CN110579209A - 一种基于rfid定位技术的定位误差补偿方法和系统 - Google Patents

一种基于rfid定位技术的定位误差补偿方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统，该方法包括步骤：中央信息系统获取编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；所述中央信息系统根据所述第二里程、车速和第一里程，计算编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。本发明提供的基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统，可校正编码器统计里程，实现精确定位。

Description

一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统
技术领域
本申请涉及探伤定位技术领域，特别涉及一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统。
背景技术
目前，国内使用的中型双轨探伤车辆，无论是探伤系统、钢轨监视系统、道床巡检系统、隧道巡检系统等，基本都是使用车载编码器进行辅助定位；利用编码器定位需要用户输入起始里程，并需要通过编码器提供的参数计算出行驶里程，进而得到结束里程，由于里程计算受到轮子直径、轨道磨耗、轨道曲线等因素的影响，导致编码器计算的行驶里程与实际行驶里程之间存在误差，因此，使用车载编码器进行辅助定位的方法极易出现累计误差问题。
至于其他的辅助定位方法，由于相应缺陷和限制，也不适合用于对探伤车辆进行辅助定位：如GPS定位方法，其定位误差大以及部分地铁隧道或山区隧道无信号段使用存在限制性问题；传统的巡检作业方法，需要手动对整公里位置取整标记；手工对轨道缺陷位置标记的方法，容易受到环境污染使标记丢失。
申请人对本领域内的相关专利申请也进行了一定的研究，并未发现有效的辅助定位方法。如在发明专利《GNSS盲区智能车辅助定位系统累积误差的协同校正系统及方法》(申请号为201910165171.2)中，提供了GNSS盲区智能车辅助定位系统累积误差的协同校正系统及方法，在GNSS信号中断情况下，采用车载辅助定位系统进行定位；当智能车行驶到RFID感应区域时，图像采集设备进行图像采集并进行定位；车载RFID阅读器设备根据RFID信号强度计算得到基于RFID定位的车辆位置信息；基于图像定位的车辆位置信息和基于RFID定位的车辆位置信息进行融合计算，得到更加精确的车辆定位信息，将基于车载辅助定位系统的车辆位置信息与精确的车辆定位信息比较，得到车载辅助定位系统的累积误差，得到误差校正指令，发送误差校正指令到车载辅助定位系统使其进行误差校正。该发明专利能够校正车辆的辅助定位系统产生的累积误差。申请人经过研究发现，该发明依靠车辆行进过程中感应到RFID电子标签触发图像拍摄以计算精确位置，而要达到这样的效果，就需要拍摄的图像内容包括车辆和铁路沿线里程标，相应地，需要拍摄装置具备夜间拍摄能力，且能适应不同车速下的延时情况，实现成本过于昂贵，无法大规模应用。
因此，需要一种新的定位方法来实现探伤车辆数据对应的精确位置标定。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统，基于RFID定位系统定位确定的里程信息校正编码器的里程定位信息，以获得更为精确的里程定位信息，提升探伤车辆的检测数据的位置定位准确性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，包括如下步骤：中央信息系统获取编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；所述中央信息系统根据当前的所述第二里程、车速和第一里程，计算编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。
较佳地，所述RFID定位系统确定当前里程包括如下步骤：RFID定位系统的RFID电子标签将标签信息发送给RFID定位系统的阅读器，其中，所述标签信息包括所述第二里程；所述阅读器解码所述标签信息并上传给中央信息系统。
较佳地，所述编码器修正系数的计算公式为：k＝(Le+Lfwd-Tcd*V-Lcr)/Lr，
其中，k为编码器修正系数，Le为所述第一里程，Lr为所述第二里程，V为行驶速度，Lfwd＝d/tanθ，Lcr、θ、d和Tcd均为存储在所述中央信息系统的预先设定值。
较佳地，所述根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数具体为：编码器系数＝当前编码器系数*编码器修正系数。
本发明还提供了一种基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，包括RFID 定位系统、编码器和中央信息系统，其中，所述中央信息系统获取所述编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；所述RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；所述中央信息系统还根据所述第一里程、车速和第二里程，计算所述编码器的编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。
