CN110775105B - 基于uwb在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统，分别获取到基于UWB技术确定的车头距离信息和车尾距离信息，根据车头距离信息确定车头位置信息，根据车尾距离信息确定车尾位置信息，最后基于车头位置信息和车尾位置信息，确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，实现对目标列车的定位。整个定位过程并未引入第三方设备数据，通过UWB的二维精准测距能力以及三角定位原理，实现对目标列车的车头和车尾进行精准的定位，进而确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，在车辆段可以确保列车停靠位置准确，并可进一步判断目标列车是否完整，以确保目标列车编组完整。

Description

基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，更具体地，涉及基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统。
背景技术
随着生活水平的提高以及对列车运输需求的增加，对列车进行定位以确定列车的位置对列车的调度、事故预防等方面至关重要。
目前，对列车的定位通常采用区间定位方式实现，具体是采取信标定位，将信标是安装在列车运行轨道沿线，以反映列车运行轨道绝对位置的物理标志。信标类似于非接触式的集成电路(IntegratedCircuit，IC)卡，在列车经过信标时，车载天线发射的电磁波激励信标工作，将信标所处的绝对位置信息传递至列车，为列车提供精确的绝对位置参考点。轨道交通信号系统中所使用的信标大部分为无源信标，由于信标提供的位置信息精度很高，达厘米量级，常用信标作为修正列车实际运行距离的手段，根据车载的速度传感器，结合轨道电子地图推算列车当前位置，列车运行一段距离后经过下一个信标位置对列车位置进行修正，消除速度积分带来的误差。
区间定位方式本身是可信并且可靠的，通过固定的精准定位点结合速度积分在电子地图中进行位置推算的方式可以保障可靠的定位精度。但是这种定位方式对轨道交通信号系统具有极高的依赖性，不能作为一种定位方式单独存在，必须依存于轨道信号的一些数据输入才能正常工作。例如在遇到经过道岔的情况，传统的速度积分加单点的定位模式在没有轨道信号系统通知其道岔闭合方向的情况下，是无法完成定位的。
因此，现急需提供一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，包括：
获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息；
获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息；
基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围；
其中，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于超宽带UWB技术确定，所述基站安装在列车运行轨道沿线。
优选地，还包括：
基于预设时间段内每一时刻所述目标列车的车头位置信息以及轨道电子地图，确定所述目标列车的行驶方向以及所述目标列车的速度信息。
优选地，所述基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围，具体包括：
基于轨道电子地图的数据组成结构，从所述车头在所述数据组成结构中的位置出发，在所述数据组成结构中寻找所述车尾的位置；
基于所述车头和所述车尾在所述数据组成结构中的位置，确定所述目标列车在所述列车运行轨道上的占用范围。
优选地，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，具体包括：
分别以三个基站中每个基站为圆心、以所述车头距离信息为半径绘制圆形；
若所有圆形之间只存在一个共同交点，则基于三个基站中每个基站的位置信息和所述车头距离信息，确定所述共同交点的位置信息，将所述共同交点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
优选地，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形之间存在面积大于零的交集，则确定所述交集的中心点，将所述列车运行轨道上与所述交集的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
优选地，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在一个交点，则确定所述交点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在两个交点，则确定两个交点的中心点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中两两圆形不相交，则确定以所述三个基站组成的三角形的中心点，将所述列车运行轨道上与所述三角形的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
优选地，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于UWB的飞行时间TOF测距技术确定，所述目标列车的车头顶部和车尾顶部均安装有与所述基站通信连接的定位标签。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的系统，包括：定位服务器和至少三个基站，所述基站安装在列车运行轨道沿线；
所述定位服务器用于执行如第一方面所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行第一方面提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法。
