本發(fā)明涉及鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，尤其涉及一種基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控的裝置及方法。

背景技術(shù)：

鐵路機(jī)車在調(diào)車模式下，完全處于司機(jī)人為控制的狀態(tài)，存在較多安全隱患，尤其是對(duì)站場(chǎng)站界、接觸網(wǎng)終點(diǎn)、盡頭線、安全線、固定脫軌器、接觸網(wǎng)禁止停車標(biāo)等地面關(guān)鍵防控點(diǎn)，因不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控車，調(diào)車作業(yè)時(shí)屢屢發(fā)生事故。如機(jī)車無憑證越過站界、電力機(jī)車越過接觸網(wǎng)的終點(diǎn)、機(jī)車撞上盡頭線和安全線土擋、機(jī)車裝上固定脫軌器、電力機(jī)車在接觸網(wǎng)禁止停車標(biāo)附近停車等，造成嚴(yán)重后果。除機(jī)車外，其他鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備如機(jī)車、動(dòng)車、軌道車、接觸網(wǎng)作業(yè)車、工務(wù)大型養(yǎng)路機(jī)械等也有同樣的問題。

目前主要的解決方案有以下兩種：

1、在防控點(diǎn)前一定距離的鐵軌下方安裝硬件設(shè)備(點(diǎn)式應(yīng)答器或磁鋼)。當(dāng)鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)過時(shí)，車載的防控裝置便能感知到該硬件設(shè)備，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控車動(dòng)作。該方案的主要問題是：

a、需要在所有站場(chǎng)的所有防控點(diǎn)下方安裝硬件設(shè)備，部署成本高；

b、一旦站場(chǎng)已有防控點(diǎn)位置發(fā)生任何改變，就必須到鐵軌上移動(dòng)硬件設(shè)備，維護(hù)成本高；

c、鐵軌上安裝硬件，可能被盜或者被移動(dòng)位置，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。容易被破壞，可靠性差。

d、要在軌道下安裝設(shè)備，需要同鐵路多個(gè)部門協(xié)調(diào)，部署難度高。

2、提前測(cè)量道岔出口距離防控點(diǎn)的總距離，根據(jù)道岔的狀態(tài)分析出自己當(dāng)前是否進(jìn)入了防控點(diǎn)所在的股道。鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備出道岔后根據(jù)車輪輪速脈沖傳感器和前后進(jìn)檔位狀態(tài)計(jì)算自己前進(jìn)的距離，計(jì)算自己同防控點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)距離，并在不同距離處進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。該方案的主要問題是：

a、方案復(fù)雜，必須要獲得道岔的狀態(tài)，必須與其他系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；需要連接鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的前后進(jìn)檔位狀態(tài)信息；

b、成本高，必須要安裝輪速脈沖傳感器；

c、部署成本高，設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，需要存儲(chǔ)所有站場(chǎng)的詳細(xì)的平面圖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控裝置及方法，結(jié)合防控點(diǎn)簡單測(cè)繪數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)的防控。

為此，本發(fā)明第一方面提供一種基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控裝置，包括差分站和移動(dòng)端。

差分站包括第一高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊、第一無線通信模塊和第一嵌入式計(jì)算單元組成；第一高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊提供定位并輸出差分修正數(shù)據(jù)，第一嵌入式計(jì)算單元接收該差分修正數(shù)據(jù)，并通過第一無線通信模塊將差分修正數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)端。

