CN104401368B - 基于轨道电路与dgps的机车定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，该系统包括地面设备和车载设备，所述地面设备包括DGPS基站、跟踪定位服务器、通信服务器、联锁状态采集服务器、3G基站和若干跟踪定位客户端，车载设备包括车载定位主机、3G数据传输单元、DGPS模块、显示器、传感器组、车列检测器和若干电子挂接器。本发明还提供一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法。本发明可以提高机车位置检测的准确度和精确度，为进一步优化调度策略提供了有力的、准确的数据来源。

Description

基于轨道电路与DGPS的机车定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及机车定位技术领域，具体是一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统及其定位方法。

背景技术

目前，工业现场的铁路轨道在电气上是由多段分节组成的，其中的每一段称为轨道区段，每段轨道区段上有用于检测机车是否压在本区段上的轨道电路检测装置，当机车在铁路上行驶时，相配套的计算机联锁系统可以通过轨道电路检测装置实时检测出机车处于哪一个区段上，通过这种方式可以跟踪定位出机车在某一个区段内。但是一个区段一般为几十到几百米，通过这种方式来进行机车定位存在很大的误差。

针对这种情况，市面上常见轨道电路推算、采用GPS测量或在机车上加装点式应答器设备的方法来进行机车定位。

对于轨道电路推算的定位方法，不需要增加太多的硬件设备成本，但对计算机联锁系统的要求太高，不能存在轨道区段故障或误报情况，并且当出现一些特殊的轨道区段时，系统会产生误判，在实际使用过程中效果并不理想。

对于采用GPS的定位方法，可以方便地定位出机车的位置，但由于GPS设备不便于安装在车皮上，导致无法定位挂接的车皮位置和机车挂接车皮的数目。

对于加装点式应答器的定位方法，需要在每个机车头上安装读卡器，并在地面特定位置安装点式应答器，在机车头通过点式应答器时可以检测出机车的位置，这种方法具有位置检测准确的优点，但是同样存在着不便于安装在车皮上的缺点，不能定位挂接的车皮位置和机车挂接车皮的数目。同时考虑到设备成本与安装维护成本，点式应答器不可能连续或过多安装，所以采用此方法得到的机车位置也不是连续的，无法全程跟踪定位机车的位置，具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统及其定位方法，可以对机车及车皮进行精确跟踪定位，从而形成准确的机车运行报表，为进一步优化调度策略提供有力的、准确的数据来源。

本发明的技术方案为：

一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，该系统包括地面设备和车载设备，所述地面设备包括DGPS基站、跟踪定位服务器、通信服务器、联锁状态采集服务器、3G基站和若干跟踪定位客户端，车载设备包括车载定位主机、3G数据传输单元、DGPS模块、显示器、传感器组、车列检测器和若干电子挂接器；

所述DGPS基站的输出端与跟踪定位服务器的输入端连接，所述跟踪定位服务器通过物流系统专网与跟踪定位客户端交互式连接，所述通信服务器通过物流系统专网分别与跟踪定位服务器和联锁状态采集服务器交互式连接，所述通信服务器通过3G基站和3G数据传输单元与车载定位主机交互式连接；

所述车载定位主机与DGPS模块交互式连接，所述若干电子挂接器分别设置在机车两端和车皮两端，其输出端与车列检测器的输入端连接，所述车列检测器的输出端与车载定位主机的输入端连接，所述传感器组由若干传感器组成，其输出端与车载定位主机的输入端连接，所述车载定位主机的输出端与显示器的输入端连接。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，所述DGPS基站的输出端通过串口与跟踪定位服务器的输入端连接。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，所述3G数据传输单元通过串口与车载定位主机交互式连接。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，所述DGPS模块内嵌在车载定位主机上，所述车载定位主机通过串口与DGPS模块交互式连接。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，所述电子挂接器的输出端通过2.4GHz无线网络与车列检测器的输入端连接，所述车列检测器的输出端通过485总线与车载定位主机的输入端连接。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，所述车载定位主机的输出端通过VGA线缆与显示器的输入端连接。

所述的一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法，包括以下步骤：

（1）跟踪定位服务器实时采集DGPS基站发送过来的GPS差分校准数据和精确时间，并将GPS差分校准数据通过通信服务器、3G基站和3G数据传输单元转发至车载定位主机，精确时间用于地面设备的精确时间校准；

