基于衛(wèi)星差分定位以及uwb定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于衛(wèi)星差分定位以及超寬帶定位UWB技術的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是提供一種基于衛(wèi)星差分定位以及UWB定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)，旨在開闊區(qū)域采用衛(wèi)星差分定位以提高列車位置的定位精度，同時實現(xiàn)列車行車全程監(jiān)測，增加軌道交通調(diào)度運行的安全可靠性。本發(fā)明的技術方案是：其特征在于：該系統(tǒng)包括車載部分和地面部分，車載部分為安裝于列車車頭的鄰測機，地面部分由調(diào)測機、廣域差分參考站、局域差分參考站、差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心、UWB地面定位系統(tǒng)和設于鐵路局調(diào)度系統(tǒng)中的綜合行車信息模塊組成。本發(fā)明適用于列車運行時進行動態(tài)跟蹤無縫監(jiān)測和預警。
【專利說明】基于衛(wèi)星差分定位以及UWB定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于衛(wèi)星差分定位以及超寬帶定位UWB技術的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)。適用于列車運行時進行動態(tài)跟蹤無縫監(jiān)測和預警。
【背景技術】
[0002]目前鐵路列車在行駛中仍存在著迎面對撞、追尾等重大事故的隱患，其中一個重要的原因是由于列車司機并不能全視野地觀察到列車同一軌道上或相鄰軌道上行駛列車的狀況，而全然由調(diào)度員來發(fā)號施令，萬一因調(diào)度失誤或是軌道上的信號機等裝置產(chǎn)生故障而誤顯示、誤發(fā)信號而導致的后果不堪設想。如果在鐵路上實施列車全可視化的行駛目標輔助行車系統(tǒng)，讓每個列車司機都能清楚前后左右的車況，如同駕駛公交車一樣的視覺環(huán)境在鐵路列車駕駛中展現(xiàn)，必將大大提高列車運行的安全性。
[0003]現(xiàn)在鐵路系統(tǒng)中對運行列車的動態(tài)跟蹤的方法是以根據(jù)鐵路局TDCS現(xiàn)場采集的信號設備軌道電路的占用和出清狀態(tài)判斷列車的位置進行跟蹤，采用無線車次號校核系統(tǒng)進行車次號自動校核獲得列車車次號，而實現(xiàn)對運行中列車的方位和動向進行跟蹤判斷。軌道電路定位法確定列車在閉塞分區(qū)內(nèi)的具體位置，因此列車實施制動的起點和終點總在分區(qū)的邊界，在確保安全的前提下，需設定防護區(qū)段，加大了列車間的間隔，使區(qū)間的通過能力提高受到限制。同時，該定位法的定位精度較低，無法構(gòu)成移動閉塞。
[0004]無論是鐵路軌道交通系統(tǒng)中的列車運行自動控制系統(tǒng)(ATC)，還是高鐵列車運行控制系統(tǒng)(CTCS)等系統(tǒng)中，和其中的軌道電路、有線、無線及無線閉塞中心(RBC)，在遇惡劣氣象條件、雷電高壓沖擊或泥石流等地質(zhì)災害，極易造成閉塞系統(tǒng)出現(xiàn)故障，使軌道電路無法正確傳送信號機的信息，而目前的列車車載控制設備僅能依靠軌道電路、地面應答器、軌旁電纜、地面無線通信基站等地·面設施提供的信號獲取當前線路的信息，一旦這些地面的列車運行控制系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)行車調(diào)度錯誤，相互靠近的列車之間不能及時有效地獲取對方的行駛狀態(tài)，列車司機無法保證列車之間的安全距離，而進入前方的閉塞區(qū)段將會出現(xiàn)閉塞區(qū)間有同一方向、同一股道運行的兩列車在運行的可能性，這就有可能引發(fā)列車相撞的惡性事故。
[0005]針對上述現(xiàn)狀， 申請人:作了相關文獻的檢索，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術存在的問題是，沒有使用差分CORS技術，從而無法從低成本的單頻GPS或雙頻接收機中獲得高精度定位信息，因為在當前常規(guī)衛(wèi)星導航的GPS終端精度下只有10-20米，而軌道間距只有4飛米左右，從而無法判斷行駛軌道上的列車具體在哪個股道上運行。
[0006]為此， 申請人:曾在2012年8月7日申請了名為“基于衛(wèi)星精確定位的列車行駛動態(tài)跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)”(申請?zhí)?01210278317.2)的發(fā)明專利，首次提出了運用差分CORS技術對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)修正，提高衛(wèi)星定位精度，保證軌道的正確識別，增加軌道交通調(diào)度運行的安全可靠性。但是該申請中還是存在了一個缺陷，即這些引入了 GNSS衛(wèi)星定位的新型列車定位系統(tǒng)中，定位系統(tǒng)由于完全依賴于衛(wèi)星信號，只能在衛(wèi)星信號良好的開闊地區(qū)適用，而列車一旦進入涵洞、站內(nèi)車棚等位置，由于缺乏精準的定位方法，難以形成精確完整的無縫定位體系。
[0007]UWB技術(Ultra Wide Band)是一種超寬帶定位系統(tǒng)，它是一種無線載波通信技術，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。而且由于脈沖的時間寬度極小，能把多路徑分得更小，能實現(xiàn)RAKE接收，大大提高定位精度，而且抗干擾性強。