较佳地，所述RFID定位系统包括若干RFID电子标签和一个或两个阅读器，其中，所述RFID电子标签将标签信息发送给所述阅读器，其中，所述标签信息包括所述第二里程；所述阅读器解码所述标签信息并上传给所述中央信息系统。
较佳地，所述中央信息系统根据如下公式计算所述编码器修正系数： k＝(Le+Lfwd-Tcd*V-Lcr)/Lr，其中，k为编码器修正系数，Le为所述第一里程， Lr为所述第二里程，V为行驶速度，Lfwd＝d/tanθ，Lcr、θ、d和Tcd均为存储在所述中央信息系统的预先设定值。
较佳地，所述中央信息系统根据如下公式修正所述编码器系数：编码器系数＝当前编码器系数*编码器修正系数。
较佳地，所述阅读器通过以太网、蓝牙、Zigbee、WLAN、RS232或RS485 通讯方式将解码的标签信息上传给所述中央信息系统。
较佳地，所述阅读器固定设置于车体底部，所述RFID电子标签沿轨道分布，每个所述RFID电子标签固定设置于轨道道床中间底部，所述RFID电子标签所在面与所述阅读器所在面平行。
较佳地，两个所述阅读器固定设置于车体的两侧面，所述RFID电子标签沿轨道沿线分布，每个所述RFID电子标签固定设置于轨道沿线，所述RFID 电子标签所在面与所述阅读器所在面平行。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明实施例基于RFID定位系统定位确定的里程信息校正编码器的里程定位信息，以获得更为精确的里程定位信息，可消除定位累计误差；
2、本发明实施例采用无源RFID电子标签进行定位，可解决无GPS信号场景无法定位问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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。附图中：
图1为本发明实施例基于RFID定位技术的定位误差补偿系统结构示意图；
图2为本发明实施例基于RFID定位技术的定位误差补偿方法流程图；
图3为本发明实施例RFID电子标签和阅读器位置规划方案一俯视图；
图4为本发明实施例RFID电子标签和阅读器位置规划方案二俯视图；
图5为本发明实施例RFID电子标签和阅读器位置规划方案二中RFID电子标签在Z空间安装示意图；
图6为本发明实施例RFID电子标签和阅读器位置规划方案二中RFID电子标签在X空间安装示意图；
图7为本发明实施例RFID电子标签和阅读器位置规划方案二RFID电子标签进入阅读器辐射范围的瞬间位置空间俯视图；
图8为本发明实施例阅读器辐射范围空间角度XOZ面方向图；
图9为本发明实施例阅读器辐射范围空间角度XOY面方向图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法和系统进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
本发明实施例基于RFID定位技术的定位误差补偿的方法和系统用于对探伤车辆进行精确定位，基于RFID定位系统确定的里程信息校正编码器的里程定位信息，以获得更为精确的里程定位信息。
实施例1
如图1所示，一种基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，包括RFID 定位系统1，RFID定位系统1包括一个或两个阅读器11、若干RFID电子标签 12、中央信息系统3和编码器2，其中，编码器2设置于双轨式钢轨探伤车辆，用于统计编码器统计的车轮转动圈数和转速，用于反映车辆的行进里程和行进速度，这里，对于编码器2如何统计车轮转动圈数和转速，可参考现有技术,在此不作赘述；中央信息系统3获取编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数计算当前里程，记为第一里程，其中，编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值，该预先设定值可以根据经验进行设定，如设置为0.98，中央信息系统3还根据所述转速计算车速；所述RFID定位系统1确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统3；所述中央信息系统3根据所述第一里程、车速和第二里程计算所述编码器2的编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正编码器系数。
这里，在初次计算第一里程时，采用编码器系数初始值和车轮转动圈数进行计算，之后，中央信息系统3获取第二里程后，根据当前的第一里程、车速和第二里程计算获得编码器修正系数，编码器系数被修正为编码器系数* 编码器修正系数，后续的第二里程则采用该修正后的编码器系数进行计算，直至编码器系数再一次被修正；编码器系数用于表征编码器统计车轮转动圈数与实际里程的对应关系，编码器系数越大，相同转动圈数情况下，对应里程数越大，对于中央信息系统3具体采用何种计算公式根据编码器系数和车轮转动圈数计算里程，可参考现有技术,在此不作赘述。
本实施例中，中央信息系统3在每次获取第二里程后即对编码器系数进行修正，并在下一次修正该编码器系数前，都使用该编码器系数计算第一里程。根据实际应用的需要，也可以在其他条件下对编码器系数进行修正，如在第二里程为整公里数位置处。
作为一种优选实施例，RFID定位系统1包括若干RFID电子标签12和一个或两个阅读器11，其中，所述RFID电子标签12将标签信息发送给所述阅读器11；所述阅读器11解码所述标签信息并上传给所述中央信息系统3。
