CN109878543A - 一种机车头灯智能转向控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车头灯智能转向控制方法和系统，方法为，存储线路区间转向信息和对应旋转角信息，卫星信号有效，从卫星信号获取经纬度信息，无效，从惯性制导获取经纬度信息，依据接收的经纬度信息与存储经纬度信息进行比对，获取旋转角，调节头灯转向，若实时经纬度信息与区间转向信息不符合，则暂存接收经纬度信息，接收经纬度信息与区间转向信息再次重合后，将暂存写入区间转向信息，系统包括导航解算处理单元，控制输出处理单元、卫星导航模块、惯性制导模块、存储模块、云台通信模块、调试模块和电源转换模块，具有精度高、稳定和智能的有益效果。

Description

一种机车头灯智能转向控制方法和系统

技术领域

本发明涉及机车线路技术领域，具体涉及一种机车头智能转向控制方法和系统。

背景技术

传统的机车转向控制采用的是GPS接收器，将机车头的经纬度信息传送到控制系统，而后机车控制系统依据经纬度信息控制机车头转向，但在实际应用过程中，GPS信号容易受外界环境影响，如机车经过隧道、森林等特殊环境时，GPS信号非常微弱甚至无信号，导致无法正常定位，此外，机车在实际运行过程中，线路可能会发生改变，而预置的线路信息未及时更新，此时采用原预置的线路信息会发生机车头转向出错的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种机车头智能转向控制方法和系统

本发明通过以下技术方案实现：

一种机车头灯智能转向控制方法，包括导航解算处理单元、控制输出处理单元和存储模块，所述方法具有如下步骤，

步骤一：依照轨道线路顺序，将轨道线路上每个转向区间的经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度存储于存储模块，所述转向区间为轨道线路的弯道起始点前四百米处至轨道线路弯道结束点之间的距离；

步骤二：列车控制系统同时开启卫星导航和惯性制导，机车头实时检测卫星信号是否有效，若有效转入步骤三，若无效转入步骤四;

步骤三：导航解算处理单元接收卫星数据，并解析出卫星数据中的机车头的经纬度信息和机车头速度信息；

步骤四：惯性导航以此时刻机车头的经纬度信息和机车头的速度信息作为初始值，推算出下一时刻机车头经纬度信息和机车头速度信息，实时输出该时刻的机车头经纬度信息，重复步骤四；

步骤五：控制输出处理单元判断导航解算单元传输的经纬度信息与转向区间中的开始转向点经纬度坐标是否重合，若重合，转入步骤六，否则，重复步骤五；

步骤六：控制输出处理单元以接收到的经纬度信息为依据，并与该时刻的转向区间经纬度坐标比对，判断两者是否相同，若相同，则转入步骤七，若不同，转入步骤八；

步骤七：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息；

步骤八：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息，并将该时刻的经纬度信息进行暂存，若接收到的经纬度信息再次与区间经纬度信息重合，则将暂存经纬信息写入相应的转向区间经纬信息；

步骤九：控制输出处理单元将旋转角度信息传输至机车头控制云台，控制机车头灯旋转对应角度。

所述步骤一中，转向区间经纬度坐标包括转向区间的开始转向点经纬坐标和结束转向点经纬度坐标。

所述步骤一中，转向区间经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度均是从实际线路转向区间中离散化提取获得。

所述步骤五中开始转向点经纬度坐标比实际线路开始转向点经纬度坐标提前四百米。

一种存储介质，所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令，所述指令用于执行所述的方法。

一种机车头灯智能转向控制系统，包括导航解算处理单元，控制输出处理单元、卫星导航模块、惯性制导模块、存储模块、云台通信模块、云台、调试模块和电源转换模块，其中，所述卫星导航模块、惯性制导模块的输出端均与导航解算处理单元的输入端连接，所述导航解算处理单元的输出端分别与调试模块和控制输出处理单元连接，所述控制输出处理单元通过云台通信模块与云台连接，所述控制输出处理单元与存储模块连接，所述导航解算处理单元、控制输出处理单元、卫星导航模块、惯性导航模块、存储模块、云台通信模块和调试模块均与电源转换模块连接。