[0008]超寬帶定位(UWB)技術是射頻應用【技術領域】的一項重大突破，利用該技術構(gòu)建了革命性的實時定位系統(tǒng)，它能夠在傳統(tǒng)環(huán)境中達到較高的定位精度，并具有很好的穩(wěn)定性，創(chuàng)造了 RTLS (Real Time Location Systems)領域的新高度。
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術問題是:針對上述存在的問題，提供一種基于衛(wèi)星差分定位以及UffB定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)，旨在開闊區(qū)域采用衛(wèi)星差分定位以提高列車位置的定位精度；而在車站車棚、鐵路涵洞諸如衛(wèi)星信號被遮擋地區(qū)，采用UWB定位技術進行補充，并輔以慣性導航系統(tǒng)，以形成完整的無縫定位系統(tǒng)，實現(xiàn)列車行車全程監(jiān)測，增加軌道交通調(diào)度運行的安全可靠性。
[0009]本發(fā)明要解決的另一技術問題是:力圖使列車司機能實時觀察到前后左右所行駛區(qū)域的車輛行駛狀況和位置，改變原來由調(diào)度命令指揮的單一的獲取相關列車狀態(tài)信息的方式，實現(xiàn)列車司機對整個行駛區(qū)域的安全監(jiān)視，大大提高列車行駛的安全性，最大程度地降低列車相撞、追尾的可能性。
[0010]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種基于衛(wèi)星差分定位以及UWB定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括車載部分和地面部分，車載部分為安裝于列車車頭的鄰測機，地面部分由調(diào)測機、廣域差分參考站、局域差分參考站、差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心、UffB地面定位系統(tǒng)和設于鐵路局調(diào)度系統(tǒng)中的綜合行車信息模塊組成，其中:
鄰測機包括主處理器、GPS模塊、鄰測機通訊模塊、慣性導航模塊、圖像采集模塊和UWB標簽，GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，UWB標簽用于發(fā)送UWB信號供UWB地面定位系統(tǒng)進行定位，主處理器用于接收所述衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、UWB地面定位系統(tǒng)發(fā)送的列車坐標補充數(shù)據(jù)或慣性導航模塊發(fā)送的列車位置補充數(shù)據(jù)以及圖像采集模塊采集到的視頻圖像，經(jīng)綜合分析處理后通過鄰測機通訊模塊發(fā)送至地面的調(diào)測機；
調(diào)測機包括服務器和調(diào)測機通訊模塊，調(diào)測機通訊模塊接收各鄰測機通訊模塊發(fā)送過來的列車位置數(shù)據(jù)和差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心發(fā)送過來的修正數(shù)據(jù)并送入服務器，服務器還連接所述綜合行車信息模塊，服務器經(jīng)過綜合分析處理后再將已經(jīng)修正的數(shù)據(jù)集中發(fā)送給每輛相關聯(lián)列車的鄰測機上；
所述廣域差分參考站通過光纖通訊或無線通訊與差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心連接，該數(shù)據(jù)中心與調(diào)測機通訊模塊經(jīng)無線通訊連接；
所述局域差分參考站分為鐵道部門建立的差分參考站和GPS廠家建立的差分參考站，鐵道部門建立的差分參考站通過光纖通訊或無線通訊與鐵路局調(diào)度系統(tǒng)相連，GPS廠家建立的差分參考站經(jīng)廠家差分數(shù)據(jù)中心及廠家無線通訊模塊與鄰測機的GPS模塊相連接；所述UWB地面定位系統(tǒng)由UWB定位傳感器、以太網(wǎng)交換機和測算服務器組成，其中UWB定位傳感器安裝于站內(nèi)頂棚的頂部或隧道的頂部，接收UWB標簽傳來的信號，并通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接后端的測算服務器；該數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡為以太網(wǎng)或者CAN總線網(wǎng)；所述測算服務器由一臺計算機加上無線通信模塊實現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接UWB定位傳感器，計算UffB標簽的座標位置，并將該座標數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送到鄰測機。[0011]所述鄰測機的主處理器裝載各軟件模塊，包括鄰測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊、智能防撞預警軟件模塊、衛(wèi)星導航位置數(shù)據(jù)、UWB定位數(shù)據(jù)和慣性導航位置數(shù)據(jù)合成處理軟件模塊、視頻圖像處理與ZCX校檢軟件模塊及行車軌跡數(shù)據(jù)軟件模塊。
[0012]所述調(diào)測機的服務器裝載各軟件模塊，包括調(diào)測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊、列車行車綜合信息ZCX數(shù)據(jù)處理軟件模塊、差分CORS修正數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫軟件模塊、鄰測機原始位置數(shù)據(jù)收集及差分修正軟件模塊及已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊。