本实施例中，RFID电子标签12为无源标签或被动标签，标签信息包括线路名称、当前里程(记为第二里程)、当前日期、标签内容等，第二里程为RFID电子标签12的实际安装位置测量获得里程数，并将其预先存储于RFID 电子标签内，标签内容记录当前里程位置的特定信息，如记录站台、道岔、焊缝和整公里校正等。
作为一种优选实施例，所述阅读器11固定设置于车辆上，阅读器11可采用一体式设计或天线分离式设计，所述RFID电子标签12沿轨道或轨道沿线分布设置，具体地，定义车辆行驶方向为为X轴，在轨道所在面垂直车辆行驶方向为Y轴，垂直轨道所在面方向为Z轴，对于RFID电子标签和阅读器位置规划，为使其覆盖范围广、且无重叠区域，可以考虑采用以下两种方案：
方案一：如图3所示，系统包括一个阅读器11，将阅读器11固定设置于车辆底部中间位置，将RFID电子标签12固定设置于轨道道床中间底部，且确保RFID电子标签12所在面与阅读器所在面平行，安装时，确保在Z轴方向上，使阅读器11和RFID电子标签12的距离为d1，同时，由于阅读器11 的信号辐射范围固定，RFID电子标签12进入阅读器11的信号辐射范围的瞬间位置由两者在Z轴、X轴方向的距离及阅读器11的天线辐射方向(范围) 共同决定，在该瞬间位置，RFID电子标签12与阅读器11所在直线与X轴的夹角记为θ1，所述电子标签发送标签信息至所述阅读器所需的通讯延时记为 Tcd1，d1、θ1和Tcd1可通过预先测量、测试计算确定，并存储在所述中央信息系统；
方案二：如图4，系统包括两个阅读器11，在车体两侧分别固定设置有一阅读器11，根据实际应用的需要，设置在车体两侧的阅读器在水平方向上与车头的距离可以相等，也可以不相等；若干RFID电子标签12沿轨道沿线分布设置，使其固定设置于轨道沿线，且确保RFID电子标签所在面与所述阅读器所在面平行，这里的轨道沿线是指沿垂直于列车行驶方向距离轨道一侧一定距离的位置(需确保在轨道安全界限内)，安装RFID电子标签时，尽可能使所有RFID电子标签沿垂直于列车行驶方向至轨道中心距离相等；安装时，确保在Y轴方向上，使阅读器11和RFID电子标签12的距离为d2，同时，由于阅读器11的信号辐射范围固定，RFID电子标签12进入阅读器11的信号辐射范围的瞬间位置由两者在Y轴、X轴方向的距离及阅读器11的天线辐射方向(范围)共同决定，在该瞬间位置，RFID电子标签12与阅读器11所在直线与Y轴的夹角记为θ2，所述电子标签发送标签信息至所述阅读器所需的通讯延时记为Tcd2，d2、θ2和Tcd2可通过预先测量、测试计算确定，并存储在所述中央信息系统。
具体地，如图5-图6所示，规定一个标准原点坐标，轨面上方0.5米位置为Z空间坐标原点即Z坐标为0，由于地铁隧道等特殊环境限制安装位置，高于Z点上方为正数、低于Z点记为负数；规定钢轨一侧距离0.5米处为标准Y坐标记为0，远离Y坐标记为正数，近于Y坐标记为负数；
可以理解地，在确保RFID电子标签可进入阅读器天线有效辐射范围内的前提下，针对阅读器和RFID电子标签也可以在其他的位置进行对应安装。
进一步地，编码器2一般固定设置于车辆的车轮上，记编码器2与阅读器11之间的水平距离为Lcr(可以理解为在车辆行驶方向所在直线上的距离)，并存储至中央信息系统3，其中，对于方案二中，车体两侧的阅读器在水平方向上与车头的距离不相等的时候，编码器2与阅读器11之间的水平距离需要根据实际情况区别记为Lcr1和Lcr2。
作为一种优选实施例，阅读器11通过以太网、蓝牙、Zigbee、WLAN、RS232 或RS485通讯方式将解码的标签信息上传给所述中央信息系统3。
本实施例中，中央信息系统3可为一电脑终端。
实施例2
基于实施例1的误差补偿系统，本发明实施例还提供一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，基于RFID定位系统定位确定的里程信息校正编码器的里程定位信息，以获得更为精确的里程定位信息。如图2所示，包括如下步骤：
S1：中央信息系统获取编码器统计的车轮转动圈数和转速，并并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；
编码器统计探伤车辆的车轮转动圈数和转速，中央信息系统从编码器获取车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数计算当前里程，记为第一里程，并根据所述转速计算车速，由于编码器定位方法存在累计误差问题，这里计算的第一里程存在相应误差；
S2：RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；
具体地，包括以下步骤：
S21：RFID定位系统的RFID电子标签将标签信息发送给RFID定位系统的阅读器，其中，所述标签信息包括所述第二里程；
具体地，按照实施例1对于RFID电子标签和阅读器位置规划的方案一或方案二，阅读器固定设置在车辆上，并持续发送射频信号，其天线辐射范围空间角度如图8和图9所示，当阅读器随车辆移动至RFID电子标签附近，且 RFID电子标签进入阅读器辐射范围时，即认为阅读器进入RFID电子标签激活区域，RFID电子标签接收阅读器发出的射频信号，并通过感应电流所获得的能量发送存储在其芯片中的标签信息(Passive Tag)，标签信息包括第二里程，第二里程为RFID电子标签的实际安装位置测量获得里程数，并将其预先存储于RFID电子标签内。这里，第二里程为电子标签的实际安装里程位置，可以理解为一个绝对里程量。
S22：所述阅读器解码所述标签信息并上传给中央信息系统。
本实施例中，阅读器接收标签信息并解码后，通过以太网、蓝牙、Zigbee、WLAN、RS232或RS485等通讯方式上传给中央信息系统。