移動(dòng)端安裝于鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備上，包括第二高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊、防控點(diǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)模塊、第二無線通信模塊和第二嵌入式計(jì)算單元；第二無線通信模塊接收來自差分站的差分修正數(shù)據(jù)；防控點(diǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)模塊實(shí)時(shí)獲取防控點(diǎn)坐標(biāo)和股道走向，第二高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊結(jié)合差分修正數(shù)據(jù)輸出移動(dòng)端的高精度實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)，第二嵌入式計(jì)算單元接收該實(shí)時(shí)坐標(biāo)并根據(jù)該實(shí)時(shí)坐標(biāo)同防控點(diǎn)坐標(biāo)和股道走向的關(guān)系，計(jì)算鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備當(dāng)前是否在防控點(diǎn)前的股道上，根據(jù)實(shí)時(shí)坐標(biāo)計(jì)算鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與防控點(diǎn)的實(shí)時(shí)距離，根據(jù)移動(dòng)端到防控點(diǎn)的實(shí)時(shí)距離進(jìn)行相應(yīng)的控車動(dòng)作。

所述第一無線通信模塊和所述第二無線通信模塊為數(shù)傳電臺(tái)、GPRS或者3G/4G模塊。

優(yōu)選地，測(cè)繪數(shù)據(jù)為一組坐標(biāo)的集合，坐標(biāo)數(shù)至少為兩個(gè)；防控點(diǎn)前的鐵軌走向如有彎道，則用折線的方式表示，且折線中相鄰線段的夾角大于170°。

本發(fā)明第二方面提供一種基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控計(jì)算方法，包括如下步驟：

a、測(cè)繪防控點(diǎn)A、防控點(diǎn)前的三點(diǎn)B、C、D，用折線將A、B、C、D連接表示軌道走向，并獲取該4點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(X₀,Y₀)、B(X₁,Y₁)、C(X₂,Y₂)，和D(X₃,Y₃)；

b、在折線兩側(cè)距離L處作兩條折線的平行線，過防控點(diǎn)A和軌道走向的最后一個(gè)點(diǎn)D作垂線，組成一多邊形；移動(dòng)端的定位坐標(biāo)若在該多邊形范圍內(nèi)，則認(rèn)為移動(dòng)端進(jìn)入了防控軌道范圍；

c、設(shè)減速的距離為L_R，制動(dòng)的距離為L_B，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)計(jì)算自己的實(shí)時(shí)坐標(biāo)到防控點(diǎn)坐標(biāo)之間的直線距離，當(dāng)鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備逐漸接近防控點(diǎn)，距離跨過L_R時(shí)，發(fā)出減速信號(hào)，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備減速；距離跨過L_B時(shí)，發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備停車。

基于上述的公開，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)獨(dú)立，不需要與鐵路其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；成本低廉，不需要安裝任何地面設(shè)備；測(cè)繪工作量少，只需要測(cè)繪防控點(diǎn)和防控點(diǎn)前股道走向即可；定位精度高，采用多模差分載波相位技術(shù)，定位精度小于1米。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明測(cè)繪點(diǎn)的示意圖；

圖3為本發(fā)明防控軌道范圍的示意圖；

圖4為本發(fā)明防控距離計(jì)算示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控裝置，包括差分站1和移動(dòng)端2。

差分站1包括固定安裝的第一高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊11、第一無線通信模塊12和第一嵌入式計(jì)算單元13組成；第一高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊11提供定位并輸出差分修正數(shù)據(jù)，第一嵌入式計(jì)算單元13接收該差分修正數(shù)據(jù)，并通過第一無線通信模塊12將差分修正數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)端2。

移動(dòng)端2安裝于鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備上，包括第二高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊21、防控點(diǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)模塊22、第二無線通信模塊23和第二嵌入式計(jì)算單元24；第二無線通信模塊23接收來自差分站1的差分修正數(shù)據(jù)，防控點(diǎn)測(cè)繪數(shù)據(jù)模塊22實(shí)時(shí)獲取防控點(diǎn)坐標(biāo)和股道走向，第二高精度GNSS衛(wèi)星定位模塊21結(jié)合差分修正數(shù)據(jù)輸出移動(dòng)端2的小于1米的高精度實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)，第二嵌入式計(jì)算單元24接收該實(shí)時(shí)坐標(biāo)并根據(jù)該實(shí)時(shí)坐標(biāo)同防控點(diǎn)坐標(biāo)和股道走向的關(guān)系，計(jì)算鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備當(dāng)前是否在防控點(diǎn)前的股道上，根據(jù)實(shí)時(shí)坐標(biāo)計(jì)算鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與防控點(diǎn)的實(shí)時(shí)距離，根據(jù)移動(dòng)端2到防控點(diǎn)的實(shí)時(shí)距離進(jìn)行相應(yīng)的控車動(dòng)作。需要說明的是，本發(fā)明中所涉及的衛(wèi)星定位模塊、無線通信模塊和嵌入式計(jì)算單元可以采用現(xiàn)有技術(shù)或采用現(xiàn)成的板卡，本文對(duì)其結(jié)構(gòu)及功能不再進(jìn)行贅述。

