CN105216830A - 一种列车进入隧道预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及列车GPS定位技术和RS485串行通信技术，特别涉及一种列车进入隧道预警方法；该方法包括以下步骤：A.列车首次进入隧道，定位仪器记录列车进出隧道的定位信息，对定位信息丢失和恢复进行分析，得到隧道定位信息；B.列车再次驶入隧道前，通过比照当下列车定位信息与之前记录的隧道定位信息来判断是否将要驶入隧道；C.若判断结果为肯定值，微处理器通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统；D.列车广播系统将列车将要进入隧道的消息告知乘客；可以提前告知列车乘客，做好防护措施，因此可减轻因高速通过狭窄空间产生的气流压对耳膜造成的伤害。
Description
技术领域
本发明涉及列车GPS定位技术和RS485串行通信技术，特别涉及一种列车进入隧道预警方法。
背景技术
当下，高铁成为人们常用的交通方式之一，然而高铁以极高的速度经过隧道的时候会产生气流压，在驶过隧道的瞬间车厢内的压力会发生大幅度增加，挤压人的耳膜，这样就会使耳朵产生一定的疼痛感和耳鸣。但是目前没有一种系统可以根据定位状态分析出当前是否即将进入隧道或山洞等狭窄空间，从而能提前告知乘客做好准备，减轻气压变化带来的不适感。
此外，一般的串行通信方式，比如RS-232，属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信，不能满足列车上数据通信的要求。
发明内容
针对以上情况，本发明所提供了一种列车进入隧道预警方法，可以根据定位状态分析出当前是否即将进入隧道或山洞等狭窄空间，并通过新型串行通信R-485将列车将要进入隧道或山洞的信息告知乘客，让乘客做好准备，减轻气压变化带来的不适感。
本发明是这样实现的：一种列车进入隧道预警方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A.列车首次进入隧道，定位仪器记录列车进出隧道的定位信息，对定位信息丢失和恢复进行分析，得到隧道定位信息；B.列车再次驶入隧道前，通过比照当下列车定位信息与之前记录的隧道定位信息来判断是否将要驶入隧道；C.若判断结果为肯定值，微处理器通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统；D.列车广播系统将列车将要进入隧道的消息告知乘客。
在此我们以GPS作为定位系统为例简述该方法的具体实施方法。首先，当列车经过某一段含有隧道或者山洞的线路时，微处理器解析这一段线路内的GPSNMEA语句，NMEA是指GPS导航设备统一的RTCM（RadioTechnicalCommissionforMaritimeservices）标准协议，需要解析的数据包括GPS信号的坐标、车速、方位角、水平定位精度因子以及信噪比等。当列车逐渐进入隧道内部时，GPS卫星信号强度逐渐减弱，坐标、车速、方位角很容易产生跳变。此时通过分析定位精度因子HDOP和可视卫星信号的信噪比可以判断GPS信号是否可信，如果发现不可信则滤除相应的坐标点，减小误差。通常情况下是否可信可以根据GPS信号在连续的一定时间内情况来分析。当列车驶出隧道时，微处理器重新搜索到GPS卫星信号，并且再次解析新的GPSNMEA语句。之后通过计算可以得到隧道入口和出口的位置信息，列车再次经过已标定的区域时，微处理器实时解析GPS当前列车的定位坐标，如果隧道入口位置与列车当前坐标之间的距离小于预先设定的允许范围，例如2km时，则认为即将进入隧道，准备向列车信息和广播系统发送预告信息。本发明采用的RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，抗噪声干扰性好，传输距离远，数据最高传输速率为10Mbps。
本发明的进一步方案在于：所述步骤A中列车首次进入隧道定位仪器记录列车定位信息可分为以下步骤：A1：列车进入隧道前，定位仪器记录定位信息；A2：列车在隧道中，定位仪器丢失定位信息；A3：列车驶出隧道后，定位仪器重新记录定位信息；A4：微处理器对定位信号丢失和恢复的时间进行分析，获得隧道定位信息。
