CN107139973B - 一种基于rfid技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位方法，该装置包括：地面信标、车载定位系统和轨道交通列车地面监控中心系统，所述车载定位系统包括车载定位主机和地面信标读写终端；地面信标为RFID电子标签，具有唯一的EPC编码，被安装于列车轨道两根钢轨中心的枕木上，所述地面信标读写终端安装于列车底部相应位置，所述地面信标读写终端通过有线连接至所述车载定位系统的车载定位主机，所述车载定位系统通过轨道交通的无线通信信道与所述轨道交通列车地面监控中心系统进行信息交互。该发明简化了轨道交通地面信标设计、制造、安装、维护流程，提高了车载定位系统的实时性和安全性。

Description

一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位 方法
技术领域
本发明涉及轨道交通列车定位与控制技术领域，具体涉及一种基于RFID(RadioFrequency Identification--无线射频识别)技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位方法。
背景技术
列车定位是轨道交通控制系统中一项关键性的技术，精确、实时地获取列车的位置信息是轨道交通控制系统的基础。基于查询/应答器的列车定位是目前轨道交通广泛运用的一种定位方式。查询应答器系统包括地面信标、车载查询器、车载查询器主机等三个主要部分组成。它以嵌入式系统为基础，采用数字技术完成数据的发送、接收及处理，并将处理后的信息传送给机车电台或车载ATP，用于车次号传递或列车运行控制。
地面信标是一种基于电磁耦合原理而构成的高速数据传输设备，用于在特定地点实现车-地间的数据交换。安装于两根钢轨中心枕木上的地面信标，在列车通过并接收到车载查询器发送的功率载波时被激活，向车载查询器发送调制的数据编码信号，包括线路基本参数、线路速度信息、临时限速信息、车站进路信息、道岔信息、特殊定位等。
目前的查询应答系统中的地面信标是针对轨道交通具体应用设计的专用定位装置，存在的下列问题：1)硬件结构非标准化；2)通信协议非标准化；3)成本高；4)维护工作量大，不利于信息更新和升级。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位方法，以简化列车定位系统硬件结构和程序的复杂性，不需要针对地面信标的现场数据维护，提高列车定位系统的可靠性。
根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，所述信标定位装置包括：
地面信标、车载定位系统和轨道交通列车地面监控中心系统，所述车载定位系统包括车载定位主机和地面信标读写终端；
所述地面信标为RFID电子标签，具有唯一的EPC编码；
所述地面信标被安装于列车轨道两根钢轨中心的枕木上，所述地面信标读写终端安装于列车底部相应位置，所述地面信标读写终端通过有线连接至所述车载定位系统的车载定位主机，所述车载定位系统通过轨道交通的无线通信信道与所述轨道交通列车地面监控中心系统进行信息交互；
所述车载定位系统存储有定位副本数据库，所述轨道交通列车地面监控中心系统存储有定位数据库，所述定位数据库和所述定位副本数据库存储内容相同，均用于完成所述地面信标的EPC编码到所述地面信标编号及命名的转换。
进一步地，所述定位数据库和所述定位副本数据库均以所述地面信标的EPC编码作为索引值。
进一步地，所述地面信标为封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频RFID电子标签，其中，放置RFID电子标签的空间由硅橡胶材料填充。
进一步地，所述定位数据库与所述定位副本数据库均包括：1)位置信息、2)线路基本参数、3)线路速度信息、4)临时限速信息、5)车站进路信息、6)道岔信息、7)特殊定位信息、8)固定障碍物信息。
进一步地，所述定位数据库与所述定位副本数据库的内容，对于所述轨道交通列车地面监控中心系统的计算机为可读可写信息，可由所述轨道交通列车地面监控中心的计算机，在一定安全级别的信息安全授权和保护下，进行数据同步实时更新，所述定位副本数据库的内容，对于所述车载定位系统的计算机为只读信息。
进一步地，所述地面信标读写终端通过RS232C或RS485连接至所述车载定位系统的车载定位主机。
根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的列车定位方法，所述列车定位方法包括下列步骤：
当安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，将地面信标的EPC编码发送给车载地面信标读写终端，并经由有线信道传送至车载定位主机；
车载定位主机将所述EPC编码，通过轨道交通的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心系统的计算机；
车载定位系统以所述EPC编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位副本数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位相关信息及位置相关信息，用于列车的现场监测和控制；