所述第一無線通信模塊12和所述第二無線通信模塊23為數(shù)傳電臺(tái)、GPRS或者3G/4G模塊。

測(cè)繪數(shù)據(jù)為一組坐標(biāo)的集合，坐標(biāo)數(shù)至少為兩個(gè)；防控點(diǎn)前的鐵軌走向如有彎道，則用折線的方式表示，且折線中相鄰線段的夾角大于170°。

基于衛(wèi)星定位的鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)防控計(jì)算方法，包括如下步驟：

a、請(qǐng)參閱圖2，先測(cè)繪需要防控的關(guān)鍵點(diǎn)A、防控點(diǎn)前的三點(diǎn)B、C、D，用折線將A、B、C、D連接表示軌道走向，并獲取該4點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(X₀,Y₀)、B(X₁,Y₁)、C(X₂,Y₂)，和D(X₃,Y₃)。

b、在折線兩側(cè)距離L處作兩條折線的平行線，折線兩側(cè)距離L一般取2米(相鄰軌道最小間距為4米)。過防控點(diǎn)A和軌道走向的最后一個(gè)點(diǎn)D作垂線，組成一多邊形，如圖3，其中：線段A₁B₁、AB、A₂B₂相互平行；B₁C₁、BC、B₂C₂相互平行；C₁D₁、CD、C₂D₂相互平行；平行線的間距為L；線段A₁A₂與AB垂直；線段D₁D₂與CD垂直；以此組成該多邊行。

移動(dòng)端的定位坐標(biāo)若在該多邊形范圍內(nèi)，那么移動(dòng)端的定位坐標(biāo)距離該軌道的距離一定小于2米，則認(rèn)為移動(dòng)端進(jìn)入了防控軌道范圍；由于定位的精度小于1米，可以認(rèn)為鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備此時(shí)正在防控點(diǎn)前的股道上。

c、設(shè)減速的距離為L_R，制動(dòng)的距離為L_B，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)計(jì)算自己的實(shí)時(shí)坐標(biāo)到防控點(diǎn)A坐標(biāo)之間的直線距離。當(dāng)鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備逐漸接近防控點(diǎn)，距離跨過L_R時(shí)，發(fā)出減速信號(hào)，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備減速；距離跨過L_B時(shí)，發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，鐵路自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備停車。

選擇計(jì)算直線距離的原因?yàn)椋?/p>

1、由于“防控軌道范圍”的距離最大一般為150米到200米，即使鐵路在150米到200米內(nèi)的最大彎道弧度，直接計(jì)算直線距離與計(jì)算折線距離的誤差最大不會(huì)超過5米，完全在允許的誤差范圍內(nèi)；

2、折線距離一定大于直線距離，也就是說實(shí)際距離一定不小于計(jì)算出的距離，計(jì)算直線距離可能會(huì)導(dǎo)致提前控車，這也與鐵路“導(dǎo)向安全”的理念相符合。

基于上述的公開，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)獨(dú)立，不需要與鐵路其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；成本低廉，不需要安裝任何地面設(shè)備；測(cè)繪工作量少，只需要測(cè)繪防控點(diǎn)和防控點(diǎn)前股道走向即可；定位精度高，采用多模差分載波相位技術(shù)，定位精度小于1米。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。