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CN112525054A - 一种轨道参数实时检测系统及方法 - Google Patents

一种轨道参数实时检测系统及方法 Download PDF

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CN112525054A
CN112525054A CN202011438135.8A CN202011438135A CN112525054A CN 112525054 A CN112525054 A CN 112525054A CN 202011438135 A CN202011438135 A CN 202011438135A CN 112525054 A CN112525054 A CN 112525054A
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CN202011438135.8A
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王晓初
周思杰
王�义
张胜辉
任庆磊
刘强
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Guangdong University of Technology
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Guangdong University of Technology
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Abstract

本申请公开了一种轨道参数实时检测系统及方法，其中系统通过在双处理器中的主处理器搭载Linux操作系统来代替传统的裸机开发，相较于现有的静态检测装置，本申请的提供的系统更便于多人协同开发；同时利用多串口通道以及多线程的方式来提高系统数据吞吐量和可靠性，从而提高系统的作业效率；为了解决Linux操作系统实时采集性差的问题，通过双处理器中的从处理器采集高频轨道参数，保证了系统的实时性；并且由于本系统为双处理器的架构，因此能够提供丰富的外部接口，增强了系统的扩展能力；从而解决了现有的轨道参数检测系统无法同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的技术问题。

Description

一种轨道参数实时检测系统及方法
技术领域
本申请涉及检测技术领域，尤其涉及一种轨道参数实时检测系统及方法。
背景技术
轨道是铁路运输的基础，列车运行的安全性主要取决于铁路的平顺性，因此为了维持铁路运输过程中的安全、舒适和平稳，就需要保持轨道的基本平顺性。轨道参数检测是获得轨道状态，轨道变化和分析轨道病态的主要依据。
目前，轨道参数的检测有静态检测和动态检测两种方式。静态检测装置为轻型轨检仪，该轨检仪系统采样单片机架构进行裸机开发，尽管成本低，但存在作业效率低、而且难扩展和硬件故障率高等缺陷，其单任务的处理方式，在高并发的数据处理过程中更是存在宕机的危险；动态检测装置为动态轨检车，虽然该轨检系统作业效率高，数据处理量大，易扩展，但由于其检测过程存在一定的载荷，且成本过高，操作复杂，无法批量的投入所有轨检工作中。
因此，提供一种能同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的轨道参数实时检测系统具有重要的研究意义。
发明内容
本申请实施例提供了一种轨道参数实时检测系统及方法，用于解决现有的轨道参数检测系统无法同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种轨道参数实时检测系统，所述系统包括：
包括：主处理器、从处理器、高频采样模块、低频采样模块、电源管理模块；
所述从处理器通过接口与高频采样模块连接，并通过多串口通道与所述主处理器连接，所述主处理器通过接口与所述低频采样模块连接，所述主处理器搭载Linux操作系统，所述Linux操作系统用于运行多线程Qt控制台程序；
所述电源管理模块：用于对电源进行多级直流稳压后，给所述从处理器和所述主处理器进行供电；
所述从处理器用于：接收所述高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给所述主处理器；
所述主处理器用于：接收所述低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对所述高频轨道参数和所述低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理。
可选地，所述主处理器还用于：将所述同步数据备份到eMMC存储器中，所述eMMC存储器设置于所述主处理器上。
可选地，所述主处理器还用于：
在通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理后，将处理后的所述同步数据根据TCP/IP协议发送到服务器。
可选地，所述主处理器为iMX6系列处理器，所述从处理器为STM32F4系列处理器。
可选地，所述Linux操作系统为：经过对Uboot、kernel和根文件进行剪裁的Linux操作系统。