轨道交通列车地面监控中心系统以所述EPC编码为索引，检索存储于轨道交通列车地面监控中心系统的定位数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位相关信息及位置相关信息，用于列车的远程实时监测与控制。
进一步地，所述定位相关信息包括当前信标经度LAT、纬度LON、高斯投影平面坐标中的坐标(X,Y)，所述位置相关信息包括本路段坡度A、本路段最高限速V。
进一步地，所述定位数据库和所述定位副本数据中实时性较强的非固定信息，由所述轨道交通列车地面监控中心系统或设置在地面的列车测控装置通过无线信道进行更新。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1)本发明采用封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频(433MHZ/915MHZ)RFID电子标签作为地面信标，硬件结构标准化，用户可根据轨道交通定位实际情况，选用市场上成熟的RFID标签作为地面信标内核，缩短产品研发周期，提高产品的通用性和可靠性。并且，随着RFID技术的发展可不断进行产品升级。
2)本发明采用物联网国际标准EPC编码作为地面信标的唯一标识和读取信息，将地面信标装置纳入物联网国际标准体系，简化并且标准化了轨道交通监控系统对地面信标的读取和信息处理。大大减少了地面信标与车载系统的数据量，提高了系统通信的可靠性。
3)本发明将现有系统中存储于地面信标中的大量信息(包括线路基本参数、线路速度信息、临时限速信息、车站进路信息、道岔信息、特殊定位等)存放于车载计算机和地面监控中心计算机，地面信标-车载系统-地面监控中心之间只传输12字节的EPC编码，简化了系统的通信流程，大大减少了系统的通信数据量，使系统的整体可靠性和实时性显著提升。
4)本发明所设计的地面信标定位装置，不需要针对地面信标的现场数据维护。当与地面信标有关的参数(包括线路基本参数、线路速度信息、临时限速信息、车站进路信息、道岔信息、特殊定位等)发生改变时，可通过一定的安全授权程序，由地面监控中心计算机，通过地面监控中心计算机与车载定位系统之间的无线信道，进行单个-局部-全局的信息更新和维护，减少了系统维护工作量，可显著降低系统的维护成本。
附图说明
图1是本发明公开的基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的组成结构示意图；
图2是本发明公开的基于RFID技术的轨道交通地面信标的列车定位方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
列车定位是轨道交通控制系统中一项关键性技术，精确、实时地获取列车的位置信息是轨道交通控制的基础。本实施例以铁路运输移动闭塞控制为应用背景，研究开发了一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置及列车定位方法，作为轨道交通列车定位系统的重要组成部分，为构成地面信标-卫星定位-航迹推算组合型列车定位系统，实现轨道交通列车“小编组，高密度”的行车组织模式提供技术支持。
本发明所设计的轨道交通地面信标定位装置由地面信标、车载信标读写终端、车载定位系统、轨道交通列车地面监控中心系统构成。按照安装规范，地面信标被安装于列车轨道两根钢轨中心的枕木上。地面信标读写终端安装于列车底部相应位置，以保证列车运行时，从正上方通过地面信标。地面信标读写终端通过RS232C或RS485连接至车载的列车控制计算机系统(简称车载定位系统)的车载定位主机。车载定位主机通过轨道交通现有的无线通信信道，与设计于地面的轨道交通列车监控中心系统连接。
地面信标为封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频(433MHZ/915MHZ)RFID电子标签，标签具有唯一的EPC编码。放置RFID电子标签的空间由硅橡胶材料填充。
地面信标读写终端为集成于车载定位系统的高频RFID读卡器，作为车载定位系统的RFID接口，符合高频RFID技术标准。
定位数据库与定位副本数据库包含与列车定位相关所有信息。包括：1)位置信息：地面信标绝对地球坐标；2)线路基本参数：如线路坡度，轨道区段长度等参数；3)线路速度信息：如线路最大允许速度等；4)临时限速信息：当由于施工等原因引起的对列车运行速度进行限制时，向列车提供临时限速信息；5)车站进路信息：根据车站接发车进路，向列车提供“线路坡度”、“线路速度”、“轨道区段”等线路参数；6)道岔信息：给出前方道岔侧向允许列车运行的速度；7)特殊定位信息：如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等；8)其他信息：固定障碍物信息等。
定位数据库存储于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机中，定位副本数据库存储于车载定位系统的计算机中。定位数据库与定位副本数据库的内容，对于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机为可读可写信息，可由轨道交通列车地面监控中心的计算机，在一定安全级别的信息安全授权和保护下，进行数据同步实时更新。存放于车载定位系统的计算机中的定位副本数据库，对于车载定位系统为只读信息。定位数据库和定位副本数据库的主索引为地面信标的EPC编码。
