CN104408972A - 一种基于dgps的矿用车辆防碰撞装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，该装置包括固定设备和车载处理显示设备，所述固定设备包括差分基准站、跟踪定位服务器和调度联锁主机，所述车载处理显示设备包括车辆主控模块、GPS模块、液晶显示器和通信模块，所述差分基准站的GPS接收天线架设于矿区已知坐标的基准点上。本发明还提供一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法。本发明可以提高车辆位置检测的精确度，为解决车辆之间的安全预警提供了先进的手段和方法，也解决了矿用车辆防碰撞的难题，进而达到了保障矿用车辆安全行驶的目的,减轻了司乘人员的劳动强度。

Description

一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置及其控制方法

 

技术领域

本发明涉及矿山车辆位置检测与行驶安全控制技术领域，具体是一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置及其控制方法。

 

背景技术

重型卡车运输是目前大型矿区生产运输的最主要形式之一，由于卡车车体庞大存在盲区，在盲区范围内司机看不到卡车周围的人或物体，加之运输线路复杂，弯道、斜坡道较多和作业环境恶劣，雨、雪、雾、夜、扬尘等天气影响司机视线，司机疏忽等原因，使得车辆相碰、相撞事故时有发生，成为矿区能否安全运输的主要问题。

近年来，国外在矿山卡车防碰撞问题上已有相关的研究报道，大多采用雷达技术，但也是处于研究阶段，并且价格较高，很难在国内推广应用。在我国，这方面的技术也基本上处于刚刚起步，车辆之间的防碰撞所采取的手段多为超声波短距离测距、雷达、激光等技术来实现防碰撞系统，但是由于它们都存在局限性，比如超声波受天气影响比较大，雷达容易受到其它车辆的电磁干扰，激光也易受到天气影响且能量大，对人眼有很强的杀伤性等，使用效果都不太理想，而且无法解决远距离报警和长期现场使用的问题。

GPS（Global Positioning System）——“全球卫星定位系统”，是美国国防部安排部署的，其首要任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。其次，也为民用、商用提供定位、导航、测速、授时等数据服务。GPS能为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、三维测速和时间基准。由于这一系统在定位、导航、测速、授时等方面的高效率、高精度、多功能、易移动、低价格，它在地球科学中应用广泛。

为了得到露天矿山车辆的位置信息，GPS技术是最为可选可用的。在方圆数十公里的范围内，对任意车辆位置坐标的不断跟踪，是解决车辆防碰撞问题的根本措施。特别是如果能知道对方车辆所在位置，计算两者之间的距离，不仅能进行事故防范，而且也能做到远距离预警。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度不高，并随着芯片和厂家的不同而异。如何提高GPS的定位精度，是矿用车辆防碰撞亟待解决的问题。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置及其控制方法，可以对矿区车辆位置、运行速度及方向进行精确检测，使矿区车辆的运行更加安全可靠，保障矿用车辆安全行驶，减轻司乘人员的劳动强度。

本发明的技术方案为：

一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，该装置包括固定设备和车载处理显示设备，所述固定设备包括差分基准站、跟踪定位服务器和调度联锁主机，所述车载处理显示设备包括车辆主控模块、GPS模块、液晶显示器和通信模块，所述差分基准站的GPS接收天线架设于矿区已知坐标的基准点上，所述差分基准站和调度联锁主机均与跟踪定位服务器交互式连接，所述跟踪定位服务器通过通信模块与车辆主控模块交互式连接，所述车辆主控模块与GPS模块交互式连接，所述车辆主控模块的输出端与液晶显示器的输入端连接。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，所述车载处理显示设备还包括语音模块，所述语音模块的输入端与车辆主控模块的输出端连接。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，所述差分基准站和调度联锁主机均通过矿用工业以太网与跟踪定位服务器连接。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，所述车辆主控模块分别通过现场总线与GPS模块、液晶显示器和通信模块连接。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，所述通信模块具有多种通信接口，包括GPRS通信接口、3G通信接口、4G通信接口和数传电台通信接口。

