CN105093250A - 机车运行定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机车运行定位系统，其包括机车控制装置、用于存储机车运行线路的线路信息存储装置及信息转换装置。该机车控制装置通过接收卫星定位信息来定位机车的实时位置。该信息转换装置包括信息获取单元，基于预存的机车运行线路实时获取机车的相对位置信息；定位信息转换单元，根据获取的机车当前相对位置信息并基于预设的对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息，该对应表包括机车运行线路上固定参考点的相对位置信息及对应的卫星定位信息；及定位信息输出单元，用于将计算得出的模拟卫星定位信息输送给该机车控制装置，该机车控制装置根据该模拟卫星定位信息来定位机车的实时位置。本发明还涉及一种机车运行定位方法。

Description

机车运行定位系统及方法
技术领域
本发明涉及机车(Train)领域，特别涉及用于定位机车位置的系统及方法。
背景技术
机车作为最重要的交通工具已经被广泛应用于世界各地，例如在中国，每天都会有成千上百万的人乘坐机车往来各地。随着机车的发展，机车的速度也已经达到了前所未有的高度，动车、高铁等快速机车越来越普及。与此同时，机车的技术也得到了快速的发展，很多国家之间也都会进行相关的技术交流。
在不同国家进行技术交流并伴随着技术整合的同时，也会有很多冲突发生，例如政策上的冲突。其中一个典型的例子，就是在机车定位技术上，各个国家所应用的卫星定位系统就有不同的限制，例如在美国允许使用的是全球定位系统(GPS)，在欧洲则是伽利略(Galileo)系统，而在中国可能是北斗系统。
作为一个例子，图1示意了一个机车运行定位系统10，其包括一个卫星定位系统(如GPS)11及机车控制装置12。需要说明的是，这里仅仅是一个示意图，实际的机车控制装置12会很复杂，包括的模块也非常多，而本发明仅讨论其中的定位部分，即图中的机车定位单元13。工作时，卫星定位系统11实时发送机车的坐标定位信息111(如纬度和经度信息及时钟信息)给到该机车控制装置12的机车定位单元13，该机车定位单元13将该坐标定位信息111解析成系统12能够识别的位置信息，然后该机车控制装置12将根据该识别的位置信息控制机车运行线路上所有机车的正常运行。
上述系统10的最初设计可能仅应用于某一个国家(如美国)。故，如果将该系统10直接应用于其他国家(如中国)，则由于卫星定位系统的限制导致无法直接实施。虽然可以通过修改机车定位单元13的局部设计来适应不同国家的卫星定位系统，但这种修改可能是不希望看到的。如果不修改原来设计，而仅仅增加一些辅助的简单设计就能解决上述问题，将会是一个很好的解决办法。
所以，需要提供一种新的机车运行定位系统及方法来解决上述问题。
发明内容
现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
本发明在于提供一种机车运行定位系统，包括：
机车控制装置，其通过接收卫星定位信息来定位机车的实时位置；
用于存储机车运行线路的线路信息存储装置；及
信息转换装置，包括：
信息获取单元，基于预存的机车运行线路实时获取机车的相对位置信息；
定位信息转换单元，根据获取的机车当前相对位置信息并基于预设的对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息，该对应表包括机车运行线路上固定参考点的相对位置信息及对应的卫星定位信息；及
定位信息输出单元，用于将计算得出的模拟卫星定位信息输送给该机车控制装置，该机车控制装置根据该模拟卫星定位信息来定位机车的实时位置。
本发明还在于提供一种机车运行定位方法，用于定位机车的实时位置，该方法包括：
存储机车运行线路；
提供该机车运行线路上固定参考点的相对位置信息与对应的卫星定位信息的对应表；
基于该机车运行线路实时获取机车的相对位置信息；
基于获取的机车当前相对位置信息并基于该对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息；及
根据该模拟卫星定位信息来定位机车的实时位置。
相较于现有技术，本发明机车运行定位系统及方法无需改变原有的机车控制装置的设计，只需增加上述信息转换装置，通过该信息转换装置对线路信息的转换，模拟出所需的卫星定位信息，后续机车控制装置再根据该模拟的卫星定位信息即可实现对机车的定位，此系统及方法简单易行，且成本低，解决了不同国家因卫星定位系统不同造成的系统整合冲突问题。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为现有的一种应用卫星定位系统来定位机车的机车运行定位系统。
图2为本发明机车运行定位系统的一个较佳施方式的框图。
图3为一个机车运行线路的拓扑示意图。
图4为图2系统中信息转换装置的一个较佳施方式的框图。
图5为本发明机车运行定位方法的一个较佳施方式的流程图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
请参考图2，为本发明机车运行定位系统100的一个较佳施方式的框图。该机车运行定位系统100包括一个机车控制装置110。该机车控制装置110为现有的设计，例如其与图1所示的机车运行定位系统10中的机车控制装置12的设计相同，且各自的两个机车定位单元13及111的设计也相同。如果该现有的机车运行定位系统10最初设计时是应用于某一个国家(如美国，以下段落统称为“设计国”)，则本发明机车运行定位系统100可直接将该未经过修改的机车控制装置110应用于另一个国家(如中国，以下段落统称为“应用国”)。此时，最初设计所应用的卫星定位系统11的定位功能将在该应用国被禁止使用，为解决此问题且不改变原有机车控制装置12、110的设计，本发明机车运行定位系统100进一步增加了一个信息转换装置120、一个时钟校准装置130及一个线路信息存储装置140。
其中，该时钟校准装置130是用于提供一个与原有设计系统10中的卫星定位系统11(如GPS)相同的时钟基准信号的装置。其中，最简单的方法是直接将原有的卫星定位系统11内部的时钟装置作为该时钟校准装置130，且仅使用其上的时钟基准信号131作为输出。如此，不用再另行单独设计一个时钟校准装置，且不会与应用国的政策相冲突，因为没有使用纬度和经度信息，而时钟信息则是被允许的。当然，在另一些实施方式中可以独立设计时钟校准装置130，具体根据实际需要而定。在某些实施方式中，该时钟校准装置130也可删除，例如通过机车控制装置110自带的时钟进行校准。
该线路信息存储装置140是用于提供一个机车运行线路的完整拓扑信息的装置。通常地，在应用国的机车运行部门必然存有机车运行线路的完整拓扑信息，例如在传统的列车运行监控装置中就会保存机车运行线路的完整拓扑信息。故，最简单的方法是直接将传统的列车运行监控装置作为该线路信息存储装置140，并根据需要提供机车运行线路的完整拓扑信息。当然，在另一些实施方式中，也可以独立设计线路信息存储装置140，具体根据实际需要而定。
例如，图3给出了一个机车运行线路200的拓扑示意图。在每一条机车线路上都设置很多个点，每个点都会有相应的位置信息。为了简化说明，图3中仅仅给出了6个参考点A、B、C、D、E、O作为示例进行说明。其中参考点A、B、C、D、E为固定参考点，而参考点O为机车当前运行所处的位置点，假设设定A点为初始点，则基于初始点A其它固定参考点的B、C、D、E的相对位置参数(例如A点至B点的长度信息)将会计算得出，也就是说该机车运行线路200上所有的固定参考点的相对位置信息都可计算出来，并存储在该线路信息存储装置140。在计算运行参考点O的时候，可以实时知道O点分别与相邻两个固定参考点D、E之间的相对位置，且由于固定参考点D、E的相对位置参数是已知的，故可根据适当的几何算法即可计算出来O点相对于初始点A的相对位置参数。
请继续参考图4，为该信息转换装置120的一个较佳施方式的框图。整体来说，该信息转换装置120用于将机车当前运行所处的位置点O处的位置信息转换为该机车定位单元111可以识别的卫星定位信息125，也就是说，该卫星定位信息125是一个模拟的卫星定位信息125而并非从卫星定位系统中直接获取的真实卫星定位信息，如此，可避免直接使用卫星定位系统的定位功能。另外，因为该模拟的卫星定位信息125具有与真实的卫星定位信息相同的参数设定，因此无需修改机车控制装置110的原有设计，即可直接识别该模拟的卫星定位信息125，并据此控制机车的正常运行，进而解决了背景技术中提及的技术问题，且设计简单、易于实现。
在图4的实施方式中，该信息转换装置120包括一个信息获取单元121、一个定位信息转换单元122及一个定位信息输出单元123。
该信息获取单元121通常具有两个功能，第一个功能是用于实时获取由该线路信息存储装置140计算得出的机车当前运行所处的位置点O的相对位置信息141；第二个功能是实时获取该时钟校准装置130提供的时钟基准信号131。当然，在其它实施方式中，该信息获取单元121也可以分别设置成两个单独的单元，各自实现上述两个功能。在某些实施方式中，该信息获取单元121也可仅包括第一个功能。
该定位信息转换单元122用于实时接收机车当前运行所处的位置点O的相对位置信息141和时钟基准信号131，并根据预设的相对位置信息与卫星定位信息对应表来计算得出该机车当前运行所处的位置点O的模拟卫星定位信息125。
下表给出了一个示意性的对应表，为了简化说明，该对应表仅仅是示意了一小部分的信息。
固定参考点 相对位置 纬度 经度
A 0 45.7105 126.7688
B 1.2589 45.7035 126.7869
C 2.5177 45.6966 126.8051
D 3.7766 45.6896 126.8233
E 5.0354 45.6826 126.8414
