CN109466591A - 集装箱轨道动力平车的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集装箱轨道动力平车的定位系统，包括自主定位子系统、相对定位子系统以及监控子系统，所述自主定位子系统用于实现轨道动力平车自身的定位，所述相对定位子系统用于实现轨道动力平车与相邻车辆以及障碍物之间的相对距离的测量，所述监控子系统用于对自主定位子系统以及相对定位子系统的定位数据进行整理，将定位数据进行换算后传递给车载控制系统。本发明提供的这种集装箱轨道动力平车的定位系统，既能实现轨道动力平车的精确自主定位，又能实现轨道动力平车相对其他车辆或障碍物的相对定位，满足自动化装卸和运输作业的要求。

Description

集装箱轨道动力平车的定位系统

技术领域

本发明涉及交通运输领域，尤其涉及一种集装箱轨道动力平车的定位系统。

背景技术

铁路运输是使用铁路列车运送货物的一种运输方式。它在社会物质生产过程中起着重要作用。其特点是运送量大，速度快，成本较低，一般又不受气候条件限制，适合于大宗、笨重货物的长途运输。

集装箱运输，可以减少货物的损耗和损失，保证运输质量。这是因为货物在生产工厂里就装进一只只标准的集装箱，中途经公路、铁路、水上运输，均不开箱，可把货物直接运到用户手中。这样，可减少货物在运输途中损耗和遗失，还可节约包装费用。

集装箱联运是集装箱运输的一种方式，是以集装箱为运输单元，将不同的运输方式有机组合在一起，成为连续的、综合性的一体化货物运输。集装箱多式联运具有产业链长、高效快捷、集约经济、安全可靠等优势，是货物运输发展的重要方向。

集装箱的运输起点地和目的地有一大部分是在内陆地区，需要中转运输。江海联运、水铁联运、公铁联运、海公联运成为集装箱长距离门到门运输服务的主要形式。

集装箱水运运量大，价格低廉，经济效率高于铁路运输和公路运输方式。集装箱江海联运或铁水联运向内陆中转成为一个重要的运输手段。近年来集装箱中转数量显著增加。

铁路自动化集装箱轨道动力平车作为集装箱运载工具在港口码头前沿、堆场和铁路港湾站之间接驳运输是实现上述海铁联运、铁水联运运输系统和运输方法的基础工具。

集装箱轨道动力平车系统(简称轨道动力平车)是一种运用于集装箱铁水、海水联运驳接中转运输系统中自有动力、自动化运行的轨道运输车辆总称；它是集合了铁路动车、铁路集装箱平车车辆、港口自动驾驶集卡车、港口集装箱AGV自动运输车的技术优点进行创新产生轨道运输工具。

铁路货车集装箱平行倒装到相邻的一列轨道动力平车上，轨道动力平车按照集装箱的箱号信息确定运行货区(港区)方向，单车或小编组集结重联后按排列顺序请求进路控制系统排列至指定的港区进路自动形成集装箱分组，轨道动力平车运行至指定的货区(港区)堆场装卸线，集装箱由堆场装卸机具(龙门吊)卸至堆场指定位置。

在铁路与港口之间，建立一种基于自动力运行装载集装箱车辆，新的接驳作业系统、作业设备、作业方法、作业流程以及自动化控制方法提高铁水联运、江海联运集装箱交换货物的效率，减低成本，降低集装箱联运中转时间。铁路自动化集装箱轨道动力平车作为集装箱运载工具，在装卸作业自动化过程中需要集装箱轨道动力平车的精确定位，需要采用适用高效的动态的定位方法和误差精度满足海铁联运、铁水联运运输自动化控制的需要。

轨道动力平车是集装箱自动化控制系统下的一个独立的移动控制终端，它有单车自动运行、重联运行、列车运行模式，配合装卸机具装卸车、连挂/解开等作业定位需求。

现有技术存在以下问题：

1、既有铁路控制系统列车和装载车辆定位主要采用轨道区段占用的方式，精度很低，允许误差达千米级，达不到集装箱装卸自动控制的要求。轨道动力平车在铁路线路自动化运行过程中，自身需要不断定位，判断距离目的地的距离，从而控制运行速度。现有的铁路列车定位技术都不能有效解决新的集装箱列车自动化装卸作业中集装箱轨道动力平车精确定位的要求。

