī)律將軸距的3條規(guī)律應(yīng)用在4軸上，即如果是4軸車 的話必須滿足以下4條
規(guī)律h第N個(gè)軸距值是否約等于第N + 2個(gè)軸距值，即第N個(gè)軸 距值與第N + 2個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律2:第N、 N+l、 N + 2三個(gè)軸距的和是否大于7000毫米；
規(guī)律3:第N+1個(gè)軸距值是否大于第N + 3個(gè)軸距值；
規(guī)律4:第N + 3個(gè)軸距值是否大于第N個(gè)軸距值。
當(dāng)i《2時(shí)，即當(dāng)前還沒(méi)有進(jìn)行劃分的軸距的個(gè)數(shù)小于3時(shí)，因?yàn)榭?供分析的數(shù)據(jù)不足，所以不做4軸規(guī)律分析。
當(dāng)1 = 3時(shí)，即當(dāng)前還沒(méi)有進(jìn)行劃分的軸距的個(gè)數(shù)等于3時(shí)，可以對(duì) 第N到第N+3這3個(gè)軸距進(jìn)行規(guī)律1和規(guī)律2的分析，如果不滿足則 認(rèn)為當(dāng)前這樣劃分不滿足4軸規(guī)律；如果滿足則認(rèn)為當(dāng)前這樣劃分可能 滿足4軸規(guī)律，繼續(xù)等待下一個(gè)軸，即1 = 4。
當(dāng)i》4，即當(dāng)前還沒(méi)有進(jìn)行劃分的軸距的個(gè)數(shù)超過(guò)3時(shí)，4僉查一下
第N到第N+3這4個(gè)軸距是否滿足前面所說(shuō)的4條規(guī)律。如果滿足， 則認(rèn)為符合4軸規(guī)律；不滿足，則認(rèn)為不滿足4軸規(guī)律。
滿足5軸規(guī)律類似于4軸規(guī)律，將軸距的3條規(guī)律應(yīng)用在5軸上， 即如果是5軸車的話必須滿足以下5條
規(guī)律l:第N個(gè)軸距值是否約等于第N + 3個(gè)軸距值，即第N個(gè)軸 距值與第N + 3個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律2:第N+1個(gè)軸距值是否約等于第N + 2個(gè)軸距值，即第N十 1個(gè)軸距值與第N + 2個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律3:第N、 N+l、 N + 2、 N + 3四個(gè)軸距的和是否大于7000毫
米；
規(guī)律4:第N+1個(gè)軸距值是否大于第N + 4個(gè)軸距值；
規(guī)律5:第N + 4個(gè)軸距值是否大于第N個(gè)軸距值。
當(dāng)i《3時(shí)，因?yàn)榭晒┓治龅臄?shù)據(jù)不足，所以不做5軸規(guī)律分析。當(dāng)
1 = 4時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律l、 2、 3的分析。當(dāng)1>5,進(jìn)行5條規(guī)律分析。
如果滿足，則認(rèn)為符合5軸規(guī)律；不滿足，則認(rèn)為不滿足5軸規(guī)律。 滿足6軸規(guī)律類似于4軸規(guī)律，將軸距的3條規(guī)律應(yīng)用在6軸上，
即如果是6軸車的話必須滿足以下5條
規(guī)律l:第N個(gè)軸距值是否約等于第N + 4個(gè)軸距值，即第N個(gè)軸
距值與第N + 4個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律2:第N+1個(gè)軸距值是否約等于第N + 3個(gè)軸距值，即第N十
1個(gè)軸距值與第N + 3個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米； 規(guī)律3:第N到第N + 4五個(gè)軸距的和是否大于7000毫米； 規(guī)律4:第N + 2個(gè)軸距值是否大于第N + 5個(gè)軸距值； 規(guī)律5:第N + 5個(gè)軸距值是否大于第N個(gè)軸距值。 當(dāng)i《3時(shí)，因?yàn)榭晒┓治龅臄?shù)據(jù)不足，所以不做6軸規(guī)律分析。當(dāng)
1 = 4時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律2的分析。當(dāng)〖=5時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律l、 2、 3、