本发明的进一步改进在于步骤B中所述的判断列车要驶入隧道的依据在于所述列车与所述隧道的相对距离小于N公里，这里的N是大于等于2的自然数。在这里我们设定当列车与隧道之间的距离小于任何距离就算列车与隧道相接近。
本发明的进一步改进在于步骤A4中所述的获得隧道信息包括以下分步骤：A41：取定位信号丢失前20s内存储器记录的定位信息的坐标数据进行均值处理，估计隧道入口坐标位置IN；A42：重新定位后取20s内的坐标数据进行均值处理，估计出口坐标位置OUT。当定位状态下连续10s以上时间内的HDOP都小于2.5时，存储器连续地记录一段定位状态良好的坐标轨迹数据直至无法定位，取GPS无法定位前20s的坐标数据进行处理，采用均值法估计入口坐标位置IN。当列车驶出隧道时，GPS重新开始定位，同样连续地记录一段定位状态良好的坐标轨迹数据。对重新开始定位后20s内的坐标数据进行均值化处理，估计出口坐标位置OUT。假设隧道或者山洞内部的线路是近似直线的，可以根据估计出来的出入口坐标位置，利用两点间的距离公式计算得出隧道的长度L。
本发明的进一步改进为步骤C中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用主动上报方式。主动上报方式是指当有预告信息需要发送时，微处理器将信息按照约定的方式发送给信息系统，列车广播系统收到后返回应答，一定时间内微处理器没有收到应答则重新发送。微处理器将列车的GPS定位信息和进入隧道或者山洞前的预告信息通过RS485串行通信接口发送给列车信息和广播系统。在具体实施之前，先制定与列车信息系统之间的485通信协议，约定好数据帧格式。
本发明的进一步改进为步骤C中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用信息查询方式。信息查询方式是指列车信息系统定期发送信息查询命令给微处理器，微处理器收到后返回定位信息和预告信息给列车信息系统。微处理器将列车的GPS定位信息和进入隧道或者山洞前的预告信息通过RS485串行通信接口发送给列车信息和广播系统。在具体实施之前，先制定与列车信息系统之间的485通信协议，约定好数据帧格式。
本发明的进一步方案是所述定位信息通过GPS定位系统、北斗定位系统、伽利略定位系统、格洛纳斯定位系统中的至少一种获得信号。虽然在前述中我们以GPS定位系统作为例子对所述方法进行描述，然而在实施时并不仅限于使用GPS定位系统，其他定位系统也可以达到相同的效果。
本发明的进一步方案是：判断列车进入隧道的依据在于所述水平定位精度因子的数值连续10秒以上低于2.5。在较为空旷开阔的地方采用GPS定位可以达到很高的精度，误差通常小于10m。但是当列车进入隧道或者山洞等狭窄空间时，由于信号受到墙壁等障碍物的遮挡，此时GPS模块收不到卫星信号，从而无法实现定位。如果不对GPS定位状态进行一定的分析与估计就无法知道当前是否进入了隧道或山洞。所以通过一定时间内定位信号的均值来判断。
本发明的进一步方案在于该方法中所述定位信息包括坐标、车速、方位角、水平定位精度因子以及信噪比。
本发明的提供的一种列车进入隧道预警方法，可以在不知道隧道信息，如出入口位置和长度，的情况下做出处理,不需要借助地理勘测或者其他的辅助方式来预先得知隧道信息，通过步骤1我们大概估算出前方隧道或山洞的情况。利用定位信号丢失前后状态变化估算出隧道出入口位置后，通过列车实时定位位置信息判断是否即将进入隧道。可以提前告知列车乘客，做好防护措施，因此可减轻因高速通过狭窄空间产生的气流压对耳膜造成的伤害。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种列车进入隧道预警方法的流程图。
具体实施方式
下面结合图1说明本发明的技术方案。
本发明是这样实现的：一种列车进入隧道预警方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步：列车首次进入隧道，定位仪器记录列车进出隧道的定位信息，对定位信息丢失和恢复进行分析，得到隧道定位信息，这一步在图1中并没有得到提现。
第二步：列车再次驶入隧道前，通过比照当下列车定位信息与之前记录的隧道定位信息来判断是否将要驶入隧道，这一步完成的是图1中前四个框内的内容。
第三步：若判断结果为肯定值，微处理器通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统，这一步是图1最后一个框表示的内容。
