具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的车载测速系统普遍存在由于使用的传感器选择不当以及硬件结构中表决方案不当导致的测速可靠性低和可用性低，时常发生测速失效的问题。下面结合图1-图4描述本发明的一种保证测速可用性的双端ATP测速系统。图1为本发明提供的一种保证测速可用性的双端ATP测速系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括本端TC1的第一速度传感器101、第二速度传感器102、第一加速度计103、第二加速度计104、第一ATP平台105和第一SDU测速模块106，对端TC2的第三速度传感器107、第四速度传感器108、第三加速度计109、第四加速度计110、第二ATP平台111和第二SDU测速模块112，其中，

所述第一ATP平台105用于接收所述第一速度传感器101采集的本端第一速度，所述第二速度传感器102采集的本端第二速度，所述第一加速度计103采集的本端第一加速度，所述第二加速度计104采集的本端第二加速度，并将其中有效值发送至所述第一SDU测速模块106；

所述第二ATP平台111用于接收所述第三速度传感器107采集对端第三速度，所述第四速度传感器108采集的对端四速度，所述第三加速度计109采集的对端第三加速度，所述第四加速度计110采集的对端第四加速度，并将其中有效值发送至所述第二SDU测速模块112；

所述第一SDU测速模块106用于与所述第二SDU测速模块112交互，接收所述第二SDU测速模块发送的对端加速度有效值和对端速度有效值，并发送本端加速度有效值和本端速度有效值，并基于所述本端加速度有效值、所述本端速度有效值、所述对端加速度有效值和所述对端速度有效值以预设规则确定本端输出速度。

可选的，本发明提出了一个由每端ATP配备2个速度传感器加上2个加速度计的硬件架构构建的双端ATP测速系统，由于每端需要输出的仅仅是一个速度信息，因此，每端ATP采集的两个速度传感器的速度信息就有两个，外加两个加速度传感器，以及跟对端第二SDU测速模块112进行交互最多可以得到的对端的两个速度信息以及两个加速度信息，一共4个速度信息和4个加速度信息可以形成极大的数据冗余，而大规模的数据冗余则可以提供极强的数据可靠性。例如，在本发明提供的硬件架构平台中，若本端的速度传感器故障或者采集的数据出现问题不可用，则可以采用对端传输过来的速度信息，对端传输的速度信息经过传播时间内的速度补偿还是可以得到速度估计值作为本端速度信息进行输出，若对端的速度传感器也故障或采集的数据也出现问题不可用，则可以使用本端采集的加速度信息进行积分运算得到速度信息，若本端的加速度计也故障或者采集的加速度信息也出现问题不可用，则还可以使用对端传输过来的对端加速度信息，将所述对端加速度信息进行积分后进行传播时间内的速度补偿还是可以得到速度估计值作为本端速度信息进行输出。

此处对于基于加速度信息进行积分计算速度信息的方法进行简单说明：ATP每周期计算加速度计积分速度，通过下列公式可得到加速度计的速度为：

V_a＝V₀+∑a_r×t

其中，t为VOBC运行周期。若过去5周期测速系统输出融合结果持续处于非故障状态，则V₀取5周期前的融合速度。按照上述计算方式进行实验验证，实验结果取完整的区间运行数据作为计算依据：一个完整区间内，从任意时刻开始对加速度计进行积分，积分的时间参数为15秒，得出结论为，速度高于25km/h的测距误差均不超过1％，速度低于25km/h的测距误差多数不超过2％。最终得出结论：在速度传感器均发生空滑的场景下使用加速度计进行速度输出的时间门限为15秒，当速度高于25km/h，测速测距误差取3％，低于25km/h时测速测距误差应适当降低。

因此，每端SDU测速模块基于本端ATP平台发送的有效速度和有效加速度和对端SDU测速模块发送的对端速度有效值和对端加速度有效值，会优先直接采用速度信息，在速度信息全部失效情况下，再采用加速度信息间接计算出速度估计值作为本端输出速度。而上述区分优先级的速度信息确定方法即采用双端4个速度传感器4取2冗余结合4个加速度计4取1冗余的测速方案，速度传感器4取2指的是4个速度传感器至少有两个满足速度和方向一致性条件且速度传感器工作状态正常，加速度计4取1指的是4个加速度计至少1个输入合法且测量结果有效。