4的分析。當(dāng)1>6，進(jìn)行5條規(guī)律分析。如果滿足，則認(rèn)為符合6軸規(guī)
律；不滿足，則認(rèn)為不滿足6軸規(guī)律。
滿足8軸規(guī)律類似于4軸規(guī)律，將軸距的3條規(guī)律應(yīng)用在8軸上，
即如果是8軸車的話必須滿足以下6條
規(guī)律l:第N個(gè)軸距值是否約等于第N + 6個(gè)軸距值，即第N個(gè)軸
距值與第N + 6個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律2:第N+l個(gè)軸距值是否約等于第N + 5個(gè)軸距值，即第N十 1個(gè)軸距值與第N + 5個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米；
規(guī)律3:第N + 2個(gè)軸距值是否約等于第N + 4個(gè)軸距值，即第N十 2個(gè)軸距值與第N + 4個(gè)軸距值的差的絕對(duì)值是否小于100毫米； 規(guī)律4:第N到第N + 6七個(gè)軸距的和是否大于7000毫米； 規(guī)律5:第N + 3個(gè)軸距值是否大于第N + 7個(gè)軸距值； 規(guī)律6:第N + 7個(gè)軸距值是否大于第N個(gè)軸距值。 當(dāng)i《4時(shí)，因?yàn)榭晒┓治龅臄?shù)據(jù)不足，所以不做8軸規(guī)律分析。當(dāng) 1 = 5時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律3的分析。當(dāng)1 = 6時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律2、 3的分 析。當(dāng)1 = 7時(shí)，可以進(jìn)行規(guī)律l、 2、 3、 4的分析。當(dāng)1>8,進(jìn)行6條 規(guī)律分析。如果滿足，則認(rèn)為符合8軸規(guī)律；不滿足，則認(rèn)為不滿足8 軸規(guī)律。
所有規(guī)律都不滿足即所有4、 5、 6、 8軸規(guī)律都不滿足。 N=N+1:如果所有規(guī)律都不滿足，N=N+1，即下一次從第N+1個(gè)軸 開始劃分；i=i-l,即還沒(méi)有劃分的軸距的個(gè)數(shù)減1。即第N個(gè)軸無(wú)法用 來(lái)劃分，暫時(shí)先放在一邊，此時(shí)T將不等于N。然后下一個(gè)流程開始后 重新進(jìn)行4、 5、 6、 8軸規(guī)律分析。
將第T到第N個(gè)軸距分為一節(jié)車如果進(jìn)行規(guī)律分析的時(shí)候，滿足 要求，那么就可以確定當(dāng)前這幾個(gè)軸距值為一節(jié)火車的軸距值和該節(jié)車 的軸數(shù)，將第N到第N+車廂軸數(shù)-1個(gè)軸分為一節(jié)車。例如滿足4軸 頭見律，那么第N、 N+l、 N+2、 N + 3為一節(jié)4軸車的4個(gè)軸距值，車廂 軸數(shù)為4。
將第T個(gè)軸到第N個(gè)軸分為一節(jié)車如果T二N,即前面沒(méi)有無(wú)法 劃分的軸距值，不用進(jìn)行這一步。如果T〉N,即前面有無(wú)法劃分的軸距 值，那么就將前面所以沒(méi)有劃分出來(lái)的軸距值劃分為一節(jié)車，即將第T 個(gè)軸距到第N - 1個(gè)軸距值劃分為一節(jié)車。
N-N+車廂軸數(shù)因?yàn)榍懊娴妮S距值已經(jīng)劃分完畢了 ，所以下一次 從第N+車廂軸數(shù)個(gè)軸開始劃分。尸i-車廂軸數(shù)，即還沒(méi)有劃分的軸距的 個(gè)數(shù)減少了車廂軸數(shù)個(gè)；T=N,即表示前N+車廂軸數(shù)-l個(gè)軸距已劃分 完畢，不存在沒(méi)有劃分的軸距值了。
舉例i兌明
例如當(dāng)如圖7所示的一列火車通過(guò)本實(shí)用新型的系統(tǒng)的一組傳感器
時(shí)， 一共14個(gè)車輪將依次產(chǎn)生13個(gè)軸距信息，假如傳感器對(duì)應(yīng)的采集