第四步：列车广播系统将列车将要进入隧道的消息告知乘客，这一步也是图1最后一个框表示的内容。
在此我们以GPS作为定位系统为例简述该方法的具体实施方法。首先，当列车经过某一段含有隧道或者山洞的线路时，微处理器解析这一段线路内的GPSNMEA语句，NMEA是指GPS导航设备统一的RTCM（RadioTechnicalCommissionforMaritimeservices）标准协议，需要解析的数据包括GPS信号的坐标、车速、方位角、水平定位精度因子以及信噪比等。当列车逐渐进入隧道内部时，GPS卫星信号强度逐渐减弱，坐标、车速、方位角很容易产生跳变。此时通过分析定位精度因子HDOP和可视卫星信号的信噪比可以判断GPS信号是否可信，如果发现不可信则滤除相应的坐标点，减小误差。通常情况下是否可信可以根据GPS信号在连续的一定时间内情况来分析。当列车驶出隧道时，微处理器重新搜索到GPS卫星信号，并且再次解析新的GPSNMEA语句。之后通过计算可以得到隧道入口和出口的位置信息，列车再次经过已标定的区域时，微处理器实时解析GPS当前列车的定位坐标，如果隧道入口位置与列车当前坐标之间的距离小于预先设定的允许范围，例如2km时，则认为即将进入隧道，准备向列车信息和广播系统发送预告信息。本发明采用的RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，抗噪声干扰性好，传输距离远，数据最高传输速率为10Mbps。
本发明的进一步方案在于：所述步骤一中列车首次进入隧道定位仪器记录列车定位信息可分为以下步骤：A1：列车进入隧道前，定位仪器记录定位信息；A2：列车在隧道中，定位仪器丢失定位信息；A3：列车驶出隧道后，定位仪器重新记录定位信息；A4：微处理器对定位信号丢失和恢复的时间进行分析，获得隧道定位信息。
本发明的进一步改进在于步骤二中所述的判断列车要驶入隧道的依据在于所述列车与所述隧道的相对距离小于N公里，这里的N是大于等于2的自然数。在这里我们设定当列车与隧道之间的距离小于任何距离就算列车与隧道相接近。
本发明的进一步改进在于步骤A4中所述的获得隧道信息包括以下分步骤：A41：取定位信号丢失前20s内存储器记录的定位信息的坐标数据进行均值处理，估计隧道入口坐标位置IN；A42：重新定位后取20s内的坐标数据进行均值处理，估计出口坐标位置OUT。当定位状态下连续10s以上时间内的水平定位精度因子都小于2.5时，存储器连续地记录一段定位状态良好的坐标轨迹数据直至无法定位，取GPS无法定位前20s的坐标数据进行处理，采用均值法估计入口坐标位置IN。当列车驶出隧道时，GPS重新开始定位，同样连续地记录一段定位状态良好的坐标轨迹数据。对重新开始定位后20s内的坐标数据进行均值化处理，估计出口坐标位置OUT。假设隧道或者山洞内部的线路是近似直线的，可以根据估计出来的出入口坐标位置，利用两点间的距离公式计算得出隧道的长度L。
本发明的进一步改进为步骤三中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用主动上报方式。主动上报方式是指当有预告信息需要发送时，微处理器将信息按照约定的方式发送给信息系统，列车广播系统收到后返回应答，一定时间内微处理器没有收到应答则重新发送。微处理器将列车的GPS定位信息和进入隧道或者山洞前的预告信息通过RS485串行通信接口发送给列车信息和广播系统。在具体实施之前，先制定与列车信息系统之间的485通信协议，约定好数据帧格式。
本发明的进一步改进为步骤三中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用信息查询方式。信息查询方式是指列车信息系统定期发送信息查询命令给微处理器，微处理器收到后返回定位信息和预告信息给列车信息系统。微处理器将列车的GPS定位信息和进入隧道或者山洞前的预告信息通过RS485串行通信接口发送给列车信息和广播系统。在具体实施之前，先制定与列车信息系统之间的485通信协议，约定好数据帧格式。
本发明的进一步方案是所述定位信息通过GPS定位系统、北斗定位系统、伽利略定位系统、格洛纳斯定位系统中的至少一种获得信号。虽然在前述中我们以GPS定位系统作为例子对所述方法进行描述，然而在实施时并不仅限于使用GPS定位系统，其他定位系统也可以达到相同的效果。