此处需要说明的是，每端的ATP平台都要进行自身端采集的两个速度信息和两个加速度信息的可靠性的判断，将采集的有效速度信息和有效加速度信息发送至自身端的SDU测速模块，其中，可靠性的判断可以是采用3取2表决平台或者4取3表决平台等等，即在ATP平台中设置三块ATP子板，所述三块ATP子板中任一子板都与本端的所有速度传感器和所有加速度计连接，当三块ATP子板中采集的本端的第一速度传感器的第一速度的三个采集值中至少有两个一致，则以该一致数值中的任一数值作为有效第一速度输出至所述第一SDU测速模块，其他有效数值也以同样原理进行判断，以上举例为3取2表决平台的方案，类似地，4取3表决平台中，对于ATP平台中设置四块ATP子板采集同一传感器的数据得到的四个数值中至少有三个数值一致才能判定采集的该同一传感器的数据为有效数据，可以输出至对应的SDU测速模块。如此，可以在各自端的ATP平台就实现自身数据有效性的校验，在ATP平台将加速度计和速度传感器采集的数据中的无效数据(异常数据或空数据)进行剔除，然后将有效数据发送至各自端的SDU测速模块，以供后续两端SDU测速模块进行双端通信交互互传数据时，各端接收的也是对端SDU测速模块发送过来的对端加速度有效值和对端速度有效值，即保证每端SDU测速模块进行输出速度确定时使用的数据源都是有效可靠的。

本发明提供的系统，提出了头尾两端每端ATP配备2个速度传感器加上2个加速度计的硬件架构下，列车头尾双端一共4个加速度计和4个速度传感器，最多在各自端的SDU测速模块得到两个有效加速度值和两个有效速度值，再叠加两端之间第一SDU测速模块和第二SDU测速模块之间的通信交互，每端的SDU测速模块最多能得到4个加速度有效值和4个速度有效值，最后基于预设规则处理各自本端SDU测速模块上的有效加速度和有效速度值，得到最终本端输出速度。通过在自身ATP采集两个速度两个加速度实现自身数据冗余处理，初步增加数据可靠性，再接收对端采集的两个速度两个加速度进行两端之间数据冗余处理，二次增加数据可靠性，并且加速度还能作为速度信息采集失效时的速度估计的数据源，实现多层冗余补救，保证系统测速可用性和可靠性。因此，本发明提供的系统，实现了保证测速精确性的前提下提高系统测速可靠性和可用性，减少测速失效对运营产生的影响。

基于上述实施例，该系统中，所述基于所述本端加速度有效值、所述本端速度有效值、所述对端加速度有效值和所述对端速度有效值以预设规则确定本端输出速度，包括：

若速度有效值个数包括两个及以上，则以4取2冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度，其中，所述速度有效值包括所述本端速度有效值和所述对端速度有效值；

若所述速度有效值个数仅一个，则以4取1冗余处理加速度有效值，得到本端估计速度值，并基于所述本端估计速度值和所述速度有效值确定本端输出速度，其中，所述加速度有效值包括所述本端加速度有效值和所述对端加速度有效值；

若所述速度有效值个数为零，则以4取2冗余处理所述加速度有效值，得到本端估计加速度，并基于所述本端估计加速度确定本端输出速度。

具体地，进一步限定以预设规进行冗余处理中的逻辑条件判断和处理优先级，提供更简单的输出逻辑流程。根据每端速度传感器的工作状态和双端加速度计积分速度有效性进行系统测速状态和融合测速结果输出：当速度有效值个数包括两个及以上(即双端四个速度传感器中至少有两个速度传感器工作状态正常且满足速度和方向一致性要求，可以使用4取2冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度)，以及当速度有效值个数仅一个(即四个速度传感器中只有一个速度传感器工作状态正常且满足速度和方向一致性要求，可以使用4取1冗余处理所述加速度有效值得到本端输出速度)，本发明提供的保证测速可用性的双端ATP测速系统的测速状态正常。当双端四个速度传感器均发生空滑但加速度计积分速度有效时，则在允许的时间内使用加速度计积分速度做系统输出，系统测速状态为空滑，但是可以基于加速度计的加速度信息计算出速度估计值作为本端速度输出；若仅一个速度传感器正常但加速度计积分速度无效，或四个速度传感器均断线，则系统测速失效。表1为本发明提供的具体状态组合输出结果，表1如下所示：

表1具体状态组合输出结果

基于上述实施例，该系统中，所述以4取2冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度，具体包括：

若所述速度有效值中包括所述本端第一速度和所述本端第二速度，则检验所述本端第一速度和所述本端第二速度之间一致性，若通过检验，确定所述本端第一速度和所述本端第二速度的平均值为本端输出速度，若未通过检验，则确定所述速度有效值中能通过一致性检验的任意两个有效速度的平均值为本端输出速度。