可选地，还包括：+29.6V锂电池组；所述+29.6V锂电池组与所述电源管理模块连接；用于传输电源到所述电源管理模块。
可选地，所述高频采样模块和所述低频采样模块均包括：GPS接收机和IMU；
所述GPS接收机和所述IMU分别用于获取轨道三维坐标参数和轨道姿态参数，并通过卡尔曼滤波对所述轨道三维坐标参数和所述轨道姿态参数进行融合。
本申请第二方面提供一种轨道参数实时检测方法，应用第一方面提供的轨道参数实时检测系统，所述方法包括：
通过电源管理模块对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电；
通过所述从处理器接收高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给所述主处理器；
通过所述主处理器接收低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对所述高频轨道参数和所述低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理。
可选地，还包括：将所述同步数据备份到eMMC存储器中，所述eMMC存储器设置于所述主处理器上。
可选地，所述通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理，之后还包括：
将计算处理后的所述同步数据根据TCP/IP协议发送到服务器。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种轨道参数实时检测系统，包括：主处理器、从处理器、高频采样模块、低频采样模块、电源管理模块；从处理器通过接口与高频采样模块连接，并通过多串口通道与主处理器连接，主处理器通过接口与低频采样模块连接，主处理器搭载Linux操作系统，Linux操作系统用于运行多线程Qt控制台程序；电源管理模块：用于对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电；从处理器用于：接收高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给主处理器；主处理器用于：接收低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对高频轨道参数和低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过多线程Qt控制台程序对同步数据进行计算处理。
本申请的轨道参数实时检测系统，通过在双处理器中的主处理器搭载Linux操作系统来代替传统的裸机开发，相较于现有的静态检测装置，本申请提供的系统更便于多人协同开发，定制出更符合生产要求的Linux操作平台；同时利用多串口通道以及多线程的方式来提高系统数据吞吐量和可靠性，从而提高系统的作业效率；为了解决Linux操作系统实时采集性差的问题，通过双处理器中的从处理器采集高频轨道参数，保证了系统的实时性；并且由于本系统为双处理器的架构，因此能够提供丰富的外部接口，增强了系统的扩展能力；从而解决了现有的轨道参数检测系统无法同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种轨道参数实时检测系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种轨道参数实时检测方法的流程示意图；
图3为本申请实施例中提供的STM32F4系列从处理器的接口框图；
图4为本申请实施例中提供的在Qt环境下的服务端与客服端连接流程图；
图5为本申请实施例中提供的轨道参数实时检测系统的电源模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例提供的一种轨道参数实时检测系统，包括：主处理器、从处理器、高频采样模块、低频采样模块、电源管理模块。
需要说明的是，高频采样模块和低频采样模块中均可以设置多种传感器，例如：接近传感器、倾角传感器、线性位移传感器、温湿度传感器等，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，在此不做限定。
从处理器通过接口与高频采样模块连接，并通过多串口通道与主处理器连接，主处理器通过接口与低频采样模块连接，主处理器搭载Linux操作系统，Linux操作系统用于运行多线程Qt控制台程序。
可以理解的是，本实施例的检测系统设计为双处理系统的架构，从处理器不含操作系统，只负责将高频采样模块采集的实时的高频轨道参数通过多串口通道发送给主处理器，利用多串口通道数据的并行传输特性来提高系统的吞吐量，并且利用Linux操作系统的多线程Qt控制台程序提高系统对数据的处理能力，同时由于主处理器搭载的为Linux操作系统，使得本实施例的检测系统可以进行外设驱动的移植、裁剪与优化，缩短系统的开发周期与启动时间。
电源管理模块：用于对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电。
需要说明的是，为了保证本实施例的检测系统的可靠性和稳定性，本实施设置电源管理模块用于对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电。