（2）车载定位主机将GPS差分校准数据发送至DGPS模块，DGPS模块9将精确时间和差分校准后的经纬度坐标信息发送至车载定位主机；

（3）联锁状态采集服务器实时采集联锁站场状态信息，包括行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度，并将其通过通信服务器、3G基站和3G数据传输单元转发至车载定位主机；

（4）电子挂接器将挂接信息发送至车列检测器，车列检测器再转发至车载定位主机；

（5）传感器组实时采集机车工况信息，包括机车运行速度和机车运行方向，并将其发送至车载定位主机；

（6）车载定位主机根据差分校准后的经纬度坐标信息，结合预先生成的站场轨道区段GIS地图，匹配出当前机车所在轨道的具体位置；并利用行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度对该位置进行复核，得到当前机车的精确位置，并在显示器上进行显示；

（7）若机车处于DGPS卫星信号盲区，DGPS模块获取的经纬度坐标未被差分校准或DGPS模块无数据输出时，则车载定位主机通过轨道电路占用空闲状态、行车预排的进度并结合机车运行速度对机车定位；

（8）车载定位主机根据车列检测器上报的车皮挂接数量并结合预先存储的车皮参数计算出整个车列的长度，并利用行车作业计划对计算出的车列长度进行复核，再结合传感器组上报的机车工况信息确定机车在车列中的位置，得到机车挂接的车皮的精确位置；

（9）车载定位主机通过3G数据传输单元和3G基站将联锁站场状态信息、机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息实时上报至通信服务器，并通过通信服务器转发至跟踪定位服务器进行处理；

（10）跟踪定位客户端接收跟踪定位服务器处理后的联锁站场状态信息、机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息，在预先配置的联锁站场模拟图和站场轨道区段GIS地图上显示，并统计出机车运行的公里数和机车油耗，生成机车利用率报表。

所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法，步骤（6）中，所述站场轨道区段GIS地图的生成包括以下步骤：

（1）车载定位主机通过DGPS模块获取机车运行的实时经纬度坐标信息和精确时间；

（2）结合联锁状态采集服务器实时采集记录的对应机车运行的轨道区段占用和出清的精确时间，绘制生成轨道区段的实际图形轨迹；

（3）根据轨道区段的占用、出清的精确时间来判别实际图形上每个轨道区段的起始、终止的经纬度坐标，形成站场轨道区段GIS地图。

由上述技术方案可知，本发明通过采集DGPS定位数据并结合联锁站场状态信息、车列检测器信息和机车传感采集信息等来实时追踪计算出机车和车皮在铁路上行驶的精确位置，并将精确的定位信息实时上报给地面跟踪定位服务器，为铁路运输调度的实时跟踪和报表统计提供了精准的数据，与其它同类发明相比，本发明可以提高机车位置检测的准确度和精确度，为进一步优化调度策略提供了有力的、准确的数据来源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统，包括地面设备和车载设备，地面设备包括跟踪定位服务器1、跟踪定位客户端2、通信服务器3、联锁状态采集服务器4、3G基站5和DGPS基站6，车载设备包括车载定位主机7、3G数据传输单元8、DGPS模块9、显示器10、车列检测器11、电子挂接器12和传感器组13。

跟踪定位服务器1、跟踪定位客户端2、通信服务器3、联锁状态采集服务器4和DGPS基站6设立在区域中心，其中，跟踪定位客户端2根据需要设置若干个，通信服务器3安装双网卡，一个网卡连接物流系统专网，另一个网卡通过Internet网络与运营商的3G基站5连接。

车载定位主机7安装在机车上，DGPS模块9内嵌在车载定位主机7上，3G数据传输单元8、显示器10、车列检测器11和传感器组13设置在车载定位主机7外部，其中，传感器组13包括若干个传感器，用于采集机车工况信息。在每台机车两端和车皮两端均安装有一个电子挂接器12。

DGPS基站6的输出端通过串口与跟踪定位服务器1的输入端连接，跟踪定位服务器1通过物流系统专网与跟踪定位客户端2交互式连接；通信服务器3通过物流系统专网分别与跟踪定位服务器1和联锁状态采集服务器4交互式连接；通信服务器3通过Internet与3G基站5交互式连接，3G基站5与3G数据传输单元8交互式连接。