2、集装箱轨道动力平车本车与相邻车辆、集装箱装卸机具和障碍物之间的相对距离和方位的相对距离需要定位；轨道动力平车相对定位用于在装车、卸车时与装卸机具的同步；重联时与相邻轨道动力平车间的调速、制动和连接；解开时与相邻轨道动力平车间保持安全距离。目前铁路机车、车辆相对定位还未见实施先例，不能满足自动化装卸和运输作业的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集装箱轨道动力平车的定位系统，旨在用于解决现有的铁路集装箱装卸作业车辆自主定位精度不高以及缺乏相对定位，不能满足自动化装卸和运输作业的要求的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种集装箱轨道动力平车的定位系统，包括自主定位子系统、相对定位子系统以及监控子系统，所述自主定位子系统用于实现轨道动力平车自身的定位，所述相对定位子系统用于实现轨道动力平车与相邻车辆以及障碍物之间的相对距离的测量，所述监控子系统用于对自主定位子系统以及相对定位子系统的定位数据进行整理，将定位数据进行换算后传递给车载控制系统。

进一步地，所述自主定位子系统包括GPS/BD+差分校正系统，所述GPS/BD+差分校正系统包括设置于轨道动力平车上的卫星定位接收机、安装在已知坐标点处的基准接收机以及信号分配器，所述信号分配器用于将从卫星信号接收天线接收到的信号分配给基准接收机以及轨道动力平车上的卫星定位接收机。

进一步地，所述自主定位子系统还包括信标+走行测距仪定位系统，所述信标+走行测距仪定位系统包括设置于地面上的信标以及设置于轨道动力平车上的走行测距仪，所述走行测距仪安装在轨道动力平车的车轮传动轴上。

进一步地，所述走行测距仪包括测速电机，还包括轮速传感器或光栅传感器，当车速大于一定值时采用测速电机进行测距，当车速小于一定值时采用轮速传感器或光栅传感器进行测距。

进一步地，所述信标为布置于轨道内的若干磁钉，每一个磁钉都记录有其在铁路线路上的铁路里程坐标，轨道动力平车的底盘安装有检测天线，所述检测天线用于检测所覆盖的磁钉的坐标以及与磁钉的相对位置。

进一步地，所述监控子系统中存储有站场电子地图，所述监控子系统根据轨道动力平车在铁路里程上的铁路里程坐标得到轨道动力平车在铁路线路上的精确位置。

进一步地，所述相对定位子系统包括设置于轨道动力平车两端的测距仪，所述测距仪向轨道动力平车周围发射信号，轨道动力平车通过接收反射信号，判断与相邻车辆或障碍物之间的相对距离。

进一步地，所述测距仪为超声波测距仪、红外线测距仪、激光测距仪或者雷达测距仪。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种集装箱轨道动力平车的定位系统，既能实现轨道动力平车的精确自主定位，又能实现轨道动力平车相对其他车辆或障碍物的相对定位，满足自动化装卸和运输作业的要求；基于GPS/BD+差分定位系统、信标+走行测距仪定位系统，解决每一个集装箱轨道动力平车在铁路线路中自主精确定位；基于测距仪的相对定位方法解决集装箱轨道动力平车本车与相邻车辆、障碍物之间的相对距离测量；轨道动力平车车辆通过上述定位系统得到的定位数据可以用于调控车辆运行速度、运行方向、停车位置，其定位精度满足装卸自动化的轨道动力平车作业定位精度要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种集装箱轨道动力平车的定位系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的磁钉布置方式示意图。

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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种集装箱轨道动力平车的定位系统，包括自主定位子系统1、相对定位子系统2以及监控子系统3，所述自主定位子系统1用于实现轨道动力平车自身的定位，以在轨道动力平车自动化运行过程中判断距离目的地的距离，从而控制运行速度；所述相对定位子系统2用于实现轨道动力平车与相邻车辆以及障碍物之间的相对距离的测量，以完成轨道动力平车在装车、卸车时与装卸机具的同步，重联时与相邻轨道动力平车间的调速、制动和连接，解开时与相邻轨道动力平车间保持安全距离；所述监控子系统3用于对自主定位子系统1以及相对定位子系统2的定位数据进行整理，并进行车辆位置换算，将定位数据换算成所需要的坐标数据，可以在铁路线路里程和地理坐标之间转换，用于在不同运用环境和不同系统之间交换定位信息。换算后的坐标数据传递给车载控制系统，方便对轨道动力平车进行控制。监控子系统3还用于控制相关的网络通信和数据信息交换，实现人机交互查询功能和维护。

轨道动力平车是一种典型的路基交通方式。它运行在固定的轨道上，运行环境绝大多数在常规线路中，部分路段在站场遮蔽区域，这就需要系统在作业范围内提供精确并且延迟较小的位置信息供给车载控制系统作为控制依据。

