CN107433884A - 一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置，基于过分相装置，该方法包括：实时获取列车的卫星定位坐标来确定列车的实际位置；通过查询预设的线路表获得分相区的卫星定位坐标；依据分相区的卫星定位坐标计算得到临界点的卫星定位坐标，当列车到达临界点的时，控制列车进入过分相状态；当列车通过分相区后，控制列车退出过分相状态。相比现有技术中使用预埋磁感应器或无线射频器的方法，本发明只需要在列车上设置一个过分相装置，该装置采用卫星定位的方式来确定电车的实时位置以及电车与临界点之间的距离以及控制列车是否进入过分相状态，使得采购成本、施工成本、调试成本以及维护成本都有明显的降低，达到了低成本过分相区的目的。

Description

一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置。

背景技术

分相区是电气化铁路的无电区，通常分相区设置在两个供出不同相位的电的供电站供电区域的分隔处，目的是防止电车因两区间电力相位不同而产生相位电位差，导致电车设备受损。电车在经过电气化铁路的无电区时需要提前预知无电区位置，当电车到达位于无电区之前的规定距离点(预告点与强迫点)时，控制电车执行相应的工况转换，使得电车能够顺利的通过无电区。

在现有技术中常见的过分相方法是“地面磁感应器+车载设备控制”方案，该方案为：在规定距离点的轨枕处预埋磁感应器，当电车经过预埋的磁感应器时，车外的感应设备采集信号并控制电车执行相应的工况转换。其次，国外也有采用无线射频感应技术定位电车，在规定距离点的接触网上预设无线射频器，当电车经过射频点时，车顶射频识别装置感知射频信号，控制电车执行相应的工况转换。以上两种方式都需要在无电区之前的固定点安装相应的硬件设备，其采购成本、安装施工成本、调试成本、维护成本都很高。

因此，如何提供一种低成本的列车过分相方法及装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置，其能够达到列车低成本过分相区的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于卫星定位的列车过分相方法，基于所述列车上设置的过分相装置，所述方法包括：

实时获取所述列车的卫星定位坐标；

在所述列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表，获得当前运行线路上此时距离所述列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据所述分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

依据所述列车的卫星定位坐标与所述临界点卫星定位坐标计算得到所述列车与所述临界点之间的相对距离；

当依据所述相对距离确定所述列车到达所述临界点时，控制所述列车进入过分相状态；

当所述列车通过所述分相区之后，控制所述列车退出所述过分相状态。

优选地，所述实时获取所述列车的卫星定位坐标的方法具体包括：

判断能否接收到卫星定位信号；若能接收到所述卫星定位信号，则从所述卫星定位信号中获取所述列车的实时卫星定位坐标；

若不能接收到所述卫星定位信号，则依据最后获取的所述列车的实时卫星定位坐标、所述列车的运行速度以及自最后获取到所述列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到所述列车运行的相对距离；

依据所述列车运行的相对距离以及查询所述预设的线路表，获得所述列车的实时卫星定位坐标。

优选地，所述临界点包括预告点和强迫点，所述预告点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于所述强迫点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的距离，所述列车进入所述过分相状态的方法具体包括：

当所述列车到达所述预告点时，发送预告信号给所述列车的控制装置，控制所述列车进入所述过分相状态；

若所述列车在到达所述强迫点后仍未进入所述过分相状态，则发送强制信号给所述列车的控制装置，强制控制所述列车进入所述过分相状态。

优选地，所述方法还包括：

当所述列车的速度为零时，查询所述预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据所述列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当所述距离大于预设的阈值时，将所述列车原始定位坐标校正为所述列车实际定位坐标。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于卫星定位的列车过分相装置，包括：

定位装置，用于实时获取所述列车的卫星定位坐标；

存储装置，用于在所述列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表确定当前的运行线路，获得当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据所述分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

