CN110626390A - 一种列车定位系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种列车定位系统和方法，系统包括：车载端设备和靠近轨道设置的地面端设备；车载端设备包括第一蓝牙模块，地面端设备包括：第二蓝牙模块、测距模块。方法包括第一蓝牙模块发出广播帧；第二蓝牙模块接收所述广播帧，并触发测距模块；测量模块根据广播帧测量地面端设备与列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至第二蓝牙模块；第二蓝牙模块将测距信息发送至第一蓝牙模块，进行定位。本发明结合蓝牙定位和测距技术实现了低功耗、低成本、高测距精度和长测距距离的列车定位，方案架构简单且维护成本低。

Description

一种列车定位系统和方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别地，涉及一种列车定位系统和方法。
背景技术
在轨道交通中，普遍使用应答器，轨道电路或计轴系统作为定位手段。但是这些方法普遍成本高，系统复杂，维护工作量大。而且这些传统的手段只能实现确定地点的定位，然后推断列车位于一个区间内，不能实现连续的定位。
蓝牙定位作为一种低功耗、低成本的定位方式，架构简单，维护工作量小。但是传统的蓝牙系统多用于室内，且采用网状部署，在复杂的电磁环境中，基于接收信号功率的蓝牙定位精确性较差。尤其是在轨道交通的场景中，当蓝牙节点呈线状分布时，定位误差会进一步变大。
发明内容
本发明旨在提供一种列车定位系统和方法，以解决上述技术问题。
为此，根据本发明的第一方面，提供了一种列车定位系统，包括：
车载端设备和设置在轨道旁的地面端设备；
所述车载端设备包括：
第一蓝牙模块，用于发出广播帧，接收测距信息并将所述测距信息发送至列车控制系统；
列车控制系统，用于接收所述第一蓝牙模块发送的测距信息，根据所述测距信息对列车进行定位并控制列车运行；
所述地面端设备包括：
第二蓝牙模块，用于接收所述广播帧并触发测距模块；接收来自测距模块的测距信息，发送至所述第一蓝牙模块；
测距模块，用于测量所述地面端设备与所述列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至所述第二蓝牙模块。
可选地，所述第二蓝牙模块接收所述广播帧后，根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块。
可选地，所述第二蓝牙模块与所述测距模块处于同一位置。
可选地，所述测距模块通过超声波或微波进行测距。
可选地，所述测距信息包括测距数据和测距模块的编码信息。
进一步，所述车载端设备还包括第一供电模块，用于对所述第一蓝牙模块供电；所述地面端设备还包括第二供电模块，用于对所述第二蓝牙模块和测距模块供电。
根据本发明的第二方面，提供了一种列车定位方法，包括：
第一蓝牙模块发出广播帧；
第二蓝牙模块接收所述广播帧，并触发测距模块；
测距模块测量地面端设备与列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至第二蓝牙模块；
第二蓝牙模块将测距信息发送至第一蓝牙模块；
第一蓝牙模块将测距信息发送到列车控制系统，对列车进行定位，控制列车运行。
可选地，所述测距信息包括测距数据和测距模块的编码信息。
可选地，所述第二蓝牙模块接收所述广播帧，并触发测距模块包括：
第二蓝牙模块判断是否接收到广播帧，如果是，则检测所述广播帧的信号强度；
根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块。
可选地，所述根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内包括：
根据所述信号强度计算第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离；
判断第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离是否小于预设阈值，如果是，则所述列车处于测距模块的测距范围内。
本发明通过在车载端和地面端设置相应模块，利用蓝牙技术触发测距，从而结合蓝牙定位和测距技术实现了低功耗、低成本、高测距精度和长测距距离的列车定位，方案架构简单且维护成本低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明的列车定位系统的结构示意图；
图2为根据本发明的列车定位方法的流程图；
图3为根据本发明的一个实施例的列车定位方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
参考图1，其示出了本发明的系统结构，包括：
车载端设备1和靠近轨道设置的地面端设备2；
所述车载端设备1包括第一蓝牙模块12，用于发出广播帧以及接收测距信息；
当列车在行驶中时，车载端设备1中的第一蓝牙模块12持续向周围发出广播帧，同时也接收地面端设备2发送的测距信息。
所述车载端设备1还包括列车控制系统，用于接收所述第一蓝牙模块发送的测距信息并根据测距信息对列车进行定位，控制列车运行；
列车控制系统接收到第一蓝牙模块发送的测距数据后，根据测距信息中的距离信息得出测距模块与列车的距离；根据测距模块的编码信息在电子地图中对应所述测距模块的位置；根据测距模块的位置以及测距模块与列车的距离，对列车进行精确定位。其中，电子地图中存储对应每个编号的测距模块的位置信息。相比于现有技术中单一通过蓝牙定位，通过测距模块利用超声波测距或者微波测距，定位准确性有很大的提升。