S3：所述中央信息系统根据所述第二里程、车速和第一里程，计算编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。
作为一种优选实施例，如图7所示，所述编码器修正系数的计算公式为：
k＝(Le+Lfwd-Tcd*V-Lcr)/Lr，
其中，k为编码器修正系数，Le为所述第一里程，Lr为所述第二里程，V 为行驶速度，Lfwd＝d/tanθ，Lcr、θ、d和Tcd均为存储在所述中央信息系统的预先设定值。
具体地，针对实施例1对于RFID电子标签和阅读器位置规划的方案一或方案二，中央信息系统相应预先存储有θ1、d1、Tcd1或θ2、d2、Tcd2，相应地，在采用方案一时，θ、d和Tcd相应取中央信息系统预先存储的θ1、d1、Tcd1，在采用方案二时，θ、d和Tcd相应取中央信息系统预先存储的θ2、d2、Tcd2；
Lcr表示阅读器编码器之间的水平距离，沿车辆行驶方向，若阅读器位于编码器前方，则Lcr取正数，即Lcr＝|Lcr|；若阅读器位于编码器后方，则Lcr取负数，即Lcr＝-|Lcr|。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
中央信息系统获取编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；
RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；
所述中央信息系统根据当前的所述第二里程、车速和第一里程，计算编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。
2.根据权利要求1所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，其特征在于，所述RFID定位系统确定当前里程包括如下步骤：
RFID定位系统的RFID电子标签将标签信息发送给RFID定位系统的阅读器，其中，所述标签信息包括所述第二里程；
所述阅读器解码所述标签信息并上传给中央信息系统。
3.根据权利要求1所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，其特征在于，所述编码器修正系数的计算公式为：
k＝(Le+Lfwd-Tcd*V-Lcr)/Lr，
其中，k为编码器修正系数，Le为所述第一里程，Lr为所述第二里程，V为行驶速度，Lfwd＝d/tanθ，Lcr、θ、d和Tcd均为存储在所述中央信息系统的预先设定值。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数具体为：编码器系数＝当前编码器系数*编码器修正系数。
5.一种基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，包括RFID定位系统、编码器和中央信息系统，其中，
所述中央信息系统获取所述编码器统计的车轮转动圈数和转速，并根据编码器系数、车轮转动圈数和转速计算基于编码器统计的当前里程和车速，将基于编码器统计的当前里程记为第一里程，其中，所述编码器系数的初始值为存储在所述中央信息系统的预先设定值；
所述RFID定位系统确定当前里程，记为第二里程，并上报给所述中央信息系统；
所述中央信息系统还根据所述第一里程、车速和第二里程，计算所述编码器的编码器修正系数，并根据所述编码器修正系数修正所述编码器系数。
6.根据权利要求5所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，所述RFID定位系统包括若干RFID电子标签和一个或两个阅读器，其中，
所述RFID电子标签将标签信息发送给所述阅读器，其中，所述标签信息包括所述第二里程；
所述阅读器解码所述标签信息并上传给所述中央信息系统。
7.根据权利要求6所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，所述中央信息系统根据如下公式计算所述编码器修正系数：
k＝(Le+Lfwd-Tcd*V-Lcr)/Lr，
其中，k为编码器修正系数，Le为所述第一里程，Lr为所述第二里程，V为行驶速度，Lfwd＝d/tanθ，Lcr、θ、d和Tcd均为存储在所述中央信息系统的预先设定值。
8.根据权利要求5-7任一所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，所述中央信息系统根据如下公式修正所述编码器系数：编码器系数＝当前编码器系数*编码器修正系数。
9.根据权利要求6所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，所述阅读器通过以太网、蓝牙、Zigbee、WLAN、RS232或RS485通讯方式将解码的标签信息上传给所述中央信息系统。
10.根据权利要求6所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，所述阅读器固定设置于车体底部，所述RFID电子标签沿轨道分布，每个所述RFID电子标签固定设置于轨道道床中间底部，所述RFID电子标签所在面与所述阅读器所在面平行。
11.根据权利要求6所述的基于RFID定位技术的定位误差补偿系统，其特征在于，两个所述阅读器固定设置于车体的两侧面，所述RFID电子标签沿轨道沿线分布，每个所述RFID电子标签固定设置于轨道沿线，所述RFID电子标签所在面与所述阅读器所在面平行。
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