[0013]所述廣域差分參考站為國家測繪局在各省市區(qū)設立的差分CORS參考站，用于采集原始偽距觀測數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，I秒?30分鐘傳輸一組數(shù)據(jù)。
[0014]所述局域差分參考站建立在鐵路沿線或車站內(nèi)，參考站內(nèi)采用單頻或雙頻GPS接收機產(chǎn)生差分修正數(shù)據(jù)。
[0015]所述綜合行車信息模塊包括靜態(tài)信息和動態(tài)信息，靜態(tài)信息又包括車站網(wǎng)絡布局、進路線路模擬表示、信號機的布置、站名、軌道電路、道岔名稱、閉塞分區(qū)和股道號；動態(tài)信息包括進站信號機信號狀態(tài)、出站信號機信號狀態(tài)、調(diào)車信號機信號狀態(tài)、區(qū)間信號機顯示狀態(tài)、列車接車和發(fā)車進路、軌道電路狀態(tài)、列車運行方向、車站股道狀態(tài)、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)、列車車次號及實際早晚點和軌道電路是否閉塞狀態(tài)。
[0016]所述慣性導航模塊包括陀螺儀和加速度傳感器。
[0017]所述鄰測機通訊模塊和調(diào)測機通訊模塊均為無線通信模塊；或者鄰測機通訊模塊為寬帶電力線載波通信模塊，調(diào)測機通訊模塊為有線通訊模塊。
[0018]所述列車的車尾處還設有一臺鄰測機，與位于車頭的鄰測機配合檢測列車的完整性。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明運用差分CORS技術對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)修正，提高衛(wèi)星定位精度，保證軌道的正確識別，在衛(wèi)星信號遮蔽區(qū)域以UWB精確定位加以補充，并輔以慣性導航系統(tǒng)形成列車行駛的完整無縫監(jiān)測，增加軌道交通調(diào)度運行的安全可靠性。
[0020]通過鄰測機上的顯示，讓列車司機了解相鄰的前后左右軌道上列車的運行情況，防止相撞及追尾事故，同時接收相關的綜合行車信息模塊ZCX的數(shù)據(jù)如道岔、信號機的狀態(tài)，有效防止其它意外事故的發(fā)生。
[0021]將全路段的列車行駛位置數(shù)據(jù)送往地面監(jiān)測中心的調(diào)測機并在調(diào)度臺大屏幕上顯示，讓鐵路局調(diào)度人員了解全路段的列車運行狀況，并通過采集的綜合行車信息模塊ZCX的數(shù)據(jù)和Gis電子地圖模塊、防撞軟件模塊實現(xiàn)對列車的預警監(jiān)測，確保列車的安全運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0023]圖2為本發(fā)明中鄰測機的系統(tǒng)框圖。
[0024]圖3為本發(fā)明中調(diào)測機的系統(tǒng)框圖。
[0025]圖4為本發(fā)明中UWB地面定位系統(tǒng)框圖。
[0026]圖5為本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實施方式】[0027]如圖1所示，本實施例為一種基于衛(wèi)星精確定位的列車行駛動態(tài)跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝于列車駕駛室內(nèi)的鄰測機1、設于地面監(jiān)測中心的調(diào)測機2、以及設于野外的廣域差分參考站3-2、局域差分參考站和測繪局內(nèi)的差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1、UffB地面定位系統(tǒng)4，調(diào)測機2作為對鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)TDCS的安全輔助系統(tǒng)對相關行車業(yè)務數(shù)據(jù)校核檢測，可智能化地實現(xiàn)運行中的實時監(jiān)測和達到預警的目的。
[0028]其中鄰測機包括主處理器1-1、GPS模塊1_2(內(nèi)含差分型的無線通訊模塊1-2-1)、鄰測機通訊模塊1-3、慣性導航模塊1-4、圖像采集模塊1-5和UWB標簽1-6，GPS模塊1_2用于接收GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，主處理器1-1用于接收所述衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、UWB定位系統(tǒng)測算服務器4-2發(fā)送的列車座標補充數(shù)據(jù)或慣性導航模塊1-4發(fā)送的列車位置補充數(shù)據(jù)以及圖像采集模塊1-5采集到的視頻圖像，經(jīng)綜合分析處理后通過鄰測機通訊模塊1-3發(fā)送至地面的調(diào)測機2。
[0029]調(diào)測機2包括服務器2-1和調(diào)測機通訊模塊2-2，調(diào)測機通訊模塊2_2包括無線通訊模塊2-2-1和有線通訊模塊2-2-2，接收各鄰測機通訊模塊1-3發(fā)送過來的列車衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)并送入服務器2-1，服務器2-1還連接鐵路局調(diào)度系統(tǒng)的綜合行車信息模塊ZCX(TDCS+ATC+ CTC)。
[0030]UffB定位系統(tǒng)4包括UWB定位傳感器4_1、測算服務器4_2和以太網(wǎng)交換機4_3，其中UWB定位傳感器用于接收UWB標簽1-6發(fā)送的無線信號，并測算無線信號的相關參數(shù)，測算服務器用于接收UWB定位傳感器測算出的無線信號參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)計算出UWB標簽的座標值，以太網(wǎng)交換機用于測算服務器和UWB定位傳感器之間的相互通信。
