车辆定位 |
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| 申请号 | CN201380063001.4 | 申请日 | 2013-11-20 | 公开(公告)号 | CN104822578A | 公开(公告)日 | 2015-08-05 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | H.厄恩斯特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于沿轨道段(100) 定位 轨道车辆(110)的方法，沿着所述轨道段(100)布设有 波导 件(50)，其中，在实施所述方法时，时间上相继地将电磁脉冲(Pin)输入到所述波导件(50)内，并且针对每个发射出的脉冲，分别接收和分析处理至少一个通过电磁脉冲的由车辆诱发的反向散射而产生的反向散射图形(Rm1、Rm2、Rm3)。按照本发明规定，所述波导件(50)沿着所述轨道段(100)具有至少一个定位段(51-55)，在所述定位段(51-55)中所述波导件(50)的振动敏感性和/或作用在所述波导件(50)上的振动大于或小于所述定位段(51-55)以外的区域，并且分析处理接收到的反向散射图形(Rm1、Rm2、Rm3)的振幅，并且当接收到的反向散射图形(Rm1、Rm2、Rm3)的振幅沿时间走向增大或减小时，产生 位置 信号 (So)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于沿轨道段(100)定位轨道车辆(110)的方法，沿着所述轨道段(100)布设有波导件(50)，其中，在实施所述方法时，在时间上相继地将电磁脉冲(Pin)输入到所述波导件(50)内，并且针对每个发射出的脉冲，分别接收和分析处理至少一个通过电磁脉冲的由车辆诱发的反向散射而产生的反向散射图形(Rm1、Rm2、Rm3)，其特征在于，-所述波导件(50)沿着所述轨道段(100)具有至少一个定位段(51-55)，在所述定位段(51-55)中所述波导件(50)的振动敏感性和/或作用在所述波导件(50)上的振动大于或小于所述定位段(51-55)以外的区域， |
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| 说明书全文 | 车辆定位[0002] 由国际专利申请WO 2011/027166 A1已知这种类型的方法。在这种已知的方法中，为了沿轨道段定位轨道车辆设置有波导件，其沿着轨道段布设。在时间上相继地向波导件中输入电磁脉冲。针对每个发射出的脉冲，分别接收和分析处理至少一个通过电磁脉冲的由车辆诱发的反向散射而产生的反向散射图形。通过对反向散射图形的处理定位轨道段上的轨道车辆。 [0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种车辆定位的方法，其能够可靠且特别精确地定位。 [0005] 按照本发明规定，波导件沿着行驶段具有至少一个定位段，在所述定位段中波导件的振动敏感性和/或作用在波导件上的振动大于或小于所述定位段以外的区域，分析处理接收到的反向散射图形的振幅，并且当接收到的反向散射图形的振幅的时间曲线增大或减小时，产生位置信号。 [0006] 按照本发明的方法的主要优点在于，可以与发射电磁脉冲和接收反向散射图形之间的时间间隔无关地进行车辆定位。在按照本发明的方法中，车辆定位与该时间间隔无关地实施。之所以能实现这一点，是因为至少一个定位段使反向散射图形、即在振幅方面发生变化，所以借助这种反向散射图形的变化、即振幅的变化便可以进行行驶段上的车辆定位。即便例如由于在脉冲产生方面和/或反向散射图形的处理方面的延迟而产生时间上的波动，但这也不会影响到车辆定位的精确度，因为车辆在一个或多个定位段的区域内始终产生反向散射图形，该反向散射图形的振幅特性示出定位段并且与脉冲向波导件内的输入和所属反向散射图形的接收与处理之间所经过的时间间隔无关。 [0007] 为了可以在行驶段的不同位置上或在波导件的不同位置的区域内定位车辆，有利的是，行驶段装配有多个定位段，其在波导件内相互间隔地设置。 [0008] 根据所述方法的特别有利的设计方案规定，在轨道段上行驶的轨道车辆被定位，其中，作用在波导件上的振动在定位段内借助波导件与轨道段之间的局部机械耦连被增大，或者借助振动减弱装置被减小。 [0009] 备选或附加的是，当在定位段内使用具有比处于该定位段前后的两个波导件区段更高或更低的振动敏感性的波导材料时，则波导件的振动敏感性在所述定位段内可以被增大或减小。 [0010] 优选的是，附加地产生提供轨道车辆的位置的附加定位信号。 [0011] 所述附加定位信号例如可这样构成，即，测量安装在波导件内的且已知其位置的干扰位置的反射，并且当反向散射图形的接收和通过这种干扰位置所发生反射在时间上同时发生时，产生所述附加定位信号。干扰位置的布置和/或干扰位置的相应长度优选构成位置编码。 [0012] 备选地也可以这样形成所述附加定位信号，即，测量向波导件内输入电磁脉冲和探测到相应所属的反向散射图形之间的时间间隔，并且依据所述时间间隔产生提供车辆位置的距离信号，作为所述附加定位信号。 [0013] 优选检测位置信号和附加定位信号的可信性。 [0014] 这种可信度检测以特别简单的方式且由此有利地实施，方法是，在形成位置信号的情况下，比较由附加定位信号(例如距离信号)提供的车辆位置和已知的定位段的位置。 [0015] 当通过所述附加定位信号提供的车辆位置与已知的定位段的位置之间的间距超过预设的阀值时，有利地产生错误信号。 [0016] 此外优选的是，波导件沿着行驶段具有多个定位段，在所述定位段内，所述波导件的振动敏感性和/或作用在波导件上的振动大于或小于处于相应定位段前后的两个波导件区段，并且当接收到的反向散射图形的振幅沿时间走向增大或减小时，分别产生位置信号。 [0017] 当车辆驶入行驶段内时，在第一次产生位置信号后对继续出现的位置信号进行计数，并且通过相应的计数器读数形成定位信息。 [0018] 还优选的是，定位段的布置和/或定位段的相应长度构成位置编码，并且在处理反向散射图形的时间特征曲线时识别所述位置编码，并且借助所述位置编码区分定位段。 [0019] 此外本发明还涉及一种定位装置，用于沿行驶段定位车辆，所述定位装置具有沿行驶段布设的波导件；脉冲发生装置，用于时间上相继地产生和向波导件内输入电磁脉冲；以及探测装置，用于探测通过由车辆诱发的反向散射而产生的电磁反向散射图形；和处理装置，用于处理反向散射图形。 [0020] 针对这种定位装置，按照本发明规定，所述波导件沿着行驶段具有至少一个定位段，在所述定位段中波导件的振动敏感性和/或作用在波导件上的振动大于或小于所述定位段以外的区域，并且如此设计所述处理装置，从而使处理装置在至少还考虑反向散射图形的振幅的情况下进行对车辆的定位。 [0021] 按照本发明的定位装置的优点参见前文中按照本发明的方法的实施方式，因为按照本发明的方法的优点与按照本发明的定位装置基本相一致。 [0022] 优选地，所述波导件布设在轨道段的旁边，并且作用在所述波导件上的振动在定位段内借助波导件与轨道段之间的局部机械耦连被增大，或者借助振动减弱装置被减小。 [0023] 附加或备选的是，波导件在定位段内可以具有具备比处于该定位段前后的两个波导件区段更高或更低的振动敏感性的波导材料。 [0024] 特别有利的是，波导件沿着行驶段具有多个定位段，在所述定位段内，所述波导件的振动敏感性和/或作用在波导件上的振动大于或小于处于相应定位段前后的两个波导件区段。 [0025] 优选地，所述定位段的布置和/或所述定位段的相应长度构成位置编码。 [0027] 图1示出按照本发明的用于车辆沿行驶段定位的定位装置的实施例，[0028] 图2-4示例性示出按照图1的在行驶段上的车辆产生的反向散射图形，[0029] 图5示出按照本发明定位装置的实施例，其中定位段形成位置编码，[0030] 图6示出按照本发明的定位装置的另外的实施例， [0031] 图7-9示例性示出按照图6的在行驶段上的车辆产生的反向散射图形，[0032] 图10示出按照本发明的定位装置的另外的实施例， [0033] 图11示出连接件的实施例的细节视图。 [0034] 在附图中出于概览的原因，相同或类型的部件始终使用相同的附图标记。 [0035] 图1示出定位装置10，该定位装置包括脉冲发生装置20、探测装置30、光学耦合装置40、例如光波导件形式的波导件50和处理装置60。 [0036] 脉冲发生装置20优选具有未详细示出的激光器，其可以有规律地、例如以固定预设的脉冲率产生短促的电磁、尤其光学脉冲，并且通过耦合装置40输送至波导件50内。脉冲发生装置20优选被处理装置60控制，使得处理装置60至少近似地已知产生脉冲的时间点。 [0037] 探测装置30例如具有光电探测器，其可以探测电磁射线。探测装置30将其测量信号传输给处理装置60，在其中进行分析处理。 [0038] 在图1中可看到，波导件50沿着轨道段100安置。在轨道段100上沿箭头P从左向右行驶着轨道车辆110。在根据图1的视图中，轨道车辆110沿箭头P的移动通过两个另外的位置标示出(参见轨道车辆位置110’和110”)。 [0039] 图1示出，波导件50装配有定位段51、52和53，在所述定位段中作用在波导件50上的由经过的轨道车辆产生的振动大于在定位段51、52和53以外的振动。在定位段51、52和53内的振动的升高例如是由于，波导件50在这些定位段内与轨道段100的铁轨通过一个或多个杆、管、销或类似形式的连接件115(参见图11)机械地耦连。附加或备选的是，在定位段51至53内也可以使用波导材料，其自身具有比定位段51、52和53以外的波导材料更高的振动敏感性。 [0040] 根据图1的定位装置10例如如下进行对轨道车辆110的定位： [0041] 处理装置60如此控制脉冲发生装置20，使得通过耦合装置40在时间上相继地向波导件50输送电磁脉冲Pin。所产生的电磁脉冲沿着箭头方向P在图1中从左向右传送，并且优选在波导件端部50a被吸收装置200吸收。 [0042] 通过在轨道段100上行驶的轨道车辆110，局部颤动波导件50或者使其处于振动；这在图1中通过标记为Ms的箭头示出。由于波导件50的振动或者说震颤，局部地在轨道车辆110刚刚所处的区域内产生电磁射线的反向散射。反向散射的射线具有反向散射图形，其对由轨道车辆110导致的且导入波导件50的震颤进行表征。 [0043] 反向散射的射线反向于轨道车辆的行驶方向P、沿耦合装置40和探测装置30的方向传送，并且在那里被探测装置30探测到。探测装置30如此设计，使得其测量反向散射的射线的强度并且将相应的测量信号继续传输给处理装置60。反向散射的射线的强度在图1中被标记为Ir(t)。 [0044] 处理装置60分析处理反向散射的射线Ir(t)和其中包含的反向散射图形。当接收到的反向散射图形的振幅的时间曲线增大时，则确定其经过定位段51至53中的一个并产生位置信号So。这进一步在图2至4中阐述。 [0045] 在图2中示例性地示出反向散射图形Rm1，当在时间点t＝0时电磁脉冲从脉冲装置20被射入波导件50内，该反向散射图形Rm1在处理装置60内出现。接收到的反向散射图形Rm1的长度在图2中标记为dt1。 [0046] 反向散射图形Rm1涉及根据图1的轨道车辆的位置，该位置被标为实线并标记为110。 [0047] 现在，轨道车辆110沿根据图1的箭头方向P继续移动并且达到标记为110’的位置，由此使波导件50的定位段51处于机械振动中。但在定位段51的区域内，作用在波导件50上的振动和/或其振动敏感性比定位段51-53以外的区段大许多，从而导致反向散射图形的振幅的增大。这在图3中示出。 [0048] 当轨道车辆110再次离开定位段51并且到达图1中的两个定位段51和52之间的区域(参见图1中标记为110”的轨道车辆位置)时，则反向散射图形的振幅再次减小到正常值。与之相应地，反向散射图形Rm3的振幅(参见图4)再次等于根据图2的反向散射图形Rm1的原始振幅。 [0049] 综上，处理单元60由此借助反向散射图形Rm1、Rm2和Rm3的振幅确定轨道车辆110在轨道段100上的位置，因为定位段51至53沿轨道段100的定位位置是已知的。 [0051] 定位段的布置和/或各个定位段的长度优选构成位置编码。 [0052] 除了轨道车辆110借助定位段51至53的定位，探测装置30也可以借助向波导件50内发出电磁脉冲Pin与探测到各个所属的反向散射图形Rm1、Rm2和Rm3之间的时间间隔进行定位。 [0053] 在图2-4中可以看到，当轨道车辆110在轨道段100上行驶时，各个电磁激励脉冲Pin和所属的反向散射图形Rm1、Rm2和Rm3之间的时间间隔增大；这是因为，在波导件50内电磁脉冲的运行时间和电磁的反向散射图形的运行时间随着轨道车辆110与脉冲装置20或探测装置30的间距的增大而增加。 [0054] 处理装置60由此借助时间间隔T1、T2和T3确定距离并且由此确定轨道车辆110的位置，并且产生构成附加定位信号的距离信号Se。在图1中，轨道车辆110’的距离Ls例如可以如此计算： [0055] Ls＝1/2*T2/V [0056] 其中，V等于脉冲在波导件50内的速度。时间间隔T2可以根据图3的测量获得。因数1/2考虑到，射线必须两次穿过相应的波导区段，即一次是去方向，一次是回方向。所述速度V例如等于： [0057] V＝c0/n [0058] 其中，c0是光速，并且n是波导件50内的折射率。 [0059] 由此，探测装置30也附加地借助时间间隔T1、T2和T3确定轨道车辆110的位置，该时间间隔是发出脉冲Pin和接收到相应反向散射图形Rm1、Rm2和Rm3之间的时间。 [0060] 特别有利的是，当轨道车辆110在定位段51至53中的一个的区域内定位并产生相应的位置信号So时，处理装置60进行可信度检测。 [0061] 这种可信度检测例如可以如此进行，使得处理装置60在识别到定位段51至53之一并产生位置信号So时，计算产生脉冲和生成反向散射图形之间的时间间隔(参见根据图3的时间间隔T3)，并且确定轨道车辆110的距离Ls。随后，处理装置60可以检测，距离信号Se是否与产生的位置信号So一致。 [0062] 例如当由距离信号Se提供的位置Ls和被识别的定位段51的已知位置之间的差距超过预设的阀值时，处理装置60便产生错误信号F。可信度检测相应适用于其它定位段。 [0063] 图5示出按照本发明的定位装置10的实施例，其中，波导件50具有多个定位段51至55，它们如此布置，从而构成位置编码。通过这个位置编码可以确定轨道车辆110在轨道段100上的位置，而无需监测和计数进入定位段的次数。 [0064] 出于概览的原因，通过定位段51至55的编排布置而形成的位置编码仅借助少数定位段表示；当然，如果使用数量众多的定位段，则可在精确度和可处理性方面优化了位置编码。 [0065] 通过定位段的位置上的编排布置而形成的位置编码例如可以由此实现，即通过定位段构成二元的编码图形。 [0066] 图6示出定位装置10的实施例，其中波导件50配备有定位段51-55，在所述定位段中由经过的轨道车辆导致的作用在波导件50上的振动小于定位段以外51-55的区域。在定位段51至55内的振动的减弱的原因例如在于，波导件50在该区段内通过一个或多个分别构成减振装置的阻尼元件116与轨道段100的钢轨完全或至少基本上机械地脱耦。附加或备选的是，在定位段51至55内也可以使用波导材料，所述波导材料自身比定位段51至55以外的波导材料相比具有较低的振动敏感性。 [0067] 当轨道车辆110沿图6的箭头方向P移动时，则使得波导件50的定位段51处于机械振动中。但是，在定位段51的区域内，作用在波导件50上的振动和/或其振动敏感性大大小于定位段51-55以外的区域，从而造成反向散射图形的振幅的减小。这在图8中示出。 [0068] 当轨道车辆110再次离开定位段51并且到达两个定位段51和52之间的区域(参见图6中标记为110的轨道车辆位置)时，则反向散射图形的振幅再次升高到正常值。与之相应地，反向散射图形Rm3的振幅(参见图9)再次等于根据图7的反向散射图形Rm1的原始振幅。 [0069] 图10示出定位装置10的实施例，其中测量安装在波导件内的并且已知其位置的干扰位置117的反射，并且当反向散射图形的接收与通过这种干扰位置产生的反射同时发生时，产生附加定位信号ZOS。 [0070] 图11示出连接件115的实施例，其中轨道段100的钢轨400与波导件50局部机械耦连。连接件115例如可以是杆、销或管。连接件垂直于钢轨400通过轨道路基410被导引至波导件50。 [0071] 尽管通过优选实施例详细示出并阐述了本发明的细节，但是本发明不受公开实施例的限制，并且只要不脱离本发明的保护范围，技术人员由此可以推导出其它变型方案。 |
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