一種臺(tái)陣觀測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種臺(tái)陣觀測(cè)方法，屬于軌道通信領(lǐng)域。所述方法包括：根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率；將所述臺(tái)陣依據(jù)所述頻率觀測(cè)的信號(hào)按預(yù)設(shè)時(shí)段計(jì)算分時(shí)段功率譜及不同時(shí)段振動(dòng)場(chǎng)的F-K譜；依據(jù)所述不同時(shí)段的F-K譜計(jì)算列車(chē)運(yùn)行速度。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算列車(chē)通過(guò)臺(tái)陣一側(cè)不同時(shí)段的臺(tái)陣振動(dòng)F-K譜，并根據(jù)不同時(shí)段F-K譜的特征，分析了相應(yīng)時(shí)刻列車(chē)相對(duì)臺(tái)陣的不同方位，展現(xiàn)了借助臺(tái)陣波場(chǎng)的F-K譜判斷列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的能力，推算出列車(chē)運(yùn)行的速度，提高了速度監(jiān)測(cè)的精確度。
【專利說(shuō)明】—種臺(tái)陣觀測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道通信領(lǐng)域，特別涉及一種臺(tái)陣觀測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道交通很早就作為公共交通在城市中出現(xiàn)。起著越來(lái)越重要的作用。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家城市的交通發(fā)展歷史告訴我們，只有采用大客運(yùn)量的城市軌道交通(地鐵和輕軌)系統(tǒng)，才是從根本上改善城市公共交通狀況的有效途徑。城市軌道交通由于高密度運(yùn)轉(zhuǎn)，列車(chē)行車(chē)時(shí)間間隔短，行車(chē)速度高，列車(chē)編組輛數(shù)多而具有較大的運(yùn)輸能力，城市軌道交通的運(yùn)輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)公共汽車(chē)。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，地下鐵道每公里線路年客運(yùn)量可達(dá)100萬(wàn)人次以上，最高達(dá)到1200萬(wàn)人次，如莫斯科地鐵、東京地鐵、北京地鐵等。城市軌道交通能在短時(shí)間內(nèi)輸送較大的客流。
[0003]臺(tái)陣觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于各觀測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的自相關(guān)及互相關(guān)特性在一定程度上體現(xiàn)了城市軌道交通振動(dòng)場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車(chē)移動(dòng)速度的方法較多，但準(zhǔn)確度不高，而且監(jiān)測(cè)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中監(jiān)測(cè)列車(chē)移動(dòng)速度的精確度低而且監(jiān)測(cè)成本高的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中遇到的如上問(wèn)題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案:
[0005]一種臺(tái)陣觀測(cè)方法，所述方法包括如下步驟:
[0006]根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率；
[0007]將所述臺(tái)陣依據(jù)所述頻率觀測(cè)的信號(hào)按預(yù)設(shè)時(shí)段計(jì)算分時(shí)段功率譜及不同時(shí)段振動(dòng)場(chǎng)的F-K譜；
[0008]依據(jù)所述不同時(shí)段的F-K譜計(jì)算列車(chē)運(yùn)行速度。