[0031]為提高列車定位精度，本實施例對列車的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)運用差分CORS技術定位修正，該技術需依據(jù)地面上廣域差分參考站3-2、局域差分參考站、差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1所提供的數(shù)據(jù)。其中廣域差分參考站3-2是指國家測繪局在各省市區(qū)設立的差分CORS參考站，并經(jīng)光纖通訊或無線通訊或?qū)拵щ娏€載波通信與差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1連接；局域差分參考站分為鐵道部門建立的差分參考站3-3和GPS廠家建立的差分參考站3-4，鐵道部門建立的差分參考站3-3通過光纖通訊或無線通訊與鐵路局調(diào)度系統(tǒng)相連，GPS廠家建立的差分參考站3-4經(jīng)光纖通訊或無線通訊與廠家差分數(shù)據(jù)中心3-4-2及廠家無線通訊模塊3-4-1相連，并與GPS模塊1-2內(nèi)的無線通訊模塊1-2-1通訊。
[0032]如圖2所示，本實施例在鄰測機的主處理器1-1內(nèi)裝載各軟件模塊，包括鄰測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊1-1-1、智能防撞預警軟件模塊1-1-2、衛(wèi)星導航位置數(shù)據(jù)、UWB定位數(shù)據(jù)和慣性導航位置數(shù)據(jù)合成處理軟件模塊1-1-3、視頻圖像處理與ZCX校檢軟件模塊1-1-4及行車軌跡數(shù)據(jù)軟件模塊1-1-5。這些軟件模塊都成熟的軟件產(chǎn)品，通過市場上購買就能得到，如數(shù)字化GIS電子地圖模塊可以購買全國的整幅電子地圖(如WGS-84)并且要求精度在2M以內(nèi)，也可以使用自行測量繪制電子地圖的方法，如使用武漢立得公司的MMS鐵路移動測量系統(tǒng)建立。
[0033]如圖3所示，本例中調(diào)測機的服務器2-1也裝載各軟件模塊，包括調(diào)測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊2-1-1、列車行車綜合信息ZCX數(shù)據(jù)處理軟件模塊2-1-2、差分CORS修正數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫軟件模塊2-1-3、鄰測機原始位置數(shù)據(jù)收集及差分修正軟件模塊2-1-4及已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊2-1-5。同樣，這些軟件模塊在現(xiàn)有技術條件下都能實現(xiàn)。
[0034]如圖4所示，本例中UWB地面定位子系統(tǒng)4中包括了三個UWB定位傳感器4_1_1、4-1-2,4-1-3,以保證對UWB標簽的精確定位。
[0035]本實施例中系統(tǒng)的具體配置如下:
I)鄰測機:
鄰測機I的主處理器1-1是一臺高性能的工業(yè)級計算機系統(tǒng)，選型為研華IPG610H工控機。軟件系統(tǒng)使用基于NET的計算機平臺技術。NET提供了多語言的開發(fā)環(huán)境，支持C#，VB.NET，J#，VC.NET等。選用SQL Server7.0作為海量數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)的開發(fā)和應用環(huán)境在Windows平臺下或是Linux下，同時由于NET平臺下的AD0.NET提供了對SQL Server數(shù)據(jù)庫的支持，實施中可通過北京超圖公司的全組件式控制軟件Super Map2008支持的SDB引擎和SDE引擎來讀取數(shù)據(jù)和顯示實時基于GIS的電子地圖。也可以采用組態(tài)軟件的方式，其面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)米集(Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)的軟件平臺。實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接品和對I/O設備的實現(xiàn)支持。
[0036]GPS模塊1-2 (選用北京東方聯(lián)星科技有限公司的CNS100)，即GNSS (GPS)衛(wèi)星導航定位終端，可以是采用差分單頻、雙頻衛(wèi)星定位接收機，或是未差分型單頻、雙頻衛(wèi)星定位接收機。常規(guī)的衛(wèi)星導航單頻偽距GPS接收機的精度(95%)在5米左右，但是列車在軌道上運行的定位有其特殊性，首先是可靠性，95%的置信度是很難保證列車安全的；然后就是鐵路軌道相鄰間隔最小值為4.4M，因此要求精度至少為2M，為了保證軌道的正確識別，簡單地使用成本較低、常規(guī)型的單頻LI衛(wèi)星定位接收機是不能滿足鐵路列車在軌道上的定位精度要求，因此必須以差分的方式進行修正后而實現(xiàn)IM以內(nèi)的精度要求。