处理器，用于依据所述列车的卫星定位坐标与所述临界点卫星定位坐标计算得到所述列车与所述临界点之间的相对距离；

控制装置，用于当依据所述相对距离确定所述列车到达所述临界点时，控制所述列车进入过分相状态；

当所述列车通过所述分相区之后，控制所述列车退出所述过分相状态。

优选地，所述定位装置包括：

判断单元，用于判断能否接收到卫星定位信号；若能接收到所述卫星定位信号，则从所述卫星定位信号中获取所述列车的实时卫星定位坐标；

计算单元，用于依据最后获取的所述列车的实时卫星定位坐标、所述列车的运行速度以及自最后获取到所述列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到所述列车运行的相对距离；依据所述列车运行的相对距离以及查询所述预设的线路表，获得所述列车的实时卫星定位坐标。

优选地，所述临界点包括预告点和强迫点，所述预告点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于所述强迫点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的距离，所述控制装置包括：

第一控制单元，用于当所述列车到达所述预告点时，发送预告信号给所述列车的控制装置，控制所述列车进入所述过分相状态；

第二控制单元，用于若所述列车在到达所述强迫点后仍未进入所述过分相状态，则发送强制信号给所述列车的控制装置，强制控制所述列车进入所述过分相状态。

优选地，所述装置还包括：

校准单元，用于当所述列车的速度为零时，查询所述预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据所述列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当所述距离大于预设的阈值时，将所述列车原始定位坐标校正为所述列车实际定位坐标。

本发明提供了一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置，该方法包括：过分相装置实时获取列车的卫星定位坐标；在列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表获得当前距离列车最近并且未经过的分相区卫星定位坐标，依据分相区卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；依据列车实时卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算得到列车与临界点之间的相对距离；依据相对距离，当列车到达临界点之后，控制列车进入过分相状态；当列车经过分相区之后，控制列车退出过分相状态。相比现有技术中使用预埋磁感应器或无线射频器的方法，本发明只需要在列车上设置一个过分相装置，该装置采用卫星定位的方式来确定电车的实时位置以及电车与临界点之间的距离以及控制列车是否进入过分相状态，使得采购成本、施工成本、调试成本以及维护成本都有明显的降低，达到了低成本过分相区的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相方法的流程图；

图2是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相方法的具体流程图；

图3是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置，其能够达到列车低成本过分相区的目的。

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做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。

本发明提供了一种基于卫星定位的列车过分相方法，如图1所示，图1是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相方法的流程图，基于列车上设置的过分相装置，该方法包括：

步骤S1：实时获取列车的卫星定位坐标；

其中，在列车运行的过程中，列车上的卫星天线实时获取卫星定位信号，过分相装置接收到卫星定位信号后从中获取列车的卫星定位坐标。

步骤S2：在列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表，获得当前运行线路上此时距离列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

其中，当过分相装置第一次装车调试时需要对列车参数进行设置，如列车的速度等级、受电弓距离卫星接收天线的距离、下载并固化所运行的线路数据等信息。在初次过分相装置使用过分相装置时，需要对通过下载获得的列车所运行的线路进行标定，具体是针对线路上的各个特定点的绝对位置和相对位置(各种距离)等地面信息进行特别采集和标定，将定位经纬度与实际线路上的各个特定点的绝对位置相互对应。这些特定点包括信号机、进站道岔、出站道岔、站中心、无电区等，这些采集和标定好的线路信息数据是在列车运行监控系统的线路信息数据基础上增加了卫星定位坐标。这些采集和标定的线路信息数据存放在预设的线路表中。当然，本发明不限定上述特定点的选取，在实际应用中可依据实际情况选取相应的特定点进行采集和标定线路信息数据。

需要说明的是，在初次使用过分相装置进行采集和标定线路信息数据之后，过分相装置在每次上电后需要从众多的运行线路中选取即将运行的线路，确定线路后过分相装置将自动识别线路中的所有分相区并将所有分相区的卫星定位坐标存储至预设的线路表中。依据分相区的卫星定位坐标以及线路的速度等级(卫星定位过分相装置设定参数之一)，过分相装置可以自动计算出过分相临界点的卫星定位坐标。