[0009]本發(fā)明通過(guò)計(jì)算列車(chē)通過(guò)臺(tái)陣一側(cè)不同時(shí)段的臺(tái)陣振動(dòng)F-K譜，并根據(jù)不同時(shí)段F-K譜的特征，分析了相應(yīng)時(shí)刻列車(chē)相對(duì)臺(tái)陣的不同方位，展現(xiàn)了借助臺(tái)陣波場(chǎng)的F-K譜判斷列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的能力，推算出列車(chē)運(yùn)行的速度，提高了速度監(jiān)測(cè)的精確度。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種臺(tái)陣觀測(cè)方法，該方法包括如下步驟:
[0012]1、根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率；
[0013]在本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率的方法具體包括如下步驟:
[0014]記錄列車(chē)通過(guò)測(cè)試點(diǎn)時(shí)的臺(tái)陣時(shí)程，并將測(cè)試點(diǎn)的時(shí)程轉(zhuǎn)到頻域；[0015]計(jì)算測(cè)試點(diǎn)的功率譜最大值，查找功率譜最大值所對(duì)應(yīng)的頻率。
[0016]例如保留列車(chē)通過(guò)前3秒、通過(guò)期間及通過(guò)后3秒的臺(tái)陣時(shí)程進(jìn)行分析。通過(guò)Fourier變換，分別將臺(tái)陣中各測(cè)點(diǎn)的接收振動(dòng)時(shí)程轉(zhuǎn)到頻域，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的功率譜進(jìn)行全面分析，其核心是找到功率譜最大值對(duì)應(yīng)的頻率。如果各測(cè)點(diǎn)功率譜最大值對(duì)應(yīng)的頻率都一致，就可以直接選擇這個(gè)頻率作為占優(yōu)勢(shì)的頻率；如果各測(cè)點(diǎn)功率譜最大值對(duì)應(yīng)的頻率不一致，要選擇多數(shù)測(cè)點(diǎn)功率譜最大值對(duì)應(yīng)的頻率一致的頻率作為占優(yōu)勢(shì)的頻率。
[0017]其中，占優(yōu)勢(shì)的頻率的波占波動(dòng)能量的百分比最大。
[0018]2、將臺(tái)陣依據(jù)頻率觀測(cè)的信號(hào)按預(yù)設(shè)時(shí)段計(jì)算分時(shí)段功率譜及不同時(shí)段振動(dòng)場(chǎng)的F-K譜；
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)設(shè)時(shí)段的個(gè)數(shù)由觀測(cè)的信號(hào)決定。
[0020]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)設(shè)時(shí)段的長(zhǎng)度由列車(chē)的運(yùn)行速度決定。
[0021]預(yù)設(shè)時(shí)段的個(gè)數(shù)一般為6段，但時(shí)段的長(zhǎng)度與列車(chē)速度有關(guān)，列車(chē)速度越高，采樣率要高、采樣間隔小，則一定長(zhǎng)度的波形記錄要取較多的離散數(shù)據(jù)。
[0022]通過(guò)前后不同時(shí)段時(shí)程的功率譜的變化可以清楚地觀察到波場(chǎng)方向的改變。列車(chē)達(dá)到前(本文定義為列車(chē)的頭部距離臺(tái)陣的列車(chē)開(kāi)來(lái)一側(cè)邊界延長(zhǎng)線至軌道的垂足為臺(tái)陣尺寸的4倍的那一時(shí)刻)場(chǎng)地的振動(dòng)主要是本底振動(dòng)，表現(xiàn)為接收信號(hào)的功率譜，有一個(gè)突出的峰值，一般對(duì)應(yīng)的是場(chǎng)地的卓越周期；隨著列車(chē)進(jìn)入到臺(tái)陣觀測(cè)的區(qū)域地面振動(dòng)高頻部分增加較快，但由于能量有限，故功率譜幅值較??；當(dāng)列車(chē)進(jìn)入到臨近臺(tái)陣區(qū)域范圍(本文定義為以臺(tái)陣中心點(diǎn)延長(zhǎng)線至軌道的垂足為基準(zhǔn)，兩側(cè)各為臺(tái)陣尺寸2倍的范圍)，這一時(shí)段臺(tái)陣接收到的振動(dòng)能量達(dá)到最大，本底振動(dòng)信號(hào)已經(jīng)不能分辨，主要以列車(chē)引起的環(huán)境振動(dòng)為主；隨著列車(chē)駛離臨近臺(tái)陣區(qū)域范圍，臺(tái)陣接收到的能量逐漸減小，優(yōu)勢(shì)頻率不斷向場(chǎng)地卓越頻率移動(dòng)，直至恢復(fù)到本底振動(dòng)狀態(tài)。
