CN104309650B - 基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置包括：全球定位信息测量天线、全球定位信息接收模块、关键点对标确认模块、LKJ数据接收模块、通信模块I、数据分析处理模块、通信模块II、输入输出模块、显示模块和电源模块，该车载轨道线路测量装置与LKJ2000设备进行数据通信。通过对轨道线路关键点的全球定位信息进行测量和记录，经过对同一轨道线路多次全球定位信息测量结果的统计分析，建立基于线路关键点的全球定位信息轨道数据库，比较线路关键点的LKJ信息和全球定位信息，从而对轨道线路进行精确测量，并且校验LKJ线路数据。可为机车车载设备提供精确的线路数据信息，为列车运行提供安全保障。

Description

基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置

技术领域

本发明涉及轨道线路测量技术领域，尤其涉及基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置。

背景技术

LKJ(列车运行监控装置)是以保障列车运行安全为主要目的的列车速度控制装置，具有防止列车冒进信号、运行超速和辅助司机操纵等功能。LKJ线路数据涉及机务、工务、电务、车辆、运输、信息等多个部门，数据来源复杂，标准不统一。上述部门提供相关技术资料的准确性直接影响LKJ功能控制，如果LKJ线路数据中的信号机间距离、坡度大小等信息不准确，可能会造成列车定位偏差过大、机车超速等问题，给行车安全带来隐患。

普通的GPS(全球定位系统)定位技术具有一定的定位精度、响应速度快等优点，已经广泛地应用车辆和铁路机车动车的定位，北斗卫星导航系统正在我国车辆等推广，但因其定位精度偏差较大、定位信息重复性差，无法满足铁路轨道线路数据测量要求；目前高精度全球定位信息如差分GPS或高精度北斗信号尚未应用于车载高精度轨道线路数据的测量以及对LKJ线路数据的校验。

目前的车载轨道线路测量装置仅对轨道线路上关键点的全球定位信息进行具有一定精度地测量，但没有接收LKJ线路数据和LKJ实时数据，没有考虑到对轨道线路关键点的LKJ数据进行校验，并且现有技术中的车载轨道线路测量装置的装置结构设计简单、现有技术的模块处理数据较慢、通信接口比较单一受限制，不能满足车载高精度轨道线路数据测量和对LKJ线路数据校验的需求。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，包括：全球定位信息测量天线、全球定位信息接收模块、关键点对标确认模块、LKJ数据接收模块、通信模块I、数据分析处理模块、通信模块II、输入输出模块、显示模块和电源模块，该车载轨道线路测量装置与LKJ2000设备进行数据通信；

所述全球定位信息测量天线接收全球定位卫星信号将该信号传送至全球定位信息接收模块，并由全球定位信息接收模块进行计算处理得到当前位置的全球定位信息；所述全球定位信息接收模块接收所述关键点对标确认模块传送的关键点对标指令信息，所述全球定位信息接收模块每次在接收关键点对标指令信息时同时记录下当前关键点的全球定位信息；

所述LKJ数据接收模块与LKJ2000设备相连接、接收LKJ2000设备传送的LKJ数据信息；

所述全球定位信息接收模块和LKJ数据接收模块将接收到的数据信息通过通信模块I传送至数据分析处理模块；

所述数据分析处理模块在轨道线路测量时，对关键点对标确认模块自动探测到的关键点轨道线路标志进行分析判断，判断是否为关键点线路标志和分析是哪一种关键点线路标志，并将判断结果传送至关键点对标确认模块，关键点对标确认模块根据判断结果选择是否发送关键点对标确认指令信息；在轨道线路测量时，所述数据分析处理模块将存储所有接收到的数据包括全球定位信息和LKJ数据信息；在轨道线路测量后，数据分析处理模块对关键点对标确认模块和全球定位信息接收模块多次测量接收的同一条轨道线路上关键点的全球定位信息进行统计分析处理、建立基于线路关键点的全球定位信息轨道数据库，将关键点的全球定位信息进行数据转换，综合考虑曲线坡道补偿，将实际线路转化为直线形式的线路数据信息，与LKJ信息进行数据分析和数据对比，对LKJ线路数据进行校验；

所述数据分析处理模块通过通信模块II将处理后的数据信息传送至输入输出模块和显示模块，所述输入输出模块与外界设备进行数据通信和人机交互；所述显示模块对数据分析处理模块处理后的数据信息进行实时显示；所述电源模块与数据分析处理模块相连接将外部环境电压转换为各模块所需的工作电压。