所述地面端设备2包括第二蓝牙模块21和测距模块22，其中
第二蓝牙模块21，用于接收由车载端设备1的第一蓝牙模块12发出的广播帧，并触发测距模块22。可选地，第二蓝牙模块21接收所述广播帧后，根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块22的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块22。具体地，第二蓝牙模块21根据所述广播帧的信号强度计算第二蓝牙模块21与第一蓝牙模块12之间的距离；判断第二蓝牙模块21与第一蓝牙模块12之间的距离是否小于预设阈值，如果是，则所述列车处于测距模块22的测距范围内，第二蓝牙模块21向测距模块22发送触发指令；如果否，则所述列车处于测距模块22的测距范围之外，第二蓝牙模块21不发送触发指令，继续接收第一蓝牙模块12发送的广播帧并判断与第一蓝牙模块12之间的距离。由此，利用蓝牙模块根据信号强度初步判断列车位置，充分利用了蓝牙模块低功耗、低成本、架构简单且维护成本低的特点。
进一步地，所述第二蓝牙模块21与所述测距模块22处于同一位置。这样可以保证第二蓝牙模块21与第一蓝牙模块12之间的距离与列车到测距模块22之间的距离相同，最大限度的减少误差发生。
第二蓝牙模块21还用于接收来自测距模块22的测距信息，发送给第一蓝牙模块12；
测距模块22，用于测量所述地面端设备2与所述列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至第二蓝牙模块21。可选地，测距模块22通过超声波测距或者微波测距对地面端设备2与列车的距离进行测距，可以实现数米到数十米的距离测量，精度可以达到厘米级甚至毫米级。
上述系统通过蓝牙模块触发机制结合了蓝牙技术和测距技术，充分利用蓝牙模块低功耗、低成本、架构简单且维护成本低的特点，达到低功耗、低成本、维护成本低、架构简单、测距精度高、测距距离长的目的。
进一步地，所述测距信息包括测距数据和测距模块的编码信息；其中测距数据是测距模块测量得出的测距设备与列车的距离；
列车控制系统接收到第一蓝牙模块发送的测距数据后，根据测距信息中的距离信息得出测距模块与列车的距离，例如测距模块与列车的距离为70mm；根据测距模块的编码信息在电子地图中对应所述测距模块的位置，例如编码信息为编码为JK0051；根据测距模块的位置以及测距模块与列车的距离70mm，对列车进行精确定位。其中，电子地图中存储对应每个编号的测距模块的位置信息。相比于现有技术中单一通过蓝牙定位，通过测距模块利用超声波测距或者微波测距，定位准确性有很大的提升。
进一步地，所述车载端设备1还包括第一供电模块13，连接第一蓝牙模块12，该供电模块13为第一蓝牙模块12供电，可以使用电池供电，也可以使用车载电源供电。
所述地面端设备2包括：第二蓝牙模块21、测距模块22和第二供电模块23。可选地，第二供电模块23为电池供电，主要考虑电池供电所需基础设施少，工程量小，价格便宜。
其中，地面端设备2部署在轨道旁，有利于提高精度，减少距离误差。
进一步地，所述车载端设备1还包括列车控制系统11，所述第一蓝牙模块12将所述测距信息发送至所述列车控制系统11，所述列车控制系统11根据所述测距信息控制列车运行，例如对行车的速度进行控制。如果需要，地面端也可以通过蓝牙或其他手段将列车测距信息发送到其他系统，如区域控制器ZC。
参考图2，其示出了根据本发明的列车定位方法流程，由上述的列车定位系统执行，包括：
S21、第一蓝牙模块发出广播帧；
S22、第二蓝牙模块接收所述广播帧，并触发测距模块；
其中，第二蓝牙模块判断是否接收到广播帧，如果是，则检测所述广播帧的信号强度；
根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块。
所述根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内具体包括：
根据所述信号强度计算第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离；
判断第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离是否小于预设阈值，如果是，则所述列车处于测距模块的测距范围内。
S23、测距模块测量地面端设备与列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至第二蓝牙模块；
其中，测距模块通过超声波或微波进行测距。
S24、第二蓝牙模块将测距信息发送至第一蓝牙模块。
S25、第一蓝牙模块将所述测距信息发送至列车控制系统，以根据所述测距信息对列车进行定位，控制列车运行。
列车控制系统接收到第一蓝牙模块发送的测距数据后，根据测距信息中的距离信息得出测距模块与列车的距离，例如测距模块与列车的距离为70mm；根据测距模块的编码信息在电子地图中对应所述测距模块的位置，例如编码信息为编码为JK0051；根据测距模块的位置以及测距模块与列车的距离70mm，对列车进行精确定位。其中，电子地图中存储对应每个编号的测距模块的位置信息。相比于现有技术中单一通过蓝牙定位，通过测距模块利用超声波测距或者微波测距，定位准确性有很大的提升。
如果需要，地面端也可以通过蓝牙或其他手段将列车测距信息发送到其他系统，如区域控制器ZC。
