CN105738863B - 一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，包括第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端、第一车站测距基站、第二车站测距基站、第一地面网络服务器系统和第二地面网络服务器系统，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端分别设置在地铁列车的前后驾驶室处，所述第一车站测距基站、第二车站测距基站分别安装于双向两边轨道上方有精确位置线路坐标的固定点位置。本发明可为地铁列车运行跟踪、导航定位、智能调度提供实时精确的位置信息和传感器检测数据，可有效保障列车运行安全、提高运营效率，并为地铁列车安全运营管理提供一套全新的技术手段。

Description

一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统
技术领域
本发明涉及定位与导航系统技术领域，尤其涉及一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统。
背景技术
随着社会经济的蓬勃发展，城市人口和车辆迅速增加，导致交通状况逐渐恶化，传统的列车定位系统经历了从依靠地理设备到车载自主定位，从判断占用信息到获取精确坐标位置的发展阶段，先后有多种技术被用于列车定位过程中，包括轨道电路、轮轴测速、应答器等。随着我国北斗卫星技术的日益成熟，在定位精度和可靠性上较GPS都有了极大的提升，能够区别列车运行的具体轨道，解决了由于GPS提供给我国精度过低而导致在轨道交通领域无法大规模运用的情况。然而在实际应用中，由于自然或是人工建筑物的阻碍、反射信号的干扰、信号自身的干扰、信号阻塞、天线造成的衰减以及卫星信号处理设备对信号造成的衰减，当信号被完全遮蔽或者信号功率衰减到卫星接收机灵敏度以下之后，卫星接收机通道将不能正常地对卫星信号进行跟踪，在这种情况下会出现卫星跟踪失锁的现象，即卫星不能完成定位。城市轨道交通地铁环境，由于大多数区段都是处于地下区段，正是卫星系统无法起到定位效果的环境。随着我国铁路的快速发展，铁路运输速度不断提升的前提下，如何更好的保障行车组织安全，是保证我国铁路运输快速、稳定发展的关键因素，因此，对地铁列车精确定位与安全导航至关重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，包括第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端、第一车站测距基站、第二车站测距基站、第一地面网络服务器系统和第二地面网络服务器系统，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端分别设置在地铁列车的前后驾驶室处，所述第一车站测距基站、第二车站测距基站分别安装于双向两边轨道上方有精确位置线路坐标的固定点位置，所述第一车载移动测距终端与第一车站测距基站通信连接，所述第一车站测距基站与第一地面网络服务器系统通信连接，所述第二车载移动测距终端与第二车站测距基站通信连接，所述第二车站测距基站与第二地面网络服务器系统通信连接。
优选的，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端均包括处理器、ID寄存器、参数设置输入按键和无线信号收发器，所述处理器的输入端分别与参数设置输入按键、ID寄存器、无线信号收发器的输出端连接，所述处理器的输出端分别与ID寄存器、无线信号收发器的输入端连接。
优选的，所述ID寄存器为非易失性存储器。
优选的，所述无线信号收发器发射的信号为纳秒级非正弦波窄脉冲。
每条地铁线路都有其固定的轨道，本系统可以对地铁线路、站场等进行精密电子地图绘制和显示，对关键点进行精确的地理标注。
通过在地铁列车车头、车尾安装移动测距终端，通过在车站固定点安装固定测距基站完成列车整车属性和车站属性的标注，通过点对点测距实现列车在运行中的精确位置的实时解算，通过轨道精密电子地图实时动态显示和数据映射，完成列车的定位。
通过列车定位和列车车头、车尾位置，实时计算前后两车的精确距离，可以对超过规定距离的车辆运行状态实时预警，防止列车碰撞和追尾事故的发生。
本系统所有列车的精确位置数据全部进入服务器系统，可以优化列车的运行调度，设计基于列车精确位置的服务系统，可以大大提升列车运营效率。
本系统的硬件设备全部采用双单元冗余设计思路，即系统数据发生、检测、通信、处理和结果输出，以及系统供电等设计全部采用双单元配置，按照二取一的可靠性验证设计，保证系统在某一单元设备故障的情况下，不影响系统功能。
本发明中，通过采用无线载波脉冲射频信号机制进行点对点双向飞行时间测距和通信，获得在可测范围内列车与车站固定基站间的距离(也可测量前后两列车间的距离)，自动判定地铁列车在固定轨道上的精确位置，通过精确的铁路轨道电子地图图形与列车运行轨道的映射关系，实现列车精确定位与安全导航，可为地铁列车运行跟踪、导航定位、智能调度提供实时精确的位置信息和传感器检测数据，可有效保障列车运行安全、提高运营效率，并为地铁列车运营管理提供一套全新的管理手段。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统的系统示意图；