卡所測(cè)得的軸距信息序列為1802， 1803, 8378, 1796, 1792， 4233, 1762, 7538， 1753， 2895, 1756, 7530, 1769,單位為毫米。從第1個(gè)軸距"1802" 開始，當(dāng)累積讀到第3個(gè)軸是，檢查一下4軸規(guī)律，顯然前3個(gè)軸距值 不滿足4軸規(guī)律的前3個(gè)軸的規(guī)律，如此依次進(jìn)行，當(dāng)累積讀取6個(gè)軸 時(shí)，進(jìn)行6軸規(guī)律檢查發(fā)現(xiàn)滿足要求1802 - 1792, 1803 - 1796, 1802 + 1803 + 8378 + 1796 + 1792 > 7000， 8378 〉 4233 > 1802。因此，可以將 1802, 1803, 8378, 1796， 1792, 4233分為一節(jié)車。然后從第7個(gè)軸距 "1762"開始，顯然第7到10這四個(gè)軸滿足4軸規(guī)律，因此也可以分 為一節(jié)車，最后剩下的就分為最后一節(jié)車。
在火車通過(guò)時(shí)，由于各種可能的原因，例如火車振動(dòng)的影響，可能 會(huì)造成有一個(gè)軸的信號(hào)丟失的情況。例如當(dāng)如圖7所示的由三節(jié)車輛構(gòu) 成的一列火車通過(guò)一組傳感器時(shí)，第5個(gè)輪子的信號(hào)丟失了，那么一共 14個(gè)車輪將依次產(chǎn)生12個(gè)軸距信息，假如傳感器對(duì)應(yīng)的采集卡所測(cè)得 的軸距信息序列為1802, 1803， 8378， 3588， 4233, 1762, 7538, 1753, 2895, 1756, 7530, 1769 (即，共12個(gè)軸距，原來(lái)的第4、第5個(gè)軸距 值合成一個(gè)軸距值，其單位為毫米)。設(shè)流程從第l個(gè)軸距"1802"開 始，當(dāng)進(jìn)行4、 5、 6、 8軸規(guī)律檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)都不滿足要求。于是將第 一個(gè)軸距值先放在一邊，從第2個(gè)軸距值"1803"開始重新進(jìn)行規(guī)律分 析，發(fā)現(xiàn)又不滿足要求，然后再?gòu)牡?個(gè)軸距值進(jìn)行分析......如此依次
進(jìn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)第6個(gè)軸距"1762"開始，發(fā)現(xiàn)第6到9這四個(gè)軸滿足4 軸規(guī)律，因此也可以分為一節(jié)車，將前面沒(méi)有劃分的第1到第5個(gè)軸距 劃分為一節(jié)車，最后剩下的就分為最后一節(jié)車。 (3)火車類型的判斷
圖9是單節(jié)火車車輛類型判斷流程圖。
火車類型的判斷上行利用了 Sl (下行利用了 XI)這組傳感器對(duì)應(yīng) 的PCI板卡所計(jì)算出來(lái)的軸距值。
根據(jù)國(guó)內(nèi)設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)不存在客貨混編的情況，將一列完整貨車定 義為該列火車有機(jī)車，并在火車的頭部，緊跟火車機(jī)車的各節(jié)車廂均
統(tǒng))用以下三條規(guī)律來(lái)進(jìn)行火車分節(jié)的;斷丁第 一條是絕大部;車輛在
行駛方向上當(dāng)以其中心線為參考點(diǎn)時(shí)，該中心線兩側(cè)的車輪及輪軸都是
相互對(duì)稱的；第二條規(guī)律是一節(jié)車的第一個(gè)輪子到最后一個(gè)輪子的距離 大于7000毫米；第三條規(guī)律是兩轉(zhuǎn)向架之間的軸距大于鉤鐺處的軸距， 鉤鐺處的軸距大于轉(zhuǎn)向架的軸距。首先將系統(tǒng)中獲取的軸距分解成一節(jié) 一節(jié)的單節(jié)火車，然后根據(jù)這節(jié)火車的軸距判斷該節(jié)車的類型。由于國(guó) 內(nèi)單節(jié)火車車輛的軸數(shù)為4軸以上，而機(jī)車、客車和貨車的前3個(gè)軸距 存在明顯的不同，因此可以利用一節(jié)火車車輛的前3個(gè)軸的軸距來(lái)判斷 單節(jié)火車的類型。如果在分節(jié)出來(lái)的火車中找到一節(jié)機(jī)車后面連續(xù)兩輛 都是貨車的話，該整列車為貨車，如果兩輛車中有一輛是客車的話，該 整列車為客車。
通過(guò)分析現(xiàn)在國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的火車車輪的軸距數(shù)據(jù)，得出以下規(guī) 律當(dāng)一節(jié)火車的第一個(gè)軸距小于1500毫米時(shí)，該節(jié)車為貨車；當(dāng)一 節(jié)火車的第一個(gè)軸距和第三個(gè)軸距都小于2000毫米時(shí)，該節(jié)車為貨車； 如果第一個(gè)軸距大于或等于2000毫米而第三個(gè)軸距大于2000毫米，該 節(jié)車為機(jī)車；如果第一個(gè)軸距大于或等于2000毫米而第二個(gè)軸距小于 8000毫米，該節(jié)車為機(jī)車；如果第一個(gè)軸距大于或等于2000毫米而第 二個(gè)軸距大于或等于8000毫米，該節(jié)車為客車。
因此，以上述的規(guī)律為準(zhǔn)則，本實(shí)用新型的系統(tǒng)在工作中便可以根 據(jù)所獲取的一列火車的軸距數(shù)據(jù)，正確無(wú)誤地分析判斷出該列火車的類 型，即機(jī)車、貨車或客車。
當(dāng)然，隨著今后車輛類型的增加，可能出現(xiàn)不符合條件的車型，因 此系統(tǒng)利用了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。例如，在本實(shí)用新型的系統(tǒng)中的工控機(jī)4中 就設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。將特殊的車型的軸距信息事先輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，判斷 時(shí)，首先查找數(shù)據(jù)庫(kù)，如果符合數(shù)據(jù)庫(kù)中的車型則該車為數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)明 的類型，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有，再按規(guī)律分析。
判斷出火車類型后，將串口信息數(shù)據(jù)包中的第2個(gè)字節(jié)的2、 3位 設(shè)為相應(yīng)的值，如果是貨車的話，將第3個(gè)字節(jié)的3位設(shè)為0,通過(guò)串 口發(fā)送給PLC。
(4)火車鉤鐺定位
鐵路車輛檢查系統(tǒng)需要獲取每節(jié)車的圖像，因此就需要定位車輛鉤 鐺部分(即前后兩節(jié)車的車輛連接部)到達(dá)束流中心(即圖2中的X射 線源0)的準(zhǔn)確時(shí)刻。同時(shí)為了拍攝正確的車頭、車身和車尾的照片， 拍照系統(tǒng)也需要對(duì)車輛鉤鐺部分到達(dá)拍照中心處進(jìn)行定位。上行X系統(tǒng)
處的定位方法采用S2這組傳感器，上行拍照系統(tǒng)處的定位采用S3這組
傳感器，下行X系統(tǒng)處的定位采用X3，下行拍照系統(tǒng)處采用X2。
因此，鐵路車輛檢查系統(tǒng)要求本實(shí)用新型的系統(tǒng)能夠提供每節(jié)貨車 車輛與該節(jié)貨車之前的車輛間的鉤鐺中心(即圖IO中的Q點(diǎn))到達(dá)X
系統(tǒng)(即X射線源)位置的準(zhǔn)確時(shí)刻，以便使鐵路車輛檢查系統(tǒng)荻取該 節(jié)貨車車輛的圖像信息。實(shí)際上，本實(shí)用新型的系統(tǒng)是在列車上的每一 個(gè)鉤鐺中心(Q點(diǎn))到達(dá)X系統(tǒng)之前，適當(dāng)提前一個(gè)時(shí)間段發(fā)出一個(gè)鉤 鐺定位預(yù)告信號(hào)給鐵路車輛檢查系統(tǒng)。同樣地，本實(shí)用新型的系統(tǒng)在列 車上的每一個(gè)鉤鐺中心(Q點(diǎn))到達(dá)拍照中心之前，也要適當(dāng)提前一個(gè) 時(shí)間段發(fā)出一個(gè)鉤鐺定位預(yù)告信號(hào)給鐵路車輛檢查系統(tǒng)。在實(shí)際中本實(shí) 用新型系統(tǒng)是采取以下的技術(shù)方案(即本實(shí)用新型中的"鉤鐺定位") 來(lái)完成上述任務(wù)的。