3G数据传输单元8通过串口与车载定位主机7交互式连接，车载定位主机7通过串口与DGPS模块9交互式连接；车载定位主机7的输出端通过VGA线缆与显示器10的输入端连接；电子挂接器12的输出端通过2.4GHz无线网络与车列检测器11的输入端连接，车列检测器11的输出端通过485总线与车载定位主机7的输入端连接；传感器组13的输出端与车载定位主机7的输入端电连接。

一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法，包括以下步骤：

S1、跟踪定位服务器1通过串口实时采集DGPS基站6发送过来的GPS差分校准数据和精确时间，并将GPS差分校准数据通过通信服务器3、3G基站5和3G数据传输单元8转发至车载定位主机7，精确时间用于地面设备的精确时间校准；

S2、车载定位主机7将GPS差分校准数据通过串口发送至DGPS模块9，实现DGPS模块9的差分校准，DGPS模块9将精确时间和差分校准后的经纬度坐标信息发送至车载定位主机7；

S3、联锁状态采集服务器4实时采集联锁站场状态信息，包括行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度等，并将其通过通信服务器3、3G基站5和3G数据传输单元8转发至车载定位主机7；

S4、电子挂接器12通过2.4GHz无线网络将挂接信息发送至车列检测器11，车列检测器11再通过485总线将最终的挂接信息发送至车载定位主机7；

S5、传感器组13实时采集机车工况信息，包括机车运行速度和机车运行方向，并将其发送至车载定位主机7；

S6、车载定位主机7通过DGPS模块9上报的差分校准后的经纬度坐标信息，结合预先存储在车载定位主机7中的站场轨道区段GIS地图，匹配出当前机车所在轨道的具体位置，并通过行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度对该位置进行复核，从而得到当前机车的精确位置，并在显示器10上进行显示；

S7、若机车处于DGPS卫星信号盲区，DGPS模块9获取的经纬度坐标未被差分校准或DGPS模块9无数据输出时，则车载定位主机7通过轨道电路占用空闲状态、行车预排的进度并结合机车运行速度来确定机车的位置；

S8、车载定位主机7根据车列检测器11上报的车皮挂接数量并结合预先存储的车皮类型、长度等参数计算出整个车列的长度，并通过行车作业计划对计算出的车列长度进行复核，再结合传感器组13上报的机车工况信息，确定机车在车列中的位置，从而得到机车挂接的车皮的精确位置；

S9、车载定位主机7通过3G数据传输单元8和3G基站5实时上报联锁站场状态信息、机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息至通信服务器3，并通过通信服务器3转发至跟踪定位服务器1进行处理；

S10、跟踪定位客户端2采用TCP连接方式与跟踪定位服务器1进行通信，接收跟踪定位服务器1处理后的联锁站场状态信息、机车工况信息、机车精确位置、机车运行方向和机车挂接的车皮信息和数量，并在预先配置的联锁站场模拟图和站场轨道区段GIS地图上显示；同时通过跟踪定位客户端2可以精确统计出机车运行的公里数和机车油耗，生成机车利用率报表。

上述步骤中，站场轨道区段GIS地图的生成包括：车载定位主机7通过DGPS模块9获取机车运行的实时经纬度坐标信息和精确时间，结合联锁状态采集服务器4实时采集记录的对应机车运行的轨道区段占用和出清的精确时间，绘制生成轨道区段的实际图形轨迹，并根据轨道区段的占用、出清的精确时间来判别实际图形上每个轨道区段的起始、终止的经纬度坐标，进而形成一个站场轨道区段GIS地图。

本发明能够实现以下功能：

（1）无线传输功能

本发明采用公用3G网络，每台机车安装一个3G数据传输单元8，通过3G基站5与通信服务器3进行数据通信，实现联锁站场状态信息、DGPS差分校准信息的实时下发，同时实现机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息的实时上报。

（2）DGPS差分定位功能

跟踪定位服务器1通过串口与DGPS基站6连接，实时采集DGPS基站6发送过来的精确时间和GPS差分校准数据，其中，精确时间用于地面设备的精确时间校准，GPS差分校准数据通过通信服务器3、3G基站5和3G数据传输单元8转发至车载定位主机7，车载定位主机7将GPS差分校准数据通过串口发送至DGPS模块9，实现DGPS模块9的差分校准。同时车载定位主机7通过串口读取DGPS模块9输出的精确时间和被差分校准后的经纬度坐标信息。

（3）轨道电路定位功能

联锁状态采集服务器4实时采集联锁站场状态信息，并通过通信服务器3、3G基站和3G数据传输单元8转发至车载定位主机7，同时车载定位主机7通过传感器组13实时采集机车速度等机车工况信息，进而推算出机车所处轨道区段内的精确位置，具体轨道电路推算通过已有算法获得。

