CN110329318A - 基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，包括：车载设备和地面设备，其中，车载设备包括UWB装置、车载主机和监控屏幕，UWB装置与车载主机连接，UWB装置用于测距和通信，监控屏幕和车载主机连接，监控屏幕用于显示数据；地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，固定节点设备用于与UWB装置进行测距和通信，任意两固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；固定节点设备，还用于输出与所述UWB装置之间的距离数据；所述固定节点设备与所述地面服务器连接，以进行数据交互，所述地面服务器用于根据所述固定节点设备输出的所述距离数据，输出所述列车的精确位置数据。
Description
技术领域
本发明涉及精确测距技术领域，具体而言，涉及一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统及方法。
背景技术
目前，在封闭的地铁隧道线路上，由于线路遮挡验证以实现卫星信号的传输和获取，因此试图采用北斗或GPS卫星定位技术实现隧道内的列车全线精准点定位几乎是不可能做到的。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统及方法，旨在解决通过车载设备和地面设备，对地铁进行测距时，以提高测距精确度的问题。
一个方面，本发明提出了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，包括：车载设备和地面设备，其中，所述车载设备包括UWB装置、车载主机和监控屏幕，所述UWB装置与所述车载主机连接，所述UWB装置用于测距和通信，所述监控屏幕和所述车载主机连接，所述监控屏幕用于显示数据；所述地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，所述固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，所述固定节点设备用于与所述UWB装置进行测距和通信，任意两所述固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；所述固定节点设备，还用于输出与所述UWB装置之间的距离数据；所述固定节点设备与所述地面服务器连接，以进行数据交互，所述地面服务器用于根据所述固定节点设备输出的所述距离数据，输出所述列车的精确位置数据；所述地面服务器和所述监控中心连接，所述监控中心用于接收所述精确位置数据，并在精密电子地图中显示所述列车的位置。
进一步地，所述监控中心还包括移动终端和管理终端，所述移动终端和管理终端用于对所述列车进行实时动态监测和远程管理。
进一步地，所述管理终端用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。
进一步地，每一所述地面固定节点设备对应所述精密电子地图上一个精确一维地理坐标。
进一步地，所述车载设备预设有设备接口。
另一方面，本发明还提出了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，包括：在地铁上设置车载设备，所述车载设备包括：UWB装置、车载主机和监控屏幕，其中所述UWB装置与所述车载主机连接，所述UWB装置用于测距和通信，所述监控屏幕和所述车载主机连接，所述监控屏幕用于显示数据；在地面设置地面设备，所述地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，所述固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，所述固定节点设备用于与所述UWB装置进行测距和通信，任意两所述固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；通过所述固定节点设备输出与所述UWB装置之间的距离数据；所述固定节点设备与所述地面服务器连接，以进行数据交互，所述地面服务器用于根据所述固定节点设备输出的所述距离数据，输出所述列车的精确位置数据；所述地面服务器和所述监控中心连接，所述监控中心用于接收所述精确位置数据，并在精密电子地图中显示所述列车的位置。
进一步地，所述监控中心还包括移动终端和管理终端，所述移动终端和管理终端用于对所述列车进行实时动态监测和远程管理。
进一步地，所述管理终端用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。
进一步地，每一所述地面固定节点设备对应所述精密电子地图上一个精确一维地理坐标。
进一步地，所述车载设备预设有设备接口。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，通过设置车载设备和地面设备，使得地面设备和车载设备相互配合工作以对地铁进行定位，同时，采用UWB的方式对地铁进行定位，极大地提高了地铁定位的精度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参阅图1所示，其为本发明实施例提供的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统的结构示意图。本实施例提供了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，包括：车载设备和地面设备，车载设备预设有设备接口。车载设备包括UWB装置、车载主机和监控屏幕，UWB装置与车载主机连接，UWB装置用于测距和通信，监控屏幕和车载主机连接，监控屏幕用于显示数据；地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，固定节点设备用于与UWB装置进行测距和通信，任意两固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；固定节点设备，还用于输出与UWB装置之间的距离数据；固定节点设备与地面服务器连接，以进行数据交互，地面服务器用于根据固定节点设备输出的距离数据，输出列车的精确位置数据；地面服务器和监控中心连接，监控中心用于接收精确位置数据，并在精密电子地图中显示列车的位置。
