CN104880725A - 铁路机车精确定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路机车精确定位系统，包括地面监控中心主机、地面网络系统服务器、地面通信服务器、地面卫星差分基准站、地面有线通信网络、车—地无线通信网络、机车位置定位装置、地面微机管理终端、铁路站场微机联锁数据通信机和精确的铁路轨道电子地图，轨道电子地图安装在地面网络系统服务器和微机管理终端中，可实时再现轨道电路状态和机车运行位置，地面监控中心主机主要获取卫星数据、站场微机联锁数据和机车车载位置数据，并将数据综合解算后的结果输出到地面网络各微机管理终端。与现有技术相比，本发明可实现机车远程管理和精确控制，可实现铁路运输安全监管、优化运输效率、提高行车安全，具有推广应用价值。

Description

铁路机车精确定位系统

技术领域

本发明涉及一种铁路机车运行管理系统，尤其涉及一种铁路机车运输作业过程中的精确位置定位系统。

背景技术

机车的位置跟踪在铁路运输安全监管、效率优化和安全驾驶等方面，具有至关重要的作用。目前的铁路运营管理环境，虽然已经装备了多项设备和管理系统，对铁路运输管理也可以起到一定的保障作用，但对于机车实时位置的跟踪，还没有一套系统可以实时、精确地达到点定位的状态。

铁路机车精确定位系统，可以实现机车任意时刻在精确轨道电子地图上的映射吻合，精确计算机车在哪一股道、哪一个点、机车前后轨道电路和信号机状态、当前机车前后轨道运行车辆情况、相邻机车间精确的间隔距离等，这将为铁路运输实现智能化运营管理提供一套全新的技术手段。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决铁路运输智能化运营管理问题提供一种铁路机车精确定位系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括地面监控中心主机、地面网络系统服务器、地面通信服务器、地面卫星差分基准站、地面有线通信网络、车—地无线通信网络、机车位置定位装置、地面微机管理终端、铁路站场微机联锁数据通信机和精确的铁路轨道电子地图，所述地面监控中心主机通过通信接口分别与所述地面网络服务器、所述地面通信服务器、所述地面卫星差分基准站、所述铁路站场微机联锁数据通信机连接；具体地，所述通信接口为如下几种方式：RS-232、RS-485、通用网络接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各种联网环境、具有USB2.0超高速数据接口，连接地面中心服务器与系统中设备的数据传输。

 本发明所述的铁路机车精确定位系统的实现方式包括以下步骤：

（1）通过地面监控主机获取卫星差分基准站数据，通过微机联锁通信机获取站场微机联锁系统数据，通过无线网络系统获取机车位置定位数据；

（2）系统获取到的差分数据、微机联锁数据和机车位置数据信息存储到网络服务器上，并通过数据通信接口转发到网络系统的其它计算机；

（3）系统服务器在收到卫星差分基准站数据、站场微机联锁系统数据和机车位置定位数据后，通过专用解算软件解算出机车在铁路轨道电子地图上的精确位置和运行状态；

（4）通过网络微机管理终端，实现机车精确定位、安全监控、数据回放、轨迹追踪和调度管理。

本发明的有益效果在于：

本发明一种铁路机车精确定位系统，与现有技术相比，拟运用GNSS（全球卫星定位系统）、GIS（地理信息系统）和无线通信网络等先进技术，通过在机车上安装机车精确位置定位装置、制作铁路精确的轨道线路电子地图，采集站场微机联锁信息和轨道电路信息等，实现对机车的高精度定位、轨迹追踪和安全监管；通过在地面网络微机终端安装机车远程管理软件，实现对机车远程监控和管理；通过地面网络信息传递，实现对铁路运输、机车车辆的智能调度。本发明可实现铁路运输管理中“车—地”、“车—车”、“车—轨”、“车—人”之间位置关系的自动解算，可实现铁路运输基于机车精确位置的服务延伸。本发明的实现，可大大提升铁路运输安全监管能力、提升铁路运营效率、优化铁路管理业务和人员、保障铁路运输安全，具有推广应用的价值。

附图说明

图1是本发明的硬件结构示意图。

图2是本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明包括地面监控中心主机、地面网络系统服务器、地面通信服务器、地面卫星差分基准站、地面有线通信网络、车—地无线通信网络、机车位置定位装置、地面微机管理终端、铁路站场微机联锁数据通信机和精确的铁路轨道电子地图，所述地面监控中心主机通过通信接口分别与所述地面网络服务器、所述地面通信服务器、所述地面卫星差分基准站、所述铁路站场微机联锁数据通信机连接。通信接口为如下几种方式：RS-232、RS-485、通用网络接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各种联网环境、具有USB2.0超高速数据接口，连接地面中心服务器与系统中设备的数据传输；

如图1所示：本发明所述的地面监控主机，为一台安装在地面监控中心机柜内的高性能计算机，所述网络服务器可视为一台与地面控制主机并行放置的另一台高性能计算机，两台计算机在物理特性没有本质的区别，基于性能考量进行硬件分离，实际运用中，可考虑在硬件性能满足系统要求时，将两台计算机合二为一，即可配置由同一台高性能计算机完成控制主机和通信服务器的功能，形式上的差异不影响本发明的保护范围，都是为了完成既定的功能。本系统地面监控主机主要完成机车监控管理功能，网络通信服务器主要完成系统有线网络和无线网络数据传输和管理功能；

如图1所示：本发明所述的卫星差分基准站，为一台专门设计的嵌入式计算机，该嵌入式计算机内含GNSS模块和通信接口，GNSS模块配备外置卫星天线，垂直固定在空阔、无遮挡区域的固定点，基准站通过数据硬件接口与地面监控主机进行卫星差分数据的传输；

如图1所示：本发明所述的微机联锁通信机，为一台专门设置的数据转换计算机，该计算机主要为了完成站场微机联锁系统数据的接收和转发，为保证既有的微机联锁系统的安全性，设定以单向接收、反向数据隔离的方式获取站场微机联锁数据，并直接转发给地面监控主机，以完成站场轨道电路数据和信号灯状态的解算；

如图1所示：本发明所述的有线通信网络是由微机管理终端、交换系统、传输系统等通信设备通过通信线缆连接所组成的实体结构，可通过网络接入Internet或专用网络；所述车—地无线通信网络是主流应用的无线网络，分为通过公众移动通信网实现的无线网络（如4G，3G或GPRS）和无线局域网（WiFi）两种方式，车—地无线网可借助移动网络接入Internet的无线上网，在网络覆盖的任何一个地方都可以通过网络终端实现对铁路机车的远程跟踪；

如图1所示：本发明所述的机车位置定位装置，是指安装于机车车载端，用于接收卫星定位数据、基准站差分数据、机车速度脉冲和机车方向信息的一种专用设备，该装置通过对卫星数据、差分数据、机车速度和方向的动态推演，可输出机车的精确位置信息，本装置的具体内容，已在本发明人单独申请的“机车精确位置定位装置”发明专利权利要求中另行阐述；

如图1所示：本发明所述微机管理终端，是指通过有线或无线方式，连接于本发明中的，用于系统管理人员完成对机车精确定位系统的综合管理。

 如图2所示：本发明所述的铁路机车精确定位系统的实现方式包括以下步骤：

（1）通过地面监控主机获取卫星差分基准站数据，通过微机联锁通信机获取站场微机联锁系统数据，通过无线网络系统获取机车位置定位数据；

（2）系统获取相关数据后，打包发送并存储到网络服务器上，通过系统软件进行解码解算后，进行坐标转化和投影变换，部分动态数据直接执行地图操作以完成机车运行的跟踪监控；

（3）系统服务器对数据进行解码解算，实现坐标转化和投影变换后，与服务器中铁路轨道精确电子地图执行地图匹配，完成地图精确匹配后执行地图操作，并自动实现基于精确位置的铁路机车跟踪监控；

（4）系统服务器预存铁路精确的电子地图，并预先建立基于铁路轨道、机车、站场、线路等的空间地理信息数据库，铁路精确的电子地图和空间地理信息数据库信息，为系统实现精确的地图操作和机车动态跟踪监控提供完整的基础信息数据支撑；

（5）通过实现精确的地图操作和机车动态跟踪监控，与铁路机车运行的实际作业要求相匹配，实现机车运行轨迹再现和安全预警；

（6）在完成地面监管的同时，系统筛选出与行车安全、管理优化、效率提升、辅助驾驶相关的数据，向作业中的机车发送管理调度命令，以完成机车的远程监控和管理。

本发明机车精确定位系统，可实现铁路运输管理中“车—地”、“车—车”、“车—轨”、“车—人”之间位置关系的自动解算，已经过测试获得完整的验证数据；本发明还可实现铁路运输基于机车精确位置的服务延伸，可改善铁路运输安全监管能力、提升铁路运营效率、优化铁路管理业务和人员、保障铁路运输安全。本系统在国内未见相同应用，在国内尚属首创。

以上描述了本发明的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种铁路机车精确定位系统，包括地面监控中心主机、地面网络系统服务器、地面通信服务器、地面卫星差分基准站、地面有线通信网络、车—地无线通信网络、机车位置定位装置、地面微机管理终端、铁路站场微机联锁数据通信机和精确的铁路轨道电子地图，所述地面监控中心主机通过通信接口分别与所述地面网络系统服务器、所述地面通信服务器、所述地面卫星差分基准站、所述铁路站场微机联锁数据通信机连接。

2.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统，其特征在于：所述通信接口为如下几种方式：RS-232、RS-485、通用网络接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各种联网环境、具有USB2.0超高速数据接口，连接地面中心服务器与系统中设备的数据传输。

3.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统，其特征在于：所述有线通信网络是由用户终端、交换系统、传输系统等通信设备通过通信线缆连接所组成的实体结构，可通过网络接入Internet或专用网络；所述车—地无线通信网络是主流应用的无线网络，分为通过公众移动通信网实现的无线网络（如4G，3G或GPRS）和无线局域网（WiFi）两种方式，车—地无线网可借助移动网络接入Internet的无线上网，在网络覆盖的任何一个地方都可以通过网络终端实现对铁路机车的远程跟踪。

4.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统，其特征在于：

（1）所述地面网络系统服务器，其作用在于可以运行机车精确定位系统管理软件，完成机车精确定位系统的所有数据解算，并支撑机车精确定位系统不间断运行；

（2）所述地面通信服务器，其作用在于完成机车精确定位系统中所有数据的有线网络通信传输、无线网络通信传输的数据连接和管理；

（3）所述地面卫星差分基准站，安装于地面且地势相对较高、配置外置卫星天线并与系统服务器相连接，其作用在于利用已知精确三维坐标的差分，计算出机车伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时发送给机车位置定位装置，以对机车定位精度数据进行修正；

（4）所述铁路站场微机联锁数据通信机，用于完成对站场微机联锁系统数据进行单向接收后，并转发至地面监控中心主机，其作用在于解决微机联锁数据的反向隔离、单向获取并转发；

（5）所述的机车位置定位装置，安装于机车车载端，用于接收卫星定位数据、基准站差分数据、机车速度脉冲和机车方向信息的一种专用设备，该装置通过对卫星数据、差分数据、机车速度和方向的动态推演，可输出机车的精确位置信息；

（6）所述地面微机管理终端，是指通过有线或无线方式，连接于机车精确定位系统中，用于系统管理人员完成对机车精确定位系统的综合管理。

5.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统，其特征在于：

（1）通过安装在机车上的机车精确位置定位装置和安装在地面的卫星差分基准站获得卫星数据，完成机车实时位置的动态差分定位；

（2）通过安装在机车上的机车精确位置定位装置，完成在系统无法接收到卫星数据或所接收到的卫星数据不能满足精度要求时，采用动态推演技术完成机车位置的动态计算，并获得任意时刻的机车的精确位置信息；

（3）通过车—地无线通信网络，实时将机车的精确位置数据信息传输给地面网络系统服务器；

（4）通过地面网络系统服务器，实时地将机车动态位置数据映射至精确的铁路轨道电子地图，再现机车在铁路线路上的精确定位效果。

6.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统，其特征在于：

（1）机车位置定位数据与实际位置的误差，当机车在站场区域作业时，定位数据通过卫星差分基准站的数据较正时，机车在精确铁路轨道电子地图上所映射出对应位置精度小于20cm；

（2）机车位置定位数据与实际位置的误差，当机车在无可用卫星定位数据时，通过机车运行动态推演算法，解算出机车在精确铁路轨道电子地图上所映射出对应位置精度小于1m；

（3）通过精确的轨道电子地图制作，实现铁路机车在地图区域任意时刻、任意位置的无间断精确定位，实时再现机车在铁路线路上的精确定位效果。

7.根据权利要求1所述的铁路机车精确定位系统的实现方式，包括以下步骤：

步骤1：通过地面监控主机获取卫星差分基准站数据，通过微机联锁通信机获取站场微机联锁系统数据，通过无线网络系统获取机车位置定位数据；

步骤2：系统获取到的差分数据、微机联锁数据和机车位置数据信息存储到网络服务器上，并通过数据通信接口转发到网络系统的其它微机管理终端；

步骤3：系统服务器在收到卫星差分基准站数据、站场微机联锁系统数据和机车位置定位数据后，通过专用解算软件解算出机车在铁路轨道电子地图上的精确位置和运行状态；

步骤4：通过网络微机管理终端，实现机车精确定位、安全监控、数据回放、轨迹追踪和调度管理。