下面，以上行X系統(tǒng)處的定位方法為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其他所需的位 置的定位(例如拍照系統(tǒng)的定位)方法類似。當(dāng)對(duì)S2傳感器對(duì)應(yīng)采集 卡所獲取的軸距進(jìn)行分節(jié)處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)1=1，即一輛車的第2個(gè)輪子正 好壓在這組傳感器上。此時(shí)通過(guò)一個(gè)計(jì)算公式(這就是將在下面詳述的 公式3)算出經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間段(或稱延時(shí)T)后，當(dāng)前這節(jié)火車前面 的鉤鐺中心正好通過(guò)X射線檢查系統(tǒng)的束流中心。因此，經(jīng)過(guò)該延時(shí)T 就立刻給出鉤鐺定位信息，即將串口信息數(shù)據(jù)包中的第4個(gè)字節(jié)O點(diǎn)鉤 鐺個(gè)數(shù)加l，如果利用Sl測(cè)得的軸距分節(jié)判斷出當(dāng)前這節(jié)車的車型為貨 車，還需將第3個(gè)字節(jié)的第0位設(shè)為1,表示開始掃描，通過(guò)串口發(fā)送 該信息給PLC。
如圖10所示，S2表示上行第2組傳感器，G表示該傳感器S2與X 系統(tǒng)束流中心的距離。L表示后一節(jié)車廂的第一個(gè)軸距。如果用D表示 前后兩節(jié)車廂的鉤鐺距(前一車的最后一個(gè)輪子和后一車的第一個(gè)輪子 之間的距離)，因此，圖上所示的D/2就是該鉤錯(cuò)距的1/2。 Q表示該鉤 鐺距的中心點(diǎn)。將傳感器S2/X3安裝在距X系統(tǒng)束流中心3，000~4,500 毫米，而每節(jié)貨車的第一軸距(轉(zhuǎn)向架軸距)通常為小于1,900毫米， 而鉤鐺距一般不超過(guò)3,400毫米，默認(rèn)鉤鐺中心為鉤鐺距的中心點(diǎn)或稱 鉤鐺中心。所以當(dāng)后一輛車的第二個(gè)輪子壓過(guò)傳感器時(shí)，由于0-(0/2)-L很小，因此可以默認(rèn)在這段距離內(nèi)火車的速度V是勻速的。根據(jù)前面 已經(jīng)應(yīng)用過(guò)的速度計(jì)算公式1,可以計(jì)算出鉤鐺中心何時(shí)到達(dá)X射線源
O。設(shè)該節(jié)貨車第2個(gè)車輪到達(dá)S2的時(shí)刻為Tl,本實(shí)用新型系統(tǒng)規(guī)定 在時(shí)刻Tl應(yīng)該準(zhǔn)時(shí)發(fā)出所述的鉤鐺定位預(yù)告信號(hào)，這就是說(shuō)，在時(shí)刻 Tl發(fā)出的該鉤鐺定位預(yù)告信號(hào)中應(yīng)該包含一個(gè)信息即所述的延時(shí)T。該 延時(shí)T可以表明所述鉤鐺中心將在比該時(shí)刻T1延遲了一個(gè)延時(shí)T的 時(shí)刻T2 (T2=T1+T)到達(dá)X射線源位置。從圖IO中可以看到，由于G 的具體數(shù)值在本系統(tǒng)中是已知的(例如，從圖2可知，S2和0相距為 d2,這些數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可供提取)。另外，以下三個(gè) 量，即火車速度V、第二節(jié)車的第一軸距L、第一節(jié)車的最末車軸與第 一節(jié)車的第一個(gè)車軸的軸距D，在本實(shí)用新型系統(tǒng)中現(xiàn)在都是已知的， 因此，只要按照以下^^式即可計(jì)算T:
(5) 火車到達(dá)的判斷
上行火車到達(dá)的判斷利用了 Sl (下行利用了 XI )這組傳感器對(duì)應(yīng) 的PCI板卡所計(jì)算出來(lái)的軸距值。以上行為例，當(dāng)上位機(jī)軟件從Sl傳 感器對(duì)應(yīng)的PCI數(shù)據(jù)采集卡的FIFO中讀取到軸距信息，并對(duì)這些軸距 進(jìn)行分節(jié)處理，對(duì)單節(jié)火車車輛的類型進(jìn)行判斷。如果讀取到的軸距信 息累積超過(guò)12個(gè)，并從這些軸距信息中分節(jié)后的單節(jié)火車車輛中判斷 出其中有一節(jié)為機(jī)車，此時(shí)就認(rèn)為火車到來(lái)了。其中，前一個(gè)條件是為 了防止僅僅是機(jī)車通過(guò)掃描系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)誤啟動(dòng)；后一個(gè)條件是為 了防止當(dāng)要掃描的列車1亭在掃描通道上之后，又重新開動(dòng)，^L而導(dǎo)致掃 描系統(tǒng)-誤啟動(dòng)。