具体地，进一步限定在速度有效值个数包括两个及以上的情况下，以4取2冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度的方法，包括其中处理的优先判定条件及处理逻辑。4取2冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度优选检测所述速度有效值中是否包括所述本端第一速度和所述本端第二速度，如果包括，则直接检验所述本端第一速度和所述本端第二速度之间一致性，若通过检验，确定所述本端第一速度和所述本端第二速度的平均值为本端输出速度，通常，所述一致性的检测以两者数值之间的差值不超过预设阈值为准，即若所述本端第一速度和所述本端第二速度之间的误差小于所述预设阈值，则判定所述本端第一速度和所述本端第二速度通过一致性检查，并将所述本端第一速度和所述本端第二速度的平均值作为本端采集的最终速度进行输出。若速度有效值中仅包括本端第一速度，或仅包括本端第二速度，或本端第一速度和本端第二速度均不包括，或本端第一速度和本端第二速度没有通过一致性检查，那么需要获取对端SDU测速模块发送来的对端第三速度和/或对端第四速度。若速度有效值中包括对端第三速度和对端第四速度，先检查对端第三速度和对端第四速度是否通过一致性检查，如果通过，则直接以对端第三速度和对端第四速度的平均值进行传播时间内的速度补偿后的速度作为本端采集的最终速度进行输出，如果不通过，则将本端采集的本端速度有效值和对端传输的有效速度进行传播时间内补偿后的补偿速度进行一致性检测，若通过检测，则以所述本端速度有效值和所述补偿速度的平均值作为本端采集的最终速度进行输出。

基于上述实施例，该系统中，所述确定所述速度有效值中能通过一致性检验的任意两个有效速度的平均值为本端输出速度，具体包括：

将所述速度有效值中的对端速度有效值进行速度补偿后对所述速度有效值进行更新，得到补偿后速度有效值；

若所述补偿后速度有效值中存在能通过一致性检验的任意两个有效速度，则确定所述任意两个有效速度的平均值为本端输出速度。

具体地，考虑双端通信延迟的影响，本端需对对端发送来的速度传感器采集的有效速度进行通信延时补偿，使得补偿后的对端速度更符合本端的基准要求，更适用于作为本端速度进行输出或参与本端输出速度的计算。此处对于本发明实施例提出的通信延时补偿算法进行介绍：

在头尾速度帧中取T1＝“对端接收到本端速度时的对端时间”、T2＝“本端速度的发送时间”、T3＝“接收对端速度的本地时间”、T4＝“对端速度发送时间”，可获取速度信息的头尾通信延迟时间T：

T＝((T3-T4)+(T1-T2))/2

用对端速度传感器的过去2到7个周期(该周期为ATP的周期)单元速度(其中，V[i]为第i个周期的对端速度传感器采集速度有效值)计算加速度A：

A＝(V[N-1]+V[N-2]+V[N-3]-V[N-4]-V[N-5]-V[N-6])/9×T_ATPCycle；

对对端速度传感器的单元速度求过去1到7个周期内的冲击率I：

I＝(V[N-1]+V[N-2]+V[N-3]-2×V[N-4]-V[N-5]+V[N-6])+V[N-7])/12×T_ATPCycle×T_ATPCycle；

根据加速度和冲击率计算当前周期补偿后对端速度传感器速度V：

V＝V0+A×T+I×T×T，

其中，V0为初始速度。

在将所述速度有效值中的对端速度有效值进行以上传播时间内的速度补偿后，得到的补偿速度有效值对速度有效值中的对端速度有效值进行更新，更新完以后，补偿后速度有效值中的速度有效值都是以本端为基准的速度数值，可以直接进行一致性检测。若所述补偿后速度有效值中存在能通过一致性检验的任意两个有效速度，则确定所述任意两个有效速度的平均值为本端输出速度。

基于上述实施例，该系统中，所述以4取1冗余处理加速度有效值，得到本端估计速度值，并基于所述本端估计速度值和所述速度有效值确定本端输出速度，具体包括：

若所述加速度有效值中包括所述本端第一加速度和所述本端第二加速度，则检验所述本端第一加速度和所述本端第二加速度之间一致性，若通过检验，确定所述本端第一加速度积分值和所述本端第二加速度积分值的平均值为本端输出速度，若未通过检验，则确定速度估计值和所述速度有效值中能通过一致性检验的任意两个有效速度的平均值为本端输出速度，其中，所述速度估计值为基于所述加速度有效值确定。

具体地，进一步限定在所述速度有效值个数仅一个的情况下，以4取1冗余处理所述速度有效值得到本端输出速度的方法，包括其中处理的优先判定条件及处理逻辑。加速度计4取1方法为：优先取本端加速度计测量结果；若本端2个加速度计值有效，则求其平均加速度值再计算积分速度；若加速度有效值中仅包括本端采集的一个加速度计的加速度值，则以该加速度值计算本端加速度积分速度；对端处理方法相同，对端最终将两个加速度计平均结果的积分速度或单个加速度计积分速度发送至本端，本端加速度计单元的积分速度能通过一致性检测时，使用本端加速度计积分速度进行平均计算后输出，本端加速度计单元的积分速度无效但对端加速度计单元的积分速度能通过一致性检测时，使用对端加速度计积分速度进行平均计算后输出。若加速度有效值中仅包括本端第一加速度，或仅包括本端第二加速度，或不包括本端加速度，或加速度有效值中的本端两个加速度没有通过一致性检测，或加速度有效值中的对端两个加速度没有通过一致性检测，则将本端第一SDU测速模块接收的对端加速度有效值进行计算积分速度处理，得到积分速度再进行传播时间内的速度补偿，得到以本端为基准的补偿后积分速度，以所述补偿后积分速度、本端补偿速度和本端采集有效速度进行一致性检查，若其中存在一对能通过一致性检验的两个目标速度值，则以两个目标速度值的平均值为本端输出速度。