一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，包括以下步骤：

（1）差分基准站根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标，按照设定的输出频率定期计算出修正参数，并实时地将修正参数发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器通过通信网络向矿区车辆的车载处理显示设备广播发送；

（2）车载处理显示设备的通信模块接收到修正参数后，通过车辆主控模块将其转发给GPS模块，GPS模块对当前的单点定位的坐标进行修正，并通过车辆主控模块在液晶显示器上显示当前车辆位置；

（3）车辆主控模块通过通信模块和通信网络将GPS模块实时采集的车辆运行信息包括车辆位置坐标、行驶速度、运行方向发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器将其转发给调度连锁主机，调度连锁主机对矿区所有车辆的运行信息进行联锁运算，实时地计算出车辆之间的相互距离及运行状态,并显示到GIS地图上；

（4）调度联锁主机通过矿用工业以太网，将其对矿区所有车辆运行信息进行联锁运算后所获取的车辆之间的相互距离及运行状态数据发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器通过通信网络发送给矿区所有车辆的车载处理显示设备；

（5）车载处理显示设备的通信模块接收到数据后，将其转发给车辆主控模块，车辆主控模块按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向显示于液晶显示器，同时根据事先规定的报警模式，通过语音模块给出预警信号。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，步骤（3）还包括：调度联锁主机对矿区所有车辆的运行信息进行存储，并对存储的数据进行回放分析。

所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，步骤（5）中，所述车辆主控模块按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向以电子罗盘的形式显示于液晶显示器，所述电子罗盘给出车辆的方位和车头方向。

本发明可以提高车辆位置检测的精确度，为解决车辆之间的安全预警提供了先进的手段和方法，也解决了矿用车辆防碰撞的难题，进而达到了保障矿用车辆安全行驶的目的。同时，由于车辆处理显示设备的通信模块支持多种通信接口，可以根据矿山现场实际情况进行选择，施工部署比较方便，并且成本低廉。

  

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明中两车相对运动处于接近状态的示意图；

图3是本发明中两车处于分离状态或处于停止状态的示意图。

 

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DGPS的矿用车辆防碰撞装置，包括设置在调度中心的固定设备1和设置在矿区车辆上的车载处理显示设备2，固定设备1包括差分基准站11、跟踪定位服务器12和调度联锁主机13，车载处理显示设备2包括车辆主控模块21、GPS模块22、液晶显示器23、语音模块24和通信模块25。差分基准站11和调度联锁主机13均与跟踪定位服务器12交互式连接，跟踪定位服务器12通过通信模块25与车辆主控模块21交互式连接，车辆主控模块21与GPS模块22交互式连接，车辆主控模块21的输出端分别与液晶显示器23和语音模块24的输入端连接。

差分基准站11的GPS接收天线架设于矿区已知坐标的基准点上，并且使天线固定不摇晃。跟踪定位服务器12配置双网卡，内网网卡连接矿用工业以太网，与差分基准站11和调度联锁主机13交互数据；外网网卡连接互联网，需配置公网IP地址，通过通信网络与车载处理显示设备2的通信模块25通信，起到统一发送与接收矿区所有车辆信息的作用。通信模块25具有多种通信接口，支持GPRS、3G、4G和数传电台，可实现超远距离信息传输。车辆主控模块21与GPS模块22、液晶显示器23、语音模块24和通信模块25通过各种现场总线实现连接。

一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、差分基准站11根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标，按照设定的输出频率定期计算出修正参数，并实时地将修正参数发送给跟踪定位服务器12；

S2、跟踪定位服务器12通过通信网络向车载处理显示设备2广播发送，车载处理显示设备2的通信模块25接收到修正参数后，通过车辆主控模块21将其转发给GPS模块22，GPS模块22对单点定位的坐标进行修正，并通过车辆主控模块21在液晶显示器23上显示当前车辆位置；