所述导航解算处理单元和控制输出处理单元均为单片机、PC机或工控机中的任意一种。

所述卫星导航模块为GNSS模块，所述惯性导航模块为IMU模块，所述存储模块包括SD卡和ROM存储器，所述调试模块为RS232串口调试模块。

所述云台通信模块为485通信，所述云台包括单片机、步进电机、齿轮机构和机车头灯，所述单片机与步进电机连接，步进电机通过齿轮机构与机车头灯连接。

所述电源转换模块包括DC110-DC24V转换模块，DC24C-DC5V转换模块和DC5V-DC3.3V转换模块。

本发明公开了一种机车头灯智能转向控制方法和系统，采用卫星导航和惯性制导相结合，在卫星信号无效的情况下，实用惯性导航，通过组合导航推算出机车的实时经纬度信息，达到了全天候、全地域使用，提升了导航系统的精度和稳定性，此外，机车头智能识别出线路的改变，并自动更新线路数据，实现无人工干预的智能化的目的。

附图说明

图1 是机车头灯智能转向控制方法流程图。

图2是机车头灯智能转向控制系统框图结构。

其中，附图标记说明如下：

1.卫星导航模块，2.导航解算处理单元，3.控制输出处理单元，4.云台通信模块，5.云台，6.存储模块，7.电源转换模块，8.调试模块，9.惯性制导模块。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例实例仅仅是本发明一部分实施实例，而不是全部的实施实例，基于本发明的实施实例，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实例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种机车头灯智能转向控制方法，包括导航解算处理单元、控制输出处理单元和存储模块，所述方法具有如下步骤，

步骤一：依照轨道线路顺序，将轨道线路上每个转向区间的经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度存储于存储模块，所述转向区间为轨道线路的弯道起始点前四百米处至轨道线路弯道结束点之间的距离；

步骤二：列车控制系统同时开启卫星导航和惯性制导，机车头实时检测卫星信号是否有效，若有效转入步骤三，若无效转入步骤四;

步骤三：导航解算处理单元接收卫星数据，并解析出卫星数据中的机车头的经纬度信息和机车头速度信息；

步骤四：惯性导航以此时刻机车头的经纬度信息和机车头的速度信息作为初始值，推算出下一时刻机车头经纬度信息和机车头速度信息，实时输出该时刻的机车头经纬度信息，重复步骤四；

步骤五：控制输出处理单元判断导航解算单元传输的经纬度信息与转向区间中的开始转向点经纬度坐标是否重合，若重合，转入步骤六，否则，重复步骤五；

步骤六：控制输出处理单元以接收到的经纬度信息为依据，并与该时刻的转向区间经纬度坐标比对，判断两者是否相同，若相同，则转入步骤七，若不同，转入步骤八；

步骤七：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息；

步骤八：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息，并将该时刻的经纬度信息进行暂存，若接收到的经纬度信息再次与区间经纬度信息重合，则将暂存经纬信息写入相应的转向区间经纬信息；

步骤九：控制输出处理单元将旋转角度信息传输至机车头控制云台，控制机车头灯旋转对应角度。所述步骤一中，转向区间经纬度坐标包括转向区间的开始转向点经纬坐标和结束转向点经纬度坐标。

所述步骤一中，转向区间经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度均是从实际线路转向区间中离散化提取获得，所述离散化提取为现有技术，是将转向区间内无限多的经纬度坐标根据离散化算法提取为有限的转向区间的经纬度坐标。

所述步骤五中开始转向点经纬度坐标比实际线路开始转向点经纬度坐标提前四百米。

一种存储介质，所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令，所述指令用于执行所述的方法，所述存储介质为存储模块中的ROM存储器，ROM存储器为只读存储器，适合存放指令和数据，具有掉电不丢失的优点，指令保存较为稳定。