基于上述实施例，该系统中，所述确定速度估计值和所述速度有效值中能通过一致性检验的任意两个有效速度的平均值为本端输出速度，其中，所述速度估计值为基于所述加速度有效值确定，具体包括：

将所述加速度有效值中的对端加速度有效值进行加速度积分补偿后对所述加速度有效值进行更新，得到补偿后速度估计值；

若所补偿后速度估计值和所述速度有效值中存在能通过一致性检验的任意两个速度，则确定所述任意两个速度的平均值为本端输出速度。

具体地，考虑双端通信延迟的影响，本端需对对端发送来的加速度计积分速度进行通信延时补偿，使得补偿后的对端加速度计积分速度更符合本端的基准要求，更适用于作为本端速度进行输出或参与本端输出速度的计算。本发明实施例采用如下补偿算法对对端加速度计积分速度进行补偿：

头尾通信延迟时间T计算方法与前文所述的速度传感器采集有效速度的头尾通信延迟时间T一致，即如下公式：

T＝((T3-T4)+(T1-T2))/2

其中，在头尾速度帧中取T1＝“对端接收到本端速度时的对端时间”、T2＝“本端速度的发送时间”、T3＝“接收对端速度的本地时间”、T4＝“对端速度发送时间”；

头尾速度帧中取对端加速度计加权平均测量值，求过去3个周期内的平均加速度A1；

根据加速度A1计算当前周期补偿后的加速度计积分速度：V＝V0+A1×T，其中，V0为初始速度。

由于头尾两端速度传感器和加速度计积分速度以通信的方式传进行互传，通信存在丢帧的可能，为提升系统可用性，测速模块需对对端速度信息帧丢帧情况进行容忍，最多容忍连续丢2帧；容忍时期间采用上一周期的延时时间、估算加速度和冲击率，并对速度传感器和加速度计进行补偿。

基于上述实施例，该系统中，所述以4取2冗余处理所述加速度有效值，得到本端估计加速度，并基于所述本端估计加速度确定本端输出速度，具体包括：

若所述加速度有效值中包括所述本端第一加速度和所述本端第二加速度，则检验所述本端第一加速度和所述本端第二加速度之间一致性，若通过检验，确定所述本端第一加速度积分值和所述本端第二加速度积分值的平均值为本端输出速度，若未通过检验，则确定加速度积分后速度估计值中能通过一致性检验的任意两个速度估计值的平均值为本端输出速度。

进一步限定在所述速度有效值个数为零的情况下，以4取2冗余处理所述加速度有效值，得到本端估计加速度，并基于所述本端估计加速度确定本端输出速度的方法，包括其中处理的优先判定条件及处理逻辑。若两端的四个传感器全部失效，即无法采集到任何有效的速度信息，那么速度信息的输出完全依赖两端的加速度计采集的加速度，进一步地，以4取2冗余处理所述加速度有效值，得到本端估计加速度，并基于所述本端估计加速度确定本端输出速度，优先取本端加速度计测量结果；若本端2个加速度计值有效且通过一致性检测，则求其平均加速度值再计算积分速度作为本端的速度信息进行输出；若仅存在一个有效加速度值则以该加速度值计算本端加速度积分速度；对端处理方法相同，若对端2个加速度计值有效且通过一致性检测，则求其平均加速度值再计算积分速度后进行传播时间内的补偿后作为本端的速度信息进行输出，若对端只有一个有效加速度值则发送至本端进行积分速度计算后进行传播时间内的补偿得到以本端为基准的补偿后积分速度，再与本端计算的积分速度进行一致性检查，若通过则以两者的平均值作为本端最终的速度信息进行输出。

综上所述，即本端两个加速度计单元的积分速度有效且通过一致性检查时，使用本端加速度计积分速度进行平均计算后作为本端最终的速度信息进行输出；本端加速度计单元的积分速度无效但两个加速度计单元的积分速度有效且通过一致性检查时，使用对端加速度计积分速度进行补偿和平均计算后作为本端最终的速度信息进行输出，否则将基于本端的一个加速度信息和对端的一个加速度信息进行积分速度的计算和输出，若两者不能通过一致性检测，则表示系统此时测速无效，无法输出有效速度信息。