定位数据库结构定义如下。
N0001数据库：EPC转换数据库
功能：完成地面信标的EPC编码到地面信标(应答器)编号及命名的转换，索引值为地面信标的EPC编码。
表1.定位数据库DBASEN0001记录结构
字段名 数据类型 说明
EPCNum 数据 地面信标的EPC编码
EPCName 文本 地面信标名称(可选)
TYPE 数据 设备类型号(《列控系统设备编号规则》)
DISTRICTL 数据 大区编号
DISTRICTB 数据 分区编号
STATION 数据 车站序号
GROUP 数据 组编号
ORDER 数据 组内序号
UNIT 数据 单元编号
PreEPCNum 数据 上行地面信标的EPC编码
PreEPCName 文本 上行地面信标名称(可选)
NextEPCNum 数据 下行地面信标的EPC编码
NextEPCName 文本 下行地面信标名称(可选)
本实施例还公开了一种基于RFID技术的轨道交通地面信标的列车定位方法，具体可参照附图2所示，该列车定位方法包括下列步骤：
1)当安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，按照RFID射频读写协议，将地面信标的EPC编码发送给车载地面信标读写终端，并经由RS485/RS232C信道传送至车载定位系统。
2)车载定位系统将所述EPC编码，通过轨道交通的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心系统的计算机。
3)车载定位系统以所述EPC编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位副本数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位及其他相关信息，用于列车的现场监测和控制。
4)轨道交通列车地面监控中心系统以所述EPC编码为索引，检索存储于轨道交通列车地面监控中心系统的定位数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位及其他相关信息，用于列车的远程实时监测与控制。
5)根据实际控制需要，制定具有一定安全权限的定位数据库更新流程，由轨道交通列车地面监控中心系统，进行定位数据库信息的修改和更新。由轨道交通列车地面监控中心系统确保全范围定位数据库信息的一致性。对于定位数据库中实时性较强的非固定信息，可由轨道交通列车地面监控中心系统或设置在地面的列车测控装置通过无线信道进行更新。
实施例二
本发明实施例中地面信标(RFID标签)：采用深圳捷通科技JT-305超高频长条抗金属无源RFID电子标签，支持EPC Global C1Gen2与ISO18000-6C协议,工作频率860-960MHz；读写灵敏度-17dBm，标签芯片:AlienH3；96位EPC码,512位用户数据区。数据存储时间10年，可重复擦写次数：10万次。读取距离：5M(配合JT-8280读写器)。
本发明实施例中地面信标读写终端：采用深圳捷通科技JT-8280A超高频RFID读写器，支持ISO18000-6C(EPC G2)协议，工作频率902-928MHz，通信接口Wiegand26\34\42、RJ45、RS232数据接口，稳定工作距离5M.电源要求DC-7.5-12V,3A。
本发明实施例中车载定位系统与轨道交通列车地面监控中心系统的无线通信接口：采用济南有人物联网技术有限公司的GPRS通信模块USR-GPRS232-710。无线标准：GSM/GPRS，标准频段：850/900/1800/1900MHz四频，发射功率：GSM900lass4(2W)/DCS1800class1(1W)；GPRS Terminal Device Class：Class B，GPRS Multi-slot Class：GPRS Class 10，GPRS Coding Schemes：CS1-CS4，数据接口波特率300bps-115200bps。
本发明实施例中基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的列车定位方法工作步骤如下：
1)安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，按照RFID射频读写协议，将本地面信标的EPC编码发送给车载地面信标读写终端，并经由RS232C信道传送至车载定位系统。
2)车载定位系统将该EPC编码，通过USR-GPRS232-710接口建立的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心系统的计算机。
3)车载定位系统以所述EPC编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位副本数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位相关信息及位置相关信息，包括：当前信标经度LAT、纬度LON、高斯投影平面坐标中的坐标(X,Y)、本路段坡度A、本路段最高限速V等，用于列车的现场监测和控制。