需要说明的是，步骤S1与步骤S2是并列的两个步骤，并没有先后顺序之分。

步骤S3：依据列车的卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算得到列车与临界点之间的相对距离；

其中，通过当前列车的卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算可得出当前列车距离临界点的相对距离，通过采集列车的当前速度，可以提前预测到临界点的时间，同时还会计算出当前列车与分相区的相对距离和列车到达分相区的时间。

需要说明的是，上述计算列车与临界点之间的相对距离涉及的公式如下：

GPS定位函数为：f(E_x,W_x,Z_x)

列车与临界点的相对距离为：S_tm＝|f(E_t,W_t,Z_t)-f(E_b,W_b,Z_b)|

上述公式表示列车在t时刻距离临界点b点的距离为S_tm。

步骤S4：当依据相对距离确定列车到达临界点时，控制列车进入过分相状态；

需要说明的是，列车进入过分相状态的具体操作为自动平滑降牵引电流、断开主断路器等(如果不断开主断路器，会造成相间短路)，实现在主、辅电路断电的情况下通过分相区。

作为优选的，临界点包括预告点和强迫点，预告点与当前距离列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于强迫点与当前距离列车最近并且未经过的分相区的距离，列车进入过分相状态的方法具体包括：

步骤S41：当列车到达预告点时，发送预告信号给列车的控制装置，控制列车进入过分相状态；

步骤S42：若列车在到达强迫点后仍未进入过分相状态，则发送强制信号给列车的控制装置，强制控制列车进入过分相状态。

其中，可以理解的是，通过设置预告点与强迫点，使得列车能有更多的时间完成进入过分相状态的相应操作，并且通过设置强迫机制来确保列车安全平稳地通过分相区，保证了列车的行驶安全。

步骤S5：当列车通过分相区之后，控制列车退出过分相状态。

需要说明的是，分相区在实际线路中有起始点和终止点，当列车车身完全通过分相区的终止点时，列车将会退出过分相状态，列车在退出过分相状态以后，过分相装置开始计算下一个分相区的距离。

作为优选的，如图2所示，图2是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相方法的具体流程图，实时获取列车的卫星定位坐标的方法具体包括：

步骤S11：判断能否接收到卫星定位信号；

步骤S12：若能接收到卫星定位信号，则从卫星定位信号中获取列车的实时卫星定位坐标；

步骤S13：若不能接收到卫星定位信号，则依据最后获取的列车的实时卫星定位坐标、列车的运行速度以及自最后获取到列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到列车运行的相对距离；

步骤S14：依据列车运行的相对距离以及查询预设的线路表，获得列车的实时卫星定位坐标。

需要说明的是，列车运行时卫星天线每隔一个时间周期T获取一次卫星定位信号并发送给过分相装置定位列车当前位置，一旦获取卫星信号失败N次(通常为10秒钟)后将启用列车相对位移实时计算。利用当前列车在接收卫星信号失败后运行的相对距离，通过查询预设的线路表获得当前列车的实时卫星定位坐标。当然，本发明不限定获取卫星信号失败的次数以及获取卫星信号失败操作所用的时间。

上述列车相对位移实时计算的方法为：例如，列车正常运行时每一个时间周期t发送一次速度信号，加速度数据通过前后的速度差来确定，通过基本的距离算法计算列车运行的相对距离，算法如下：

其中，S_t1为列车运行的相对距离，t0为最后一次获取到卫星定位信号的时刻，t1为启用列车相对位移实时计算的时刻，V_n为列车速度，a_n为列车加速度。

通过这种方式，即使列车在不能接收到卫星信号的路段上行驶也能实时定位列车的位置，解决了环境干扰卫星定位信号的获取问题。当然，本发明不限定t的具体数值。

作为优选的，该方法还包括：

当列车的速度为零时，查询预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当距离大于预设的阈值时，将列车原始定位坐标校正为列车实际定位坐标。