基于上述实施例，该方法中，所述确定加速度积分后速度估计值中能通过一致性检验的任意两个速度估计值的平均值为本端输出速度，包括：

将所述加速度有效值中的对端加速度有效值进行加速度积分补偿后对所述加速度有效值进行更新，得到补偿后速度估计值；

若所补偿后速度估计值中存在能通过一致性检验的任意两个速度估计值，则确定所述任意两个速度估计值的平均值为本端输出速度。

具体地，考虑双端通信延迟的影响，本端需对对端发送来的加速度计积分速度进行通信延时补偿的方法与前文所述的补偿方式一致，使得补偿后的对端加速度计积分速度更符合本端的基准要求，更适用于作为本端速度进行输出或参与本端输出速度的计算，公式如下：

计算头尾通信延迟时间T：

T＝((T3-T4)+(T1-T2))/2

其中，在头尾速度帧中取T1＝“对端接收到本端速度时的对端时间”、T2＝“本端速度的发送时间”、T3＝“接收对端速度的本地时间”、T4＝“对端速度发送时间”；

头尾速度帧中取对端加速度计加权平均测量值，求过去3个周期内的平均加速度A1；

根据加速度A1计算当前周期补偿后的加速度计积分速度：V＝V0+A1×T，其中，V0为初始速度。

基于上述实施例，该方法中，所述第一SDU测速模块还用于基于所述本端第一速度计算第一瞬时冲击率，并基于所述第一瞬时冲击率判定所述第一速度传感器是否发生空滑，基于所述本端第二速度计算第二瞬时冲击率，并基于所述第二瞬时冲击率判定所述第二速度传感器是否发生空滑；

对应地，所述第二SDU测速模块还用于基于所述本端第三速度计算第三瞬时冲击率，并基于所述第三瞬时冲击率判定所述第三速度传感器是否发生空滑，基于所述本端第四速度计算第四瞬时冲击率，并基于所述第四瞬时冲击率判定所述第四速度传感器是否发生空滑。

具体地，速度传感器工作状态分别为正常、空滑、断线故障，共3种。速度传感器正常状态为速度传感器测速能真实反映列车实际速度的状态；空滑状态实际包含了空转和滑行两种情况，本发明实施例不区分空转和滑行，速度传感器空滑是指轮轴速度小于或大于列车速度的现象，断线故障则指单个速度传感器的测速失效状态。本发明实施例重点论述空滑状态的监督方法。

空滑判断条件如下：

当处于正常状态下的速度传感器计算出来的瞬时冲击率的绝对值小于可配置的“速度传感器空滑冲击率门限(5m/sss)”时，该速度传感器状态保持不变；当处于正常状态下的速度传感器计算出来的瞬时冲击率的绝对值大于等于可配置的“速度传感器空滑冲击率门限”时，判定该速度传感器发生空滑。冲击率Jn计算方法为：

Jn＝(An-An-1)/0.2 单位：m/sss

其中，An＝(Vn-Vn-1)/0.2/100； 单位：m/ss

An为速度传感器当周期的实时加速度，An-1为上周期的实时加速度；Vn和Vn-1分别为速度传感器当周期和上周期速度传感器的实时速度；

当上周期融合速度小于可配置的“速度传感器冲击率检测速度门限(3kmph)”时，不再对正常状态的速度传感器进行空滑判断。

空滑恢复条件如下：

当有正常“未滑行、未断线”速度传感器时，用正常速度传感器速度监督并恢复处于空滑状态的速度传感器，下述条件同时满足时速度传感器状态恢复：

空滑速度传感器瞬时冲击率的绝对值小于“速度传感器空滑状态恢复冲击率门限(2.5m/sss)”持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”；

速度与正常速度传感器速度或者加速度计积分速度一致，持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”，

当速度传感器都处于空滑状态，在“加速度计积分速度的最大允许使用时间”内用加速度计积分速度监督并恢复处于空滑状态的速度传感器，下述条件同时满足时速度传感器状态恢复：

瞬时冲击率的绝对值小于可配置的“空滑状态恢复冲击率门限(2.5m/sss)”持续时间达到可配置的“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”；

速度与加速度计积分速度一致，持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”。

基于上述实施例，该系统中，所述第一SDU测速模块还用于确定本端速度传感器发生空滑时，基于本端加速度值，判定所述本端速度传感器是否发生空转；

对应地，所述第二SDU测速模块还用于确定对端速度传感器发生空滑时，基于对端加速度值，判定所述对端速度传感器是否发生空转。

具体地，为降低工况突然转换(先加速再减速，或先减速再加速)时速度传感器冲击率较大导致的误判空滑问题，利用速度传感器与加速度计加速度值对比的方法对空滑判定结果进行校核：

