適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法，該方法包括：實(shí)時(shí)對當(dāng)前機(jī)車的全球定位系統(tǒng)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，獲得校正后的GPS定位數(shù)據(jù)；根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道或軌道范圍；基于所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)、站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和機(jī)車位移信息對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行綜合定位，若所述綜合定位結(jié)果僅包含一條軌道、當(dāng)前機(jī)車的位移信息與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致且該軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則將所述綜合定位結(jié)果作為當(dāng)前機(jī)車所在位置。通過采用本發(fā)明公開的方法，簡化了設(shè)備構(gòu)成，降低了設(shè)備成本。
【專利說明】適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱STP系統(tǒng))是計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用無線數(shù)字傳輸技術(shù)、機(jī)車智能跟蹤技術(shù)、無源應(yīng)答器定位技術(shù)及機(jī)車安全防護(hù)控制技術(shù)，對車站內(nèi)調(diào)車機(jī)車進(jìn)行的調(diào)車作業(yè)進(jìn)行全面的安全防護(hù)，有效防止調(diào)車機(jī)車闖藍(lán)燈、擠道岔、超限速等常見事故的發(fā)生。其次，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)調(diào)車信號、調(diào)車進(jìn)路、調(diào)車前方防護(hù)距離、站場圖形等信息在機(jī)車上的實(shí)時(shí)顯示，使司機(jī)對站場實(shí)時(shí)作業(yè)信息有全面準(zhǔn)確地把握。此外，系統(tǒng)還可對調(diào)車機(jī)車的作業(yè)過程進(jìn)行記錄，便于進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。
[0003]隨著LKJ2000型監(jiān)控記錄裝置在全路的廣泛推廣使用，鐵路區(qū)間行車事故率明顯下降，因而鐵路站場調(diào)車機(jī)車作業(yè)安全已成為影響鐵路運(yùn)輸安全和效率的瓶頸問題，由于技術(shù)問題無法在站場內(nèi)使用類似區(qū)間使用的通過軌道電路電碼化發(fā)送，機(jī)車接收信息的方式實(shí)現(xiàn)全場機(jī)車信號的顯示。因此，尋找一種設(shè)備簡單又安全可靠的站內(nèi)機(jī)車定位技術(shù)已成為站場調(diào)車機(jī)車安全防護(hù)系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]現(xiàn)階段機(jī)車定位主要采用以下兩種方法:
[0005]I)利用GPS (全球定位系統(tǒng))技術(shù)進(jìn)行機(jī)車定位。近年來，GPS技術(shù)已在定位、導(dǎo)航、授時(shí)等領(lǐng)域大量使用，具有較為成熟的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，同時(shí)具備安裝使用方便，選型面寬、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。但在一定的時(shí)間段內(nèi)若搜索到的可用衛(wèi)星數(shù)量減少或在極端天氣條件下時(shí)，基于GPS的差分定位技術(shù)仍會(huì)存在米級的誤差。而根據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)定，鐵路線路的線間距為5m，因而米級的誤差就有可能導(dǎo)致機(jī)車位置的錯(cuò)誤判斷，這與鐵路安全防護(hù)系統(tǒng)所要求的高安全性是相違背的，故單獨(dú)使用GPS技術(shù)進(jìn)行機(jī)車的定位和跟蹤的技術(shù)路線在現(xiàn)階段是不可行的。
[0006]2)利用應(yīng)答器進(jìn)行機(jī)車定位。現(xiàn)階段，各廠商所生產(chǎn)的STP系統(tǒng)設(shè)備大多采用無源應(yīng)答器來進(jìn)行機(jī)車定位。如圖1所示，該種方式要求在鐵路車站的各出入口、盡頭線等處的軌枕上鋪設(shè)無源應(yīng)答器設(shè)備，同時(shí)在機(jī)車上加裝應(yīng)答器讀取設(shè)備和信息處理設(shè)備。利用應(yīng)答器定位是一種絕對位置定位方式，只有在保證應(yīng)答器位置信息和安裝位置正確時(shí)，應(yīng)答器定位方式才可保證準(zhǔn)確定位。