具体而言，监控中心还包括移动终端和管理终端，移动终端和管理终端用于对列车进行实时动态监测和远程管理。管理终端用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。每一地面固定节点设备对应精密电子地图上一个精确一维地理坐标。
可以理解的是，通过设置车载设备和地面设备，使得地面设备和车载设备相互配合工作以对地铁进行定位，同时，采用UWB的方式对地铁进行定位，极大地提高了地铁定位的精度。
实施例2
本实施例提供了一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，包括：在地铁上设置车载设备，车载设备包括：UWB装置、车载主机和监控屏幕，其中UWB装置与车载主机连接，UWB装置用于测距和通信，监控屏幕和车载主机连接，监控屏幕用于显示数据；在地面设置地面设备，地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，固定节点设备用于与UWB装置进行测距和通信，任意两固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；通过固定节点设备输出与UWB装置之间的距离数据；固定节点设备与地面服务器连接，以进行数据交互，地面服务器用于根据固定节点设备输出的距离数据，输出列车的精确位置数据；地面服务器和监控中心连接，监控中心用于接收精确位置数据，并在精密电子地图中显示列车的位置。
具体而言，本实施例定位系统供电等级为三级负荷供电，由地铁列车和轨旁提供AC220V电源供电机制，波动范围为+10％～-15％，频率为50Hz。系统自身带有智能后备电源，在外电断电情况下，可保证全部设备工作24小时以上。
具体而言，车载设备由车载主机、监控显示器、UWB测距与通信装置(含天线)等组成。设备安装在列车前后两端的驾驶室，主要用于监测列车前后车及列车与地面固定位置(如线路尽头)的实时精确距离。
设备通过下列接口与列车发生连接：
(1)车载电源接口：可连接车载AC220V电源取电。
(2)车载速度传感器接口(可选)：通过联接列车速度传感器，获取列车转速脉冲，通过判定列车的速度和方向监测列车运行动态。
(3)列车两端设备通信连接(可选)：可通过列车两端驾驶室预的有线通信端口设定，建议采用CAN两端驾驶室设备，以实现设备数据互连互通。
(4)车载控制器接口(可选，仅在列车控制时需要)：系统的车载设备预留了多重输出接口，这些接口主要为了在实现列车主动安全防护时发挥作用。如果经用户或主机厂许可，相关接口也可与列车控制系统连接，车载主机可通过I/O通断接入列车动力总回路控制，也可通过串行RS485接口连接列车控制器，或通过约定的数据接口与ATP系统相连接。
预留安装空间(依列车驾驶室实际空间确定)
(1)在驾驶室天花板上方天线室内预留150X180X200mm空间安装测距与通信模块(含天线)位置。
(2)在驾驶室操作台面，预留80X260X180mm显示屏安装位置；
(3)在驾驶台底部柜内或驾驶室设备柜内预留200X200X260mm空间的车载主机安装位置。
具体而言，地面设备，是指作为地面位置标记点的固定节点设备，如尽头线止挡、车站进出或特定点位置标注等，该设备除不设显示器外，其设备结构与车载主机结构一致，即包含主机和UWB测距与通信模块(含天线)，主机预留了CAN接口、串口和I/O接口等多重接口，可适应地铁环境的列车安全监控与设备管理的多种应用。实际应用中，地面设备中加装无线网络DTU，可实现设备远程监测。实际应用时，地面固定点设备因承担通信功能，需要将通信装置的天线置上志用天线罩内，并将设备固定在一根高度约3.5米的立杆上，配置可充电后备电源，通过与AC220V市电电源联接充电。
具体而言，上述系统由地面固定点、列车移动设备、地面服务器、监控中心及移动设备等组成。地面固定点负责接收测距请求，机车移动设备负责发送测距请求并显示测距数据及推送监测结果到服务器，服务器负责数据处理与分发，监控中心负责远程监测设备状态。
为了达到同时监测列车方向、速度、车车距离、车地距离、轨道状态和道岔开向信息，优化列车主动安全防护系统的基于路轨和列车动态的安全监控，在现有地面微机联锁监测系统的数据完好的基础上，地面服务器可单向接收微机联锁系统发送来的路轨监测数据，根据微机联锁系统的数据监测预先获得轨道线路状态和道岔开闭状态信息，通过列车高精度位置数据解算实现地铁全线列车的高精度定位和列车主动安全防护。
如果系统不能获取地面微机联锁监测的路轨信息和道岔开闭状态信息数据，则可考虑在道岔位置增加道岔密贴监测装置，通过地面固定点(关键点)设备的通信功能，可以将道岔开闭信息实时传输到列车远程监控系统或运行中的列车上，以实现列车运行动态监控和远程管理。
