CN102167064A - Rfid辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RFID辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统，可用于对现有轨道交通列车位置检测结果的实时校正。该系统包括车载读写器、射频天线、地面电子标签、列车信息处理单元和后台主系统，车载读写器安装于地铁列车的头部，并与列车信息处理单元连接；射频天线安装于列车头底部的中心，并位于轨道中心线的正上方；轨道中心线上装有距离间隔不等的地面电子标签。本发明可实现地铁列车位置的实时检测和列车的精确停车，列车精确停车技术有效缩短了站台的长度，节约了投资成本，能最大限度的与站台屏蔽门相吻合，方便乘客上下车，满足乘客出行的舒适性需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁列车到位自动检测系统，尤其适合于城市轨道交通列车位置的实时在线检测和列车到站的精确停车。
背景技术
在城市轨道交通中，列车位置的实时检测是实现列车与车站信息同步的重要前提条件，实现列车的精确定位不仅能保证车辆的行车安全，且能满足未来地铁系统发展面临的发车数量多、发车时间间隔短、列车运行线路多的问题；同时，为保证乘客的安全候车，地铁站台目前已普遍安装了屏蔽门设施，当列车进站与出站时自动实现屏蔽门的开启与关闭，因屏蔽门开度的限制，对列车的停车准确度提出了更高的要求，只有在列车精确停靠站台的前提下，才能保证列车门位置与屏蔽门位置的吻合，最大限度的方便乘客上下车。
现有的最简单的列车定位方法是车载编码里程仪，利用安装在列车上的仪器直接从车轮的转速和转过的周数计算出列车的运行速度和已行驶过的距离，但是在实际应用中，因列车在启动、制动、上下坡等情况下车轮的空转和打滑，还需要采用一定的方法对车载里程仪的测距误差进行修正；利用轨道电路检测列车位置在我国铁路上已得到广泛应用，其基本原理是把定义的轨道区段的两根钢轨作为导线，在两端轨缝装上绝缘物，一端安装送电设备，另一端安装受电设备，当轨道被列车占用时，送电端送出的低电流被列车短路，受电端继电器失磁，进而判断出轨道的占用情况，每段轨道的起点和终点作为列车位置的同步参考点，起到地面位置定位的信标作用，这种检测方式轨旁设备多，受钢轨、牵引回流、轨道电路极限长度的限制，且难以满足列车的精确停车需求；另外，计轴设备、环线式检测设备等均在列车位置检测中得到了一定的应用，前者是20世纪30年代的产品，该方式不受轨道条件、极限长度的限制，但不能实现车-地信息的传送，后者出现于20世纪70年代，该方式轨旁设备较少，可传送车-地双向通信信息，但受极限长度的限制，且环线铺设较为复杂。
随着城市轨道交通的迅速发展，尤其是站台屏蔽门的广泛使用，列车位置实时检测及站台精确停车方法得到越来越多的关注，相关领域各种新技术的发展和应用为开发新的列车位置检测方法提供了有利的前提条件，有必要在新形势下结合先进的科学技术研究可靠性更高、速度更快、更易实现的检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切实可行的针对城市轨道交通的列车位置实时检测和列车进站精确停车系统，对现有的诸如车载编码里程仪列车定位等方法中的定位误差进行校正，不仅可以实现对列车准确位置的实时掌握，而且能改变现有的列车停靠站台位置不精确而导致的列车门位置不能与站台屏蔽门位置完全吻合的现状，以最大限度的保证乘客出行的舒适性。
实现本发明目的的技术方案为：
RFID辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统，包括车载读写器、射频天线、地面电子标签、列车信息处理单元和后台主系统，车载读写器安装于地铁列车的头部，并与列车信息处理单元连接；射频天线安装于列车头底部的中心，并位于轨道中心线的正上方；轨道中心线上装有距离间隔不等的地面电子标签。
本发明的基本原理是：系统利用射频设别（Radio Frequency Identification, RFID）技术实现地铁列车位置检测及精确停车。射频识别技术通过空间耦合实现无接触双向通信，达到交换数据的目的，该技术可应用于各种恶劣的工作环境，不受油污、灰尘的影响，可迅速识别高速移动的物体。RFID硬件系统包括读写器、标签和天线三部分，其核心技术包括无线电射频通信技术、编码学、大规模集成电路技术等新技术。地面电子标签用于识别轨道线路的基本参数信息及该点所处的位置绝对参考值等信息，由耦合元件和芯片组成，存储着一个或多个数字信息序列，安装于两根轨道之间，平时处于休眠状态，当电子标签进入车载读写器发出的无线射频信号区域后，电子标签利用线圈上的感应电流获得能量，启动电子标签控制电路及射频电路，将数字信息序列以频移调制的方式通过内置天线发送出去；车载读写器对接收到的电子标签信息进行解码，得到电子标签所包含的轨道线路信息及位置绝对参考值信息，从而可获得此时列车的准确位置，实现列车位置的实时检测以及对列车已有位置检测方式检测结果的校正。
本发明与现有技术相比具有显著优点：（1）提供了一种城市轨道交通列车位置的检测方案，可用于对现有轨道交通列车位置检测结果的实时校正，具有精度高、可靠性高、结构简单、安装灵活、维护方便等优点；（2）实现了列车进站的精确停车，能适应目前广泛使用站台屏蔽门的情况，最大限度满足乘客上下车的舒适性需求；（3）实现了车-地双向通信，且不受轨道条件、极限长度的限制。
附图说明
图1是本发明射频识别技术的基本工作原理示意图。
图2是本发明实施例中列车定位与精确停车的设计示意图。