如图2所示，一种机车头灯智能转向控制系统，包括导航解算处理单元2，控制输出处理单元3、卫星导航模块1、惯性制导模块9、存储模块6、云台通信模块4、云台5、调试模块8和电源转换模块7，其中，所述卫星导航模块1、惯性制导模块9的输出端均与导航解算处理单元2的输入端连接，所述导航解算处理单元2的输出端分别与调试模块8和控制输出处理单元3连接，所述控制输出处理单元3通过云台通信模块4与云台5连接，所述控制输出处理单元3与存储模块6连接，所述导航解算处理单元2、控制输出处理单元3、卫星导航模块1、惯性导航模块9、存储模块6、云台通信模块4和调试模块8均与电源转换模块7连接。

所述导航解算处理单元2和控制输出处理单元3均为单片机、PC机或工控机中的任意一种，所述导航解算处理单元2和控制输出处理单元3为系统核心运算和控制单元优选为ARM芯片，所述ARM芯片型号优选为STM32。

所述卫星导航模块1为GNSS模块，所述惯性导航模块9为IMU模块，所述存储模块6包括SD卡和ROM存储器，所述调试模块8为RS232串口调试模块。

所述GNSS模块优选为UB351三系统五频高精度板卡，所述UB351支持北斗B1/B3 +GPS L1/L2 + GLONASS L1导航信号，冷启动时间：50s，数据更新率10Hz，支持NMEA-0183格式的数据输出。

所述IMU模块使用ADI公司的MEMS惯性传感器模块，内置了一个三轴陀螺仪、一个三轴加速度计、一个三轴磁力计、一个气压高度计和一个温度传感器，是一个完整的惯性系统。

SD卡作为线路经纬度数据存储使用，所述RS232串口调试为232芯片，提供一路RS232调试输出。

所述云台通信模块4为485通信，采用485芯片，所述云台包括单片机、步进电机、齿轮机构和机车头灯，所述单片机与步进电机连接，步进电机通过齿轮机构与机车头灯连接。

所述电源转换模块7包括DC110-DC24V转换模块，DC24C-DC5V转换模块和DC5V-DC3.3V转换模块，为系统工作提供必需的供电电压，DC3.3V为导航解算处理单元2、控制输出处理单元3、以及IMU模块和SD卡提供工作电压，DC5V为GNSS模块、232芯片和485芯片提供工作电压，DC24V为云台提供工作电压，所述云台由单片机、步进电机和齿轮机构构成，以带动机车头灯转向。

所示机车头智能转向控制系统工作过程如下：在机车头运行过程中，由于司机需要提前观察前方线路四百米处的情况，所以，需要在弯道起始点之前四百米处就要开始控制头灯转向，在SD卡中，按顺序存储线路上每个转向区间的开始转向点经纬度坐标和结束转向点经纬度坐标，以及离散化的每个转向区间中各点的经纬度坐标对应的头灯旋转角度。

机车头运行过程中由导航解算处理单元2实时从卫星导航模块1和惯性制导模块8获取机车头的导航信息，使用组合导航算法推算出机车头的高精度位置即高精度经纬度值，之后把经纬度值经导航解算处理单元2传输给控制输出处理单元3，控制输出处理单元3接收到机车头的经纬度信息后与SD卡中的线路经纬度坐标进行比较，若机车的实时经纬度坐标与存储的机车头开始转向经纬度坐标重合，机车头灯开始进入转向过程。

在转向过程中，导航解算处理单元2不断获取机车头的经纬度坐标并交由控制输出处理单元3，控制输出处理单元3以此为依据查询SD卡中以经纬度为标签的数据单元，数据单元内容为车灯在此经纬度的旋转角度，控制输出处理单元3获取到车灯在此经纬度的旋转角度之后，通过云台通信模块4将旋转角度信息传输至车灯控制云台5，由云台5上的步进电机控制处理器根据此旋转角度计算出步进电机的步进值，以此控制云台5转向，实现车灯的旋转。

若在机车头在行驶过程中实时坐标与线路坐标不符，则从不符处开始暂存实时坐标值，一旦实时坐标值与SD卡中的坐标值再次重合，则认为线路改变坐标值暂存完成，则由控制处理单元3将此段新坐标值更新进SD卡中，完成机车头灯转向系统对线路的自学习。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机车头灯智能转向控制方法，包括导航解算处理单元、控制输出处理单元和存储模块，其特征在于：如下步骤，