（4）机车挂接信息获取功能

采用一套电子感应器来获取机车挂接信息。在机车上安装一台车列检测器11，机车和车皮的两端均安装一个电子挂接器12，通过2.4GHz无线网络实现了电子挂接器与车列检测器11之间的数据传输，并将最终的挂接信息通过485总线发送至车载定位主机7。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法，该系统包括地面设备和车载设备，所述地面设备包括DGPS基站、跟踪定位服务器、通信服务器、联锁状态采集服务器、3G基站和若干跟踪定位客户端，所述车载设备包括车载定位主机、3G数据传输单元、DGPS模块、显示器、传感器组、车列检测器和若干电子挂接器；

所述DGPS基站的输出端与跟踪定位服务器的输入端连接，所述跟踪定位服务器通过物流系统专网与跟踪定位客户端交互式连接，所述通信服务器通过物流系统专网分别与跟踪定位服务器和联锁状态采集服务器交互式连接，所述通信服务器通过3G基站和3G数据传输单元与车载定位主机交互式连接；

所述车载定位主机与DGPS模块交互式连接，所述若干电子挂接器分别设置在机车两端和车皮两端，其输出端与车列检测器的输入端连接，所述车列检测器的输出端与车载定位主机的输入端连接，所述传感器组由若干传感器组成，其输出端与车载定位主机的输入端连接，所述车载定位主机的输出端与显示器的输入端连接；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）跟踪定位服务器实时采集DGPS基站发送过来的GPS差分校准数据和精确时间，并将GPS差分校准数据通过通信服务器、3G基站和3G数据传输单元转发至车载定位主机，精确时间用于地面设备的精确时间校准；

（2）车载定位主机将GPS差分校准数据发送至DGPS模块，DGPS模块9将精确时间和差分校准后的经纬度坐标信息发送至车载定位主机；

（3）联锁状态采集服务器实时采集联锁站场状态信息，包括行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度，并将其通过通信服务器、3G基站和3G数据传输单元转发至车载定位主机；

（4）电子挂接器将挂接信息发送至车列检测器，车列检测器再转发至车载定位主机；

（5）传感器组实时采集机车工况信息，包括机车运行速度和机车运行方向，并将其发送至车载定位主机；

（6）车载定位主机根据差分校准后的经纬度坐标信息，结合预先生成的站场轨道区段GIS地图，匹配出当前机车所在轨道的具体位置；并利用行车作业计划、轨道电路占用空闲状态和行车预排的进度对该位置进行复核，得到当前机车的精确位置，并在显示器上进行显示；

（7）若机车处于DGPS卫星信号盲区，DGPS模块获取的经纬度坐标未被差分校准或DGPS模块无数据输出时，则车载定位主机通过轨道电路占用空闲状态、行车预排的进度并结合机车运行速度对机车定位；

（8）车载定位主机根据车列检测器上报的车皮挂接数量并结合预先存储的车皮参数计算出整个车列的长度，并利用行车作业计划对计算出的车列长度进行复核，再结合传感器组上报的机车工况信息确定机车在车列中的位置，得到机车挂接的车皮的精确位置；

（9）车载定位主机通过3G数据传输单元和3G基站将联锁站场状态信息、机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息实时上报至通信服务器，并通过通信服务器转发至跟踪定位服务器进行处理；

（10）跟踪定位客户端接收跟踪定位服务器处理后的联锁站场状态信息、机车工况信息、机车定位信息和机车挂接信息，在预先配置的联锁站场模拟图和站场轨道区段GIS地图上显示，并统计出机车运行的公里数和机车油耗，生成机车利用率报表。

2.根据权利要求1所述的基于轨道电路与DGPS的机车定位系统的定位方法，其特征在于，步骤（6）中，所述站场轨道区段GIS地图的生成包括以下步骤：

（1）车载定位主机通过DGPS模块获取机车运行的实时经纬度坐标信息和精确时间；

（2）结合联锁状态采集服务器实时采集记录的对应机车运行的轨道区段占用和出清的精确时间，绘制生成轨道区段的实际图形轨迹；

（3）根据轨道区段的占用、出清的精确时间来判别实际图形上每个轨道区段的起始、终止的经纬度坐标，形成站场轨道区段GIS地图。