CN110667651A - 一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,包括GNS参考基站、机车移动终端、机车监控管理中心和数据管理中心,所述GNSS参考基站通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车移动终端通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车监控管理中心和数据管理中心通过互联网实现互联,本发明的有益效果是:可以优化行车组织,可以提高各专业部门协调工作的效率,可以实现铁路运输安全监管,可以辅助乘务人员驾驶机车,实现铁路基于精确位置应用服务的无限扩展,铁路基于位置的服务是将移动通信网络和卫星定位系统结合起来,实现“智慧铁路”和“数字铁路”建设。
Description
技术领域
本发明涉及列车自主运行管理技术领域,具体领域为一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统。
背景技术
铁路机车精确定位与安全导航系统”通过采集铁路机车运行状态数据、采集站场轨道电路(或轨道道岔检测)数据和采集卫星精确定位数据,使用完全自主知识产权的软件算法,以实现铁路运行全息化智能感知、快速辨识、风险评估、预警和处置。通过对铁路机车的精确位置、铁路机车运行状态、轨道信号开放状态和乘务员操作状态的综合分析,筛选出满足列车作业安全要求的管理条件,以智能提醒、安全预警或实时监控等方式,达到防止列车运营事故发生、提高列车运输效率、优化列车运行环境的目的。
铁路机车精确定位与安全导航系统”能实现对铁路机车的高精度定位、轨迹追踪、数据回放、实时调度等功能,可有效实现列车运行的安全监控、辅助列车乘务员安全驾驶、提高列车运营管理效率,可为目前铁路运管装备提供有效补充,架构起一套全新的基于“空天车地信息一体化铁路安全服务系统”的现代轨道交通运营管理新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,包括GNS参考基站、机车移动终端、机车监控管理中心和数据管理中心,所述GNSS参考基站通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车移动终端通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车监控管理中心和数据管理中心通过互联网实现互联,所述机车监控管理中心包括信息处理设备、信息展示设备、决策辅助设备和系统,所述信息处理设备与信息展示设备电性相连,所述信息展示设备与决策辅助设备电性相连,所述信息处理设备、信息展示设备和决策辅助设备通过互联网连接方式与系统相连,所述数据管理中心包括业务数据库、空间地理信息库和数据管理设备,所述业务数据库和空间地理信息库通过互联网连接方式与数据管理设备相连。
优选的,所述信息处理设备包括数据接收模块、数据解码模块和数据解算模块,所述数据接收模块用于接收信息中的数据,数据解码模块用于将接收的数据进行解码,数据结算模块将解码完成的数据进行解算,并传输到信息展示设备中。
优选的,所述信息展示设备包括图形缩放模块、漫游浏览模块、信息查询模块、空间定位模块、统计渲染模块和拓扑分析模块,所述图形缩放模块用于对图形的缩放,所述漫游浏览模块用于信息浏览,所述信息查询模块将接收的信息更好的呈现出来,所述空间定位模块用于定位监测列车所处的位置,所述统计渲染模块,可以很好的进行数据统计,所述拓扑分析模块用于分析空间、维度与变换等概念。
优选的,所述决策辅助设备包括动态监控模块、调度助行模块、搜救定位模块、预警提示模块,所述动态监控模块实时监控列车的位置,所述调度助行模块调度机车正常行进,所述搜救定位模块可以在搜救工作时进行准确快速的定位,所述预警提示模块用于提示机车的动态,预先做出警觉。
优选的,所述系统包括权限管理模块、系统维护模块,所述权限管理模块用于限制使用者,系统维护模块保证系统的正常使用。
优选的,所述数据管理设备包括数据更新模块、数据维护模块,所述数据更新模块用于实时更新跟进数据信息,所述数据维护模块保证数据的安全性。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.可以优化行车组织,提高铁路线路运输能力,实现机车(车辆)精确的点定位,任意时刻都能掌握机车(车辆)位置,可保障行车安全、优化行车组织模式、提高运输能力。