[0037]鄰測機通訊模塊1-3 (無線通訊模塊選用廈門才茂通信科技有限公司GSM/DTU/CM350P)可以利用GSM、CDMA, GPRS中的任何一種來實時獲取差分及業(yè)務數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)支持衛(wèi)星導航系統(tǒng)終端間相互通信的數(shù)據(jù)格式如RTCA、CMR、RTCM2.x、RTCMV3.0、RTD等數(shù)據(jù)格式，同時支持國內(nèi)外各主流樣GPS/GNSS接收機進行網(wǎng)絡通信對無線通信進行以加密的方式傳輸。也可以是利用鐵路的綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSM-R通信或2.4GHz的無線通信以廣播命令的方式進行無線信息數(shù)據(jù)的傳輸及通信。由于本系統(tǒng)的無線通信終端數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)發(fā)布頻繁，及需要對無線通信的數(shù)據(jù)進行加密處理，常規(guī)的方式有:DES/3DES算法、AES算法、IDEA算法、RCS算法、RSA算法和SHA算法等方式進行數(shù)據(jù)的加密。如果是電力機車驅(qū)動的列車，鄰測機通訊模塊也可以是寬帶電力線載波方式的有線通訊，并以有線方式直接接入鐵路寬帶網(wǎng)。
[0038]慣性導航模塊1-4(由美國ADI公司生產(chǎn)的ADXL全系列加速度傳感器ADXL202和中國人民解放軍第1001工廠生產(chǎn)的陀螺儀ENV-Oro組成)，由于考慮到當列車行駛中穿越隧道、高架橋下以及叢林密集的群山溝中時易與GPS衛(wèi)星失去聯(lián)系，同時又無法安裝UWB定位系統(tǒng)，導致無法繼續(xù)識位，所以在定位系統(tǒng)中一般加入加速度傳感器和陀螺儀等形成慣性導航模塊1-4，所選用的加速度傳感器型號為ADXL202，陀螺儀型號為ENV-0?。
[0039]圖像采集模塊1-5選用深圳市中安視訊科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的型號為SV2000E。
[0040]UffB標簽1-6選用英國Ubisense公司的Ubitag。
[0041]2)調(diào)測機:
調(diào)測機由服務器2-1和調(diào)測機通訊模塊2-2組成。其中服務器2-1是一臺高性能數(shù)據(jù)服務器選用HP或是Dell處理器為Intel Xeon/E7540型六核處理器/PC-3-8500、DDR3內(nèi)存并采用磁盤陳列作為海量存儲。調(diào)測機服務器使用基于NET的計算機平臺技術。NET提供了多語言的開發(fā)環(huán)境，支持C#, VB.NET, ]#, VC.NET等。選用SQL Server7.0作為海量數(shù)據(jù)庫。
[0042]本系統(tǒng)的開發(fā)和應用環(huán)境在Windows平臺下或是Linux下，同時由于NET平臺下的AD0.NET提供了對SQL Server數(shù)據(jù)庫的支持，實施中可通過北京超圖公司的全組件式控制軟件Super Map2008支持的SDB引擎和SDE引擎來讀取數(shù)據(jù)和顯示實時基于GIS的電子地圖。也可以采用組態(tài)軟件的方式，其面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(Supervisory Control AndData Acquisition, SCADA)的軟件平臺。實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口和對I/O設備的實現(xiàn)支持。其軟件的基本功能同鄰測機。
[0043]調(diào)測機通訊模塊2-2包含了有線通訊模塊(如以太網(wǎng))和無線通訊的模塊，無線通訊模塊的選型與鄰測機通訊模塊1-3基本相同，有線通訊模塊可以是主板集成的以太網(wǎng)卡，直接聯(lián)入鐵路寬帶網(wǎng)。
[0044]3)差分數(shù)據(jù)中心及參考站:
差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1又稱CORS的數(shù)據(jù)處理中心或數(shù)據(jù)中心，是CORS系統(tǒng)的信息總匯，CORS運行與管理的中心。差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1對接收到的各個CORS參考站數(shù)據(jù)進行分析，對各種數(shù)據(jù)(如導航)進行多站數(shù)據(jù)綜合、分流，形成統(tǒng)一的差分修正數(shù)據(jù)，其中的數(shù)據(jù)處理包括:數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)分流、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)解算、標準格式差分信息生成和數(shù)據(jù)管理。差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1將數(shù)據(jù)送到地面監(jiān)測中心的調(diào)測機2。差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1由服務器、路由器、交換機和相應的操作系統(tǒng)組成，服務器型號IBM System x3850/3650,路由器型號為CISC02821，交換機型號為CISCO WS-C3560-24TS-S，操作系統(tǒng)為windowsserver2003 組件。
[0045]參考站的作用是為測量系統(tǒng)提供基準，先將計算結(jié)果歸算到已知的測量控制網(wǎng)點上。因此，必須將其安裝架設在已知坐標的控制點上。常規(guī)的參考站由GNSS (GPS)(接收機，型號為SOUTH-BASE，生產(chǎn)廠家為南方測繪公司)、GPS天線、差分數(shù)據(jù)光纖傳輸終端或無線發(fā)射電臺及天線、電池或電源、基座等組成。
[0046]廣域差分參考站3-2，即國家測繪局在各省市區(qū)設立的差分CORS參考站，用于采集原始偽距觀測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)；對這些數(shù)據(jù)進行處理，包括消除對流層誤差、計算產(chǎn)生電離層延遲等；將平滑碼偽距以及電離層延遲等各種數(shù)據(jù)實時、準確的傳輸至差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1，一秒鐘傳輸一組數(shù)據(jù)。