从处理器用于：接收高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给主处理器。
需要说明的是，本实施例的从处理器通过常用外设接口与高频采样模块连接，接收高频采样模块采集的高频轨道参数后，并通过多串口通道发送给主处理器，多串口通道数据的并行传输提高了处理器数据的吞吐量。
主处理器用于：接收低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对高频轨道参数和低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过多线程Qt控制台程序对同步数据进行计算处理。
需要说明的是，本实施例通过主处理器的PWM发送同步脉冲到从处理器，使得从处理器的高频轨道参数和主处理器的低频轨道参数进行同步，提高了检测系统中多传感器的融合精度。
本申请实施例的轨道参数实时检测系统，通过在双处理器中的主处理器搭载Linux操作系统来代替传统的裸机开发，相较于现有的静态检测装置，本申请的提供的系统更便于多人协同开发；同时利用多任务多线程的方式来提高系统数据吞吐量和可靠性，从而提高系统的作业效率；为了解决Linux操作系统实时采集性差的问题，通过双处理器中的从处理器采集高频轨道参数，保证了系统的实时性；并且由于本系统为双处理器的架构，因此能够提供丰富的外部接口，增强了系统的扩展能力；从而解决了现有的轨道参数检测系统无法同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的技术问题。
进一步地，在一种具体的实施方式中，主处理器还用于：将同步数据备份到eMMC存储器中，eMMC存储器设置于主处理器上。
需要说明的是，为了保证数据可靠性，防止数据丢失，本实施例还将同步数据备份到eMMC存储器中，当然也可以将低频采集模块采集到的数据存储在eMMC存储器中；eMMC存储器设置在主处理器的集成底板内。
进一步地，在一种具体的实施方式中，主处理器还用于：在通过多线程Qt控制台程序对同步数据进行计算处理后，将处理后的同步数据根据TCP/IP协议发送到服务器。
需要说明的是，本实施例还可以将经主处理器计算处理后的同步数据根据TCP/IP协议通过有线或无线的方式发送到服务器，本实施例通过SDIO的无线方式进行发送，还可以是WIFI、蓝牙等，本领域技术人员对发送方式的选择可以根据实际情况选择，在此不做限定；当然本领域技术人员也可以在主处理器设置显示端用于实时查看轨道的运行状态，在此不做赘述。
进一步地，在一种具体的实施方式中，主处理器为iMX6系列处理器，从处理器为STM32F4系列处理器。
需要说明的是，本实施例将主处理器设置为iMX6系列处理器，iMX6主处理器控制集成底板：具有较高主频和内存空间，其特有的动态电压频率调整DVFS以及过热降频保护功能能够有效预防高温对检测系统器件的损毁；同时将从处理器为STM32F4系列处理器，而STM32F4系列处理器具有丰富的外设接口能够与大部分传感器相连，自带的ADC采样模块精度符合轨检系统中数据的测量要求，同时由于FPU的存在，从而提高了程序对浮点数的处理性能。
如图3所示，图3为STM32F4系列从处理器的接口框图，主要是对轨道几何参数中实时性要求较高的数据进行采集，来提高系统的实时性。
如图4所示，图4为Qt环境下的服务端与客服端连接流程图，该流程图显示了如何在Qt环境下，进行服务端与客服端的编程。
进一步地，在一种具体的实施方式中，Linux操作系统为：经过对Uboot、kernel和根文件进行剪裁的Linux操作系统。
需要说明的是，本实施例Linux操作系统为经过对Uboot、kernel和根文件进行剪裁的Linux操作系统，由于Linux操作系统经过对Uboot、kernel和根文件的剪裁，使的本实施例的轨道参数实时检测系统更加精简，启动速度更快；也就是说，用户可根据实际需要，定制出更符合生产要求的Linux操作平台，使嵌入式系统更加的精简化。
进一步地，在一种具体的实施方式中，本申请的轨道参数实时检测系统还包括：+29.6V锂电池组；+29.6V锂电池组与电源管理模块连接；用于传输电源到电源管理模块。
需要说明的是，本实施例将电源设置为+29.6V锂电池组并与电源管理模块连接，同时还设置电源管理模块的第一级和第二级为开关型直流稳压电源，其电源转换效率高于80％，而第三级为线性直流稳压电源，可减少输出电压纹波。
请参阅图5，图5为+29.6V锂电池组与电源管理模块连接构成的本申请的检测系统电源模块，用于为本申请检测系统中的各个单元进行供电。
进一步地，在一种具体的实施方式中，高频采样模块和低频采样模块均包括：GPS接收机和IMU；GPS接收机和IMU分别用于获取轨道三维坐标参数和轨道姿态参数，并通过卡尔曼滤波对轨道三维坐标参数和轨道姿态参数进行融合。
需要说明的是，本实施例将高频采样模块和低频采样模块主要设置为GPS接收机和IMU，分别对行走里程、轨道超高、轨距宽度程和空间位置等参数进行精准的测量，满足数据的高可靠性要求；同时可通过卡尔曼滤波来融合GPS接收机和IMU数据，来获取轨检系统上任意一点的姿态和三维坐标，提高了系统的动态检测性能。
以上为本申请实施例提供的一种轨道参数实时检测系统的实施例，以上为本申请实施例提供的一种轨道参数实时检测方法的实施例。