[0023]下面分析某一時(shí)刻通過(guò)的一趟列車(chē)引起的臺(tái)陣振動(dòng)的F-K譜在不同時(shí)段的變化:源方向來(lái)自臺(tái)陣的左側(cè)，入射角很??；源方向亦來(lái)自臺(tái)陣的左側(cè)，入射角漸大，對(duì)應(yīng)列車(chē)駛向臺(tái)陣；源方向亦來(lái)自臺(tái)陣的左側(cè)，入射角更大，對(duì)應(yīng)列車(chē)接近臺(tái)陣；源方向來(lái)自臺(tái)陣的正上方，入射角幾乎正交于軌道延長(zhǎng)線，對(duì)應(yīng)列車(chē)正在通過(guò)臺(tái)陣相應(yīng)的軌道段(指臺(tái)陣在軌道上的投影)；振源方向偏向臺(tái)陣的右側(cè)，入射角大，對(duì)應(yīng)列車(chē)已經(jīng)駛離臺(tái)陣相應(yīng)的軌道段；源方向來(lái)自臺(tái)陣的右側(cè)，入射角漸小，對(duì)應(yīng)列車(chē)駛離臺(tái)陣漸遠(yuǎn)。
[0024]3、依據(jù)不同時(shí)段的F-K譜計(jì)算列車(chē)運(yùn)行速度。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施例中，不同時(shí)段的F-K譜還用于確定各時(shí)段的頻率波數(shù)譜的入射波方向。
[0026]F-K譜是一個(gè)關(guān)于頻率和波數(shù)矢量的譜圖，通過(guò)它可以判斷出波入射到臺(tái)陣的方向以及瑞利波相速度的大小。F-K譜將時(shí)間空間域中的波動(dòng)信號(hào)在頻率波數(shù)域中表示。其譜值反映了波動(dòng)的幅值和能量密度，同時(shí)提供了瑞利波的傳播功率和速度矢量的信息。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)計(jì)算列車(chē)通過(guò)臺(tái)陣一側(cè)不同時(shí)段的臺(tái)陣振動(dòng)F-K譜，并根據(jù)不同時(shí)段F-K譜的特征，分析了相應(yīng)時(shí)刻列車(chē)相對(duì)臺(tái)陣的不同方位，展現(xiàn)了借助臺(tái)陣波場(chǎng)的F-K譜判斷列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的能力，推算出列車(chē)運(yùn)行的速度，提高了速度監(jiān)測(cè)的精確度。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種臺(tái)陣觀測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率； 將所述臺(tái)陣依據(jù)所述頻率觀測(cè)的信號(hào)按預(yù)設(shè)時(shí)段計(jì)算分時(shí)段功率譜及不同時(shí)段振動(dòng)場(chǎng)的F-K譜； 依據(jù)所述不同時(shí)段的F-K譜計(jì)算列車(chē)運(yùn)行速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)臺(tái)陣所觀測(cè)數(shù)據(jù)的總體功率譜選出列車(chē)通過(guò)所在位置處的頻率的步驟具體包括: 記錄列車(chē)通過(guò)測(cè)試點(diǎn)時(shí)的臺(tái)陣時(shí)程，并將所述測(cè)試點(diǎn)的時(shí)程轉(zhuǎn)到頻域； 計(jì)算所述測(cè)試點(diǎn)的功率譜最大值，查找所述功率譜最大值所對(duì)應(yīng)的頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)時(shí)段的個(gè)數(shù)由觀測(cè)的信號(hào)決定。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)時(shí)段的長(zhǎng)度由列車(chē)的運(yùn)行速度決定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同時(shí)段的F-K譜還用于確定各時(shí)段的頻率波數(shù)譜的入射波方向。
【文檔編號(hào)】B61L27/00GK103723166SQ201310529969
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】鄭鑫, 張燕, 解恒燕, 陶夏新, 王福彤 申請(qǐng)人:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)