本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统，分别获取到基于UWB技术确定的车头距离信息和车尾距离信息，根据车头距离信息确定车头位置信息，根据车尾距离信息确定车尾位置信息，最后基于车头位置信息和车尾位置信息，确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，实现对目标列车的定位。整个定位过程并未引入第三方设备数据，通过UWB的二维精准测距能力以及三角定位原理，实现对目标列车的车头和车尾进行精准的定位，进而确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，在车辆段可以确保列车停靠位置准确，并可进一步判断目标列车是否完整，以确保目标列车编组完整。UWB技术可以比以往的定位方式更加准确的给出列车占用的轨道范围，从而保障其他功能拥有更加良好的运行环境。同时，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统，可以完全独立于现有系统进行工作，增强了紧急状态下的系统应对能力，即使在遇到经过道岔的情况同样可以实现对目标列车的车头和车尾进行精准的定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中车辆段的列车交汇区域基站的安装结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中各基站与目标列车的车头之间的位置关系示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中各基站与目标列车的车头之间的位置关系示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中各基站与目标列车的车头之间的位置关系示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中各基站与目标列车的车头之间的位置关系示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中各基站与目标列车的车头之间的位置关系示意图；
图8为本发明实施例提供的一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的系统的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，包括：
S1，获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息；
S2，获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息；
S3，基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围；
其中，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于超宽带UWB技术确定，所述基站安装在列车运行轨道沿线。
具体地，本发明实施例中，列车可以是地铁、动车、高铁、火车等具有固定运行轨道的车辆，在列车运行轨道沿线安装有基站。本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，可以适用于多种不同的应用场景，例如列车工作运行过程中，列车在进入车辆段至停靠在车辆段的整个过程中等，还可以应用于其他需要对列车进行定位的应用场景中，本发明实施例中对此不作具体限定。
对于不同的应用场景，基站的数量也不相同，具体可以根据定位区域的范围以及基站的性能进行设定，例如，对于列车工作运行过程中的定位，可以在列车运行轨道沿线两侧每隔预设距离均安装一个基站。对于车辆段，由于考虑到车辆段列车密集程度较高，为了防止遮挡，基站可以安装在高于列车3m以上的位置，并且所有基站的安装高度应保持统一致，以防止由于安装高度不同对后续的操作产生影响；车辆段内的基站数量可以是四个，分别安装在车辆段的四个角落，因为轨道区域的横向宽度一般不会过长，一个基站完全可以满足覆盖，不需要额外的基站进行补充，如果车辆段过于庞大或者车辆段内列车运行轨道中间存在过多的障碍物，可以考虑在中间或者某些被遮挡的特定位置增加基站。而沿着列车行驶方向上，需要根据的性能，一般根据基站的工作功率和天线长度决定，增加基站的数量，如果遇到弯路，也需要增加基站的数量，以保证定位结果的精度。
以下仅以本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法在车辆段的应用为例进行说明，如图2所示，为本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法中车辆段的列车交汇区域基站的安装结构示意图，图2中包括共安装有6个基站21，其中有两辆列车22、23。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，执行主体为定位服务器，首先，执行步骤S1，定位服务器获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息。其中，不共线的三个基站均安装在列车运行轨道沿线。定位服务器需要同时获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息。目标列车的车头与每个基站之间的车头距离信息可以通过每个基站基于超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术确定并传输至定位服务器，每个基站向目标列车发送电磁波信号，并接收目标列车回应，每个基站可与目标列车的车载系统通信连接实现电磁波信号的发送与回应。
本发明实施例中采用UWB技术确定车头与基站之间的距离，UWB技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点。
如果定位服务器获取到目标列车的车头与多于三个基站之间的车头距离信息，则从中选取距离最短的三个车头距离信息。如果定位服务器只获取到目标列车的车头与一个或两个基站之间的车头距离信息，则无法利用三角定位原理确定出目标列车的车头位置信息。
然后，定位服务器基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息。其中，通过三个基站的位置信息和每个基站与目标列车的车头之间的车头距离信息，即可根据基站与目标列车的车头之间的相对位置关系，确定出目标列车的车头位置信息，即实现了对目标列车的定位。需要说明的是，本发明实施例中车头位置信息可以通过世界坐标的形式表示。