4)轨道交通列车地面监控中心系统以所述EPC编码为索引，检索存储于轨道交通列车地面监控中心系统的定位数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位及其他相关信息，包括：当前信标经度LAT、纬度LON、高斯投影平面坐标中的坐标(X,Y)、本路段坡度A、本路段最高限速V等，用于列车的现场监测和控制。
5)由轨道交通列车地面监控中心系统确保全范围定位数据库信息的一致性。对于所述定位数据库和所述定位副本数据中实时性较强的非固定信息，由轨道交通列车地面监控中心系统或设置在地面的列车测控装置通过无线信道进行更新。
综上所述，上述实施例公开的地面信标定位装置和列车定位方法，简化了轨道交通地面信标设计、制造、安装、维护流程，简化了列车定位系统通信流程和通信软件设计，提高了车载定位系统的实时性和安全性，符合轨道交通科技发展趋势和市场需求，有重要工程应用价值和良好的产业化前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，所述信标定位装置包括：
地面信标、车载定位系统和轨道交通列车地面监控中心系统，所述车载定位系统包括车载定位主机和地面信标读写终端；
所述地面信标为RFID电子标签，具有唯一的EPC编码；
所述地面信标被安装于列车轨道两根钢轨中心的枕木上，所述地面信标读写终端安装于列车底部相应位置，所述地面信标读写终端通过有线连接至所述车载定位系统的车载定位主机，所述车载定位系统通过轨道交通的无线通信信道与所述轨道交通列车地面监控中心系统进行信息交互；
所述车载定位系统存储有定位副本数据库，所述轨道交通列车地面监控中心系统存储有定位数据库，所述定位数据库和所述定位副本数据库存储内容相同，均用于完成所述地面信标的EPC编码到所述地面信标编号及命名的转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，所述定位数据库和所述定位副本数据库均以所述地面信标的EPC编码作为索引值。
3.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，所述地面信标为封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频RFID电子标签，其中，放置RFID电子标签的空间由硅橡胶材料填充。
4.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，
所述定位数据库与所述定位副本数据库均包括：1)位置信息、2)线路基本参数、3)线路速度信息、4)临时限速信息、5)车站进路信息、6)道岔信息、7)特殊定位信息、8)固定障碍物信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，所述定位数据库与所述定位副本数据库的内容，对于所述轨道交通列车地面监控中心系统的计算机为可读可写信息，可由所述轨道交通列车地面监控中心的计算机，在一定安全级别的信息安全授权和保护下，进行数据同步实时更新，所述定位副本数据库的内容，对于所述车载定位系统的计算机为只读信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置，其特征在于，所述地面信标读写终端通过RS232C或RS485连接至所述车载定位系统的车载定位主机。
7.一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的列车定位方法，其特征在于，所述列车定位方法包括下列步骤：
当安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，将地面信标的EPC编码发送给车载地面信标读写终端，并经由有线信道传送至车载定位主机；
车载定位主机将所述EPC编码，通过轨道交通的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心系统的计算机；
车载定位系统以所述EPC编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位副本数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位相关信息及位置相关信息，用于列车的现场监测和控制；
轨道交通列车地面监控中心系统以所述EPC编码为索引，检索存储于轨道交通列车地面监控中心系统的定位数据库，读出与所述EPC编码相对应的定位相关信息及位置相关信息，用于列车的远程实时监测与控制。
8.根据权利要求7所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的列车定位方法，其特征在于，所述定位相关信息包括当前信标经度LAT、纬度LON、高斯投影平面坐标中的坐标(X,Y)，所述位置相关信息包括本路段坡度A、本路段最高限速V。
9.根据权利要求7所述的一种基于RFID技术的轨道交通地面信标定位装置的列车定位方法，其特征在于，所述定位数据库和所述定位副本数据中实时性较强的非固定信息，由所述轨道交通列车地面监控中心系统或设置在地面的列车测控装置通过无线信道进行更新。
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