具体而言，上述实施例基于超宽带(UWB)无线通信技术的测距系统采用独特的无线脉冲射频信号机制进行双向飞行时间测距和通信，该系统通过基于直接采样信号签名的测距质量监控机制检测设备之间的测距路径上是否有阻挡，设备内置收发器可以用于碰撞规避、实时定位跟踪及关键设施保护等，为地铁列车运行跟踪、导航定位、智能监控等提供实时距离和传感器数据。系统把定位和传感器通信能力直接集成到一起，通过自定制的测距协议，支持接口可与其它监测或控制设备相连接。测距系统具备通信功能，可在多个设备之间进行针对性的双向飞行时间测距，并同时进行相互之间的通信联络，保证测距结果的精确性，测距结果可直接用于计算测距设备间的相对位置。
通过采用独特的无线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铁路线路固定节点的距离，自动判定列车在轨道线路上的精确位置，通过高精度铁路轨道电子地图与列车运行轨迹的精确解数和算法映射，实现地铁列车的精确定位与安全导航。
在轨道线路的关键固定点增加节点设备，固定节点内置精确的轨道线路里程标，形成列车移动位置与固定位置测距的采样标准，保证任意时刻列车在轨道线路上的高精度“点定位”。
可以理解的是，本实施例通过采用无线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铁路线路固定节点的距离，自动判定列车在轨道线路上的精确位置，通过高精度铁路轨道电子地图与列车运行轨迹的映射关系，实现地铁列车精确定位，从而极大地提高了列车的定位精确度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，其特征在于，包括：车载设备和地面设备，其中，
所述车载设备包括UWB装置、车载主机和监控屏幕，所述UWB装置与所述车载主机连接，所述UWB装置用于测距和通信，所述监控屏幕和所述车载主机连接，所述监控屏幕用于显示数据；
所述地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，所述固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，所述固定节点设备用于与所述UWB装置进行测距和通信，任意两所述固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；
所述固定节点设备，还用于输出与所述UWB装置之间的距离数据；
所述固定节点设备与所述地面服务器连接，以进行数据交互，所述地面服务器用于根据所述固定节点设备输出的所述距离数据，输出所述列车的精确位置数据；
所述地面服务器和所述监控中心连接，所述监控中心用于接收所述精确位置数据，并在精密电子地图中显示所述列车的位置。
2.根据权利要求1所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，其特征在于，所述监控中心还包括移动终端和管理终端，所述移动终端和管理终端用于对所述列车进行实时动态监测和远程管理。
3.根据权利要求2所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，其特征在于，所述管理终端用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。
4.根据权利要求3所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，其特征在于，每一所述地面固定节点设备对应所述精密电子地图上一个精确一维地理坐标。
5.根据权利要求4所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的系统，其特征在于，所述车载设备预设有设备接口。
6.一种基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，其特征在于，包括：
在地铁上设置车载设备，所述车载设备包括：UWB装置、车载主机和监控屏幕，其中所述UWB装置与所述车载主机连接，所述UWB装置用于测距和通信，所述监控屏幕和所述车载主机连接，所述监控屏幕用于显示数据；
在地面设置地面设备，所述地面设备包括固定节点设备、地面服务器和监控中心，所述固定节点设备沿预设区域均匀的设置若干个，所述固定节点设备用于与所述UWB装置进行测距和通信，任意两所述固定节点设备间均能够进行精确测距与通信；
通过所述固定节点设备输出与所述UWB装置之间的距离数据；
所述固定节点设备与所述地面服务器连接，以进行数据交互，所述地面服务器用于根据所述固定节点设备输出的所述距离数据，输出所述列车的精确位置数据；
所述地面服务器和所述监控中心连接，所述监控中心用于接收所述精确位置数据，并在精密电子地图中显示所述列车的位置。
7.根据权利要求6所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，其特征在于，所述监控中心还包括移动终端和管理终端，所述移动终端和管理终端用于对所述列车进行实时动态监测和远程管理。
8.根据权利要求7所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，其特征在于，所述管理终端用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。
9.根据权利要求8所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，其特征在于，每一所述地面固定节点设备对应所述精密电子地图上一个精确一维地理坐标。
10.根据权利要求9所述的基于地铁车载设备与地面设备精确测距的方法，其特征在于，所述车载设备预设有设备接口。
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