判斷出火車到來(lái)后，將串口信息數(shù)據(jù)包中的第2個(gè)字節(jié)的0位設(shè)為 1，通過(guò)串口發(fā)送癥會(huì)PLC。
(6) 火車離去的判斷
由于鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)所要求的最低掃描速度是5千米/小 時(shí)，因此，由系統(tǒng)規(guī)定的火車最低行駛速度Vm=5千米/小時(shí)，而火車車 輛的最大軸距hm—般不超過(guò)20米。由此可以通過(guò)筒單的計(jì)算即5千 米/小時(shí)的速度相當(dāng)于1.388米/秒(5000 + 3600=1.388 ),最大軸距20 米+ 1.388米/秒=14.4秒，即最大軸距所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)車4侖脈沖之間的極限 時(shí)間間隔Tm為14.4秒，即不可能達(dá)到15秒。
<formula>formula see original document page 19</formula>
(公式3)
(7)車輛編號(hào)的獲取:
在鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)中，需要將X系統(tǒng)掃描出來(lái)的單節(jié)車輛的 圖像、拍照系統(tǒng)拍得的車輛的外形、及車輛的編號(hào)三者相綁定，以便于 海關(guān)人員的檢查。其中，車輛編號(hào)就是由本實(shí)用新型的系統(tǒng)來(lái)提供的。 在需要經(jīng)過(guò)鐵路貨運(yùn)車輛檢查系統(tǒng)檢查的貨車車輛上，大部分安裝有電 子標(biāo)簽，其中就包含車輛編號(hào)信號(hào)。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)中的車號(hào)讀取裝置的原理是基于無(wú)線射頻技 術(shù)，當(dāng)有電子標(biāo)簽接近到車號(hào)讀取裝置天線的有效區(qū)域時(shí)，每隔一定的 時(shí)間，車號(hào)讀取裝置就會(huì)獲得一個(gè)車輛編號(hào)信息。所以，在整節(jié)車輛通 過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)相同的車輛編號(hào)信息。 一節(jié)車輛通過(guò)時(shí)，車輛讀取裝 置會(huì)獲取多個(gè)相同的車輛編號(hào)信息。而整列火車通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多個(gè)
致。由于系統(tǒng)可能會(huì)在邊境處使用，而國(guó)外的車輛可能沒(méi)有電子標(biāo)簽， 同時(shí)國(guó)內(nèi)有些車輛的電子標(biāo)簽也可能沒(méi)有或者損壞了 ，需要將讀取的車 輛編號(hào)信息和具體的車輛對(duì)應(yīng)起來(lái)。
通過(guò)分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，得出了一個(gè)規(guī)律某節(jié)車通過(guò)時(shí)，它對(duì)應(yīng)的 標(biāo)簽出現(xiàn)的次數(shù)最多。所以在讀取一個(gè)車號(hào)信息時(shí)，需要記錄當(dāng)前第幾 節(jié)車通過(guò)系統(tǒng)，在火車離開后對(duì)車號(hào)信息進(jìn)行分析。例如，在整列火車 通過(guò)時(shí)，讀取16條標(biāo)簽A的信息，而標(biāo)簽A在第15節(jié)車通過(guò)時(shí)讀到了 1次，在第16節(jié)車通過(guò)時(shí)讀到了 14次，在第17節(jié)車通過(guò)時(shí)讀到了 0次， 則該標(biāo)簽為第16節(jié)車的標(biāo)簽。分析完成之后，將車號(hào)和車輛的對(duì)應(yīng)信息 寫成一個(gè)文本文件，通過(guò)FTP發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心(DPC)。