由于现有技术中采用的区间定位方式，在一些极端情况下，固定的精准定位点与速度积分结合的定位模式也无法发挥其定位能力，例如列车中间脱节这种情况，则不能依靠上述定位模式自行判断，需要依靠计轴等第三方设备参与判断。
因此本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，执行步骤S2，获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息。由于目标列车具有一定长度，因此此处不共线的三个基站可与上述实施例中的三个基站相同，也可以不同，但设置的方式和选择的方式与上述实施例是一致的，本发明实施例中在此不再赘述。通过三个基站的位置信息和每个基站与目标列车的车尾之间的车尾距离信息，即可根据基站与目标列车的车尾之间的相对位置关系，确定目标列车的车尾位置信息。目标列车的车尾位置信息的确定方法与上述目标列车的车头位置信息的确定方法是完全一致的，本发明实施例中对此不再赘述。
最后，执行步骤S3，基于车头位置信息和车尾位置信息，确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围。在确定车头位置信息和车尾位置信息后，可以结合轨道电子地图大数据中的列车运行轨道信息，确定出目标列车在列车运行轨道上的占用范围，该占用范围为当前目标列车的车头和车尾之间的轨道长度。
在确定出目标列车在列车运行轨道上的占用范围后，可以进一步判断该占用范围与目标列车的理论长度的大小，若该占用范围等于目标列车的理论长度，则说明目标列车完整，否则，若该占用范围小于目标列车的理论长度，则说明目标列车的车头和车尾脱离。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，分别获取到基于UWB技术确定的车头距离信息和车尾距离信息，根据车头距离信息确定车头位置信息，根据车尾距离信息确定车尾位置信息，最后基于车头位置信息和车尾位置信息，确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，实现对目标列车的定位。整个定位过程并未引入第三方设备数据，通过UWB的二维精准测距能力以及三角定位原理，实现对目标列车的车头和车尾进行精准的定位，进而确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，在车辆段可以确保列车停靠位置准确，并可进一步判断目标列车是否完整，以确保目标列车编组完整。UWB技术可以比以往的定位方式更加准确的给出列车占用的轨道范围，从而保障其他功能拥有更加良好的运行环境。同时，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，可以完全独立于现有系统进行工作，增强了紧急状态下的系统应对能力，即使在遇到经过道岔的情况同样可以实现对目标列车的车头和车尾进行精准的定位。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，还包括：
基于预设时间段内每一时刻所述目标列车的车头位置信息以及轨道电子地图，确定所述目标列车的行驶方向以及所述目标列车的速度信息。
具体地，本发明实施例中，根据不同时刻目标列车的车头位置信息，通过轨道电子地图可以计算得出目标列车在轨道电子地图上的位置变化。通过对比预设时间段内每一时刻目标列车的车头位置信息，可以得出目标列车当前的行驶方向，同时预设时间段内目标列车的车头发生的位移，除以预设时间段的时长，可以得出目标列车的速度信息，进而可以得到目标列车的加速度信息。
需要说明的是，预设时间段的时长可以根据需要进行选择，本发明实施例中对此不作具体限定。
本发明实施例中，通过轨道电子地图和目标列车车头的定位信息，可以保持高速连续的目标列车的车头精准定位，同时可以监控目标列车的运行路线、速度信息以及加速度信息。
在上述实施例的基础上，所述基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围，具体包括：
基于轨道电子地图的数据组成结构，从所述车头在所述数据组成结构中的位置出发，在所述数据组成结构中寻找所述车尾的位置；
基于所述车头和所述车尾在所述数据组成结构中的位置，确定所述目标列车在所述列车运行轨道上的占用范围。
具体地，本发明实施例中，由于轨道电子地图的数据组成结构为标准的二叉树结构，即每个道岔最多拥有两个出口。在二叉树结构中，每个轨道节点会保存相应的一段轨道的编号、长度、轨旁设备信息、其指向的下个轨道节点(即子轨道节点)以及指向其的上个轨道节点(即父轨道节点)。由于列车长度有限，最多同时跨越1-2个道岔。通过广度优先搜索的方法可以最快的计算得出车尾的位置，即从车头在数据组成结构中的位置出发，首先在车头的位置所处的轨道节点中寻找车尾的位置，如果没有找到，则向这个轨道节点的父轨道节点和子轨道节点进行遍历搜索，当这个轨道节点的父轨道节点和子轨道节点都被遍历完成后仍未找到，再对它的父轨道节点和子轨道节点进行相同操作，直到找到车尾的位置为止。
当找到车尾的位置后，基于车头和车尾在数据组成结构中的位置，可以确定目标列车在所述列车运行轨道上的占用范围以及车头和车尾之间的距离，可以进一步检测目标列车是否完整。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，通过轨道电子地图确定目标列车在列车运行轨道上的占用范围，得到的结果准确且方法简单便于实现。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，具体包括：
分别以三个基站中每个基站为圆心、以所述车头距离信息为半径绘制圆形；
若所有圆形之间只存在一个共同交点，则基于三个基站中每个基站的位置信息和所述车头距离信息，确定所述共同交点的位置信息，将所述共同交点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
具体地，本发明实施例中，在确定目标列车的车头位置信息时，可以先确定三个基站中每个基站的位置信息，每个基站的位置信息可以是在安装时确定，也可实时定位确定，本发明实施例中对此不作具体限定。