进一步的，所述关键点对标确认模块采用自动对标和手动对标方式探测线路关键点的轨道线路标志；所述关键点对标确认模块自动探测到线路关键点的轨道线路标志后，经过数据分析处理模块的识别确认，关键点对标确认模块自动向全球定位信息接收模块发送关键点对标确认指令；所述关键点对标确认模块手动探测到线路关键点的轨道线路标志后，直接向全球定位信息接收模块发送关键点对标确认指令。

进一步的，所述的线路关键点的轨道线路标志包括信号机、公里标、坡度标、曲线标、桥梁标、隧道标。

进一步的，所述LKJ数据包括LKJ线路数据和LKJ实时位置信息，所述LKJ数据接收模块在线路测量前只接收一次LKJ线路数据，所述LKJ数据接收模块在线路测量过程中对LKJ位置信息进行实时接收。

进一步的，所述LKJ线路数据校验包括：信号机距离校验、坡度数据校验、曲线数据校验、桥梁隧道位置校验；

所述信号机距离校验根据LKJ记录的通过相邻两个信号机的时间和相同时间下信号机关键点的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到相邻两个信号机之间的距离并与LKJ线路数据中的信号机距离进行比较，确定实际的信号机间的距离；

所述坡度数据校验是根据全球定位信息接收模块以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息和海拔高度信息，经过数据处理计算得到线路的坡度数据，并与LKJ坡度信息进行比较，确定实际坡度数据；

所述曲线数据校验是根据全球定位信息接收模块以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到轨道线路曲线处的曲线长度、曲线半径和曲线中点位置，并与LKJ曲线信息进行比较，确定实际曲线数据。

所述的桥梁隧道数据的校验是根据桥梁标和隧道标关键点的全球定位信息，以及手动对标方式获得的桥梁和隧道起始位置和结束位置的全球定位信息，经过数据处理计算得到桥梁和隧道的位置和长度，并与LKJ线路数据中对应的桥梁和隧道信息进行比较，确定实际的桥梁隧道数据。

进一步，所述全球定位信息接收模块接收全球定位信息时采用固定的时间间隔接收全球定位信息和根据关键点对标确认模块的确认指令接收当前时刻的全球定位信息。

所述全球定位信息测量天线和全球定位信息接收模块采用差分GPS天线和差分GPS接收模块或无线电指向标-差分北斗卫星导航系统；因此本发明公开的车载轨道线路测量装置不是基于普通的GPS定位系统或北斗导航定位系统，而是高精度定位系统如差分GPS位置信息定位系统或无线电指向标-差分北斗卫星导航系统等。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，通过对轨道线路上关键点全球定位信息进行测量和记录，经过对同一轨道线路多次测量接收的关键点的全球定位信息进行统计分析处理、建立基于线路关键点的全球定位信息轨道数据库，通过数据转换及运算处理与线路关键点的LKJ信息进行比较，从而对轨道线路进行精确测量，并且校验LKJ线路数据。可为机车车载设备提供精确的线路数据信息，为列车运行提供安全保障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中数据分析处理模块的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示：基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，包括：全球定位信息测量天线10、全球定位信息接收模块3、关键点对标确认模块1、LKJ数据接收模块2、通信模块I4、数据分析处理模块5、通信模块II6、输入输出模块7、显示模块8和电源模块9。该车载轨道线路测量装置与LKJ2000设备11进行数据通信。

所述全球定位信息测量天线10与全球定位信息接收模块3相连接，所述全球定位信息测量天线10接收全球定位卫星信号将该信号传送至全球定位信息接收模块3，并由全球定位信息接收模块3进行计算处理得到当前位置的全球定位信息。关键点对标确认模块1与全球定位信息接收模块3相连接，所述全球定位信息接收模块3接收所述关键点对标确认模块1传送的关键点对标指令信息，所述全球定位信息接收模块1每次在接收关键点对标指令信息时同时记录下当前关键点的全球定位信息，即：当全球定位信息接收模块1一旦接收到关键点对标指令后，就从全球定位信息测量天线10接收并记录下当前关键点的全球定位信息。所述LKJ数据接收模块2与LKJ2000设备11相连接、接收LKJ2000设备11传送的LKJ数据信息。

所述全球定位信息接收模块1和LKJ数据接收模块2将接收到的数据信息通过通信模块I4传送至数据分析处理模块5中进行数据处理。

如图2所示：所述数据分析处理模块5在轨道线路测量时，对关键点对标确认模块1自动探测到的关键点轨道线路标志进行分析判断，判断是否为关键点线路标志和分析是哪一种关键点线路标志，并将判断结果传送至关键点对标确认模块1，关键点对标确认模块1根据判断结果选择是否发送关键点对标确认指令信息；在轨道线路测量时，所述数据分析处理模块5将存储所有接收到的数据包括全球定位信息和LKJ数据信息；在轨道线路测量后，数据分析处理模块5对关键点对标确认模块1和全球定位信息接收模块3多次测量接收的同一条轨道线路上关键点的全球定位信息进行统计分析处理、建立基于线路关键点的全球定位信息轨道数据库，将关键点的全球定位信息进行数据转换，综合考虑曲线坡道补偿，将实际线路转化为直线形式的线路数据信息，与LKJ信息进行数据分析和数据对比，对LKJ线路数据进行校验。