请参阅图2，本申请实施例提供的一种轨道参数实时检测方法，包括：
步骤201、通过电源管理模块对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电。
步骤202、通过从处理器接收高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给主处理器。
步骤203、通过主处理器接收低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对高频轨道参数和低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过多线程Qt控制台程序对同步数据进行计算处理。
本申请实施例的轨道参数实时检测方法，通过在双处理器中的主处理器搭载Linux操作系统来代替传统的裸机开发，相较于现有的静态检测装置，本申请的提供的系统更便于多人协同开发；同时利用多任务多线程的方式来提高系统数据吞吐量和可靠性，从而提高系统的作业效率；为了解决Linux操作系统实时采集性差的问题，通过双处理器中的从处理器采集高频轨道参数，保证了系统的实时性；并且由于本系统为双处理器的架构，因此能够提供丰富的外部接口，增强了系统的扩展能力；从而解决了现有的轨道参数检测系统无法同时兼顾作业效率高、易扩展且成本低的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轨道参数实时检测系统，其特征在于，包括：主处理器、从处理器、高频采样模块、低频采样模块、电源管理模块；
所述从处理器通过接口与高频采样模块连接，并通过多串口通道与所述主处理器连接，所述主处理器通过接口与所述低频采样模块连接，所述主处理器搭载Linux操作系统，所述Linux操作系统用于运行多线程Qt控制台程序；
所述电源管理模块：用于对电源进行多级直流稳压后，给所述从处理器和所述主处理器进行供电；
所述从处理器用于：接收所述高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给所述主处理器；
所述主处理器用于：接收所述低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对所述高频轨道参数和所述低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理。
2.根据权利要求1所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，所述主处理器还用于：将所述同步数据备份到eMMC存储器中，所述eMMC存储器设置于所述主处理器上。
3.根据权利要求1所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，所述主处理器还用于：
在通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理后，将处理后的所述同步数据根据TCP/IP协议发送到服务器。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，所述主处理器为iMX6系列处理器，所述从处理器为STM32F4系列处理器。
5.根据权利要求1所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，所述Linux操作系统为：经过对Uboot、kernel和根文件进行剪裁的Linux操作系统。
6.根据权利要求1所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，还包括：+29.6V锂电池组；所述+29.6V锂电池组与所述电源管理模块连接；用于传输电源到所述电源管理模块。
7.根据权利要求1所述的轨道参数实时检测系统，其特征在于，所述高频采样模块和所述低频采样模块均包括：GPS接收机和IMU；
所述GPS接收机和所述IMU分别用于获取轨道三维坐标参数和轨道姿态参数，并通过卡尔曼滤波对所述轨道三维坐标参数和所述轨道姿态参数进行融合。
8.一种轨道参数实时检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-7的任意一种轨道参数实时检测系统，包括：
通过电源管理模块对电源进行多级直流稳压后，给从处理器和主处理器进行供电；
通过所述从处理器接收高频采样模块采集的高频轨道参数，并通过多串口通道发送给所述主处理器；
通过所述主处理器接收低频采样模块采集的低频轨道参数，并通过脉冲计数的方式对所述高频轨道参数和所述低频轨道参数进行同步得到同步数据后，通过多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理。
9.根据权利要求8所述的轨道参数实时检测方法，其特征在于，还包括：将所述同步数据备份到eMMC存储器中，所述eMMC存储器设置于所述主处理器上。
10.根据权利要求8所述的轨道参数实时检测方法，其特征在于，所述通过所述多线程Qt控制台程序对所述同步数据进行计算处理，之后还包括：
将计算处理后的所述同步数据根据TCP/IP协议发送到服务器。
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