一种列车轴距序列信息解算方法
阅读说明：本技术 一种列车轴距序列信息解算方法 (Train wheelbase sequence information resolving method ) 是由 傅振洲 黄磊 李苏祺 王满意 于 2021-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种列车轴距序列信息解算方法,包括以下步骤：轴距聚类处理；轴距初辨识处理；轴距辨识结果修正处理；列车车厢号辨识与车厢总数解算；轴距-车厢匹配查询。本发明适用于各种车型的轴距序列信息的解析,无需预先知道轴距的标准参考值；轴距解析过程不需要通过设定轴距匹配阈值,进而避免车辆变速导致轴距序列信息异常时的轴距误辨识情况发生；在轴距序列信息异常时,可以通过临近正常轴距序列信息进行轴距自动辨识校正；可自动辨识转向架轴距、转向架间轴距、车厢连接处轴距；可以实现对机车数与车厢数的正确解析；可实现轮距信息与车厢的正确匹配；可通过查表的方式查询任意轴距序号对应的在列车的位置。(The invention discloses a train wheelbase sequence information resolving method, which comprises the following steps: clustering wheelbase; performing primary identification processing on the wheelbase; correcting the wheel base identification result; train carriage number identification and carriage total number calculation; wheelbase-car match query. The method is suitable for analyzing the wheelbase sequence information of various vehicle types, and the standard reference value of the wheelbase is not required to be known in advance; in the wheel base analysis process, a wheel base matching threshold is not required to be set, so that the wheel base error identification condition caused by abnormal wheel base sequence information due to vehicle speed change is avoided; when the wheelbase sequence information is abnormal, the wheelbase can be automatically identified and corrected by the adjacent normal wheelbase sequence information; the wheelbase of the bogie, the wheelbase between the bogies and the wheelbase at the joint of the carriage can be automatically identified; the correct analysis of the number of locomotives and the number of carriages can be realized; the correct matching of the wheel track information and the carriage can be realized; the position of the train corresponding to any wheelbase serial number can be inquired in a table look-up mode.)
技术领域
本发明属于铁路列车视觉测量技术领域，具体涉及一种列车轴距序列信息解算方法。
背景技术
近些年来，随着我国轨道交通行业的迅猛发展，对列车保证列车安全运行的检测要求也在不断提升，长期以来，我国铁路部门对列车关键部件检测主要还是依靠人工经验，即使有各种自动检测设备的加入也是起到辅助人工检测判别异常的作用，并没有完全实现真正意义上的自动检和智能检，而传统的检测方式往往面临着精度差、效率低、误报漏报率高等问题，给列车的运行带来严重的安全隐患，因此，实现轨道交通领域的智能检测是当前我国铁路发展的迫切急需。由于在列车的动态检测过程中，列车关键部件的位置信息主要为序列信息，基于车体关键部件的相对位置序列信息进行与车体预装部件的精准匹配定位，是进行后续对关键部件故障检测以及几何尺寸测量的基础，以列车轴距时间序列信息为例，基于该信息进行整列车厢轮位的精准匹配，是进行转向架区域检测以及轮对测量任务的前提，因此，基于轴距序列信息的正确解算对列车进行相关测量任务具有重要的意义。
列车的轴距信息是通过在轨道内侧安装间距已知的两个车轮传感器(磁钢)，通过同一车轮连续通过两个传感器所产生的触发时间差计算列车车速，将相邻车轮通过同一磁钢时产生的时间差乘以列车车速得到轮间轴距信息，通过连续采集测量，最终得到整列列车的轮间轴距时间序列信息。目前轴距序列信息的解算方法主要是通过预先设定不同车型对应的不同轴距标准参考值，然后通过设定对应阈值比对，当测量的轴距恰好处于设定参考轴距对应的阈值范围内时，则认为轴距识别成功，并按照轴距信息的时序继续进行识别，直到所有轴距信息辨识完成。但是上述方法要求列车通过车轮传感器的速度均匀无波动，然而，在机车实际牵引过程中，由于车厢的级联结构，在机车加减速过程中，车厢间的能量传递过程必然会引起车厢速度的突变，这就会造成轴距测量产生误差，若该误差恰好超过轴距识别的阈值就会造成轴距辨识错误，进而影响后续所有轴距信息的辨识结果。此外，上述方法需要提前预知待测车型的轴距长度参考值，如果车辆编组过程中临时调整编入特种车型则无法实现轴距的正确辨识，进而影响后续对车轮以及车厢的精准定位。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种列车轴距序列信息解算方法，尤其用于解决整列列车轴距序列信息(包括轴距信息和车体部件间相对距离序列信息等)解算轴距-车厢匹配、轴距-车轮匹配、车厢总数解算、机车总数解算以及相对应的查询问题。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种列车轴距序列信息解算方法，包括以下步骤：
步骤一、轴距聚类处理
通过MeanShift算法对列车轴距序列信息进行自适应的聚类中心搜索，得到多个类聚类中心以及对应的轴距聚类结果；
步骤二、轴距初辨识处理
步骤三、轴距辨识结果修正处理
步骤四、列车车厢号辨识与车厢总数解算
步骤五、轴距-车厢匹配查询。
进一步的，步骤二中，轴距初辨识处理采用以下步骤实现：
预先定义辨识标记；
寻找最大数量的聚类类别并对其中对应轴距进行标记，利用列车首端轴距信息测量稳定的特点，对列车前部机车头进行标记，随后按照一定规律对列车前部轴距进行辨识标记，列车前部机车头被完整解析。
进一步的，所述辨识标记如表1所示：
表1
进一步的，寻找最大数量的聚类类别并对其中对应轴距进行标记为2，利用列车首端轴距信息测量稳定的特点，对列车前部机车头进行标记，从1号轴距开始，凡是1号轴距和3号轴距对应的聚类结果均标记为4，2号轴距对应的聚类结果标记为5，当连续出现4-5-4结构，且相邻4-5-4结构间只间隔一个轴距信息时，将该轴距标记为6，最后一个4-5-4结构之后相邻第一轴距被标记为7，其后相邻第3个轴距标记为3，其后相邻第五个轴距标记为1，并分别将标记为3和1对应的聚类结果进行相同标注，完成对列车前部机车头的解析，其中包括错误标记，且列车中部的机车轴距信息未进行标记。
进一步的，步骤三中，轴距辨识结果修正处理采用以下步骤实现：
辨识结果修正操作均以车箱前端转向架轴距为参考，按照轴距顺序从头至尾依次对轴距辨识结果进行修正，修正操作如下：
在剩余轴距序列数据中进行按顺序扫描，首先，当满足1-2-3-2-X-2-3-2-1的结构，X将被标记为1，完成第一轮辨识结果修正，得到1-2-3-2-X-2-3-2-1结构，修正车厢连接处轴距辨识结果；当X满足3-2-1-2-X-2-1-2-3的结构，将X标记为3，完成第二轮辨识结果修正，修正同一车厢转向架之间轴距辨识结果；当满足1-2-X-X-1-2的结构，其将被修正为1-2-3-2-1-2，完成第三轮辨识结果修正，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距和两个转向架之间轴距的辨识结果；当满足1-2-X-X-X-2的结构，其将被修正为1-2-3-2-1-2，完成第四轮辨识结果修正，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距、两个转向架之间轴距和车厢后端连接处轴距的辨识结果；当满足3-2-1-2-X-X-X的结构，其将被修正为3-2-1-2-3-2-7，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距、两个转向架之间轴距以及列车机车头与车厢间的连接处的辨识结果，经过上述轴距标注修正过程之后，剩余未标记的轴距对应列车中部机车，满足7-4-5-4-6…-4-5-4-7的结构，按顺序标记即可完成修正。
进一步的，步骤四中，列车车厢号辨识与车厢总数解算采用以下步骤实现：
对修正后的辨识结果，按照时间序列顺序进行搜索，建立与轴距时序信息结构相同的车厢号匹配列表，存取车厢号辨识结果，X表示当前查询位置，当X满足2-3(X)-2序列结构时，车厢统计数量加一，并将当前车厢统计结果存入车厢号匹配列表，按顺序扫描后得到列车车厢统计数量；同样，当X满足4-5(X)-4序列结构时，机车统计数量加一，并将当前机车数量统计结果存入车厢号匹配列表，按顺序搜索累加后得到列车机车总数。
进一步的，步骤五中，轴距-车厢匹配查询采用以下步骤实现：
通过在表2-3中的轴距时间序列编号和车厢号匹配列表，进行索引查询，以轴距时间序列编号为索引值，进行车厢号查询；
表2
表3
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、适用于各种车型的轴距序列信息的解析，无需预先知道轴距的标准参考值；
2、轴距解析过程不需要通过设定轴距匹配阈值，进而避免车辆变速导致轴距序列信息异常时的轴距误辨识情况发生；
3、在轴距序列信息异常时，可以通过临近正常轴距序列信息进行轴距自动辨识校正；
4、可自动辨识转向架轴距、转向架间轴距、车厢连接处轴距；
5、可以实现对机车数与车厢数的正确解析；
6、可实现轮距信息与车厢的正确匹配；
7、可通过查表的方式查询任意轴距序号对应的在列车的位置。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的轴距辨识修正处理流程图。
具体实施方式
下面结合对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如图1-2所示，一种列车轴距序列信息解算方法，包括以下步骤：
步骤一、轴距聚类处理
主要通过Mean-Shift算法对轴距序列信息进行自适应的聚类中心搜索，并得到若干个类聚类中心以及对应的轴距聚类结果，具体步骤如下：
以每一个轴距序列信息分别作为一个样本点，建立样本空间H，首先，选取其中的任一个样本点为圆点C，以预设半径R建立高维球S，样本空间H中落入高维球S中的所有点于圆点C构成若干向量，其中，向量的起点为圆心C，求取上述高维球内所有向量的矢量和，所得到的向量V即为Mean-Shift向量，再以向量V的终点为圆心构建半径为R的高位球，并重复上述过程，如此迭代，Mean-Shift算法可以收敛到点密度最大的地方，进而得到若干个类聚类中心以及对应的轴距聚类结果。
步骤二、轴距初辨识处理
辨识标记定义如表1所示。首先，寻找最大数量的聚类类别，将其中对应轴距标记为2(转向架间轴距)。利用列车首端轴距信息测量稳定的特点，对列车前部机车头进行标记，从1号轴距开始，凡是1号轴距和3号轴距对应的聚类结果均标记为4，然后2号轴距对应的聚类结果标记为5，当连续出现4-5-4结构，且相邻4-5-4结构间只间隔一个轴距信息，则将该轴距标记为6，最后一个4-5-4结构之后相邻第一轴距被标记为7，其后相邻第3个轴距标记为3，其后相邻第五个轴距标记为1，并分别将标记为3和1对应的聚类结果进行相同标注。经过上述操作后，列车前部机车头被完整解析，车厢转向架对应标记的轴距中大部分为正确解析结果，但其中仍然包含错误标记，并且列车中部的机车轴距信息未进行标注。
表1
步骤三、轴距辨识修正处理
根据轴距的磁钢测距原理，实际轴距越短，测量准确率越高。由于步骤二中已经对首节车厢的前端转向架轴距辨识结果进行了确认，所以，接下来的辨识结果修正操作均以车箱前端转向架轴距为参考，按照轴距顺序从头至尾依次对轴距辨识结果进行修正，如图2所示，具体修正操作如下：
在剩余轴距序列数据中进行按顺序扫描，首先，当满足1-2-3-2-X-2-3-2-1的结构，X将被标记为1，完成第一轮辨识结果修正，得到1-2-3-2-X-2-3-2-1结构，修正车厢连接处轴距辨识结果；然后，当X满足3-2-1-2-X-2-1-2-3的结构，将X标记为3，完成第二轮辨识结果修正，修正同一车厢转向架之间轴距辨识结果；当满足1-2-X-X-1-2(或3-2-1-2-X-X-1-2)的结构，其将被修正为1-2-3-2-1-2(3-2-1-2-3-2-1-2)，完成第三轮辨识结果修正，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距和两个转向架之间轴距的辨识结果；当满足1-2-X-X-X-2(或3-2-1-2-X-X-X-2)的结构，其将被修正为1-2-3-2-1-2(3-2-1-2-3-2-1-2)，完成第四轮辨识结果修正，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距、两个转向架之间轴距和车厢后端连接处轴距的辨识结果；当满足3-2-1-2-X-X-X的结构，其将被修正为3-2-1-2-3-2-7，以车厢前端转向架轴距为参考，修正当前车厢后端转向架轴距、两个转向架之间轴距，以及列车机车头与车厢间的连接处的辨识结果。经过上述轴距标注修正过程之后，剩余未标记的轴距便对应列车中部机车，进行机车头辨识操作，必然满足7-4-5-4-6…-4-5-4-7的结构，按顺序标记，完成第五次修正。修正后辨识结果如表2-3所示。
表2
表3
步骤四、列车车厢号辨识与车厢总数解算
对修正后的辨识结果，按照时间序列顺序进行搜索，建立与轴距时序信息结构相同的车厢号匹配列表，存取车厢号辨识结果，X表示当前查询位置，当X满足2-3(X)-2序列结构时，车厢统计数量加一，并将当前车厢统计结果存入车厢号匹配列表，按顺序扫描后得到列车车厢统计数量；同样，当X满足4-5(X)-4序列结构时，机车统计数量加一，并将当前机车数量统计结果存入车厢号匹配列表，按顺序搜索累加后得到列车机车总数。
步骤五、轴距-车厢匹配查询
通过在表2-3中的轴距时间序列编号和车厢号匹配列表，进行索引查询，以轴距时间序列编号为索引值，进行车厢号查询，如表2中，轴距时间序列编号“3”代表列车前部第一节机车头的后转向架轴距；表3中，轴距时间序列编号“427”代表第105节车厢后转向架轴距。
本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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