[0047]鐵道部門建立的差分參考站3-3是指建立在鐵路沿線或車站內(nèi)，可采用單頻或雙頻GPS接收機產(chǎn)生差分修正數(shù)，一般間距3(T100公里設置一座參考站。通過光纖或無線通信送往鐵路局調(diào)度系統(tǒng)。
[0048]GPS廠家建立的差分參考站3-4為GPS模塊1_2的生產(chǎn)廠家所建立的參考站，確保GPS模塊1-2接收的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)是經(jīng)差分修正的。GPS廠家建立的差分參考站3-4相連的廠家無線通訊模塊3-4-1選型與鄰測機無線通訊模塊相同。
[0049]4) UWB地面定位系統(tǒng)4
UffB地面定位系統(tǒng)包括UWB定位傳感器4-1，測算服務器4-2和以太網(wǎng)交換機4-3，其中UWB定位傳感器米用應為Ubisense公司Ubisense7000系列,測算服務器可米用IBM SystemX3850/3650,以太網(wǎng)交換機可采用 Cisco WS-C2960-24TC-L。[0050]5 )綜合行車信息模塊ZCX
綜合行車信息模塊ZCX由列車調(diào)度指揮(TDCS)、調(diào)度集中(CTC)、列車監(jiān)控控制系統(tǒng)(ATC)等而組成，是對鐵路各分界口、區(qū)段、樞紐、車站等的信號設備運行狀態(tài)的參數(shù)及數(shù)據(jù)采集。采集的鐵路綜合行車信息內(nèi)容包括:
(I)靜態(tài)信息
車站網(wǎng)絡布局、進路線路模擬表示；信號機布置；站名及信息設備名稱；軌道電路；道岔名稱；閉塞分區(qū)；股道號。
[0051](2)動態(tài)信息
進站信號機信號狀態(tài)；出站信號機信號狀態(tài)；調(diào)車信號機信號狀態(tài)；區(qū)間信號機顯示狀態(tài)；列車接車、發(fā)車進路；軌道電路狀態(tài)；列車運行方向；車站股道狀態(tài)；區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)；列車車次號及實際早晚點；軌道電路是否閉塞狀態(tài)。
[0052]請參見圖5，本實施例的工作原理如下:
鄰測機I上的GPS模塊1-2采用GNSS (GPS)衛(wèi)星導航定位終端，接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，該終端如果是差分型，其內(nèi)含的無線通訊模塊1-2-1會直接與GPS廠家建立的差分參考站3-4的無線通訊模塊通訊，從而保證其輸出的定位信息已經(jīng)是經(jīng)過差分計算修正的高精度定位數(shù)據(jù)；該終端如果是未差分的GNSS (GPS)定位終端，則輸出的是常規(guī)的GPS定位信息，上述衛(wèi)星導航定位終端的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)均送入鄰測機I的主處理器1-1，并經(jīng)鄰測機通訊模塊1-3發(fā)送至地面監(jiān)測中心的調(diào)測機2。
[0053]當列車通過車站車棚、隧道或高山地區(qū)而不能接受到三顆以上的衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息時，則無法進行GPS定位，此時，在裝有UWB地面定位系統(tǒng)4的區(qū)域，會立刻對列車進行定位，產(chǎn)生補充座標數(shù)據(jù)；在未裝設UWB定位系統(tǒng)的區(qū)域，切換到慣性導航模塊1-4產(chǎn)生列車位置補充數(shù)據(jù)，這些補充數(shù)據(jù)被送到鄰測機的主處理器1-1，并通過主處理器內(nèi)的衛(wèi)星導航位置數(shù)據(jù)、UffB定位數(shù)據(jù)和慣性導航位置數(shù)據(jù)合成處理軟件模塊1-1-3對GPS模塊1-2的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行合成處理和補充后由鄰測機無線通訊模塊發(fā)送至地面的調(diào)測機2。
[0054]調(diào)測機2在接收到管轄區(qū)內(nèi)的各列車的鄰測機I所發(fā)出的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)后，經(jīng)鄰測機原始位置數(shù)據(jù)收集及差分修正軟件模塊2-1-4進行處理，如果接收的數(shù)據(jù)已經(jīng)是差分后的數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)就不作處理；如果是未差分的信息，則將該數(shù)據(jù)經(jīng)由差分CORS修正數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫軟件模塊2-1-3進行差分修正。進行修正數(shù)據(jù)的依據(jù)來源于差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3-1或鐵路局調(diào)度系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)中心或是調(diào)度系統(tǒng)通過接收設置于野外的廣域差分參考站3-2和局域差分參考站所接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)經(jīng)地面固定坐標比較分析處理的相關數(shù)據(jù)。