通过速度传感器自身冲击率判定速度传感器发生空滑时，若该速度传感器本周期和上周期速度传感器的瞬时加速度非同符号，则检查：若速度传感器瞬时加速度与加速度计的测量加速度比较结果的绝对值大于“空滑进入加速度门限值”时，则认为速度传感器发生空转。

本发明实施例提供的系统，可以在速度传感器对自身进行自我监督得到速度传感器是否空滑的基础上，再加上加速度计的额外监督，得到速度传感器是否发生空转的状态信息。基于上述实施例，本发明提供的系统，双端4个加速度计4取1冗余、4个速度传感器4取2冗余的测速方案，速度传感器4取2指的是4个速度传感器至少有两个满足速度和方向一致性条件且速度传感器工作状态正常，加速度计4取1指的是4个加速度计至少1个输入合法且测量结果有效，并且提出了基于加速度信息的速度信息的估算方法，以及头尾通信延时下加速度计积分速度的补偿算法，还有最后提出的基于加速度计的速度传感器工作状态监督方法：速度传感器空滑自我监督结合加速度计监督。

基于上述实施例，下面结合图2描述本发明的一种基于上述任一实施例所述的保证测速可用性的双端ATP测速系统的测速方法。图2为本发明提供的一种基于保证测速可用性的双端ATP测速系统的测速方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

步骤210，所述第一ATP平台接收本端的采集设备采集的第一目标数据，提取所述第一目标数据中的有效值并转发至所述第一SDU测速模块；

步骤220，所述第二ATP平台接收对端的采集设备采集的第二目标数据，提取所述第二目标数据中的有效值并转发至所述第二SDU测速模块，以供所述第二SDU测速模块与所述第一SDU测速模块交互后接收本端的所述第一目标数据中的有效值并基于所述第一目标数据中的有效值和所述第二目标数据中的有效值以预设规则确定对端输出速度，且以供所述第一SDU测速模块与所述第二SDU测速模块交互后接收对端的所述第二目标数据中的有效值并基于所述第二目标数据中的有效值和所述第一目标数据中的有效值以所述预设规则确定本端输出速度；

其中，所述本端的采集设备包括所述第一速度传感器、所述第二速度传感器、所述第一加速度计和所述第二加速度计，所述第一目标数据包括本端第一速度、本端第二速度、本端第一加速度和本端第二加速度，所述对端的采集设备包括所述第三速度传感器、所述第四速度传感器、所述第三加速度计和所述第四加速度计，所述第二目标数据包括对端第三速度、对端第四速度、对端第三加速度和对端第四加速度。

具体地，在以上任一实施例提供的保证测速可用性的双端ATP测速系统的基础上，提供一种使用该系统进行测速的方法，包括：

通过各自端的ATP平台搜集对应端的采集设备采集的目标数据，其中，本端的第一ATP平台搜集本端的所述第一速度传感器采集的本端第一速度、所述第二速度传感器采集的本端第二速度、所述第一加速度计采集的本端第一加速度和所述第二加速度计采集的本端第二加速度，并提取其中的有效数据转发至本端的第一SDU测速模块；对端的第二ATP平台搜集本端的所述第三速度传感器采集的本端第三速度、所述第四速度传感器采集的本端第四速度、所述第三加速度计采集的本端第三加速度和所述第四加速度计采集的本端第四加速度，并提取其中的有效数据转发至对端的第二SDU测速模块；

所述第一SDU测速模块和所述第二SDU测速模块进行各自的有效数据的相互发送，使得各端SDU测速模块都包括本端有效数据和对端有效数据，最后各端SDU测速模块都基于预设规则处理本端有效数据和对端有效数据，得到各端的输出速度信息。

本发明提供的方法，提出了头尾两端每端ATP配备2个速度传感器加上2个加速度计的硬件架构下，列车头尾双端一共4个加速度计和4个速度传感器，最多在各自端的SDU测速模块得到两个有效加速度值和两个有效速度值，再叠加两端之间第一SDU测速模块和第二SDU测速模块之间的通信交互，每端的SDU测速模块最多能得到4个加速度有效值和4个速度有效值，最后基于预设规则处理各自本端SDU测速模块上的有效加速度和有效速度值，得到最终本端输出速度。通过在自身ATP采集两个速度两个加速度实现自身数据冗余处理，初步增加数据可靠性，再接收对端采集的两个速度两个加速度进行两端之间数据冗余处理，二次增加数据可靠性，并且加速度还能作为速度信息采集失效时的速度估计的数据源，实现多层冗余补救，保证系统测速可用性和可靠性。因此，本发明提供的方法，实现了保证测速精确性的前提下提高系统测速可靠性和可用性，减少测速失效对运营产生的影响。