分别以三个基站中每个基站为圆心、以车头距离信息为半径绘制圆形；如果三个圆形之间只存在一个共同交点，则基于三个基站中每个基站的位置信息和车头距离信息，确定共同交点的位置信息。如图3所示，图3中基站30与目标列车的车头之间的车头距离信息为d0，基站31与目标列车的车头之间的车头距离信息为d1，基站32与目标列车的车头之间的车头距离信息为d2，绘制得到的三个圆形只有一个共同交点33，设基站30的位置信息为(x0，y0)，基站31的位置信息为(x1，y1)，基站32的位置信息为(x2，y2)，共同交点的位置信息为(x，y)。则共同交点的位置信息根据如下公式确定。
(x-x0)2+(y-y0)2＝d0 2
(x-x1)2+(y-y1)2＝d1 2
(x-x2)2+(y-y2)2＝d2 2
将共同交点的位置信息(x，y)作为目标列车的车头位置信息。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，采用比较成熟的三角定位原理确定目标列车的车头位置信息，简单易行，且结果可靠。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形之间存在面积大于零的交集，则确定所述交集的中心点，将所述列车运行轨道上与所述交集的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
具体地，本发明实施例中，由于UWB还是存在一定的测距误差，因此上述的理想状态很难达成，但是轨道交通领域不同于一般的定位场景，可以依据附近的轨道在误差接受的范围内对计算结果进行拟合。因此在定位时除了理想状态外还存在如下可定位的特殊情况：
如果绘制得到的三个圆形之间存在面积大于零的交集，如图4所示，存在交集41，则确定交集的中心点42，将列车运行轨道上与所述交集的中心点距离最近的点的位置信息作为目标列车的车头位置信息。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，提供了一种特殊情况下目标列车的车头位置信息的确定方法，使基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法在上述特殊情况下可对目标列车的车头进行定位。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在一个交点，则确定所述交点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在两个交点，则确定两个交点的中心点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中两两圆形不相交，则确定以所述三个基站组成的三角形的中心点，将所述列车运行轨道上与所述三角形的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
具体地，在定位时还存在如下可定位的特殊情况：
如果绘制得到的三个圆形中只有两个圆形相交且存在一个交点，如图5所示，交点为51，则确定该交点51到另一个圆形的最近点52的连线，将列车运行轨道上与连线的中心点53距离最近的点的位置信息作为目标列车的车头位置信息；
如果绘制得到的三个圆形中只有两个圆形相交且存在两个交点，如图6所示，两个交点分别为61、62，则确定两个交点61、62的中心点63到另一个圆形的最近点64的连线，将列车运行轨道上与连线的中心点65距离最近的点的位置信息作为目标列车的车头位置信息；
如果绘制得到的三个圆形中两两圆形不相交，如图7所示，则确定以三个基站组成的三角形71的中心点72，将列车运行轨道上与三角形的中心点72距离最近的点的位置信息作为目标列车的车头位置信息。
本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，提供了三种特殊情况下目标列车的车头位置信息的确定方法，使基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法在上述三种特殊情况下可对目标列车的车头进行定位。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于UWB的飞行时间TOF测距技术确定，所述目标列车的车头顶部和车尾顶部均安装有与所述基站通信连接的定位标签。
具体地，本发明实施例中，UWB的飞行时间(Time of Fly，TOF)测距技术属于双向测距技术，主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间的飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果更加精准。本发明实施例中，由基站向目标列车的车头顶部和车尾顶部安装的定位标签发送电磁波信号，将基站发出的电磁波信号和接收定位标签回应的时间间隔记为TTOT，定位标签收到电磁波信号和发出回应的时间间隔记为TTAT，则电磁波信号在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF＝(TTOT-TTAT)/2。
然后，根据单向飞行的时间TTOF与电磁波信号的传播速度的乘积，即可计算出基站与目标列车的车头、车尾之间的车头距离信息、车尾距离信息。
本发明实施例中由基站基于UWB的飞行时间TOF测距技术确定车头距离信息和车尾距离信息，可以使快速的得到结果且结果更准确。
如图8所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的系统，包括：定位服务器81和至少三个基站82，基站82安装在列车运行轨道沿线；定位服务器81用于执行上述方法类实施例中所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法的系统，还包括：安装在列车的车头顶部和车尾顶部且与基站通信连接的定位标签。
综上所述，本发明提供了一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法及系统，通过UWB定位，可以适应于车辆段等复杂轨道环境。通过UWB技术高精度的定位能力，可以有效地区分密集轨道区域上的道岔和轨道定位，并且高频率的连续定位可以提供更可信的实时位置，安全保障的能力更强。基站定位可以完全独立于其它设备进行定位工作。通过UWB技术，在车辆段内对目标列车进行二维定位，结合轨道电子地图确认目标列车当前所在轨道，前进方向，速度与精准位置等信息。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述方法类实施例所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法的步骤。