S3、车辆主控模块21通过通信模块25和通信网络将GPS模块22实时采集的车辆位置坐标、行驶速度、运行方向等信息发送给跟踪定位服务器12，跟踪定位服务器12将其转发给调度联锁主机13，调度联锁主机13据此对矿区所有车辆的信息进行联锁运算，实时地计算出车辆之间的相互距离及运行状态,并显示到GIS地图上；

S4、调度联锁主机13通过矿用工业以太网，将其对矿区所有车辆信息进行联锁运算后所获取的车辆之间的相互距离及运行状态数据发送给跟踪定位服务器12，跟踪定位服务器12通过通信网络发送给矿区所有车辆的车载处理显示设备2；

S5、车载处理显示设备2的通信模块25接收到数据后，将其转发给车辆主控模块21，车辆主控模块21按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向以电子罗盘的形式显示于液晶显示器23，同时根据预先规定的报警模式，通过语音模块24给出预警信号。

为了消除或减少GPS误差，提高定位精度，本发明采用差分技术（Differential GPS，简称DGPS），利用地面的差分基准站11确定坐标功能来协助GPS模块22进行定位，提高了车辆相对位置的精度。

本发明能够实现以下功能：

（1）无线传输功能

当差分基准站11需要发送数据到矿区车辆上的通信模块25时，其先把数据通过矿用工业以太网发送给跟踪定位服务器12，再由跟踪定位服务器12通过通信网络把数据发送到通信模块25；当矿区车辆上的车辆主控模块21需要上报数据到调度联锁主机13时，首先由通信模块25通过公网把数据发送给跟踪定位服务器12，然后由跟踪定位服务器12将其转发给调度联锁主机13。调度联锁主机13发送数据到矿区车辆上的流程与此相反。

（2）车辆位置精确定位功能

差分基准站11的GPS接收天线架设于矿区已知坐标的基准点上，差分基准站11根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标，按照设定的输出频率定期计算出修正参数，并实时地将修正参数通过通信网络发送到跟踪定位服务器12，然后由跟踪定位服务器12通过通信网络向车载处理显示设备2广播发送，车载处理显示设备2的通信模块25接收到修正参数后，通过车辆主控模块21将其转发给GPS模块22，GPS模块22对当前的单点定位的坐标进行修正，实现精确定位，并通过车辆主控模块21在液晶显示器23上显示当前车辆位置。

（3）机车预警防碰撞功能

本发明的预警防碰撞控制采取声音报警、图像显示两种措施。车辆主控模块21通过通信模块25和通信网络将GPS模块22实时采集的车辆位置、速度、运行方向等信息发送给跟踪定位服务器12，跟踪定位服务器12将其转发给调度联锁主机13，调度联锁主机13据此对矿区所有车辆的信息进行联锁运算，实时地计算出车辆之间的相互距离及运行状态,并显示到GIS地图上，可以使调度管理人员非常明确、直观地查看到矿区车辆分布情况，便于工作任务调度。

同时，调度联锁主机13通过矿用工业以太网，将其对矿区所有车辆信息进行联锁运算后所获取的车辆之间的相互距离及运行状态数据发送给跟踪定位服务器12，然后由跟踪定位服务器12利用通信网络发送给矿区所有车辆的车载处理显示设备2，车载处理显示设备2的通信模块25接收到数据后，将其转发给车辆主控模块21，然后车辆主控模块21按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向以电子罗盘的形式显示于液晶显示器23。最后，车辆主控模块21通过语音模块24，根据事先规定的报警模式，给出预警信号。

在矿区不同路段设定限速值，当车辆行驶到相关区段并超过该区段限速值时，跟踪定位服务器21同时向车辆处理显示设备1和调度联锁主机13发送超速信号。

报警模式如下，假设车辆是处于相对运动状态，逐渐接近，可分为三个区来描述语音报警模式：

第一区是预告区，当相对运动时，两车之间的距离不断地减小，当它们之间的距离达到100～60m，例如75m的时候，语音提示为：前方75m处有车；

第二区是报警区，当车辆之间的距离达到59～20m，例如40m的时候，语音提示为：40m处有车。

第三区是危险区，当车辆之间的距离达到20m以内，例如19m，语音提示重复两遍：危险。

若两车处于分离状态或两车处于停止状态则停止报警。

上述如图2、图3所示。

（4）电子罗盘功能

车辆主控模块21将GPS模块22采集的车辆位置、速度、运行方向等信息与调度联锁主机13发送的车辆周边信息以电子罗盘的形式显示于液晶显示器23，电子罗盘能够给出车辆的方位和车头方向，便于判断车辆之间的相互位置。

（5）车辆运行数据记录功能

调度联锁主机13对采集的矿区所有车辆的运行数据进行存储，存储时间可以超过一年，并可以对记录的数据进行回放分析。

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 (8)

1.一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，其特征在于：该装置包括固定设备和车载处理显示设备，所述固定设备包括差分基准站、跟踪定位服务器和调度联锁主机，所述车载处理显示设备包括车辆主控模块、GPS模块、液晶显示器和通信模块，所述差分基准站的GPS接收天线架设于矿区已知坐标的基准点上，所述差分基准站和调度联锁主机均与跟踪定位服务器交互式连接，所述跟踪定位服务器通过通信模块与车辆主控模块交互式连接，所述车辆主控模块与GPS模块交互式连接，所述车辆主控模块的输出端与液晶显示器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，其特征在于：所述车载处理显示设备还包括语音模块，所述语音模块的输入端与车辆主控模块的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，其特征在于：所述差分基准站和调度联锁主机均通过矿用工业以太网与跟踪定位服务器连接。

4.根据权利要求1所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，其特征在于：所述车辆主控模块分别通过现场总线与GPS模块、液晶显示器和通信模块连接。

5.根据权利要求1所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置，其特征在于：所述通信模块具有多种通信接口，包括GPRS通信接口、3G通信接口、4G通信接口和数传电台通信接口。

6.根据权利要求2所述的一种基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）差分基准站根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标，按照设定的输出频率定期计算出修正参数，并实时地将修正参数发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器通过通信网络向矿区车辆的车载处理显示设备广播发送；

（2）车载处理显示设备的通信模块接收到修正参数后，通过车辆主控模块将其转发给GPS模块，GPS模块对当前的单点定位的坐标进行修正，并通过车辆主控模块在液晶显示器上显示当前车辆位置；

（3）车辆主控模块通过通信模块和通信网络将GPS模块实时采集的车辆运行信息包括车辆位置坐标、行驶速度、运行方向发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器将其转发给调度连锁主机，调度连锁主机对矿区所有车辆的运行信息进行联锁运算，实时地计算出车辆之间的相互距离及运行状态,并显示到GIS地图上；

（4）调度联锁主机通过矿用工业以太网，将其对矿区所有车辆运行信息进行联锁运算后所获取的车辆之间的相互距离及运行状态数据发送给跟踪定位服务器，跟踪定位服务器通过通信网络发送给矿区所有车辆的车载处理显示设备；

（5）车载处理显示设备的通信模块接收到数据后，将其转发给车辆主控模块，车辆主控模块按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向显示于液晶显示器，同时根据事先规定的报警模式，通过语音模块给出预警信号。

7.根据权利要求6所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，其特征在于，步骤（3）还包括：调度联锁主机对矿区所有车辆的运行信息进行存储，并对存储的数据进行回放分析。

8.根据权利要求6所述的基于DGPS的矿用车辆防碰撞装置的控制方法，其特征在于，步骤（5）中，所述车辆主控模块按照接收到的信息将车辆的相对位置和运行方向以电子罗盘的形式显示于液晶显示器，所述电子罗盘给出车辆的方位和车头方向。