基于北斗衛(wèi)星導航的無線調車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵路信號設備領域，具體涉及一種基于北斗衛(wèi)星導航的無線調車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國自主研發(fā)、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。STP系統(tǒng)是調車安全防護的輔助設備，通過其地面和車載設備將獲取的集中聯(lián)鎖車站調車作業(yè)相關信號、道岔、軌道電路區(qū)段信息進行處理，車地采用無線通信方式，通過列車運行監(jiān)控裝置(LKJ)，實現(xiàn)對調車機車信號顯示和車列速度監(jiān)控。STP系統(tǒng)在鐵路運用中的地位越來越重要，目前仍存在一些問題:1、車載設備在站場內重啟或開機后均要人工輸入站場；2、分路不良導致機車位置丟失；3、調車機車進行非集中區(qū)后位置丟失無法對動力分布信息進行掌握；4、車載主機無操作界面時鐘無法同步等問題，這給正常的調車作業(yè)和日常維護工作帶來了一定的影響。

【發(fā)明內容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于北斗衛(wèi)星導航的無線調車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)及方法，可以有效解決STP系統(tǒng)開機后作業(yè)場區(qū)的自動識另IJ、分路不良和非集中機車位置丟失、時鐘不同步等問題。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種基于北斗衛(wèi)星導航的無線調車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面設備和車載設備，地面設備包括地面主機、差分基站主機、地面差分基站北斗天線和數(shù)傳單元，所述差分基站主機與地面差分基站北斗天線相連，地面主機分別連接差分基站主機和數(shù)傳單元；所述車載設備包括車載主機、監(jiān)控主機、無線數(shù)傳模塊和顯示器，車載主機上設置有北斗定位模塊，北斗定位模塊與車載北斗天線連接，所述地面差分基站北斗天線與車載北斗天線接收衛(wèi)星經(jīng)瑋度坐標，差分基站主機將接收的信息進行差分計算得到差分數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送至車載主機；車載主機通過總線與監(jiān)控主機相連，監(jiān)控主機連接顯示器。
[0005]作為優(yōu)選，所述車載主機與北斗定位模塊經(jīng)RS232總線連接。
[0006]作為優(yōu)選，所述數(shù)傳單元采用廣播方式發(fā)送差分數(shù)據(jù)至車載主機。
[0007]一種基于北斗衛(wèi)星導航的無線調車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)的方法，包括如下步驟: 步驟1，在車載設備上設置北斗定位模塊，地面設備中增設差分基站；
步驟2，檢測分路區(qū)段是否正常，當連續(xù)出現(xiàn)2個分路區(qū)段不良時，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟5 ；
步驟3，將STP系統(tǒng)的站場圖中增加經(jīng)瑋度坐標映射，然后執(zhí)行步驟4 ;
步驟4，通過基站的定位數(shù)據(jù)和已知坐標點的數(shù)據(jù)計算出差分數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)鏈將誤差修正參數(shù)實時發(fā)送給地面主機，由地面主機通過數(shù)傳單元發(fā)送至車載主機，車載主機通過數(shù)據(jù)鏈接收修正參數(shù)，和自己的定位數(shù)據(jù)進行修正解算得出準確的經(jīng)瑋度坐標；根據(jù)機車的經(jīng)瑋度坐標得到站場圖中的位置；
步驟5，站場圖形數(shù)字化:使用采集終端采集站場所有區(qū)段經(jīng)瑋坐標，根據(jù)經(jīng)瑋度坐標采集生成的圖形與信號平面圖進行映射關聯(lián)，由經(jīng)瑋度坐標即可映射出在信號平面圖的位置；然后進行機車位置跟蹤定位。
[0008]作為優(yōu)選，所述機車位置跟蹤定位包括如下步驟:車載主機實時通過北斗定位模塊和車載北斗天線獲取機車前端經(jīng)瑋度坐標P’(x0, y0)，通過F (x, y)=G(x, y) _D，F(xiàn) (x，y)是通過輸入經(jīng)瑋度坐標獲取在信號平面圖中的位置，G (x，y)為當前經(jīng)瑋度坐標對應的在信號平面圖相對于前方信號機的距離，D為天線距前車鉤距離(正常防護時是以前方車鉤為防護點的，故北斗天線的位置還要再減去天線至車鉤的距離)。
[0009]作為優(yōu)選，還包括非集中區(qū)的機車動力位置監(jiān)視步驟:采用站場圖形數(shù)字化，車載主機可以實時通過北斗模塊和天線獲取機車前端經(jīng)瑋度坐標P’(X0，y0)，通過F (x,y)=G(x，y)，F(xiàn) (x，y)是通過輸入經(jīng)瑋度坐標獲取在信號平面圖中的位置，G (x，y)為將經(jīng)瑋度坐標轉換為列車中心距離非集中區(qū)邊界的距離，實時標識機車所在非集中區(qū)的位置。