其中，在每次车辆速度为零时都会对当前车辆的卫星定位精度和位置进行校准，若列车偏离实际线路的距离大于预设阈值时，则重新采样计算确认车辆在线路上的位置，相应的算法如下：

当列车速度为零时，自动初始化校准，列车定位数据位于K与K+1区间，根据坐标数据可计算得：

列车距离K点的距离：p＝|f(E_t0,W_t0,Z_t0)-f(E_K,W_K,Z_K)|

列车距离K+1点的距离：q＝|f(E_t0,W_t0,Z_t0)-f(E_K+1,W_K+1,Z_K+1)|

列车偏离实际线路的距离：l＝|p+q-g|(其中g＝10m，g为列车的长度)。

可以理解的是，上述的计算方法使用的是三角形计算方法，通过该方法对可能存在的列车定位偏离在线路上进行校正判定，当出现列车定位偏离时及时进行校正，消除了列车定位偏离对列车定位计算的影响。当然，本发明不限定具体地校准计算方法。

本发明提供了一种基于卫星定位的列车过分相方法，包括过分相装置实时获取列车的卫星定位坐标；在列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表获得当前距离列车最近并且未经过的分相区卫星定位坐标，依据分相区卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；依据列车实时卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算得到列车与临界点之间的相对距离；依据相对距离，当列车到达临界点之后，控制列车进入过分相状态；当列车经过分相区之后，控制列车退出过分相状态。相比现有技术中使用预埋磁感应器或无线射频器的方法，本发明只需要在列车上设置一个过分相装置，该装置采用卫星定位的方式来确定电车的实时位置以及电车与临界点之间的距离以及控制列车是否进入过分相状态，使得采购成本、施工成本、调试成本以及维护成本都有明显的降低，达到了低成本过分相区的目的。

本发明还提供了一种基于卫星定位的列车过分相装置，如图3所示，图3是本发明提供的一种基于卫星定位的列车过分相装置的结构示意图，该装置包括：

定位装置1，用于实时获取列车的卫星定位坐标；

存储装置2，用于在列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表确定当前的运行线路，获得当前距离列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

处理器3，用于依据列车的卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算得到列车与临界点之间的相对距离；

控制装置4，用于当依据相对距离确定列车到达临界点时，控制列车进入过分相状态；

当列车通过分相区之后，控制列车退出过分相状态。

作为优选的，定位装置1包括：

判断单元，用于判断能否接收到卫星定位信号；若能接收到卫星定位信号，则从卫星定位信号中获取列车的实时卫星定位坐标；

计算单元，用于依据最后获取的列车的实时卫星定位坐标、列车的运行速度以及自最后获取到列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到列车运行的相对距离；依据列车运行的相对距离以及查询预设的线路表，获得列车的实时卫星定位坐标。

作为优选的，临界点包括预告点和强迫点，预告点与当前距离列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于强迫点与当前距离列车最近并且未经过的分相区的距离，控制装置4包括：

第一控制单元，用于当列车到达预告点时，发送预告信号给列车的控制装置4，控制列车进入过分相状态；

第二控制单元，用于若列车在到达强迫点后仍未进入过分相状态，则发送强制信号给列车的控制装置4，强制控制列车进入过分相状态。

作为优选的，该装置还包括：

校准单元，用于当列车的速度为零时，查询预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当距离大于预设的阈值时，将列车原始定位坐标校正为列车实际定位坐标。

本发明提供了一种基于卫星定位的列车过分相装置，包括过分相装置实时获取列车的卫星定位坐标；在列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表获得当前距离列车最近并且未经过的分相区卫星定位坐标，依据分相区卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；依据列车实时卫星定位坐标与临界点卫星定位坐标计算得到列车与临界点之间的相对距离；依据相对距离，当列车到达临界点之后，控制列车进入过分相状态；当列车经过分相区之后，控制列车退出过分相状态。相比现有技术中使用预埋磁感应器或无线射频器的方法，本发明只需要在列车上设置一个过分相装置，该装置采用卫星定位的方式来确定电车的实时位置以及电车与临界点之间的距离以及控制列车是否进入过分相状态，使得采购成本、施工成本、调试成本以及维护成本都有明显的降低，达到了低成本过分相区的目的。