图3是本发明射频识别辅助的列车位置检测与精确停车工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明包括车载读写器1、射频天线2、地面电子标签3、列车信息处理单元10和后台主系统11，系统通过车载读写器1实时读写地面电子标签3中的信息获得列车当前位置绝对参考值，供列车信息处理单元10及后台主系统11使用。车载读写器1的基本任务是触发作为数据载体的地面电子标签3，接收标签发送的数据或向标签发送数据，并通过相应标准接口与列车信息处理单元10进行通信，车载读写器1可划分为两大模块：射频模块和基带模块，射频模块实现将需要发往地面电子标签3的命令调制到电子标签3的射频工作频率上，由射频天线2发送出去，当电子标签3进入射频信号工作区域时，将对其做出响应形成反射回波信号，读写器1射频模块将对电子标签3返回的信号进行处理，从中解调出包含在电子标签3中的信息数据；基带模块将读写器智能单元发出的命令进行编码以便将其调制到射频信号上，基带模块还需完成经射频模块解调后的电子标签数据的相关处理工作，并将处理结果送入读写器智能单元。
由图1可看出，RFID系统基本工作过程为：车载读写器1通过射频天线2发送一定频率的射频信号，等到地面电子标签3进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频标签获得能量被激活，标签将存储在芯片32中的信息通过卡内置天线31发送出去，系统射频天线2接收到从电子标签3发送来的载波信号，经射频天线调节器传送到读写器1，读写器1对接收的信号进行解调和解码后送到列车信息处理单元10和后台主系统11，列车信息处理单元10根据不同的标签信息做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
实施例：
选定总长为120m的列车6为研究对象，站台7总长度设置为124m，如图2所示，本发明的RFID辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统，在实际使用时具体包括以下步骤：
步骤1、在列车6上安装车载读写器1，在列车头底部的中心安装射频天线2，射频天线2位于轨道中心线正上方；
步骤2、当列车6精确停车时，列车头与站台终点9的距离为2m，列车尾与站台起点8的距离为2m；
步骤3、在轨道中心线上铺设地面电子标签3，根据本实施例设定的列车6长度和站台7长度，具体分为：
步骤31、列车6即将进站的轨道中心线上，每隔30m布设一个地面电子标签3，即，从距离站台起点8的3m处，按列车前进方向的相反方向每隔30m布设一个地面电子标签3，在此区段总共布设四个地面电子标签3；
步骤32、列车6进站后，在轨道中心线上每隔10m布设一个地面电子标签3，即，从距离站台起点8的3m处，沿着列车前进方向每隔10m布设一个地面电子标签，在此区段总共布设十二个地面电子标签3；
步骤33、从站台内最后一个电子标签3处，即距离站台终点9的7m处，沿列车6前进方向每隔100m布设一个地面电子标签3；
步骤4、将站台内最后一个电子标签3设置为列车6的停车标志位4；
步骤5、设置列车头的停车处为停车点5。
射频识别技术具有很多突出的优点：能实现对高速移动物体的迅速识别，可实现无源读取数据、免接触操作，无机械磨损，寿命长，应用便利，这些突出优点决定了该技术在城市轨道交通列车位置检测中应用的可行性与可靠性。在地铁列车运行过程中，因各种自然条件的限制，使得常规的车载编码里程仪测量值会存在积累误差的问题，因此，需要实时获得列车位置的绝对参考值，不断的对列车位置测量值进行校正。结合图3说明射频识别辅助的列车位置检测与精确停车工作流程。列车6运行时，位于列车头底部中心的车载读写器1会发出射频信号，一旦地面电子标签3对此做出响应，返回相应电子标签的芯片信息，则便可获得列车当前位置的绝对参考值，利用这一结果修正车载编码里程仪测量值以辅助车载ATO单元对列车的准确控制。这一过程在列车运行阶段不断重复，所不同的是，当列车即将进站时，地面电子标签3布设间距将大幅缩小，当列车进站准备停车时，电子标签布设间距将进一步缩小，这均是为实现列车精确停车采取的措施，当列车检测到含有停车标志位4信息的电子标签3时，车载ATO系统将最后一次启动制动装置，此时距离列车停车点还有5m的距离，因列车速度已较低且已获得列车的精确位置，可实现列车的精确、平稳停车。
本发明可实现地铁列车位置的实时检测和列车的精确停车，列车精确停车技术有效缩短了站台的长度，节约了投资成本，能最大限度的与站台屏蔽门相吻合，方便乘客上下车，满足乘客出行的舒适性需求。
Claims (2)
1. RFID辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统，包括车载读写器（1）、射频天线（2）、地面电子标签（3）、列车信息处理单元（10）和后台主系统（11），其特征在于：车载读写器（1）安装于地铁列车的头部，并与列车信息处理单元（10）连接；射频天线（2）安装于列车头底部的中心，并位于轨道中心线的正上方；轨道中心线上装有距离间隔不等的地面电子标签（3）。
2.根据权利要求1所述RFID辅助的地铁列车位置检测及精确停车系统，其特征在于：沿着列车的前进方向，在列车出站至再次进站前的行驶轨道上，每间隔100m设置一个地面电子标签（3）；在列车即将进站的行驶轨道中心线上每隔30m设置一个地面电子标签（3）；在列车进站的轨道中心线上每隔10m设置一个地面电子标签（3），并将最后一个电子标签位置作为停车标志位（4）。
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