[0010]作為優(yōu)選，還包括車載主機時鐘同步步驟:利用北斗衛(wèi)星時鐘，定時對車載主機系統(tǒng)時間進行修正。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明通過在車載主機中增加北斗模塊，地面增加基準站，可有效利用北斗定位技術運用于STP系統(tǒng)；2、通過對非集中區(qū)站場信息與經(jīng)瑋坐標映射，解決STP系統(tǒng)因軌道分路不良原因造成機車位置丟失問題；3、通過對非集中區(qū)站場信息與經(jīng)瑋坐標映射，解決調度對機車動力分布情況的掌握；4、通過車載主機的北斗定位模塊接收的衛(wèi)星鐘實現(xiàn)對車載主機時間進行定時校核，保持時鐘的一致性，便于系統(tǒng)日常故障分析的準確性。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的站場圖區(qū)場劃分示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明的實際經(jīng)瑋度坐標與信號平面圖映射示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明的站場圖與坐標映射關系示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明的非集中區(qū)的機車動力位置示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0019]如圖1所不，本發(fā)明包括地面設備I和車載設備2，地面設備I包括地面主機102、差分基站主機101、地面差分基站北斗天線104和數(shù)傳單元103，差分基站主機101與地面差分基站北斗天線104相連，地面主機102分別連接差分基站主機101和數(shù)傳單元103，地面主機102與數(shù)傳單元103之間通過RS232總線連接。
[0020]車載設備2包括車載主機201、監(jiān)控主機202、無線數(shù)傳模塊205、顯示器203、北斗定位模塊和車載北斗天線204，車載主機201上設置有北斗定位模塊，北斗定位模塊與車載北斗天線204連接，車載主機201通過CAN總線與監(jiān)控主機202相連，監(jiān)控主機202連接顯示器203，無線數(shù)傳模塊205與車載主機201連接，數(shù)傳單元103經(jīng)廣播方式將信號傳遞給車載設備2的無線數(shù)傳模塊205。地面差分基站北斗天線104與車載北斗天線204接收衛(wèi)星經(jīng)瑋度坐標，差分基站主機101將接收的信息進行差分計算得到差分數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)傳模塊205發(fā)送至車載主機201，再結合機車當前經(jīng)瑋度坐標計算出當前相對準確的位置。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明的方法包括如下步驟:
步驟1，在車載設備上設置北斗定位模塊，地面設備中增設差分基站；
步驟2，檢測分路區(qū)段是否正常，當連續(xù)出現(xiàn)2個分路區(qū)段不良時，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟5 ；
步驟3，將STP系統(tǒng)的站場圖中增加經(jīng)瑋度坐標映射，然后執(zhí)行步驟4 ;
步驟4，通過北斗基站的定位數(shù)據(jù)和已知坐標點的數(shù)據(jù)解算出差分數(shù)據(jù)(主要包括衛(wèi)星位置速度、鐘偏鐘漂、對流層延遲改正和相對論效應等)，再通過數(shù)據(jù)鏈將誤差修正參數(shù)實時發(fā)送給地面主機，由地面主機通過數(shù)傳電臺發(fā)送至車載主機，車載主機通過數(shù)據(jù)鏈接收修正參數(shù)，和自己的定位數(shù)據(jù)進行修正解算得出準確的經(jīng)瑋度坐標；根據(jù)機車的經(jīng)瑋度坐標得到站場圖中的位置；
步驟5，站場圖形數(shù)字化:使用采集終端采集站場所有區(qū)段經(jīng)瑋坐標，根據(jù)經(jīng)瑋度坐標采集生成的圖形與信號平面圖進行映射關聯(lián)，由經(jīng)瑋度坐標即可映射出在信號平面圖的位置；然后進行機車位置跟蹤定位。
[0022]北斗衛(wèi)星導航技術在STP系統(tǒng)中運用方法是在車載集成北斗定位模塊，地面增設差分基準站，即采用北斗定位差分技術提高機車經(jīng)瑋度坐標精度，將STP系統(tǒng)既有的站場圖中增加經(jīng)瑋度坐標映射，實時根據(jù)機車的坐標映射出在站場圖中的位置。如圖3所示，每個站場圖區(qū)場劃分都有一個范圍邊界，I場范圍可定義為ABCD區(qū)域，2場定位為CDEF區(qū)域，具體形狀可結合站場進行定義。車載設備啟動后，車載主機將從北斗定位模塊接收的坐標和差分基站修正值計算當前經(jīng)瑋度坐標，判定該坐標屬哪一個站場范圍，然后直接設定對應的站場。由此實現(xiàn)站場的自動識別。