圖11示意地i兌明本實(shí)用新型的火車識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)串口發(fā)送紹、鐵^各 車輛檢查系統(tǒng)PLC的串口信息。傳送給PLC的該串口信息一共由9個(gè) 字節(jié)的數(shù)據(jù)包組成，其中第1個(gè)字節(jié)為包頭(0xE7),第2 7個(gè)字節(jié)為數(shù) 據(jù)內(nèi)容，第8個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)內(nèi)容的累加校驗(yàn)和，最后1個(gè)字節(jié)為包尾 (OxEF)。作為舉例，在圖11的上部示意地給出了第2個(gè)字節(jié)各個(gè)位 上的含義。在圖11的下部示意地給出了第3個(gè)字節(jié)各個(gè)位上的含義。 第4個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前火車經(jīng)過(guò)0點(diǎn)的鉤鐺個(gè)數(shù)，第5個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前火 車經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的鉤鐺個(gè)數(shù)。第6、 7字節(jié)表示火車的速度。在圖ll中，對(duì) 各個(gè)位的含義已經(jīng)有了說(shuō)明，這里，再對(duì)某些說(shuō)明之處進(jìn)一步解釋如 下"預(yù)留"該位不起作用，為將來(lái)的擴(kuò)展預(yù)留。"等待判定"還 沒(méi)有確定火車的類型，等待判斷。"不明"沒(méi)有確定。
權(quán)利要求1. 火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于包括沿鐵軌布置的傳感器陣列，包括順序排列的3個(gè)上行傳感器組(S1，S2，S3)和以相反順序排列的3個(gè)下行傳感器組(X1，X2，X3)，每個(gè)傳感器組至少包括2個(gè)傳感器；與傳感器陣列連接的信號(hào)調(diào)理電路箱，包括用于把輸入的傳感器信號(hào)處理成規(guī)則的脈沖序列信號(hào)的裝置；與信號(hào)調(diào)理電路箱連接的數(shù)據(jù)采集卡，包括用于從傳感器信號(hào)中計(jì)算出車輛的速度和軸距信息的裝置；車號(hào)讀取裝置，包括安裝在鐵軌中間用于讀取車輛電子標(biāo)簽信息的上行和下行車號(hào)讀取裝置(RF1/RF2)；與數(shù)據(jù)采集卡和車號(hào)讀取裝置連接的工控機(jī)，包括用于處理速度、軸距和電子標(biāo)簽信息從而獲取包括上/下行火車到達(dá)、到達(dá)的是一列客/貨車、火車鉤鐺定位、車輛編號(hào)、和火車離去的火車輛信息的裝置。
2. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于， 所迷傳感器包括磁傳感器。
3. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于， 在每個(gè)傳感器組中還可以包括一個(gè)或多個(gè)冗余傳感器。
4. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)傳感器組中的各傳感器的間距的最小值由鐵道枕木的實(shí)際間 距的允許值確來(lái)確定，最大值由貨車車廂的最小軸距來(lái)確定。
5. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于， 每個(gè)傳感器組中的各傳感器的間距為10~1，200毫米。
6. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括X射線源(O)，并且其特 征在于，第1上行傳感器組(Sl)與X射線源(0)的間距(dl)以及第1 下行傳感器組(XI)與X射線源(0)的間距(d7)的最小值，由火車 最快速度與鐵路車輛檢查系統(tǒng)布置在鐵軌一側(cè)的X射線源(0)開始掃 描前束流穩(wěn)定過(guò)程需要的時(shí)間來(lái)確定。