步骤一：依照轨道线路顺序，将轨道线路上每个转向区间的经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度存储于存储模块，所述转向区间为轨道线路的弯道起始点前四百米处至轨道线路弯道结束点之间的距离；；

步骤二：列车控制系统同时开启卫星导航和惯性制导，并实时检测卫星信号是否有效，若有效转入步骤三，若无效转入步骤四;

步骤三：导航解算处理单元接收卫星数据，并解析出卫星数据中的机车头的经纬度信息和机车头速度信息；

步骤四：惯性导航以此时刻机车头的经纬度信息和机车头的速度信息作为初始值，推算出下一时刻机车头经纬度信息和机车头速度信息，实时输出该时刻的机车头经纬度信息，重复步骤四；

步骤五：控制输出处理单元判断导航解算处理单元传输的经纬度信息与转向区间中的开始转向点经纬度坐标是否重合，若重合，转入步骤六，否则，重复步骤五；

步骤六：控制输出处理单元以接收到的经纬度信息为依据，并与该时刻的转向区间经纬度坐标比对，判断两者是否相同，若相同，则转入步骤七，若不同，转入步骤八；

步骤七：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息；

步骤八：控制输出处理单元读取该时刻转向区间经纬度坐标相对应的旋转角度信息，并将该时刻的经纬度信息进行暂存，若接收到的经纬度信息再次与区间经纬度信息重合，则将暂存经纬信息写入相应的转向区间经纬信息；

步骤九：控制输出处理单元将旋转角度信息传输至机车头控制云台，控制机车头灯旋转对应角度。

2.根据权利要求1所述的机车头灯智能转向控制方法，其特征在于：所述步骤一中，转向区间经纬度坐标包括转向区间的开始转向点经纬坐标和结束转向点经纬度坐标。

3.根据权利要求1所述的机车头灯智能转向控制方法，其特征在于：所述步骤一中，转向区间经纬度坐标、以及转向区间经纬度坐标对应的机车头灯旋转角度均是从实际线路转向区间中离散化提取获得。

4.根据权利要求1所述的机车头灯智能转向控制方法，其特征在于：所述步骤五中开始转向点经纬度坐标比实际线路开始转向点经纬度坐标提前四百米。

5.一种存储介质，其特征在于：所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令，所述指令用于执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

6.一种包含有权利要求5所述的存储介质的机车头灯智能转向控制系统，其特征在于：包括导航解算处理单元，控制输出处理单元、卫星导航模块、惯性制导模块、存储模块、云台通信模块、云台、调试模块和电源转换模块，其中，所述卫星导航模块、惯性制导模块的输出端均与导航解算处理单元的输入端连接，所述导航解算处理单元的输出端分别与调试模块和控制输出处理单元连接，所述控制输出处理单元通过云台通信模块与云台连接，所述控制输出处理单元与存储模块连接，所述导航解算处理单元、控制输出处理单元、卫星导航模块、惯性导航模块、存储模块、云台通信模块和调试模块均与电源转换模块连接。

7.根据权利要求6所述的机车头灯智能转向控制系统，其特征在于：所述导航解算处理单元和控制输出处理单元均为单片机、PC机或工控机中的任意一种。

8.根据权利要求6所述的机车头灯智能转向控制系统，其特征在于：所述卫星导航模块为GNSS模块，所述惯性导航模块为IMU模块，所述存储模块包括SD卡和ROM存储器，所述调试模块为RS232串口调试模块。

9.根据权利要求6所述的机车头灯智能转向控制系统，其特征在于：所述云台通信模块为485通信，所述云台包括单片机、步进电机、齿轮机构和机车头灯，所述单片机与步进电机连接，步进电机通过齿轮机构与机车头灯连接。

10.根据权利要求6所述的机车头灯智能转向控制系统，其特征在于：所述电源转换模块包括DC110-DC24V转换模块，DC24C-DC5V转换模块和DC5V-DC3.3V转换模块。