2.可以提高各专业部门协调工作的效率,本项目实施,可完成线路、机车(车辆)、运转三位一体的信息化建设,可为运输、机务、电务、车务、安全等提供一套共享信息平台,实现所见即所得的决策效果,大大提高部门间协同工作的效率。
3.可以实现铁路运输安全监管,防止行车事故发生,本项目可完成机车(车辆)在线运行监控,自动检测信号机、道岔、尽头线等,自动检测列车前后方运行状态,自动实现轨道电路分路不良检测,实现安全运营监管,防止机车作业冲、脱、挤、撞等事故的发生。
4.可以辅助乘务人员驾驶机车,实现机车作业的安全管理,本项目可为机车乘务员作业提供一套智能化的行车管理系统,可自动感知机车的位置和状态,自动识别机车前后信号机状态和距离,可实现语音播报和提示告警,辅助机车乘务员的安全驾驶。
5.实现铁路基于精确位置应用服务的无限扩展,铁路基于位置的服务是将移动通信网络和卫星定位系统结合起来,采用多种定位技术和数据处理技术交叉融合的铁路信息服务模式,本系统可以向终端用户提供机车(车辆)或货物的精确的位置信息,集成各种与位置相关的业务。随着定位技术的进步和移动互联网的发展,铁路位置服务已经渗透到各部门的业务之中,精确的位置信息成为铁路运输中一项不可或缺的关键基础信息,本系统可以使机车(车辆)的运行定位精度在站场区域机车定位精度≤20cm;在区间无道岔区域的正线轨道定位精度≤1米。结合铁路路轨运输的特点,通过基于精确的位置服务的应用领域非常广阔,应用场景包括车载导航、应急救援、交通路线规划、物流监控等,这些应用,将在铁路运输、安全、车务、机务、工务、电务等各专业催生出无限的创新应用。
6.实现“智慧铁路”和“数字铁路”建设,本系统可实现铁路基础信息集成、行车安全监控、运输效率优化、机车辅助驾驶等功能,既是一套铁路运输安全管理系统,也是一套运输综合信息管理系统,本系统的应用必将助力“智慧铁路”和“数字铁路”建设目标的实现,具有非常重大的意义。
附图说明
图1为数据组成、处理和输出关系图;
图2为系统数据处理流程图;
图3为差分定位原理图;
图4为地面卫星差分基准站设计图;
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他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4,本发明提供一种技术方案:一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,包括GNS参考基站、机车移动终端、机车监控管理中心和数据管理中心,所述GNSS参考基站通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车移动终端通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车监控管理中心和数据管理中心通过互联网实现互联,所述机车监控管理中心包括信息处理设备、信息展示设备、决策辅助设备和系统,所述信息处理设备与信息展示设备电性相连,所述信息展示设备与决策辅助设备电性相连,所述信息处理设备、信息展示设备和决策辅助设备通过互联网连接方式与系统相连,所述数据管理中心包括业务数据库、空间地理信息库和数据管理设备,所述业务数据库和空间地理信息库通过互联网连接方式与数据管理设备相连。
卫星精确定位系统由卫星数据系统、卫星差分基准站、铁路高精度电子地图(专用GIS电子地图)和列车动态位置解算软件组成,卫星差分基准站,即为动态差分定位基准站,是建立在铁路轨道或站场区域能实时接收卫星系统数据,并能对相对观测点计算求差的信息工作站。卫星差分基准站工作时,实时地将观测到的卫星数据,利用网络系统通过有线或无线的方式,将卫星差分数据传送给地面服务器和本基准站覆盖范围内的列车车载移动终端,以完成列车定位数据的校正,实现列车的高精度定位,JYT-ZBJZ-I基准站将已知的测站精密坐标和接收到的卫星信息直接或经过处理后实时发送给移动站接收机,移动站接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站的信息,经过对结果进行改正,从而提高定位精度,系统软件包括:列车定位系统中继服务,用于接收外部联锁系统发送的联锁数据,校验数据的完整性、正确性,分析并压缩数据,发送至中心服务。