一种基于综合定位的列车精确定位系统 |
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| 申请号 | CN201610431198.8 | 申请日 | 2016-06-17 | 公开(公告)号 | CN105857349A | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 上海铁路通信有限公司; | 发明人 | 杨永铭; 李慧鹏; 何俊杰; 张蕾; 陈栋飞; 朱娜; 魏志宵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于综合 定位 的列车精确定位系统，包括北斗卫 星系 统，还包括地面系统和车载系统，地面系统包括用于提供列车线路地图信息的定位服务中心以及多个用于为列车提供卫星定位差分信息的差分基站，车载系统包括依次连接的定位天线、定位装置和车载计算机，定位天线分别与定位服务中心、差分基站和北斗卫星系统连接，定位服务中心和差分基站均与北斗卫星系统连接；定位装置通过定位天线接收北斗卫星系统的卫星 信号 和差分基站的差分信息，进行卫星定位的解算后得到列车 位置 数据并发送给车载计算机。与 现有技术 相比，本发明具有定位精确等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于综合定位的列车精确定位系统，包括北斗卫星系统(1)，其特征在于，还包括地面系统(2)和车载系统(3)，所述地面系统包括用于提供列车线路地图信息的定位服务中心(21)以及多个用于为列车提供卫星定位差分信息的差分基站(22)，所述车载系统(3)包括依次连接的定位天线(31)、定位装置(32)和车载计算机(33)，所述定位天线(31)分别与定位服务中心(21)、差分基站(22)和北斗卫星系统(1)连接，所述定位服务中心(21)和差分基站(22)均与北斗卫星系统(1)连接； |
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| 说明书全文 | 一种基于综合定位的列车精确定位系统技术领域背景技术[0002] 当前我国铁路运输处于高速发展时期，在支撑铁路系统运行发展的众多支撑技术中，位置服务已显示出其重要性，特别是事关安全的列车运行控制、调度指挥、安全预警等位置应用系统，对准确、实时掌握列车位置与运行状态提出了切实需求。 [0003] 传统列车定位系统广泛采用测速测距方式，在一维坐标系下将速度、位置描述统一起来，选择安装于列车轮动轴上的速度传感器实现速度/距离测量，方案简单、不易受干扰。然而，随着铁路智能化、现代化发展，相关系统结构功能日趋复杂，列车运行速度及服务等级提升对列车定位的要求越来越苛刻，车轮空转、打滑、磨耗等速度传感器测速定位的制约因素引发定位系统优化的迫切需要。以“应答器+速度传感器”为代表的组合模式成功应用于高速铁路，然而，高昂的建设维护成本导致其成本与性能之间的矛盾，制约了自主性及性能效益的实现。 [0004] 基于“GPS技术+传感器辅助定位”方法虽然可以一定程度减小建设和维护成本，但GPS为美国独有技术，对于其他国家或地区而言，卫星资源分配问题成为了该技术作为列车定位功能解决方案的主要瓶颈之一。 [0005] 本发明是一种综合定位的列车精确定位方法，该方法通过利用国家特有的北斗定位系统并辅助惯性导航及传感器设备实现列车的精确定位。系统从技术上分析成熟可靠、可行性好，经济上分析工程设计和施工投入较小，较易实施。社会效益上分析，将北斗导航技术与铁路行业相结合，拓展了北斗导航系统的应用市场，满足了铁路系统智能化、现代化发展需求，提升了铁路列车运营的安全性。 发明内容[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： [0008] 一种基于综合定位的列车精确定位系统，包括北斗卫星系统，还包括地面系统和车载系统，所述地面系统包括用于提供列车线路地图信息的定位服务中心以及多个用于为列车提供卫星定位差分信息的差分基站，所述车载系统包括依次连接的定位天线、定位装置和车载计算机，所述定位天线分别与定位服务中心、差分基站和北斗卫星系统连接，所述定位服务中心和差分基站均与北斗卫星系统连接； [0010] 所述车载系统还包括用于在北斗卫星系统的卫星信号不佳时提供辅助定位的惯性导航装置，该惯性导航装置与车载计算机连接； [0011] 所述定位装置通过定位天线接收北斗卫星系统的卫星信号和差分基站的差分信息，进行卫星定位的解算后得到列车位置数据，由车载计算机结合惯性导航装置优化列车位置数据。 [0012] 所述惯性导航装置包括惯性传感器、速度传感器和加速度计。 [0014] 所述输入及显示设备包括显示器。 [0015] 所述定位天线同一时间至少与两个差分基站连接。 [0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： [0017] 1)采用了差分基站为列车提供卫星定位差分信息，可以对北斗卫星系统的卫星信号进行修正，提高精度，同时由于差分信号通过基站以移动通信网络的形式向列车发送，相比卫星信号，可以更加稳定，相比应答器方式，可以减小成本。 [0018] 2)惯性导航装置可以在卫星信号强度低时依然完成定位，对于隧道等特殊地形依然能够完成对列车的定位，同时在卫星信号好时也能用于提高精度。 [0020] 图1为本发明的结构示意图； [0021] 其中：1、北斗卫星系统，2、地面系统，3、车载系统，11、北斗卫星，21、定位服务中心，22、差分基站，31、定位天线，32、定位装置，33、车载计算机，34、惯性导航装置，35、输入及显示设备。 具体实施方式[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 [0023] 一种基于综合定位的列车精确定位系统，如图1所示，包括北斗卫星系统1，还包括地面系统2和车载系统3， [0024] 北斗卫星系统1主要是覆盖我国上空的第二代北斗卫星11组成，二代北斗卫星11是系统定位信息数据来源。车载系统3在定位过程中起主要作用，即进行列车自主定位。地面系统2为车载系统3提供定位辅助。 [0025] 车载系统3是列车定位的核心设备，定位的主要过程由其执行。车载系统3主要由车载计算机33、定位装置32、定位天线31、惯性导航装置34及其他传感器及输入及显示设备35(提供人机界面)组成，定位天线31、定位装置32和车载计算机33依次连接，此外惯性导航装置34和输入及显示设备35均与车载计算机33连接。定位装置32通过卫星信号和当前区域的差分信息进行卫星定位的解算，是定位的主要依据。惯性导航装置34及其他传感器在列车进入特殊环境(如山区或隧道或无北斗信号区域)提供辅助的定位数据信息。车载计算机 33根据卫星定位的结果结合其他辅助信息(包括惯性导航及其数据监测传感器)确定列车精确位置，并在地图上标定，通过输入及显示设备35与列车进行交互，同时还可通过卫星通道上传数据提供地面管理人员列车位置信息。 [0026] 地面系统2在定位过程中主要起辅助作用。地面系统2主要由定位服务中心21、差分基站22及其他辅助设备组成，定位服务中心21和差分基站22均与北斗卫星系统1连接，还均与定位天线31连接，差分基站22主要是产生卫星定位差分信息，并播发给车载设备，以提高列车定位的精确度。地面差分基站22根据定位需求和线路需要进行设置，负责生成所辖区域的定位差分信息；地面定位服务中心参与列车数据信息的管理，并向列车提供线路的地图信息。 [0027] 定位天线31同一时间至少与两个差分基站22连接，定位装置32通过定位天线31接收北斗卫星系统1的卫星信号和差分基站的差分信息，进行卫星定位的解算后得到列车位置数据，由车载计算机33结合惯性导航装置34优化列车位置数据。 [0028] 为了得到连续可靠的定位信息，在全运行区间内确保列车定位信息的安全，系统采用信息融合的方法，利用惯性导航装置34及多传感器组合进行定位保障。组合定位测量系统包括多种传感器，如惯性传感器、速度传感器及加速度等。各种传感器以及通信终端都连接到车载计算机33，车载计算机33预留与车载列控设备和查询应答器的接口。在基于多传感器的列车组合定位系统中，不同传感器可提供冗余的位置测量信息(广义的位置信息包括列车位置、速度、航向等)，采用多传感器数据融合方法，综合利用多源信息获得列车位置量的最优或次优估计，即可高效地利用这些冗余信息完成定位结果的求解。 [0029] 车载系统3还包括用于人机交互的输入及显示设备35，该输入及显示设备35与车载计算机33连接。输入及显示设备35包括显示器。 [0030] 根据本申请的实际工作过程来详细介绍该方法是如何实现列车的精确定位的。本申请为了提高系统定位的精准度和快速性，系统通过建立北斗卫星差分基站的方式来完成基于北斗系统的列车快速定位。车载系统中的定位天线31直接接收地面附近的差分基站22信息，实现快速精准定位。北斗定位装置中特有的RD+RN多模北斗模块，可以完成定位信息的获取(RN模块)和位置信息的上传(RD模块)。定位装置32在列车高速运行过程中实时进行卫星数据捕获并处理计算，并将处理后的数据发送给车载计算机33。同时，惯性导航装置34及其他传感器获也会获取类列车有关位置信息的数据并将数据发送给车载计算机33。车载计算机33会将获取的相应信息融合并通过组合定位算法实现列车精准位置数据，该数据可以通过人机界面与列车司机交互，还可以实时通过卫星通道将数据传送地面定位服务中心。地面管理人员根据列车定位数据并结合线路地图信息有效监管列车安全运行。 |
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