具体地，所述自主定位子系统包括GPS/BD+差分校正系统，所述GPS/BD+差分校正系统包括设置于轨道动力平车上的卫星定位接收机、安装在已知坐标点处的基准接收机以及信号分配器，所述基准接收机选用高精度的差分卫星定位接收机作为参考系统，所述信号分配器用于将从卫星信号接收天线接收到的信号分配给基准接收机以及轨道动力平车上的卫星定位接收机，以达到基准接收机与轨道动力平车上的卫星定位接收机接收信号一致的要求，提高定位的精度。

仅仅GPS/BD卫星定位系统不能满足轨道动力平车的自动化作业的需求；GPS/BD+差分校正系统的误差虽然可以满足轨道动力平车的精度要求，但在作业设备和周边环境遮蔽状态时不能提供准确定位精度。

优选地，所述自主定位子系统还包括信标+走行测距仪定位系统，所述信标+走行测距仪定位系统包括设置于地面上的信标以及设置于轨道动力平车上的走行测距仪，所述走行测距仪安装在轨道动力平车的车轮传动轴上，走行测距仪通过统计车轮转过的圈数和角度，然后用圈数乘以轮径周长来得到轨道动力平车在此段内的运行距离，当轨道动力平车初始位置与随后的运行距离已知时，就可以计算出轨道动力平车的当前位置，以此来实现轨道动力平车定位。但是由于车辆的车轮存在各种误差，比如空转，打滑，还包括计数误差等，需要与信标结合才能使定位的精度达到要求。

轨道动力平车自主定位子系统采用GPS/BD+差分校正系统和信标+走行测距仪定位系统组合定位方式提高定位精度，满足自动化作业的精度要求；轨道动力平车在初始状态和铁路区间等空旷区域控制区域采用GPS/BD+差分校正系统定位技术，在有遮蔽的区域和需要与装卸机具精确配合的装卸作业区域采用信标+走行测距仪定位系统。

优选地，所述走行测距仪包括测速电机，还包括轮速传感器或光栅传感器。测速电机适用于中高速运行速度的测速，低速运行时误差较大；而旋转光栅传感器或轮速传感器适用于低速运行车辆的测速，运用于在高速运行区段时对测速系统传感器的反应时间提出较高的要求。本方案走行测距仪采用测速电机与轮速传感器或光栅传感器组合测量方法，在两种精度速度测量曲线交叉点选取传感器数据转换点，当车速大于一定值时采用测速电机进行测距，当车速小于一定值时采用轮速传感器或光栅传感器进行测距，例如：设定30km/h为交叉点，30km/h以上采用测速电机测量的数据，30km/h以下采用测速轮速传感器或光栅测速传感器测量的数据，可以提高轨道动力平车在极低速度和高速运行环境下都能够满足走行测距精度的要求，

作为优选的实施方式，如图2所示，所述信标为布置于轨道内的若干磁钉，具体在铁路车站到发线、编组线、装卸线等线路钢轨4上的枕木5上相隔一定距离装设磁钉6，磁钉定位的隐秘性好、美观性强，磁钉抗干扰强，抗磨损性强，抗酸碱、油污等影响，磁钉6预埋打孔填埋在枕木5地面下，整个铁路线路地面以上不需要其他定位辅助设备，不会影响轨道线路行车安全。每一个磁钉6都记录有其在铁路线路上的铁路里程坐标，轨道动力平车的底盘安装有检测天线，所述检测天线用于检测所覆盖的磁钉6的坐标以及与磁钉的相对位置。当轨道动力平车在铁路线路上行驶或作业时，检测天线在覆盖磁钉6时可以测量磁钉6相对于检测天线的位置，同时读出磁钉6在铁路线路中的铁路里程坐标位置。这样，当轨道动力平车上检测天线检测到磁钉时，就可以直接计算出轨道动力平车在铁路线路上的铁路里程坐标。检测天线在运行过程中检测出一个磁钉就知道定位，检测到两个磁钉就知道运行方向，监控子系统通过磁钉铁路里程的大小变化从而判断轨道动力平车的运行方向。

轨道动力平车在有遮蔽的区域和需要与装卸机具精确配合的装卸作业非道岔区段采用磁钉+走行测距仪定位系统方式。在道岔区段，由于道岔轨道线路复杂，磁钉无法有序安装，采用走行测距仪定位系统，可以满足定位要求。

安装在轨道动力平车上的测速电机与轮速传感器或光栅传感器互为冗余，两种设备都可以测出轨道动力平车的走行距离与速度，再加上安装在轨道线路上的磁钉定位系统，就可以得到轨道动力平车的精确铁路里程坐标。

优选地，所述监控子系统中存储有站场电子地图，站场电子地图包含了车站的各种地物图形数据(如通道、涵洞、桥梁、天桥等)、精确的铁路里程坐标(误差为cm级)、附属设施以及股道、转线道岔、信号机、绝缘节、警冲标、车挡和站台其它相关属性数据以及测量点与参考坐标点的距离等物理数据。

