CN102316541B - 一种基于gps的高速列车越区切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于GPS的高速列车越区切换方法，包括以下步骤：1)初始化；2)列车监控运行；3)计算列车当前公里标；4)判断当前公里标是否达到需要切换的数值，若为是，列车进行越区切换，若为否，返回步骤2)。与现有技术相比，本发明具有解决了现有技术在切换过程中的不稳定和时滞导致的通信中断问题等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车越区切换方法，尤其是涉及一种基于GPS的高速列车越区切换方法。
背景技术
随着我国高速铁路和客运专线建设，高速铁路的无线通信系统也得到了很大的发展，但是由于高铁列车的时速基本在250Km/h以上，而导致列车运行过程中越区切换频繁发生，切换性能对系统的服务质量和行车安全有很大的影响，如何使切换时间更短，切换成功率更高，以及更高的可靠性和有效性，都是高铁无线通信中需要解决的技术难题。
越区切换过程主要包括测量、触发、选择和执行四个过程。其中触发过程和选择过程在内部完成，这段时延可以忽略不计。而越区切换所需要的时间主要由测量过程时延和执行越区切换的时延两部分组成。测量过程的时延主要取决于对移动台和基站测量到的结果的处理时延，与所需处理数据量的大小有关。执行越区切换的时延又可分为激活目标小区信道需要的时间和移动台离开原信道调整到新信道所需的时间。切换执行时间主要取决于信令流程的复杂度和网络设备对信令的处理时间。
GPS是全球定位系统的简称，在静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等)。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。
移动通信系统中，如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，终端就会在两个基站中来回切换，产生所谓的“乒乓效应”，高速铁路中，由于地形天气的变化以及列车行驶的速度很快，如果采用基于信号强度的切换标准，上述情况就会很严重，导致通信的不稳定。
同时，基于信号强度的切换标准需要数据的测量与处理，考虑到列车高速行驶的情况，即使采用一定的手段来减少对无线链路测量的时间和数据，也会造成切换的延时，滞后等情况，导致通信的中断。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于GPS的高速列车越区切换方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于GPS的高速列车越区切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化；
2)列车监控运行；
3)计算列车当前公里标；
4)判断当前公里标是否达到需要切换的数值，若为是，列车进行越区切换，若为否，返回步骤2)。
所述的步骤3)计算列车当前公里标包括以下步骤：
31)GPS接收机获取列车信息；
32)设定当前列车位置为C点；
33)通过查询列车线路数据来获取与C点相邻位置的A点和B点；
34)计算A、B、C相互距离ab、ac、bc；
35)判断C是否在A、B之间，若为是，执行步骤38)，若为否，执行步骤36)；
36)判断C是否在B之后，若为是，执行步骤37)，若为否，返回步骤31)；
37)用当前B点代替A点，B下一点代替B点，并返回步骤34)；
38)判断ac是否小于30米或bc是否小于10米，若ac小于30米，取A点公里标作为当前公里标；若bc小于10米，取B点公里标作为当前公里标；若两者都不满足的话，当前公里标＝C点公里标+当前车速×GPS发送速度信息的间隔时间；若两者都满足，取B点公里标作为当前公里标。
所述的步骤31)中的列车信息包括列车移动速度、列车离基站的距离和载波到达方向与列车运动方向的夹角。
所述的步骤35)判断C是否在A、B之间具体如下：
若ac＜ab且bc＜ab，则C点位于AB两点之间；
若bc＞ab且ac＜bc，则C点位于B点外侧；
若ac＞ab且ac＜bc，则C点位于A点外侧。
所述的步骤38)的GPS发送速度信息的间隔时间为0.5S～1.5S。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)采用GPS技术测量列车的移动速度、列车离基站的距离和载波到达方向与列车运动方向的夹角，当列车运行到GPS定位指定位置时进行切换，解决了切换延时及不准确的问题；
2)解决了现有技术在切换过程中的不稳定和时滞导致的通信中断等问题。
附图说明
图1为本发明计算列车当前公里标的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于GPS的高速列车越区切换方法，包括以下步骤：
1)初始化；
2)列车监控运行；
3)计算列车当前公里标；
4)判断当前公里标是否达到需要切换的数值，若为是，列车进行越区切换，若为否，返回步骤2)。
如图1所示，所述的步骤3)计算列车当前公里标包括以下步骤：
31)GPS接收机获取列车信息；
32)设定当前列车位置为C点；
33)通过查询列车线路数据来获取与C点相邻位置的A点和B点；
34)计算A、B、C相互距离ab、ac、bc；
35)判断C是否在A、B之间，若为是，执行步骤38)，若为否，执行步骤36)；
36)判断C是否在B之后，若为是，执行步骤37)，若为否，返回步骤31)；
37)用当前B点代替A点，B下一点代替B点，并返回步骤34)；
38)判断ac是否小于30米或bc是否小于10米，若ac小于30米，取A点公里标作为当前公里标；若bc小于10米，取B点公里标作为当前公里标；若两者都不满足的话，当前公里标＝C点公里标+当前车速×GPS发送速度信息的间隔时间，其中GPS发送速度信息的间隔时间为1S；若两者都满足，取B点公里标作为当前公里标。
所述的步骤31)中的列车信息包括列车移动速度、列车离基站的距离和载波到达方向与列车运动方向的夹角。
所述的步骤35)判断C是否在A、B之间具体如下：
若ac＜ab且bc＜ab，则C点位于AB两点之间；
若bc＞ab且ac＜bc，则C点位于B点外侧；
若ac＞ab且ac＜bc，则C点位于A点外侧。
列车上安装GPS接收机，相对于传统的列车位置检知设备而言，GPS定位方法设备简单、精度高、成本低、体积小、维护方便。
同时，GPS作为一种高效准确的定位方式，定位误差不随着时间和距离而累积，它输出经纬度以及载体的运行速度和方位角信息，而列车进行切换时需要的是轨道公里标信息，因此采用GPS定位的前提是建立公里标和经纬度的对应关系。
差分GPS可以达到分米级的精度，可以采用差分GPS对整公里标采样，获得整公里标处准确的经纬度信息，并建立公里标与经纬度的对应关系数据库。数据库中，按照公里标从小到大的顺序依次保存各点信息，每条线路采用不同的数据文件存储。数据库建立之后，就可以利用轨道信息数据库和GPS进行联合定位。
此外，为实现曲线区段的定位，数据库中也保存了线路所有曲线起止点公里标和曲率半径。
数据库中存储了线路所有曲线的起止点位置以及曲率半径，当GPS接收到定位信息后，通过查询数据库中各曲线的位置就能判断出列车是为位于曲线上，此外，还可以通过以下方法来判断。
由于GPS可以获得速度和航向信息，单位时间内航向的差值即为角速度，则列车通过处的曲率半径为列车运行线速度与航向角速度的比值。在直线区段，曲率半径无穷大，在曲线区段，曲率半径应在规定的范围内。通过计算判断列车所处的线路形状以及曲率半径，将计算结果和数据库中存储的曲线信息进行逐一比对，可以进一步获得当前曲线的位置以及各项参数。
Claims (3)
1.一种基于GPS的高速列车越区切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化；
2)列车监控运行；
3)计算列车当前公里标；
4)判断当前公里标是否达到需要切换的数值，若为是，列车进行越区切换，若为否，返回步骤2)；
所述的步骤3)计算列车当前公里标包括以下步骤：
31)GPS接收机获取列车信息；
32)设定当前列车位置为C点；
33)通过查询列车线路数据来获取与C点相邻位置的A点和B点；
34)计算A、B、C相互距离ab、ac、bc；
35)判断C是否在A、B之间，若为是，执行步骤38)，若为否，执行步骤36)；
36)判断C是否在B之后，若为是，执行步骤37)，若为否，返回步骤31)；
37)用当前B点代替A点，B下一点代替B点，并返回步骤34)；
38)判断ac是否小于30米或bc是否小于10米，若ac小于30米，取A点公里标作为当前公里标；若bc小于10米，取B点公里标作为当前公里标；若两者都不满足的话，当前公里标＝C点公里标+当前车速×GPS发送速度信息的间隔时间；若两者都满足，取B点公里标作为当前公里标；
所述的步骤35)判断C是否在A、B之间具体如下：
若ac<ab且bc<ab，则C点位于AB两点之间；
若bc>ab且ac<bc，则C点位于B点外侧；
若ac>ab且ac<bc，则C点位于A点外侧；
在GPS定位前，先建立公里标和经纬度的对应关系，采用差分GPS对整公里标采样，获得整公里标处准确的经纬度信息，并建立公里标与经纬度的对应关系数据库，数据库中按照公里标从小到大的顺序依次保存各点信息，每条线路采用不同的数据文件存储，数据库建立之后，利用轨道信息数据库和GPS进行联合定位， 为实现曲线区段的定位，数据库中同时保存了线路所有曲线起止点公里标和曲率半径，当GPS接收到定位信息后，通过查询数据库中各曲线的位置就能判断出列车是否位于曲线上。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPS的高速列车越区切换方法，其特征在于，所述的步骤31)中的列车信息包括列车移动速度、列车离基站的距离和载波到达方向与列车运动方向的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于GPS的高速列车越区切换方法，其特征在于，所述的步骤38)的GPS发送速度信息的间隔时间为0.5S～1.5S。
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