7. 如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，第1上行傳感器組(Sl)與X射線源(0)的間距(dl)以及第1 下行傳感器組(XI)與X射線源(O)的間距(d7)為3,000 700，000毫米。
8. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括拍照系統(tǒng)(P)和X射線源(O), 并且其特征在于，拍照系統(tǒng)(P)與X射線源(0)的間距(d4)的值由現(xiàn)場(chǎng)笫1上 行傳感器組(Sl)與X射線源(0)的實(shí)際間距(dl)以及第1下行傳 感器組(XI)與X射線源(0)的實(shí)際間距(d7)來(lái)確定，P可以安裝 在Sl與XI之間的任意位置。
9. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括拍照系統(tǒng)(P)和X射線源(O)， 并且其特征在于，笫2/3上行傳感器組(S2/S3)與X射線源(0)/拍照系統(tǒng)(P)的 間距(d2/d5)、以及第3/2下行傳感器組(X3/X2)與X射線源(O) / 拍照系統(tǒng)(P)的間距(d3/d6)的最小值由貨車車廂的第二個(gè)軸相對(duì)于 最近的鉤鐺中心的距離來(lái)確定。
10. 如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，笫2/3上行傳感器組(S2/S3)與X射線源(0)/拍照系統(tǒng)(P)的間距(d2/d5)、以及笫3/2下行傳感器組(X3/X2)與X射線源(O)/拍照系統(tǒng)(P)的間距(扁6)為3,000~4,500毫米。
11. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括X射線源(0)，并且其特征在于，上/下行車號(hào)讀取裝置分別對(duì)稱地安裝在X射線源(0)的上/下行 側(cè)，它們之間的間距(d8/d9)的最小值根據(jù)既能減小干擾又能增加讀取幾率來(lái)確定。
12. 如權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其特征在于，上/下行車號(hào)讀取裝置與X射線源(0)的間距(d8/d9)為100 5，500毫米。
13. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路箱的傳感器信號(hào)處理裝置包括整形二極管電路、電壓比較器和光耦隔離電路。
14. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡包括光耦隔離電路、數(shù)字信號(hào)處理芯片、寫FIFO、讀FIFO、 PCI總線控制芯片、和CPLD。
專利摘要一種火車車輛信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，包括沿鐵軌布置的傳感器陣列，包括順序排列的3個(gè)上行傳感器組和以相反順序排列的3個(gè)下行傳感器組，每個(gè)傳感器組至少包括2個(gè)傳感器；與傳感器陣列連接的信號(hào)調(diào)理電路箱，包括用于把輸入的傳感器信號(hào)處理成規(guī)則的脈沖序列信號(hào)的裝置；與信號(hào)調(diào)理電路箱連接的數(shù)據(jù)采集卡，包括用于從傳感器信號(hào)中計(jì)算出車輛的速度和軸距信息的裝置；車號(hào)讀取裝置，包括安裝在鐵軌中間用于讀取車輛電子標(biāo)簽信息的上行和下行車號(hào)讀取裝置；與數(shù)據(jù)采集卡和車號(hào)讀取裝連接的工控機(jī)，包括用于處理速度、軸距和電子標(biāo)簽信息從而獲取包括上/下行火車到達(dá)、到達(dá)的是一列客/貨車、火車鉤鐺定位、車輛編號(hào)、和火車離去的火車車輛信息的裝置。
文檔編號(hào)B61L25/00GK201208977SQ20072019093
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者孫尚民, 光 楊, 林偉智, 斌 胡, 許艷偉, 許西寧, 郭振斌, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司;清華大學(xué)