[0007]但是，利用應(yīng)答器進(jìn)行機(jī)車定位時(shí)，存在如下缺陷:使用該定位方式的設(shè)備復(fù)雜，組成單元較多，施工維護(hù)量大，投資成本高。每一路線有較大的應(yīng)答器需求量，一般規(guī)模的站場需安裝十幾至二十幾個(gè)應(yīng)答器，大型的編組場常需安裝上百個(gè)應(yīng)答器，同時(shí)還須安裝成套的機(jī)車信息接收和處理設(shè)備。應(yīng)答器及相關(guān)設(shè)備費(fèi)用總計(jì)約占設(shè)備總費(fèi)用的30%左右，投資費(fèi)用較大；由于應(yīng)答器安裝在室外的線路上，看護(hù)和維修都較為不便，丟失和損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)該種技術(shù)方案對應(yīng)答器的依存度很高，當(dāng)應(yīng)答器丟失或損壞時(shí)都將使機(jī)車進(jìn)入站場時(shí)無法定位；應(yīng)答器中所包含的位置信息根據(jù)各站的不同情況都不盡相同，一般由技術(shù)人員在現(xiàn)場安裝時(shí)進(jìn)行寫入，同時(shí)必須將不同信息的應(yīng)答器對應(yīng)安裝到不同的地點(diǎn)。由于站場的應(yīng)答器安裝量大，過程中難免會(huì)出現(xiàn)信息寫入錯(cuò)誤或安裝位置錯(cuò)誤現(xiàn)象的發(fā)生，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成機(jī)車進(jìn)入站場無法定位，更嚴(yán)重可能造成機(jī)車定位錯(cuò)誤現(xiàn)象的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法，提高了機(jī)車定位的準(zhǔn)確性，并降低了成本。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法，該方法包括:
[0011]實(shí)時(shí)對當(dāng)前機(jī)車的全球定位系統(tǒng)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，獲得校正后的GPS定位數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道或軌道范圍；
[0013]基于所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)、站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和機(jī)車位移信息對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行綜合定位，若所述綜合定位結(jié)果僅包含一條軌道、當(dāng)前機(jī)車的位移信息與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致且該軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則將所述綜合定位結(jié)果作為當(dāng)前機(jī)車所在位置。
[0014]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，使用基于校正后的GPS定位數(shù)據(jù)、站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和機(jī)車位移信息的綜合定位方法，可有效的簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備生產(chǎn)成本以及施工過程中的投資費(fèi)用、便于日后的維護(hù)工作，以及減少由于應(yīng)答器數(shù)據(jù)寫入錯(cuò)誤或安裝位置錯(cuò)誤而造成的設(shè)備誤判錯(cuò)判或功能故障現(xiàn)象的發(fā)生；并且可以有效地解決單純利用GPS技術(shù)定位可能造成的位置信息誤差較大、機(jī)車定位錯(cuò)誤現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的現(xiàn)有技術(shù)中STP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法的流程圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種新增了 GPS定位裝置的STP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種車載衛(wèi)星定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種鐵路線車站和區(qū)間關(guān)系的示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種利用校正后的GPS定位信息與車站數(shù)據(jù)表中的車站區(qū)域數(shù)據(jù)確定當(dāng)前機(jī)車所在車站的示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種利用校正后的GPS定位信息與車站地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行初始定位的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例一
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法的流程圖。如圖2所示，該方法主要包括如下步驟:
[0026]步驟21、實(shí)時(shí)對當(dāng)前機(jī)車的全球定位系統(tǒng)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，獲得校正后的GPS定位數(shù)據(jù)。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例利用濾波器(α 濾波器)對計(jì)算出的與可見衛(wèi)星的距離，以及含有誤差的測量值之間的差值進(jìn)行濾波并求出偏差，獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)；再利用所述差分?jǐn)?shù)據(jù)對所述機(jī)車的GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；獲得校正后的GPS定位數(shù)據(jù)(例如，經(jīng)緯度)。