所述数据分析处理模块5通过通信模块II6将处理后的数据信息传送至输入输出模块7和显示模块8，所述输入输出模块7与外界设备进行数据通信和人机交互。所述显示模块8对数据分析处理模块5处理后的数据信息进行实时显示。所述电源模块9与数据分析处理模块5相连接将外部环境电压转换为各模块所需的工作电压。关键点全球定位信息包括经度、纬度、海拔高度、时间等信息。

进一步的，所述关键点对标确认模块1采用自动对标和手动对标方式探测线路关键点的轨道线路标志；所述关键点对标确认模块1自动探测到线路关键点的轨道线路标志后，经过数据分析处理模块5的识别确认，关键点对标确认模块1自动向全球定位信息接收模块3发送关键点对标确认指令；所述关键点对标确认模块1手动探测到线路关键点的轨道线路标志后，直接向全球定位信息接收模块3发送关键点对标确认指令。

进一步的，所述的线路关键点的轨道线路标志包括信号机、公里标、坡度标、曲线标、桥梁标、隧道标、关键点对标确认模块1采用高清摄像图像识别的方式，当机车通过线路关键点如：信号机、公里标、坡度标、曲线标、桥梁隧道标等时，关键点对标确认模块1能够自动拍摄关键点的图像，后台软件经过分析处理确认后，关键点对标确认模块1将发送对标确认指令给全球定位信息接收模块3，接收当前关键点信息。

进一步的，所述LKJ数据包括LKJ线路数据和LKJ实时位置信息，所述LKJ数据接收模块2在线路测量前只接收一次LKJ线路数据，所述LKJ数据接收模块2在线路测量过程中对LKJ位置信息进行实时接收。

所述输入输出模块7具有与键盘、喇叭麦克等设备可以进行人机交互的输入输出接口，输入输出接口可以是CAN通信接口、RS232通信接口、USB接口、以太网接口等，这样能够将数据分析处理模块5中的数据上传和下载，或与其他外界设备进行数据的交换传输。显示模块8能够显示来自于数据分析处理模块5的数据信息，显示的内容包括：当前轨道的线路名称、LKJ实时位置信息、线路关键点的全球定位信息、LKJ线路数据的校验结果、输入命令的显示、故障报警信息等等。所述的电源模块9是将外部环境电压转换成各模块所需的工作电压。外界输入电压可以是AC220V、DC110V和DC74V等机车常用标准电压。此外也能够将电池电压转换成所需的稳定工作电压。

进一步的，所述LKJ线路数据校验包括：信号机距离校验、坡度数据校验、曲线数据校验、桥梁隧道位置校验；

所述信号机距离校验根据LKJ2000设备11记录的通过相邻两个信号机的时间和相同时间下信号机关键点的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到相邻两个信号机之间的距离并与LKJ线路数据中的信号机距离进行比较，确定实际的信号机间的距离；

所述坡度数据校验是根据全球定位信息接收模块3以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息和海拔高度信息，经过数据处理计算得到线路的坡度数据，并与LKJ坡度信息进行比较，确定实际坡度数据；

所述曲线数据校验是根据全球定位信息接收模块3以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到轨道线路曲线处的曲线长度、曲线半径和曲线中点位置，并与LKJ曲线信息进行比较，确定实际曲线数据。

所述的桥梁隧道数据的校验是根据桥梁标和隧道标关键点的全球定位信息，以及手动对标方式获得的桥梁和隧道起始位置和结束位置的全球定位信息，经过数据处理计算得到桥梁和隧道的位置和长度，并与LKJ线路数据中对应的桥梁和隧道信息进行比较，确定实际的桥梁隧道数据。

本发明公开的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，不是普通的GPS定位系统或北斗导航定位系统，而是高精度定位系统如差分GPS位置信息定位系统或无线电指向标-差分北斗卫星导航系统等，例如采用OmniSTAR高精度GPS信号，其HP信号服务水平精度±15cm，高度精度±30cm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，该装置安装于待测量轨道线路的运行机车车辆上,其特征在于包括：全球定位信息测量天线、全球定位信息接收模块、关键点对标确认模块、LKJ数据接收模块、通信模块I、数据分析处理模块、通信模块II、输入输出模块、显示模块和电源模块，该车载轨道线路测量装置与LKJ2000设备进行数据通信；

所述全球定位信息测量天线接收全球定位卫星信号将该信号传送至全球定位信息接收模块，并由全球定位信息接收模块进行计算处理得到当前位置的全球定位信息；所述全球定位信息接收模块接收所述关键点对标确认模块传送的关键点对标指令信息，所述全球定位信息接收模块每次在接收关键点对标指令信息时同时记录下当前关键点的全球定位信息；

所述LKJ数据接收模块与LKJ2000设备相连接、接收LKJ2000设备传送的LKJ数据信息；

所述全球定位信息接收模块和LKJ数据接收模块将接收到的数据信息通过通信模块I传送至数据分析处理模块；

所述数据分析处理模块在轨道线路测量时，对关键点对标确认模块自动探测到的关键点轨道线路标志进行分析判断，判断是否为关键点线路标志和分析是哪一种关键点线路标志，并将判断结果传送至关键点对标确认模块，关键点对标确认模块根据判断结果选择是否发送关键点对标确认指令信息；在轨道线路测量时，所述数据分析处理模块将存储所有接收到的数据包括全球定位信息和LKJ数据信息；在轨道线路测量后，数据分析处理模块对关键点对标确认模块和全球定位信息接收模块多次测量接收的同一条轨道线路上关键点的全球定位信息进行统计分析处理、建立基于线路关键点的全球定位信息轨道数据库，将关键点的全球定位信息进行数据转换，综合考虑曲线坡道补偿，将实际线路转化为直线形式的线路数据信息，与LKJ信息进行数据分析和数据对比，对LKJ线路数据进行校验；

所述数据分析处理模块通过通信模块II将处理后的数据信息传送至输入输出模块和显示模块，所述输入输出模块与外界设备进行数据通信和人机交互；所述显示模块对数据分析处理模块处理后的数据信息进行实时显示；所述电源模块与数据分析处理模块相连接将外部环境电压转换为各模块所需的工作电压；

所述LKJ数据包括LKJ线路数据和LKJ实时位置信息，所述LKJ数据接收模块在线路测量前只接收一次LKJ线路数据，所述LKJ数据接收模块在线路测量过程中对LKJ位置信息进行实时接收；

所述LKJ线路数据校验包括：信号机距离校验、坡度数据校验、曲线数据校验、桥梁隧道位置校验；

所述信号机距离校验根据LKJ记录的通过相邻两个信号机的时间和相同时间下信号机关键点的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到相邻两个信号机之间的距离并与LKJ线路数据中的信号机距离进行比较，确定实际的信号机间的距离；

所述坡度数据校验是根据全球定位信息接收模块以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息和海拔高度信息，经过数据处理计算得到线路的坡度数据，并与LKJ坡度信息进行比较，确定实际坡度数据；

所述曲线数据校验是根据全球定位信息接收模块以固定时间间隔接收记录的全球定位经纬度信息，经过数据处理计算得到轨道线路曲线处的曲线长度、曲线半径和曲线中点位置，并与LKJ曲线信息进行比较，确定实际曲线数据；

所述的桥梁隧道数据的校验是根据桥梁标和隧道标关键点的全球定位信息，以及手动对标方式获得的桥梁和隧道起始位置和结束位置的全球定位信息，经过数据处理计算得到桥梁和隧道的位置和长度，并与LKJ线路数据中对应的桥梁和隧道信息进行比较，确定实际的桥梁隧道数据。

2.根据权利要求1所述的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，其特征还在于：所述关键点对标确认模块采用自动对标和手动对标方式探测线路关键点的轨道线路标志；所述关键点对标确认模块自动探测到线路关键点的轨道线路标志后，经过数据分析处理模块的识别确认，关键点对标确认模块自动向全球定位信息接收模块发送关键点对标确认指令；所述关键点对标确认模块手动探测到线路关键点的轨道线路标志后，直接向全球定位信息接收模块发送关键点对标确认指令。

3.根据权利要求2所述的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，其特征还在于：所述的线路关键点的轨道线路标志包括信号机、公里标、坡度标、曲线标、桥梁标、隧道标。

4.根据权利要求1所述的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，其特征还在于：所述全球定位信息接收模块接收全球定位信息时采用固定的时间间隔接收全球定位信息和根据关键点对标确认模块的确认指令接收当前时刻的全球定位信息。

5.根据权利要求1所述的基于高精度全球定位系统的高精度车载轨道线路测量装置，其特征还在于：所述全球定位信息测量天线和全球定位信息接收模块采用差分GPS天线和差分GPS接收模块或无线电指向标-差分北斗卫星导航系统。