图2为本发明提出的车载移动测距终端的系统示意图；
图3为本发明系统架构与定位原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，包括第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端、第一车站测距基站、第二车站测距基站、第一地面网络服务器系统和第二地面网络服务器系统，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端分别设置在列车的前后驾驶室处，所述第一车站测距基站、第二车站测距基站分别安装于双向两边轨道上方有精确位置线路坐标的固定点位置，所述第一车载移动测距终端与第一车站测距基站通信连接，所述第一车站测距基站与第一地面网络服务器系统通信连接，所述第二车载移动测距终端与第二车站测距基站通信连接，所述第二车站测距基站与第二地面网络服务器系统通信连接。
第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端均包括处理器、ID寄存器、参数设置输入按键和无线信号收发器，处理器的输入端分别与参数设置输入按键、ID寄存器、无线信号收发器的输出端连接，处理器的输出端分别与ID寄存器、无线信号收发器的输入端连接，ID寄存器为非易失性存储器，无线信号收发器发射的信号为纳秒级非正弦波窄脉冲。
通过采用无线载波脉冲射频信号机制进行点对点双向飞行时间测距和通信，获得在可测范围内列车与车站固定基站间的距离(也可测量前后两列车间的距离)，自动判定地铁列车在固定轨道上的精确位置，通过精确的铁路轨道电子地图图形与列车运行轨道的映射关系，实现列车精确定位与安全导航，可为地铁列车运行跟踪、导航定位、智能调度提供实时精确的位置信息和传感器检测数据，可有效保障列车运行安全、提高运营效率，并为地铁列车运营管理提供一套全新的管理手段。
本发明的系统架构与定位原理如图3所示，图中：
A、B、C、D分别代表不同的列车；
A1、A2分别为A列车的车头车尾两端(B、C、D类推)；
G为车站站点(G1、G2、G3分别为多个不同的车站)；
位于有效通信范围内(本系统有效通信距离大于2000m)的任意两点都可以精确测距，如A1—G1、A2—B1等；
同向运行列车的前后车距也可实时精确测量，如A2—B1、B2—C1等；
列车与车站固定点实时测距，如B1—G1、B2—G2、C2—G3等；
所有点对点测距数据通过站间网络或站—站传输至地面网络服务系统，也可通过本系统无线测距与通信模块的自组网通信功能将点对点测距数据传输至地面网络服务系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，其特征在于，包括第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端、第一车站测距基站、第二车站测距基站、第一地面网络服务器系统和第二地面网络服务器系统，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端分别设置在地铁列车的前后驾驶室处，所述第一车站测距基站、第二车站测距基站分别安装于双向两边轨道上方有精确位置线路坐标的固定点位置，所述第一车载移动测距终端与第一车站测距基站通信连接，所述第一车站测距基站与第一地面网络服务器系统通信连接，所述第二车载移动测距终端与第二车站测距基站通信连接，所述第二车站测距基站与第二地面网络服务器系统通信连接；
上述基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统的定位方法如下：获得在可测范围内列车与车站固定基站间的距离，自动判定地铁列车在固定轨道上的精确位置，通过精确的铁路轨道电子地图图形与列车运行轨道的映射关系，实现列车精确定位与安全导航。
2.根据权利要求1所述的一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，其特征在于，所述第一车载移动测距终端、第二车载移动测距终端均包括处理器、ID寄存器、参数设置输入按键和无线信号收发器，所述处理器的输入端分别与参数设置输入按键、ID寄存器、无线信号收发器的输出端连接，所述处理器的输出端分别与ID寄存器、无线信号收发器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，其特征在于，所述ID寄存器为非易失性存储器。
4.根据权利要求2所述的一种基于测距模式的地铁列车精确定位与安全导航系统，其特征在于，所述无线信号收发器发射的信号为纳秒级非正弦波窄脉冲。
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