其中，上表包括每个固定参考点(如A-E)的相对位置信息，如相对于初始点A的距离信息，并且包括每个固定参考点对应的卫星定位信息(如经度和纬度)，上述信息均是事先可知道的信息。如前所述，机车当前运行所处的位置点O相对于A的相对位置可以计算出来，相应地，该机车当前运行所处的位置点O的模拟卫星定位信息也可通过适当的几何算法计算得出，例如知道了O点位于D点和E点之间，而D点和E点对应的卫星定位信息可通过上表查出来，而O点相对于D点和E点的相对位置也是可以获得的，因此通过适当的几何算法即可获得O点的模拟卫星定位信息，即图2所示的该卫星定位信息125，该卫星定位信息125同时也包含该时钟基准信号131，以使该机车控制装置110基于准确的时钟进行数据的识别。由于几何算法并非是本发明的设计而是已知的数学方法，故不具体说明。
当计算得出O点的模拟卫星定位信息125后，该定位信息输出单元123则将该模拟的卫星定位信息125输出给该机车控制装置110的机车定位单元111，此时该机车定位单元111可以直接根据该模拟的卫星定位信息125解析成系统111能够识别的位置信息，然后该机车控制装置110将根据该识别的位置信息控制机车的正常运行。例如，也通过上述对应表再反向推导出机车当前运行所处的位置点O的相对位置信息。
请参考图5，为本发明机车运行定位方法300的一个较佳施方式的流程图。该方法300是通过该信息转换装置120执行的，具体执行方式上述段落已基本揭示，故这里仅作简单说明。该方法300包括以下步骤。
步骤310，该信息获取单元121基于预存的线路信息200实时获取机车当前的相对位置信息141及接收时钟基准信号131。
步骤320，该定位信息转换单元122根据获取机车当前的相对位置信息141并基于上述预设的对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息125，并将时钟基准信号131作为该模拟卫星定位信息125的时钟信号。
步骤330，该定位信息输出单元123将计算得出的模拟卫星定位信息125发送给机车控制装置110，进行后续的机车控制。
通过应用该机车运行定位系统100可以使设计国的原有设计(机车控制装置)直接应用到其它应用国，而不需要对原有设计作更改，只需增加上述信息装换装置120，并通过其将机车当前运行所处的位置点O的相对位置信息转化成与设计国卫星定位系统参数相同的模拟卫星定位信息125，再将该模拟的卫星定位信息125输送给原有设计的机车控制装置110即可，该设计使得机车定位系统100的适应性更强，可方便将设计国的设计转用到其它应用国，扩展了产品的应用范围。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种机车运行定位系统，包括机车控制装置，其通过接收卫星定位信息来定位机车的实时位置，其特征在于：该系统进一步包括：
用于存储机车运行线路的线路信息存储装置；及
信息转换装置，包括：
信息获取单元，基于预存的机车运行线路实时获取机车的相对位置信息；
定位信息转换单元，根据获取的机车当前相对位置信息并基于预设的对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息，该对应表包括机车运行线路上固定参考点的相对位置信息及对应的卫星定位信息；及
定位信息输出单元，用于将计算得出的模拟卫星定位信息输送给该机车控制装置，该机车控制装置根据该模拟卫星定位信息来定位机车的实时位置。
2.如权利要求1所述的机车运行定位系统，其中该系统还包括一个时钟校准装置，用于提供与该机车控制装置匹配的卫星定位系统的时钟信号，该模拟卫星定位信息以该时钟信号作为自身的时钟参数。
3.如权利要求2所述的机车运行定位系统，其中该时钟校准装置为与机车控制装置匹配的卫星定位系统的内部时钟装置。
4.如权利要求2或3所述的机车运行定位系统，其中该卫星定位系统为全球定位系统(GPS)。
5.如权利要求1所述的机车运行定位系统，其中该线路信息存储装置设置于列车运行监控装置内。
6.一种机车运行定位方法，用于定位机车的实时位置，其特征在于：该方法包括：
存储机车运行线路；
提供该机车运行线路上固定参考点的相对位置信息与对应的卫星定位信息的对应表；
基于该机车运行线路实时获取机车的相对位置信息；
基于获取的机车当前相对位置信息并基于该对应表计算当前时刻机车的模拟卫星定位信息；及
根据该模拟卫星定位信息来定位机车的实时位置。
7.如权利要求6所述的机车运行定位方法，其中该模拟卫星定位信息输出给了一个机车控制装置，该机车控制装置基于该模拟卫星定位信息定位机车的实时位置。
8.如权利要求7所述的机车运行定位方法，其中该方法还包括：
提供与该机车控制装置匹配的卫星定位系统的时钟信号，作为该模拟卫星定位信息自身的时钟参数。
9.如权利要求8所述的机车运行定位方法，其中该时钟信号时通过与机车控制装置匹配的卫星定位系统产生的。
10.如权利要求8或9所述的机车运行定位方法，其中该卫星定位系统为全球定位系统(GPS)。
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