因生产环境的复杂性等多种原因,联锁中继服务分为TCP协议、UDP协议及TCP/UDP协议共用三个版本,列车定位系统中心服务,接收联锁中继服务发送的联锁数据、基准站发送的差分数据、车载客户端发送的车辆相关数据、桌面客户端发送的控制命令,并加以解析处理,根据不同的客户端数据协议,将各自需要的数据发送至车载或桌面客户端。同时对数据及日志做持久化处理,地图测量工具,用于通过网络连接中心服务获取差分数据,并通过蓝牙发送至测量硬件设备,硬件设备获取到差分数据后经过自身的计算得到高精度GPS定位数据并通过蓝牙反馈至地图测量工具,采集记录后供地图编辑器绘制高精度地图,地图编辑器,用于根据地图测量工具采集的元素点手动绘制地图(信号机、轨道、绝缘节、道岔等),并根据地图绘制站场图。根据车载客户端在运行时采集的地图校准点数据校准轨道线路,列车定位系统桌面客户端,用于接收中心服务发送的车辆数据、联锁数据及其他数据,以地图编辑器编辑的地图和站场图为基础,在界面图上实时显示定位范围内的车辆实时信息(包括车辆编号、车头朝向、速度、前后信号机信号、所在位置的)。地图及站场图实时显示联锁信号状态。可与其他桌面客户端及车载客户端语音通话,列车定位系统车载客户端,用于接收中心服务发送的其他车辆数据、联锁数据、差分数据、桌面客户端命令及其他数据,以地图编辑器编辑的地图为基础,在界面图上实时显示所在位置及前后信号,并以语音形式播放行驶方向前方的信号机状态。地图及站场图实时显示联锁信号状态。可与其他车载客户端及桌面客户端语音通话,列车定位系统基准站,由硬件部门设置,负责向中心服务发送差分数据,修正车载客户端卫星定位信号数据,机车状态传感器程序,机车状态传感器单片机程序,用于采集机车速度信号,换向信号,用于和平板通讯,显示数据于上位机,还可和信号灯,小键盘进行通讯,进而控制信号灯的闪烁和颜色控制以及视频切换功能,信号灯程序,信号灯单片机程序,用于控制信号灯闪烁和颜色显示,小键盘程序,小键盘单片机程序,用于通过按键切换视频显示的数目,速度表程序,速度表单片机程序,采集速度信号将速度显示在数码管上,车载电源程序,车载电源单片机程序,检测到铅蓄电池电量过低会报警,切断备用电池供电,本系统独创性地解决了机车实时精确位置定位问题,通过完成机车运行过程所在股道的精确定位,结合站场微机联锁系统的实时数据,机车车载系统可以准确地判定本机运行前方的信号机状态、道岔开闭状态、机车与运行前方信号机的距离、尽头线车挡的精确位置和距离等,该系统可为机车作业全过程的安全控制发挥重要作用,GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置,由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响等,民用GPS信号地面位置识别精度只能达到10~30米,远不能达到机车定位的要求,采用差分GPS技术,可以有效消除GPS的共有误差,差分GPS定位精度可达亚米级,而铁路非道岔附近的股道距离一般超过2.5米,经过差分处理的GPS定位数据基本可以满足机车定位的要求,一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收机置于移动流动站上,基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号,基准站所获得的GPS坐标值与已精确测量过的坐标进行进行求差运算,得到差分修正值,然后将这个修正值及时传递给移动站。由于在一定范围内两站受到的干扰因素是相同的,因此移动站通过这个差分修正值修正后可得到较准确的位置,系统数据库主要分为业务数据库和空间地理信息数据库两部分:业务数据库存储列车位置、运输计划、运行状态、列车数据信息、站场微机联锁信息以及其它运营调度管理信息等;空间地理信息库主要包含列车车辆位置状态、站场信号机状态、轨道电路状态、铁路高精度地图数据等信息。整个数据库通过数据的实时更新和自动维护来保证其正常运行,列车监控管理中心主要实现信息处理、信息传输、信息展示和决策辅助等功能。中心利用北斗卫星(或GPS)参考基准站和机车移动终端发回的数据,解算得到列车精确位置信息,并对各管理终端数据应用提供支持。实际运用中,系统主要完成:基于空(无线通信)、天(卫星定位)、车(机车车辆)及地(监控中心)等的列车运行管理、动态监控、运输计划及其它数据信息的记录和回放,实现列车安全事项预警监控和管理。
具体而言,所述信息处理设备包括数据接收模块、数据解码模块和数据解算模块,所述数据接收模块用于接收信息中的数据,数据解码模块用于将接收的数据进行解码,数据结算模块将解码完成的数据进行解算,并传输到信息展示设备中。
