一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，包括北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，還包括地面系統(tǒng)和車載系統(tǒng)，地面系統(tǒng)包括用于提供列車線路地圖信息的定位服務中心以及多個用于為列車提供衛(wèi)星定位差分信息的差分基站，車載系統(tǒng)包括依次連接的定位天線、定位裝置和車載計算機，定位天線分別與定位服務中心、差分基站和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)連接，定位服務中心和差分基站均與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)連接；定位裝置通過定位天線接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)并發(fā)送給車載計算機。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有定位精確等優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及鐵路通信領域，尤其是涉及一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]當前我國鐵路運輸處于高速發(fā)展時期，在支撐鐵路系統(tǒng)運行發(fā)展的眾多支撐技術中，位置服務已顯示出其重要性，特別是事關安全的列車運行控制、調度指揮、安全預警等位置應用系統(tǒng)，對準確、實時掌握列車位置與運行狀態(tài)提出了切實需求。
[0003]傳統(tǒng)列車定位系統(tǒng)廣泛采用測速測距方式，在一維坐標系下將速度、位置描述統(tǒng)一起來，選擇安裝于列車輪動軸上的速度傳感器實現(xiàn)速度/距離測量，方案簡單、不易受干擾。然而，隨著鐵路智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，相關系統(tǒng)結構功能日趨復雜，列車運行速度及服務等級提升對列車定位的要求越來越苛刻，車輪空轉、打滑、磨耗等速度傳感器測速定位的制約因素引發(fā)定位系統(tǒng)優(yōu)化的迫切需要。以“應答器+速度傳感器”為代表的組合模式成功應用于高速鐵路，然而，高昂的建設維護成本導致其成本與性能之間的矛盾，制約了自主性及性能效益的實現(xiàn)。
[0004]基于“GPS技術+傳感器輔助定位”方法雖然可以一定程度減小建設和維護成本，但GPS為美國獨有技術，對于其他國家或地區(qū)而言，衛(wèi)星資源分配問題成為了該技術作為列車定位功能解決方案的主要瓶頸之一。
[0005]本發(fā)明是一種綜合定位的列車精確定位方法，該方法通過利用國家特有的北斗定位系統(tǒng)并輔助慣性導航及傳感器設備實現(xiàn)列車的精確定位。系統(tǒng)從技術上分析成熟可靠、可行性好，經(jīng)濟上分析工程設計和施工投入較小，較易實施。社會效益上分析，將北斗導航技術與鐵路行業(yè)相結合，拓展了北斗導航系統(tǒng)的應用市場，滿足了鐵路系統(tǒng)智能化、現(xiàn)代化發(fā)展需求，提升了鐵路列車運營的安全性。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]—種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，包括北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，還包括地面系統(tǒng)和車載系統(tǒng)，所述地面系統(tǒng)包括用于提供列車線路地圖信息的定位服務中心以及多個用于為列車提供衛(wèi)星定位差分信息的差分基站，所述車載系統(tǒng)包括依次連接的定位天線、定位裝置和車載計算機，所述定位天線分別與定位服務中心、差分基站和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)連接，所述定位服務中心和差分基站均與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)連接；
[0009]所述定位裝置通過定位天線接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)并發(fā)送給車載計算機。
[0010]所述車載系統(tǒng)還包括用于在北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號不佳時提供輔助定位的慣性導航裝置，該慣性導航裝置與車載計算機連接；
[0011]所述定位裝置通過定位天線接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)，由車載計算機結合慣性導航裝置優(yōu)化列車位置數(shù)據(jù)。
[0012]所述慣性導航裝置包括慣性傳感器、速度傳感器和加速度計。
[0013]所述車載系統(tǒng)還包括用于人機交互的輸入及顯示設備，該輸入及顯示設備與車載計算機連接。
[0014]所述輸入及顯示設備包括顯示器。
[0015]所述定位天線同一時間至少與兩個差分基站連接。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017]I)采用了差分基站為列車提供衛(wèi)星定位差分信息，可以對北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號進行修正，提高精度，同時由于差分信號通過基站以移動通信網(wǎng)絡的形式向列車發(fā)送，相比衛(wèi)星信號，可以更加穩(wěn)定，相比應答器方式，可以減小成本。
[0018]2)慣性導航裝置可以在衛(wèi)星信號強度低時依然完成定位，對于隧道等特殊地形依然能夠完成對列車的定位，同時在衛(wèi)星信號好時也能用于提高精度。
[0019]3)定位天線同一時間至少與兩個差分基站連接，可以保證對北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號進行修正的可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結構不意圖；
[0021]其中:1、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，2、地面系統(tǒng)，3、車載系統(tǒng)，11、北斗衛(wèi)星，21、定位服務中心，22、差分基站，31、定位天線，32、定位裝置，33、車載計算機，34、慣性導航裝置，35、輸入及顯示設備。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0023]一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，如圖1所示，包括北斗衛(wèi)星系統(tǒng)I，還包括地面系統(tǒng)2和車載系統(tǒng)3，
[0024]北斗衛(wèi)星系統(tǒng)I主要是覆蓋我國上空的第二代北斗衛(wèi)星11組成，二代北斗衛(wèi)星11是系統(tǒng)定位信息數(shù)據(jù)來源。車載系統(tǒng)3在定位過程中起主要作用，即進行列車自主定位。地面系統(tǒng)2為車載系統(tǒng)3提供定位輔助。
[0025]車載系統(tǒng)3是列車定位的核心設備，定位的主要過程由其執(zhí)行。車載系統(tǒng)3主要由車載計算機33、定位裝置32、定位天線31、慣性導航裝置34及其他傳感器及輸入及顯示設備35 (提供人機界面)組成，定位天線31、定位裝置32和車載計算機33依次連接，此外慣性導航裝置34和輸入及顯示設備35均與車載計算機33連接。定位裝置32通過衛(wèi)星信號和當前區(qū)域的差分信息進行衛(wèi)星定位的解算，是定位的主要依據(jù)。慣性導航裝置34及其他傳感器在列車進入特殊環(huán)境(如山區(qū)或隧道或無北斗信號區(qū)域)提供輔助的定位數(shù)據(jù)信息。車載計算機33根據(jù)衛(wèi)星定位的結果結合其他輔助信息(包括慣性導航及其數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感器)確定列車精確位置，并在地圖上標定，通過輸入及顯示設備35與列車進行交互，同時還可通過衛(wèi)星通道上傳數(shù)據(jù)提供地面管理人員列車位置信息。
[0026]地面系統(tǒng)2在定位過程中主要起輔助作用。地面系統(tǒng)2主要由定位服務中心21、差分基站22及其他輔助設備組成，定位服務中心21和差分基站22均與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)I連接，還均與定位天線31連接，差分基站22主要是產(chǎn)生衛(wèi)星定位差分信息，并播發(fā)給車載設備，以提高列車定位的精確度。地面差分基站22根據(jù)定位需求和線路需要進行設置，負責生成所轄區(qū)域的定位差分信息;地面定位服務中心參與列車數(shù)據(jù)信息的管理，并向列車提供線路的地圖信息。
[0027]定位天線31同一時間至少與兩個差分基站22連接，定位裝置32通過定位天線31接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)I的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)，由車載計算機33結合慣性導航裝置34優(yōu)化列車位置數(shù)據(jù)。
[0028]為了得到連續(xù)可靠的定位信息，在全運行區(qū)間內確保列車定位信息的安全，系統(tǒng)采用信息融合的方法，利用慣性導航裝置34及多傳感器組合進行定位保障。組合定位測量系統(tǒng)包括多種傳感器，如慣性傳感器、速度傳感器及加速度等。各種傳感器以及通信終端都連接到車載計算機33，車載計算機33預留與車載列控設備和查詢應答器的接口。在基于多傳感器的列車組合定位系統(tǒng)中，不同傳感器可提供冗余的位置測量信息(廣義的位置信息包括列車位置、速度、航向等)，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，綜合利用多源信息獲得列車位置量的最優(yōu)或次優(yōu)估計，即可高效地利用這些冗余信息完成定位結果的求解。
[0029]車載系統(tǒng)3還包括用于人機交互的輸入及顯示設備35，該輸入及顯示設備35與車載計算機33連接。輸入及顯示設備35包括顯示器。
[0030]根據(jù)本申請的實際工作過程來詳細介紹該方法是如何實現(xiàn)列車的精確定位的。本申請為了提高系統(tǒng)定位的精準度和快速性，系統(tǒng)通過建立北斗衛(wèi)星差分基站的方式來完成基于北斗系統(tǒng)的列車快速定位。車載系統(tǒng)中的定位天線31直接接收地面附近的差分基站22信息，實現(xiàn)快速精準定位。北斗定位裝置中特有的RD+RN多模北斗模塊，可以完成定位信息的獲取(RN模塊)和位置信息的上傳(RD模塊)。定位裝置32在列車高速運行過程中實時進行衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲并處理計算，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給車載計算機33。同時，慣性導航裝置34及其他傳感器獲也會獲取類列車有關位置信息的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送給車載計算機33。車載計算機33會將獲取的相應信息融合并通過組合定位算法實現(xiàn)列車精準位置數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以通過人機界面與列車司機交互，還可以實時通過衛(wèi)星通道將數(shù)據(jù)傳送地面定位服務中心。地面管理人員根據(jù)列車定位數(shù)據(jù)并結合線路地圖信息有效監(jiān)管列車安全運行。
【主權項】
1.一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，包括北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)，其特征在于，還包括地面系統(tǒng)(2)和車載系統(tǒng)(3)，所述地面系統(tǒng)包括用于提供列車線路地圖信息的定位服務中心(21)以及多個用于為列車提供衛(wèi)星定位差分信息的差分基站(22)，所述車載系統(tǒng)(3)包括依次連接的定位天線(31)、定位裝置(32)和車載計算機(33)，所述定位天線(31)分別與定位服務中心(21)、差分基站(22)和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)連接，所述定位服務中心(21)和差分基站(22)均與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)連接； 所述定位裝置(32)通過定位天線(31)接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)并發(fā)送給車載計算機(33)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述車載系統(tǒng)(3)還包括用于在北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)的衛(wèi)星信號不佳時提供輔助定位的慣性導航裝置(34)，該慣性導航裝置(34)與車載計算機(33)連接； 所述定位裝置(32)通過定位天線(31)接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(I)的衛(wèi)星信號和差分基站的差分信息，進行衛(wèi)星定位的解算后得到列車位置數(shù)據(jù)，由車載計算機(33)結合慣性導航裝置(34)優(yōu)化列車位置數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性導航裝置(34)包括慣性傳感器、速度傳感器和加速度計。4.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述車載系統(tǒng)(3)還包括用于人機交互的輸入及顯示設備(35)，該輸入及顯示設備(35)與車載計算機(33)連接。5.根據(jù)權利要求2所述的一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入及顯示設備(35)包括顯示器。6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于綜合定位的列車精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位天線(31)同一時間至少與兩個差分基站(22)連接。
【文檔編號】B61L25/02GK105857349SQ201610431198
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】楊永銘, 李慧鵬, 何俊杰, 張蕾, 陳棟飛, 朱娜, 魏志宵
【申請人】上海鐵路通信有限公司