[0055]將各列車原始衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)經(jīng)差分修正后經(jīng)由調(diào)測機2內(nèi)的已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊2-1-5和調(diào)測機通訊模塊2-2統(tǒng)一發(fā)送回各列車。各列車經(jīng)差分修正的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)還傳輸?shù)秸{(diào)測機服務器2-1內(nèi)的調(diào)測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊2-1-1，該地圖模塊存儲了 GNSS (GPS)屬性的GIS電子地圖數(shù)據(jù)庫，故可以從顯示器上觀測三維圖形環(huán)境下各列車的位置，區(qū)別出每輛列車在其關聯(lián)列車群的對應具體位置，分析后通過已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊2-1-5將每輛列車的關聯(lián)列車群位置經(jīng)調(diào)測機通訊模塊2-2發(fā)送至各列車，從而使列車司機掌握相對于本車前后的目標列車的行駛狀態(tài)。
同時，調(diào)測機服務器2-1內(nèi)的列車行車綜合信息ZCX數(shù)據(jù)處理軟件模塊2-1-2接收鐵路局調(diào)度系統(tǒng)中的綜合行車信息模塊發(fā)出的鐵路綜合行車信息。鐵路綜合行車信息同樣經(jīng)由已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊2-1-5和調(diào)測機通訊模塊2-2發(fā)送至各列車。
[0056]調(diào)測機服務器2-1內(nèi)的列車行車綜合信息ZCX數(shù)據(jù)處理軟件模塊2-1-2接收到已差分修正的列車衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，并不斷地與綜合行車信息模塊ZCX的數(shù)據(jù)進行比對，以對各列車在行駛中與常規(guī)的信號機顯示、道岔位置狀態(tài)、軌道電路的占用的狀態(tài)進行校驗，如有不同，進行報警通知以引起調(diào)度人員的注意。
[0057]鄰測機I經(jīng)鄰測機通訊模塊1-3接收調(diào)測機2發(fā)出的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸送至鄰測機I的主處理器1-1。
[0058]主處理器1-1內(nèi)設有鄰測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊1-1-1，該地圖模塊同樣存儲了 GNSS (GPS)屬性的GIS電子地圖數(shù)據(jù)庫，故可以從車載顯示器上觀測三維圖形環(huán)境下各列車的位置，區(qū)別出每輛列車在其關聯(lián)列車群的對應具體位置，確保列車行車安全。
[0059]主處理器1-1內(nèi)嵌入智能防撞預警軟件模塊1-1-2，對在同一軌道上運行的列車，相互距離小于規(guī)定的制動(剎車)距離(如高速鐵路中列車的安全制動距離為3.8KM)時可自動進行報警，提醒列車司機，以防止發(fā)生列車相撞和追尾事故。
[0060]在列車車頭安裝具有夜視功能的攝像機，可讀取軌道上各信號機及道岔信號燈的顏色及排列位置。該攝像機采集視頻圖像輸送至鄰測機I內(nèi)的圖像采集模塊1-5，并經(jīng)圖像采集模塊1-5送入主處理器1-1，由主處理器內(nèi)的視頻圖像處理與ZCX校驗模塊1-1-4對接受到的鐵路綜合行車信息與所穿過的信號機和道岔信號燈進行比對，以此來驗證鐵路綜合行車信息的正確性，保證行車安全。
[0061]本實施例在GNSS (GPS)屬性的GIS電子地圖數(shù)據(jù)庫中加入相應的圖形插件，如鐵路軌道中設置的各道岔、閉鎖信號燈的位置信息，并從鐵路綜合行車信息中獲取道岔位置信號，和行車的閉鎖信號燈的實時狀態(tài)的數(shù)據(jù)流，這樣在鄰測機及調(diào)測機上就是一幅反映列車在軌道上實時在線運行的狀況的展現(xiàn)圖。
【權(quán)利要求】
1.一種基于衛(wèi)星差分定位以及UWB定位的列車行駛無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括車載部分和地面部分，車載部分為安裝于列車車頭的鄰測機(1)，地面部分由調(diào)測機(2)、廣域差分參考站(3-2)、局域差分參考站、差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心(3-1)、UWB地面定位系統(tǒng)(4)和設于鐵路局調(diào)度系統(tǒng)中的綜合行車信息模塊組成，其中: 鄰測機(I)包括主處理器(1-1)、GPS模塊(1-2)、鄰測機通訊模塊(1-3)、慣性導航模塊(1-4)、圖像采集模塊(1-5)和UWB標簽(1-6)，GPS模塊(1-2)用于接收GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，UWB標簽(1-6)用于發(fā)送UWB信號供UWB地面定位系統(tǒng)(4)進行定位，主處理器(1-1)用于接收所述衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、UffB地面定位系統(tǒng)發(fā)送的列車坐標補充數(shù)據(jù)或慣性導航模塊(1-4)發(fā)送的列車位置補充數(shù)據(jù)以及圖像采集模塊(1-5)采集到的視頻圖像，經(jīng)綜合分析處理后通過鄰測機通訊模塊(1-3)發(fā)送至地面的調(diào)測機(2)； 調(diào)測機(2)包括服務器(2-1)和調(diào)測機通訊模塊(2-2)，調(diào)測機通訊模塊(2-2)接收各鄰測機通訊模塊(1-3)發(fā)送過來的列車位置數(shù)據(jù)和差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心(3-1)發(fā)送過來的修正數(shù)據(jù)并送入服務器(2-1 )，服務器還連接所述綜合行車信息模塊，服務器(2-1)經(jīng)過綜合分析處理后再將已經(jīng)修正的數(shù)據(jù)集中發(fā)送給每輛相關聯(lián)列車的鄰測機(I)上； 所述廣域差分參考站(3-2)通過光纖通訊或無線通訊與差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心(3-1)連接，該數(shù)據(jù)中心與調(diào)測機通訊模塊(2-2)經(jīng)無線通訊連接； 所述局域差分參考站分為鐵道部門建立的差分參考站(3-3)和GPS廠家建立的差分參考站(3-4)，鐵道部門建立的差分參考站(3-3)通過光纖通訊或無線通訊與鐵路局調(diào)度系統(tǒng)相連，GPS廠家建立的差分參考站(3-4)經(jīng)廠家差分數(shù)據(jù)中心(3-4-2)及廠家無線通訊模塊(3-4-1)與鄰測機的GPS模塊(1-2)相連接； 所述UWB地面定位系統(tǒng)(4)由UWB定位傳感器(4-1)、以太網(wǎng)交換機(4-3)和測算服務器(4-2)組成，其中UWB定位傳感器(4-1)安裝于站內(nèi)頂棚的頂部或隧道的頂部，接收UWB標簽(1-6)傳來的信號，并通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接后端的測算服務器(4-2);該數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡為以太網(wǎng)或者CAN總線網(wǎng)；所述測算服務器(4-2)由一臺計算機加上無線通信模塊實現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接UWB定位傳感器(4-1)，計算UWB標簽(1-6)的座標位置，并將該座標數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送到鄰測機(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述鄰測機(I)的主處理器(1-1)裝載各軟件模塊，包括鄰測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊(1-1-1)、智能防撞預警軟件模塊(1-1-2)、衛(wèi)星導航位置數(shù)據(jù)、UffB定位數(shù)據(jù)和慣性導航位置數(shù)據(jù)合成處理軟件模塊(1-1-3)、視頻圖像處理與ZCX校檢軟件模塊(1-1-4)及行車軌跡數(shù)據(jù)軟件模塊(1-1-5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)測機(2)的服務器(2-1)裝載各軟件模塊，包括調(diào)測機數(shù)字化GIS電子地圖模塊(2-1-1)、列車行車綜合信息ZCX數(shù)據(jù)處理軟件模塊(2-1-2)、差分CORS修正數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫軟件模塊(2-1-3)、鄰測機原始位置數(shù)據(jù)收集及差分修正軟件模塊(2-1-4)及已修正數(shù)據(jù)分配發(fā)送軟件模塊(2-1-5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述廣域差分參考站(3-2)為國家測繪局在各省市區(qū)設立的差分CORS參考站，用于采集原始偽距觀測數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心(3-1)，I秒~30分鐘傳輸一組數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述局域差分參考站建立在鐵路沿線或車站內(nèi)，參考站內(nèi)采用單頻或雙頻GPS接收機產(chǎn)生差分修正數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述綜合行車信息模塊包括靜態(tài)信息和動態(tài)信息，靜態(tài)信息又包括車站網(wǎng)絡布局、進路線路模擬表示、信號機的布置、站名、軌道電路、道岔名稱、閉塞分區(qū)和股道號；動態(tài)信息包括進站信號機信號狀態(tài)、出站信號機信號狀態(tài)、調(diào)車信號機信號狀態(tài)、區(qū)間信號機顯示狀態(tài)、列車接車和發(fā)車進路、軌道電路狀態(tài)、列車運行方向、車站股道狀態(tài)、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)、列車車次號及實際早晚點和軌道電路是否閉塞狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述慣性導航模塊(1-4)包括陀螺儀和加速度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述鄰測機通訊模塊(1-3)和調(diào)測機通訊模塊(2-2)均為無線通信模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述鄰測機通訊模塊(1-3)為寬帶電力線載波通信模塊；所述調(diào)測機通訊模塊(2-2)為有線通訊模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述列車的車尾處還設有一臺鄰測機(1)，與位于車頭的鄰測機`(I)配合檢測列車的完整性。
【文檔編號】B61L25/02GK103587555SQ201310564932
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】張健, 李子川 申請人:張健, 李子川