所述监控子系统根据轨道动力平车在铁路里程上的铁路里程坐标得到轨道动力平车在铁路线路上的精确位置。监控子系统得到轨道动力平车车辆车号所对应的精确位置坐标定位，形成一组(车辆车号、精确位置坐标)数据信息上传至车载计算机控制系统。

进一步地，所述相对定位子系统包括设置于轨道动力平车两端的测距仪，所述测距仪为超声波测距仪、红外线测距仪、激光测距仪或者雷达测距仪。所述测距仪向轨道动力平车周围发射信号，轨道动力平车通过接收反射信号，判断与相邻车辆或障碍物之间的相对距离。

还可以按铁路集装箱作业现场环境需要，依据不同距离设定多级不同的报警区和危险区。当相邻轨道动力平车车辆障碍物在不同报警区时，发出报警信号或减速，当相邻物体在危险区时，轨道动力平车定位系统将信息传达给车载控制系统，轨道动力平车车载控制系统控制轨道动力平车动力系统和制动系统，轨道动力平车可以立即减速停止下来。

集装箱轨道动力平车在运行时，铁路集装箱自动化控制系统下达装车作业装车位置、数量指令，通过车载总线传递给轨道动力平车车载控制系统，车载总线接受轨道动力平车定位系统初始定位，车载控制系统控制轨道动力平车向装车线装车位置运行，轨道动力平车运行过程中，定位系统不断将位置信息发送至车载控制系统，当车载控制系统得到的铁路里程坐标与装车线装车位置一致时，车载控制系统控制轨道动力平车减速停车。轨道动力平车到达指定位置，通过车-车无线通信系统与集装箱装卸机具交换位置数据，与装卸机具保持协同装车距离并同步移动。

本发明实施例的这种集装箱轨道动力平车的定位系统，基于GPS/BD+差分定位系统、信标+走行测距仪定位系统，集装箱自动化控制系统计算解决每一个集装箱轨道动力平车在铁路线路中自主精确定位；基于激光测距仪或雷达测距仪的相对定位方法解决集装箱轨道动力平车本车与相邻车辆、障碍物之间的相对距离测量；轨道动力平车车辆通过上述定位方法可以调控车辆运行速度、运行方向、停车位置，其定位精度满足装卸自动化的轨道动力平车作业定位精度要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：包括自主定位子系统、相对定位子系统以及监控子系统，所述自主定位子系统用于实现轨道动力平车自身的定位，所述相对定位子系统用于实现轨道动力平车与相邻车辆以及障碍物之间的相对距离的测量，所述监控子系统用于对自主定位子系统以及相对定位子系统的定位数据进行整理，将定位数据进行换算后传递给车载控制系统。

2.如权利要求1所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述自主定位子系统包括GPS/BD+差分校正系统，所述GPS/BD+差分校正系统包括设置于轨道动力平车上的卫星定位接收机、安装在已知坐标点处的基准接收机以及信号分配器，所述信号分配器用于将从卫星信号接收天线接收到的信号分配给基准接收机以及轨道动力平车上的卫星定位接收机。

3.如权利要求2所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述自主定位子系统还包括信标+走行测距仪定位系统，所述信标+走行测距仪定位系统包括设置于地面上的信标以及设置于轨道动力平车上的走行测距仪，所述走行测距仪安装在轨道动力平车的车轮传动轴上。

4.如权利要求3所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述走行测距仪包括测速电机，还包括轮速传感器或光栅传感器，当车速大于一定值时采用测速电机进行测距，当车速小于一定值时采用轮速传感器或光栅传感器进行测距。

5.如权利要求3所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述信标为布置于轨道内的若干磁钉，每一个磁钉都记录有其在铁路线路上的铁路里程坐标，轨道动力平车的底盘安装有检测天线，所述检测天线用于检测所覆盖的磁钉的坐标以及与磁钉的相对位置。

6.如权利要求1所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述监控子系统中存储有站场电子地图，所述监控子系统根据轨道动力平车在铁路里程上的铁路里程坐标得到轨道动力平车在铁路线路上的精确位置。

7.如权利要求1所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述相对定位子系统包括设置于轨道动力平车两端的测距仪，所述测距仪向轨道动力平车周围发射信号，轨道动力平车通过接收反射信号，判断与相邻车辆或障碍物之间的相对距离。

8.如权利要求7所述的集装箱轨道动力平车的定位系统，其特征在于：所述测距仪为超声波测距仪、红外线测距仪、激光测距仪或者雷达测距仪。