以上对本发明所提供的一种基于卫星定位的列车过分相方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于卫星定位的列车过分相方法，其特征在于，基于所述列车上设置的过分相装置，所述方法包括：

实时获取所述列车的卫星定位坐标；

在所述列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表，获得当前运行线路上此时距离所述列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据所述分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

依据所述列车的卫星定位坐标与所述临界点卫星定位坐标计算得到所述列车与所述临界点之间的相对距离；

当依据所述相对距离确定所述列车到达所述临界点时，控制所述列车进入过分相状态；

当所述列车通过所述分相区之后，控制所述列车退出所述过分相状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时获取所述列车的卫星定位坐标的方法具体包括：

判断能否接收到卫星定位信号；若能接收到所述卫星定位信号，则从所述卫星定位信号中获取所述列车的实时卫星定位坐标；

若不能接收到所述卫星定位信号，则依据最后获取的所述列车的实时卫星定位坐标、所述列车的运行速度以及自最后获取到所述列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到所述列车运行的相对距离；

依据所述列车运行的相对距离以及查询所述预设的线路表，获得所述列车的实时卫星定位坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界点包括预告点和强迫点，所述预告点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于所述强迫点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的距离，所述列车进入所述过分相状态的方法具体包括：

当所述列车到达所述预告点时，发送预告信号给所述列车的控制装置，控制所述列车进入所述过分相状态；

若所述列车在到达所述强迫点后仍未进入所述过分相状态，则发送强制信号给所述列车的控制装置，强制控制所述列车进入所述过分相状态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述列车的速度为零时，查询所述预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据所述列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当所述距离大于预设的阈值时，将所述列车原始定位坐标校正为所述列车实际定位坐标。

5.一种基于卫星定位的过分相装置，其特征在于，包括：

定位装置，用于实时获取所述列车的卫星定位坐标；

存储装置，用于在所述列车经过上一个分相区之后查询预设的线路表确定当前的运行线路，获得当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的卫星定位坐标，依据所述分相区的卫星定位坐标计算得到临界点卫星定位坐标；

处理器，用于依据所述列车的卫星定位坐标与所述临界点卫星定位坐标计算得到所述列车与所述临界点之间的相对距离；

控制装置，用于当依据所述相对距离确定所述列车到达所述临界点时，控制所述列车进入过分相状态；

当所述列车通过所述分相区之后，控制所述列车退出所述过分相状态。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定位装置包括：

判断单元，用于判断能否接收到卫星定位信号；若能接收到所述卫星定位信号，则从所述卫星定位信号中获取所述列车的实时卫星定位坐标；

计算单元，用于依据最后获取的所述列车的实时卫星定位坐标、所述列车的运行速度以及自最后获取到所述列车的实时卫星定位坐标起至当前时刻之间的列车运行时间计算得到所述列车运行的相对距离；依据所述列车运行的相对距离以及查询所述预设的线路表，获得所述列车的实时卫星定位坐标。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述临界点包括预告点和强迫点，所述预告点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的相对距离大于所述强迫点与所述当前距离所述列车最近并且未经过的分相区的距离，所述控制装置包括：

第一控制单元，用于当所述列车到达所述预告点时，发送预告信号给所述列车的控制装置，控制所述列车进入所述过分相状态；

第二控制单元，用于若所述列车在到达所述强迫点后仍未进入所述过分相状态，则发送强制信号给所述列车的控制装置，强制控制所述列车进入所述过分相状态。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

校准单元，用于当所述列车的速度为零时，查询所述预设的线路表可得到列车原始定位坐标，依据所述列车原始定位坐标与列车实际定位坐标计算得到两者之间的距离，当所述距离大于预设的阈值时，将所述列车原始定位坐标校正为所述列车实际定位坐标。