[发明专利]一种基于车身表面风速无人机实时测量的列车监测方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于铁路轨道监测领域，特别涉及一种基于车身表面风速无人机实时测量的列车监测方法与系统。

背景技术

在轨道交通领域，恶劣大风是造成沿线列车翻车事故的主要自然灾害。我国和日本都曾多次发生过强风所导致的列车翻车事故。随着高速铁路和高速列车在世界范围内的普及，尤其在列车开行速度不断地提高的情况下，如何保证高速列车的运营安全愈发显得急迫和刻不容缓。

为了降低强风对高速铁路运营所造成的危害，近年来，包括我国在内的铁路大国开始关注于研建一种新型铁路强风实时监控与预警系统。如德国国家铁路公司(Deutsche Bahn AG)所研建的Nowcasting System大风监测预警系统，东日本铁路公司(JR-EAST)所设计的Windas system大风列车预警系统，我国原铁道部主持开发的兰新、青藏等强风线路的大风监测与预警系统。这类预警系统的工作机理相似，都是先在铁路沿线强风区域设置一定数量的测风站，通过实时采集铁路沿线风速信息，然后融合沿线路况(桥梁/路堤/大曲线)和列车信息(车型/载重/行车速度)，建立恶劣强风环境下的车辆倾覆稳定性模型，对不同型号的高速列车在不同铁路路况/区域和风速级别下进行实时调度指挥。虽然上述这种铁路强风预警技术已开始投入使用，但这种预警技术的前期投入建设费用和后期的技术维护费用都非常高，而且大风监测站点位于铁路线路外，不能实时获得轨道车辆所在位置的风速数据。

发明专利《列车车载大风预警系统》(专利号：201010262706.7)安装无线横向风速传感器于列车顶部，能够实时监测列车横向风速，具有监测列车近场风速能力。由于需要安装在车体上，会影响车体外形美观和车体的空气动力学性能，同时安装位置固定，不能根据线路情况、风速大小、列车型号等因素实时调整风速测量点位置，不能及时准确获取列车倾覆危险点附近风速数据。发明专利《列车车载风速风向仪》(专利号：201010262706.7)同样由于风速测量仪器安装位置固定，不能实现风速测量位置的灵活可调。

综上所述，现有技术中的高速列车的风速测量所使用的技术手段不能根据实际情况调整风速测量点位置，不能及时准确获取列车倾覆危险点附近风速数据。

发明内容

本发明提供了一种基于车身表面风速无人机实时测量的列车监测方法与系统，其目的在于，克服现有技术中高速列车的风速测量所需设备成本高，且无法实时获得轨道车辆所在位置的风速数据的问题。

一种基于车身表面风速无人机实时测量的列车监测方法，包括以下步骤：

步骤1：依据铁路沿线历史风速数据和运行事故数据，从铁路轨道沿线中选取危险风速轨道区间，并对危险风速轨道区间进行等间距划分，每个轨道区间单元配置有3组无人机风速测量装置；

所述无人机风速测量装置包括飞行装置及装载在飞行装置上的超声波风速计、Kinect传感器和列车测速装置；

步骤2：将划分后的轨道区间单元编号，并将轨道区间单元标号、开始里程、结束里程、轨道线路状况以及该区间单元内管辖的无人机风速测量装置编号、列车编号和对应列车各风速下的列车安全车速，预先存储至地面列车控制中心中；

利用存储的轨道线路状况构建每个轨道区间单元中不同风速/车速/路况/车型下列车的大风倾覆模型；

根据现有技术，列车在强风条件下的倾覆状态与风速/车速/路况/车型有关，建立不同风速/车速/路况/车型下列车的大风倾覆模型。路况信息包括路堤或桥梁的高度和形状、路堑的深度和形状及线路两侧是否有挡风墙，存储在地面列车大数据中心，风速和车速信息由无人机风速测量装置实时提供，车型信息从地面列车大数据中心获取。利用上述的大风倾覆模型，输入列车所处的路况、列车时速、风速、列车型号信息，计算当前列车瞬态风载荷最强的位置，即当前列车的危险倾覆点位置。

步骤3：当待测量列车进入危险风速轨道区间，列车所在的轨道区间单元上的3组无人机风速测量装置接收到测量指令和待测量列车编号，无人机风速测量装置起飞，并同步跟踪待测量列车；

步骤4：若通过无人机风速测量装置上的Kinect传感器获取跟踪列车的编号，与待测量列车编号一致，则令3组无人机风速测量装置分别位于列车受电弓的上方以及列车的两侧，否则，令无人机风速测量停止返回起飞位置，返回步骤3，等待待测量列车；

步骤5：地面列车大数据中心基于列车大风倾覆模型计算出待测量列车实时危险倾覆点，利用列车危险倾覆点获得各无人机风速测量装置的最优测量点，并发送至无人机风速测量装置，使得无人机风速测量装置实时保持在最优测量点进行风速测量；