具体地，图9所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种电子设备，包括：处理器(processor)901、存储器(memory)902、通信接口(CommunicationsInterface)903和总线904；其中，
所述处理器901、存储器902、通信接口903通过总线904完成相互间的通信。所述存储器902存储有可被所述处理器901执行的程序指令，处理器901用于调用存储器902中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息；获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息；基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围；其中，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于超宽带UWB技术确定，所述基站安装在列车运行轨道沿线。
存储器902中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息；获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息；基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围；其中，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于超宽带UWB技术确定，所述基站安装在列车运行轨道沿线。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，其特征在于，包括：
获取目标列车的车头与不共线的三个基站之间的车头距离信息，并基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息；
获取所述目标列车的车尾与不共线的三个基站之间的车尾距离信息，并基于三角定位原理以及所述车尾距离信息，确定所述目标列车的车尾位置信息；
基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围；
其中，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于超宽带UWB技术确定，所述基站安装在列车运行轨道沿线；
所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，具体包括：
分别以三个基站中每个基站为圆心、以所述车头距离信息为半径绘制圆形；
若所有圆形之间只存在一个共同交点，则基于三个基站中每个基站的位置信息和所述车头距离信息，确定所述共同交点的位置信息，将所述共同交点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形之间存在面积大于零的交集，则确定所述交集的中心点，将所述列车运行轨道上与所述交集的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
所述基于三角定位原理以及所述车头距离信息，确定所述目标列车的车头位置信息，还包括：
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在一个交点，则确定所述交点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中只有两个圆形相交且存在两个交点，则确定两个交点的中心点到另一个圆形的最近点的连线，将所述列车运行轨道上与所述连线的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息；
若所有圆形中两两圆形不相交，则确定以所述三个基站组成的三角形的中心点，将所述列车运行轨道上与所述三角形的中心点距离最近的点的位置信息作为所述目标列车的车头位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，其特征在于，还包括：
基于预设时间段内每一时刻所述目标列车的车头位置信息以及轨道电子地图，确定所述目标列车的行驶方向以及所述目标列车的速度信息。
3.根据权利要求1所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，其特征在于，所述基于所述车头位置信息和所述车尾位置信息，确定所述目标列车在列车运行轨道上的占用范围，具体包括：
基于轨道电子地图的数据组成结构，从所述车头在所述数据组成结构中的位置出发，在所述数据组成结构中寻找所述车尾的位置；
基于所述车头和所述车尾在所述数据组成结构中的位置，确定所述目标列车在所述列车运行轨道上的占用范围。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法，其特征在于，所述车头距离信息和所述车尾距离信息均由所述基站基于UWB的飞行时间TOF测距技术确定，所述目标列车的车头顶部和车尾顶部均安装有与所述基站通信连接的定位标签。
5.一种基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的系统，其特征在于，包括：定位服务器和至少三个基站，所述基站安装在列车运行轨道沿线；
所述定位服务器用于执行如权利要求1-4中任一项所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法。
6.一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的基于UWB在地铁车辆段进行列车监控的方法的步骤。
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