上述方法结合了蓝牙技术和测距技术，充分利用蓝牙模块低功耗、低成本、架构简单且维护成本低的特点，达到低功耗、低成本、维护成本低、架构简单、测距精度高、测距距离长的目的。
图3示出了根据本发明一个实施例的列车定位方法，包括：
S301、设置第一蓝牙模块和第二蓝牙模块的通信距离；
通过设置第一蓝牙模块和第二蓝牙模块的发射功率，即可确定蓝牙模块的通信距离，例如将发射功率均设置为0dBm。
S302、列车在运行中，车载端设备的第一蓝牙模块不断的发出广播帧；
S302、当列车运行到地面端设备的第二蓝牙模块的通信距离内时，第二蓝牙模块接收所述广播帧；
S303、判断第二蓝牙模块是否接收到广播帧；
S304、如果第二蓝牙模块没有接收到广播帧，则不对列车进行定位，继续保持监听状态；
S305、如果第二蓝牙模块收到广播帧，则测量蓝牙信号的强度；
S306、根据蓝牙信号的强度估计第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间距离，即地面端设备与列车之间的距离；
通过蓝牙信号直接估计第一蓝牙模块与第二蓝牙模块之间的距离，由于估计精度低，误差大，不作为地面端设备与所述列车的距离，但作为测距模块的触发信号，通过触发测距模块进行高精度测距。如此降低了系统功耗，提升了测距精度。
S307、如果地面端设备与列车之间的距离处于测距模块的探测范围内；如果地面端设备与列车之间的距离不再测距模块的探测范围内，第二蓝牙模块继续测量与第一蓝牙模块发送广播帧的蓝牙信号强度。
S308、触发测距模块；
S309、测距模块检测列车与测距模块之间的距离；
S310、获得测距信息；
S311、将得到的测距信息通过第一蓝牙模块发送给列车控制系统。
同理，车载端也可以通过测量地面端第二蓝牙模块发送的蓝牙信号广播帧和信号强度获得测距信息。
如果需要，地面端也可以通过蓝牙或其他手段将列车测距信息发送到其他系统，如区域控制器ZC。
本发明在车载端和列车端通过蓝牙定位的基础上，加入超声波或微波进行测距，结合蓝牙模块触发机制，充分利用蓝牙模块低功耗、低成本、架构简单且维护成本低的特点，达到低功耗、低成本、维护成本低、架构简单、测距精度高、测距距离长的目的，实现数米至数十米的距离测量，提高测量精度，使精度达到厘米级以上的效果。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种列车定位系统，其特征在于，包括：
车载端设备和设置在轨道旁的地面端设备；
所述车载端设备包括：
第一蓝牙模块，用于发出广播帧，接收测距信息并将所述测距信息发送至列车控制系统；
列车控制系统，用于接收所述第一蓝牙模块发送的测距信息，根据所述测距信息对列车进行定位并控制列车运行；
所述地面端设备包括：
第二蓝牙模块，用于接收所述广播帧并触发测距模块；接收来自测距模块的测距信息，发送至所述第一蓝牙模块；
测距模块，用于测量所述地面端设备与所述列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至所述第二蓝牙模块。
2.根据权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述第二蓝牙模块接收所述广播帧后，根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块。
3.根据权利要求2或3所述的列车定位系统，其特征在于，所述第二蓝牙模块与所述测距模块处于同一位置。
4.根据权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述测距模块通过超声波或微波进行测距。
5.根据权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述测距信息包括测距数据和测距模块的编码信息。
6.根据权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述车载端设备还包括第一供电模块，用于对所述第一蓝牙模块供电；所述地面端设备还包括第二供电模块，用于对所述第二蓝牙模块和测距模块供电。
7.根据权利要求1～6任一项所述系统的列车定位方法，其特征在于，包括：
第一蓝牙模块发出广播帧；
第二蓝牙模块接收所述广播帧并触发测距模块；
测距模块测量地面端设备与列车的距离，得到测距信息，并将所述测距信息发送至所述第二蓝牙模块；
第二蓝牙模块将所述测距信息发送至所述第一蓝牙模块；
第一蓝牙模块将所述测距信息发送到列车控制系统；
所述列车控制系统根据所述测距信息对列车进行定位并控制列车运行。
8.根据权利要求7所述的列车定位方法，其特征在于，所述测距信息包括测距数据和测距模块的编码信息。
9.根据权利要求7所述的列车定位方法，其特征在于，所述第二蓝牙模块接收所述广播帧，并触发测距模块包括：
第二蓝牙模块判断是否接收到广播帧，如果是，则检测所述广播帧的信号强度；
根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内，如果是，则触发所述测距模块。
10.根据权利要求9所述的列车定位方法，其特征在于，所述根据所述广播帧的信号强度判断所述列车是否位于所述测距模块的测距范围内包括：
根据所述信号强度计算第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离；
判断第二蓝牙模块与第一蓝牙模块之间的距离是否小于预设阈值，如果是，则所述列车处于测距模块的测距范围内。
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