基于上述实施例，本发明实施例还提供一种提高测速可用性的方法，该方法依托于每端ATP配备2个速度传感器+2个加速度计的硬件架构下，列车头尾双端4个加速度计4取1冗余、4个速度传感器4取2冗余的测速方案，速度传感器失效时以加速度计积分速度作为输出的速度信息。

其中，列车头尾双端4个加速度计4取1冗余、4个速度传感器4取2冗余的测速方案实现，从以下四个方面进行描述：

方面一、双端4加速度计4取1、4速度传感器4取2冗余的测速系统总体融合输出方法。

对于采用加速度计传感器的测速系统，每端的车载ATP可安装1个或多个加速度计。本方法提出每端ATP配备2个速度传感器+2个加速度计的硬件架构，其中速度传感器使用的是上海德意达公司的光电式DF16-1.200BADK型速度传感器，加速度使用的是伺服加速度传感器DXA-100系列，但不限于上述型号。

图3为本发明提供的双端ATP测速系统硬件架构与连接关系示意图，如图3所示，每端ATP各主机板通过速度板采集本端两个DF16的4路脉冲信号，结合速度传感器所在车轮直径计算每个速度传感器当周期的速度；通过串口连接本端加速度计，在获取加速度计报文后，根据接口协议对加速度计值进行校验，校验通过的加速度计值取矢量平均值，作为当周期加速度计加速度的测量值；本端速度传感器和加速度计测速信息经ATP平台三取二表决后输入到本端的SDU测速模块，并由该模块接收对端表决后速度传感器和加速度计测速信息、向对端发送本端表决后速度传感器和加速度计测速信息。

图4为本发明提供的SDU测速模块软件结构示意图，如图4所示，每端SDU测速模块最终获取的4个速度传感器速度和2加速度计积分速度信息，具体地，SDU测速模块软件结构见图4，由底层向上，每层处理内容为：

由于通信延迟的影响，对端的速度传感器速度、加速度计积分速度需进行补偿计算，底层则根据补偿算法对端表决后的速度信息进行补偿。

其次为融合检查层，计算本端加速度计积分速度，并对速度传感器工作状态进行判定。加速度计测量值合法检查、加速度计校准、测量值有效性不在本文声明范围，不做详细描述。本文所述加速度计4取1指的是4个加速度计至少1个输入合法且测量结果有效，可以用其加速度值计算加速度积分速度。

加速度计4取1方法为：

优先取本端加速度计测量结果；若本端2个加速度计值有效，则求其平均加速度值再计算积分速度；若仅一个加速度值则以该加速度值计算本端加速度积分速度；对端处理方法相同，对端最终将两个加速度计平均结果的积分速度或单个加速度计积分速度发送至本端；本端加速度计单元的积分速度有效时，使用本端加速度计积分速度进行融合计算；本端加速度计单元的积分速度无效但对端有效时，使用对端加速度计积分速度进行融合计算。

根据融合检查层得出的速度传感器工作状态和双端加速度计积分速度有效性进行系统测速状态和融合测速结果输出：双端4个速度传感器中，至少两个速度传感器工作状态正常且满足速度、方向一致性要求、或只有1个速度传感器工作状态正常且与加速度计积分速度满足速度一致性要求时，则系统测速状态为正常；4个速度传感器均发生空滑但加速度计积分速度有效时，则在允许的时间内使用加速度计积分速度做系统输出，系统测速状态为空滑；若仅一个速度传感器正常但加速度计积分速度无效、或4个速度传感器均断线，则系统测速失效。具体状态组合输出结果见表1。

方面二、对对端加速度计积分速度、对端速度传感器速度的补偿方法。

考虑双端通信延迟的影响，本端需对对端发送来的速度传感器速度和加速度计积分速度进行通信延时补偿。

在头尾速度帧中取T1＝“对端接收到本端速度时的对端时间”、T2＝“本端速度的发送时间”、T3＝“接收对端速度的本地时间”、T4＝“对端速度发送时间”，可获取速度信息的头尾通信延迟时间T：

T＝((T3-T4)+(T1-T2))/2

用对端速度传感器的过去2到7个周期(该周期为ATP的周期)单元速度(其中，V[i]为第i个周期的对端速度传感器采集速度有效值)计算加速度A：

A＝(V[N-1]+V[N-2]+V[N-3]-V[N-4]-V[N-5]-V[N-6])/9×T_ATPCycle

对对端速度传感器的单元速度求过去1到7个周期内的冲击率I：

I＝(V[N-1]+V[N-2]+V[N-3]-2×V[N-4]-V[N-5]+V[N-6])+V[N-7])/12×T_ATPCycle×T_ATPCycle

根据加速度和冲击率计算当前周期补偿后对端速度传感器速度V：

V＝V0+A×T+I×T×T，

其中，V0为初始速度。

本方法采用如下补偿算法对对端加速度计积分速度进行补偿：

头尾通信延迟时间T计算方法同上；

头尾速度帧中取对端加速度计加权平均测量值，求过去3个周期内的平均加速度A1；

根据平均加速度A1计算当前周期补偿后的加速度计积分速度：V＝V0+A1×T。

由于头尾两端速度传感器和加速度计积分速度以通信的方式传进行互传，通信存在丢帧的可能，为提升系统可用性，测速模块需对对端速度信息帧丢帧情况进行容忍，最多容忍连续丢2帧。容忍时期间采用上一周期的延时时间、估算加速度和冲击率，并对速度传感器和加速度计进行补偿。

方面三、限定基于加速度计算积分速度的计算方法

ATP每周期计算加速度计积分速度，通过下列公式可得到加速度计的速度为：

V_a＝V₀+∑a_r×t

其中，t为VOBC运行周期，与前文所述的ATP运行周期一致，指VOBC软件运行周期时间，通常为200ms/周期，a_r为第r个周期采集的加速度有效值，累加符号的计算目标为将多个周期内的加速度与周期乘积进行求和，V0为初始速度。

例如，若过去5周期测速系统输出融合结果持续处于非故障状态，那么以上公式中的累加符号的计算目标为将五个周期内的加速度与周期乘积进行求和，即V₀取5周期前的融合速度。

按照上述计算方式进行实验验证，实验结果取完整的区间运行数据作为计算依据：一个完整区间内，从任意时刻开始对加速度计进行积分，积分的时间参数为15秒，得出结论为，速度高于25km/h的测距误差均不超过1％，速度低于25km/h的测距误差多数不超过2％。最终得出结论：在速度传感器均发生空滑的场景下使用加速度计进行速度输出的时间门限为15秒，当速度高于25km/h，测速测距误差取3％，低于25km/h时测速测距误差应适当降低。

方面四、速度传感器工作状态监督方法

速度传感器工作状态分别为正常、空滑、断线故障，共3种。速度传感器正常状态为速度传感器测速能真实反映列车实际速度的状态；空滑状态实际包含了空转和滑行两种情况，本方案不区分空转和滑行，速度传感器空滑是指轮轴速度小于或大于列车速度的现象，断线故障则指单个速度传感器的测速失效状态。本方法重点论述空滑状态的监督方法。

速度传感器空滑的自我监督。空滑判断条件如下：

当处于正常状态下的速度传感器计算出来的瞬时冲击率的绝对值小于可配置的“速度传感器空滑冲击率门限(5m/sss)”时，该速度传感器状态保持不变；当处于正常状态下的速度传感器计算出来的瞬时冲击率的绝对值大于等于可配置的“速度传感器空滑冲击率门限”时，判定该速度传感器发生空滑。冲击率Jn计算方法为：

Jn＝(An-An-1)/0.2 单位：m/sss

其中，An＝(Vn-Vn-1)/0.2/100； 单位：m/ss

An为速度传感器当周期的实时加速度，An-1为上周期的实时加速度；Vn和Vn-1分别为速度传感器当周期和上周期速度传感器的实时速度；

当上周期融合速度小于可配置的“速度传感器冲击率检测速度门限(3kmph)”时，不再对正常状态的速度传感器进行空滑判断。

空滑恢复条件如下：

当有正常“未滑行、未断线”速度传感器时，用正常速度传感器速度监督并恢复处于空滑状态的速度传感器，下述条件同时满足时速度传感器状态恢复：

空滑速度传感器瞬时冲击率的绝对值小于“速度传感器空滑状态恢复冲击率门限(2.5m/sss)”持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”；

速度与正常速度传感器速度或者加速度计积分速度一致，持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”，

当速度传感器都处于空滑状态，在“加速度计积分速度的最大允许使用时间”内用加速度计积分速度监督并恢复处于空滑状态的速度传感器，下述条件同时满足时速度传感器状态恢复：

瞬时冲击率的绝对值小于可配置的“空滑状态恢复冲击率门限(2.5m/sss)”持续时间达到可配置的“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”；

速度与加速度计积分速度一致，持续时间达到“速度传感器空滑状态恢复时间门限(2s)”。

加速度计监督模式：

为降低工况突然转换(先加速再减速，或先减速再加速)时速度传感器冲击率较大导致的误判空滑问题，利用速度传感器与加速度计加速度值对比的方法对空滑判定结果进行校核：

通过速度传感器自身冲击率判定速度传感器发生空滑时，若该速度传感器本周期和上周期速度传感器的瞬时加速度非同符号，则检查：若速度传感器瞬时加速度与加速度计的测量加速度比较结果的绝对值大于“空滑进入加速度门限值”时，则认为速度传感器发生空转。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。