具体而言,所述信息展示设备包括图形缩放模块、漫游浏览模块、信息查询模块、空间定位模块、统计渲染模块和拓扑分析模块,所述图形缩放模块用于对图形的缩放,所述漫游浏览模块用于信息浏览,所述信息查询模块将接收的信息更好的呈现出来,所述空间定位模块用于定位监测列车所处的位置,所述统计渲染模块,可以很好的进行数据统计,所述拓扑分析模块用于分析空间、维度与变换等概念。
具体而言,所述决策辅助设备包括动态监控模块、调度助行模块、搜救定位模块、预警提示模块,所述动态监控模块实时监控列车的位置,所述调度助行模块调度机车正常行进,所述搜救定位模块可以在搜救工作时进行准确快速的定位,所述预警提示模块用于提示机车的动态,预先做出警觉。
具体而言,所述系统包括权限管理模块、系统维护模块,所述权限管理模块用于限制使用者,系统维护模块保证系统的正常使用。
具体而言,所述数据管理设备包括数据更新模块、数据维护模块,所述数据更新模块用于实时更新跟进数据信息,所述数据维护模块保证数据的安全性。
工作原理:本发明工作时,首先使用卫星定位参考准基站,同时机车定位流动终端也会发出信号,基站的观测数据与机车定位流动终端进行数据混合打包并将数据包传输至解码解算模块处进行解码解算,一部分数据通过坐标转化投影变换进行分析处理,并将地图坐标与地图进行匹配工作,将匹配后的坐标数据与另一部分数据梳理传输至地图操作跟踪监控设备位置,并通过实际作业要求和列车轨迹以及其它数据进行分析比对,发出管理调度命令,并将命令传输给机车定位流动终端,地图操作跟中监控通过铁路精密电子地图和空间地理信息数据库提供。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:包括GNS参考基站、机车移动终端、机车监控管理中心和数据管理中心,所述GNSS参考基站通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车移动终端通过互联网连接方式与机车监控管理中心连接,所述机车监控管理中心和数据管理中心通过互联网实现互联,所述机车监控管理中心包括信息处理设备、信息展示设备、决策辅助设备和系统,所述信息处理设备与信息展示设备电性相连,所述信息展示设备与决策辅助设备电性相连,所述信息处理设备、信息展示设备和决策辅助设备通过互联网连接方式与系统相连,所述数据管理中心包括业务数据库、空间地理信息库和数据管理设备,所述业务数据库和空间地理信息库通过互联网连接方式与数据管理设备相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:所述信息处理设备包括数据接收模块、数据解码模块和数据解算模块,所述数据接收模块用于接收信息中的数据,数据解码模块用于将接收的数据进行解码,数据结算模块将解码完成的数据进行解算,并传输到信息展示设备中。
3.根据权利要求1所述的一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:所述信息展示设备包括图形缩放模块、漫游浏览模块、信息查询模块、空间定位模块、统计渲染模块和拓扑分析模块,所述图形缩放模块用于对图形的缩放,所述漫游浏览模块用于信息浏览,所述信息查询模块将接收的信息更好的呈现出来,所述空间定位模块用于定位监测列车所处的位置,所述统计渲染模块,可以很好的进行数据统计,所述拓扑分析模块用于分析空间、维度与变换等概念。
4.根据权利要求1所述的一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:所述决策辅助设备包括动态监控模块、调度助行模块、搜救定位模块、预警提示模块,所述动态监控模块实时监控列车的位置,所述调度助行模块调度机车正常行进,所述搜救定位模块可以在搜救工作时进行准确快速的定位,所述预警提示模块用于提示机车的动态,预先做出警觉。
5.根据权利要求1所述的一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:所述系统包括权限管理模块、系统维护模块,所述权限管理模块用于限制使用者,系统维护模块保证系统的正常使用。
6.根据权利要求1所述的一种基于高精度位置的列车自主运行管理系统,其特征在于:所述数据管理设备包括数据更新模块、数据维护模块,所述数据更新模块用于实时更新跟进数据信息,所述数据维护模块保证数据的安全性。
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