[0028]步驟22、根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道或軌道范圍。
[0029]在此之前，還需利用所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及預(yù)先存儲的車站區(qū)域數(shù)據(jù)表，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在車站的車站號，并根據(jù)所述車站號調(diào)用對應(yīng)的車站地圖數(shù)據(jù)。
[0030]所述車站區(qū)域數(shù)據(jù)表包括:各個(gè)車站所在區(qū)域的地理位置數(shù)據(jù)(例如，經(jīng)緯度)及對應(yīng)的車站號；其中，每一車站的所在區(qū)域通過一矩形表示，且矩形四個(gè)頂點(diǎn)的地理位置與對應(yīng)車站的車站號相關(guān)聯(lián)。
[0031]根據(jù)當(dāng)前機(jī)車的校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及車站區(qū)域數(shù)據(jù)表確定當(dāng)前機(jī)車所處的矩形區(qū)域，并獲得與所述矩形區(qū)域相關(guān)聯(lián)的車站號；再根據(jù)所述車站號調(diào)用對應(yīng)的車站地圖數(shù)據(jù)來進(jìn)行進(jìn)一步的定位。
[0032]所述車站地圖數(shù)據(jù)利用區(qū)段與節(jié)點(diǎn)描述；具體的:將軌道一條直軌作為一個(gè)區(qū)段，該區(qū)段的兩段各有一個(gè)節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)包括:信號機(jī)、道岔或絕緣節(jié)；并按照上、下行方向?qū)⒐?jié)點(diǎn)分為頭節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接I一3個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接I一3個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；將車站的入口線路、咽喉區(qū)、股道作為定位控制區(qū)段，將所有定位控制區(qū)段的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息及其屬性存儲(入口線路、咽喉區(qū)及股道屬性)，從而形成該車站的地圖數(shù)據(jù)。
[0033]由于基于GPS定位的誤差永遠(yuǎn)存在，因此定位得到的機(jī)車位置不可能永遠(yuǎn)正好落在軌道上，還需要結(jié)合車站地圖數(shù)據(jù)并利用線段匹配算法，計(jì)算所述當(dāng)前機(jī)車所在軌道或軌道范圍；具體的:
[0034]利用直線方程表示與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)的臨近區(qū)段:
【權(quán)利要求】
1.一種適用于無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)車定位方法，其特征在于，該方法包括: 實(shí)時(shí)對當(dāng)前機(jī)車的全球定位系統(tǒng)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，獲得校正后的GPS定位數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道或軌道范圍； 基于所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)、站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和機(jī)車位移信息對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行綜合定位，若所述綜合定位結(jié)果僅包含一條軌道、當(dāng)前機(jī)車的位移信息與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致且該軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則將所述綜合定位結(jié)果作為當(dāng)前機(jī)車所在位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述車站地圖數(shù)據(jù)利用區(qū)段與節(jié)點(diǎn)描述；具體的:將軌道一條直軌作為一個(gè)區(qū)段，該區(qū)段的兩段各有一個(gè)節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)包括:信號機(jī)、道岔或絕緣節(jié)；并按照上、下行方向?qū)⒐?jié)點(diǎn)分為頭節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接I一3個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)； 將車站的入口線路、咽喉區(qū)、股道作為定位控制區(qū)段，將所有定位控制區(qū)段的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息及其屬性存儲，從而形成該車站的地圖數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道或軌道范圍包括: 根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)并基于線段匹配算法，計(jì)算所述當(dāng)前機(jī)車所在軌道或軌道范圍；具體的: 利用直線方程表示與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)的臨近區(qū)段:
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)、站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和機(jī)車位移信息對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行綜合定位，若所述綜合定位結(jié)果僅包含一條軌道、當(dāng)前機(jī)車的位移信息與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致且該軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則將所述綜合定位結(jié)果作為當(dāng)前機(jī)車所在位置包括: 當(dāng)機(jī)車駛?cè)胲囌緯r(shí)，通過線路數(shù)據(jù)和機(jī)車經(jīng)走的前一車站推算出機(jī)車在當(dāng)前車站的入口范圍，根據(jù)校正后的GPS定位數(shù)據(jù)冗余確認(rèn)入口區(qū)段，再根據(jù)車站的站場聯(lián)鎖數(shù)據(jù)判斷周圍一定距離內(nèi)軌道電路是否有機(jī)車占用；若僅有一條處于占用狀態(tài)，且當(dāng)前機(jī)車的位移信息與校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致，并該處于占用狀態(tài)的軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則確定當(dāng)前機(jī)車處于被占用的軌道中；否貝U，在當(dāng)前機(jī)車通過咽喉區(qū)域進(jìn)入股道過程中再次定位； 在當(dāng)前機(jī)車通過咽喉區(qū)域進(jìn)入股道過程時(shí)，根據(jù)校正后的GPS定位數(shù)據(jù)定位，當(dāng)判斷周圍一定距離內(nèi)軌道電路僅有一條處于占用狀態(tài)，且當(dāng)前機(jī)車的位移信息與所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)變化方向一致，并該處于占用狀態(tài)的軌道為初始定位獲得的當(dāng)前機(jī)車所在軌道，或軌道范圍中的一條軌道，則確定當(dāng)前機(jī)車處于被占用的軌道中；否則，在當(dāng)前機(jī)車進(jìn)入股道后再次定位； 在當(dāng)前機(jī)車進(jìn)入股道后，根據(jù)站場聯(lián)鎖信息判斷所述當(dāng)前機(jī)車所在的軌道范圍中是否僅有一條處于被占用狀態(tài)；若是，則確定當(dāng)前機(jī)車處于被占用的軌道中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對當(dāng)前機(jī)車的GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正包括: 利用濾波器對計(jì)算出的與可見衛(wèi)星的距離，以及含有誤差的測量值之間的差值進(jìn)行濾波并求出偏差，獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)； 利用所述差分?jǐn)?shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車的GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及當(dāng)前車站的車站地圖數(shù)據(jù)對所述當(dāng)前機(jī)車進(jìn)行初始定位之前包括: 利用所述校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及預(yù)先存儲的車站區(qū)域數(shù)據(jù)表，確定所述當(dāng)前機(jī)車所在車站的車站號，并根據(jù)所述車站號調(diào)用對應(yīng)的車站地圖數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 所述車站區(qū)域數(shù)據(jù)表包括:各個(gè)車站所在區(qū)域的地理位置數(shù)據(jù)及對應(yīng)的車站號；其中，每一車站的所在區(qū)域通過一矩形表示，且矩形四個(gè)頂點(diǎn)的地理位置與對應(yīng)車站的車站號相關(guān)聯(lián)； 根據(jù)當(dāng)前機(jī)車的校正后的GPS定位數(shù)據(jù)及車站區(qū)域數(shù)據(jù)表確定當(dāng)前機(jī)車所處的矩形區(qū)域，并獲得與所述矩形區(qū)域相關(guān)聯(lián)的車站號。
【文檔編號】G01S19/50GK103869351SQ201410116693
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】曹桂均, 楊華昌, 馮軍, 程君, 閆石, 任宛星, 韓波, 趙陽, 張弘志, 李鐵, 尹得勝, 欒德杰, 王浩然, 李繼東, 陳尚斌, 林炳躍, 唐匯東, 秦朝亮, 趙小軍, 黃天天, 馬金鑫, 王迪菲, 曹子昱, 王新勇, 張為 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院, 中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所, 北京市華鐵信息技術(shù)開發(fā)總公司, 北京銳馳國鐵智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)有限公司