本发明的进一步方案是：判断列车进入隧道的依据在于所述水平定位精度因子的数值连续10秒以上低于2.5。在较为空旷开阔的地方采用GPS定位可以达到很高的精度，误差通常小于10m。但是当列车进入隧道或者山洞等狭窄空间时，由于信号受到墙壁等障碍物的遮挡，此时GPS模块收不到卫星信号，从而无法实现定位。如果不对GPS定位状态进行一定的分析与估计就无法知道当前是否进入了隧道或山洞。所以通过一定时间内定位信号的均值来判断。
本发明的进一步方案在于该方法中所述定位信息包括坐标、车速、方位角、水平定位精度因子以及信噪比。
本发明的提供的一种列车进入隧道预警方法，可以在不知道隧道信息，如出入口位置和长度，的情况下做出处理,不需要借助地理勘测或者其他的辅助方式来预先得知隧道信息，通过步骤1我们大概估算出前方隧道或山洞的情况。利用定位信号丢失前后状态变化估算出隧道出入口位置后，通过列车实时定位位置信息判断是否即将进入隧道。可以提前告知列车乘客，做好防护措施，因此可减轻因高速通过狭窄空间产生的气流压对耳膜造成的伤害。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种列车进入隧道预警方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A.列车首次进入隧道，定位仪器记录列车进出隧道的定位信息，对定位信息丢失和恢复进行分析，得到隧道定位信息；
B.列车再次驶入隧道前，通过比照当下列车定位信息与之前记录的隧道定位信息来判断是否将要驶入隧道；
C.若判断结果为肯定值，微处理器通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统；
D.列车广播系统将列车将要进入隧道的消息告知乘客。
2.根据权利要求1所述的列车进入隧道预警方法，其特征在于：所述步骤A中列车首次进入隧道定位仪器记录列车定位信息可分为以下步骤：
A1：列车进入隧道前，定位仪器记录定位信息；
A2：列车在隧道中，定位仪器丢失定位信息；
A3：列车驶出隧道后，定位仪器重新记录定位信息；
A4：微处理器对定位信号丢失和恢复的时间进行分析，获得隧道定位信息。
3.根据权利要求1所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：步骤B中所述的判断列车要驶入隧道的依据在于所述列车与所述隧道的相对距离小于N公里（N>1）。
4.根据权利要求2所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：步骤A4中所述的获得隧道信息包括以下分步骤：
A41：取定位信号丢失前20s内存储器记录的定位信息的坐标数据进行均值处理，估计隧道入口坐标位置IN；
A42：重新定位后取20s内的坐标数据进行均值处理，估计出口坐标位置OUT。
5.根据权利要求3所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：步骤C中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用主动上报方式。
6.根据权利要求3所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：步骤C中所述的通过R485通信接口将列车即将驶入隧道的信息传输至列车的广播系统采用信息查询方式。
7.根据权利要求1至6中任一所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：所述定位信息通过GPS定位系统、北斗定位系统、伽利略定位系统、格洛纳斯定位系统中的至少一种获得信号。
8.根据权利要求1至6中任一所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：判断列车进入隧道的依据在于所述水平定位精度因子的数值连续10秒以上低于2.5。
9.根据权利要求1至6中任一所述列车进入隧道预警方法，其特征在于：该方法中所述定位信息包括坐标、车速、方位角、水平定位精度因子以及信噪比。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160106 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |