CN110824515B - Gnss与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法及系统，应用于跟踪定位技术领域，包括：获取岸桥与牵引车距离；通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据；获取中心位置与第三连接点所对应的第二铁路线路距离；获取第二铁路线路距离与第一铁路线路距离之间的距离差值，并确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；通过雷达测距系统获得车辆空间轮廓尺寸，并根据车辆轮廓空间尺寸和误差范围启动轨道牵引车带动车辆移动，以精确调整车辆位置。应用本发明实施例，提高车辆定位的准确度，进而在铁水联运中提高岸桥吊具定位作业的精准性，且提高了作业效率。

Description

GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法及系统

技术领域

本发明涉及铁水联运车辆跟踪定位技术领域，尤其涉及一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法及系统。

背景技术

铁水联运是现代物流发展的重要发展方向，集装箱铁水联运是铁水联运的重要组成部分，通过将集装箱放置于车辆中，实现以集装箱为运输单元，提高运输的效率。

现有技术中，例如，专利名称为装卸用起重机的集装箱位置检测方法及装置、及集装箱着地、探放控制方法，通过处理从设置在吊具上的CCD等的摄像装置获得的对象集装箱的图像数据，实现对象集装箱与悬吊集装箱的相对位置检测。跟踪处理的精度分别依赖于图像处理的精度，例如发生遮挡或者摄像不清晰的时候则会影响处理精度，则需要反复调整吊车与待装卸车辆的相对位置，因此，受限于图像处理算法，往往跟踪处理过程中对待装在车辆的位置定位准确率不高。在以可移动装卸机具为定位基点的轨道车列车辆GNSS系统中，通过差分定位法和其它技术手段可以得到装卸机具和牵引车的精确坐标和精确距离。由于车列是由一组多节车辆组成，车辆连接处有缓冲装置和车钩连接间隙，这些因素引起车辆的长度有一定误差，这个误差是一个随着车辆牵引、推进、车速、制动力、加速度、重量相关的变化量，轨道牵引车与待装卸车辆之间的距离与GNSS测量数据间在轨道牵引车运行期间具有较大的误差，而且车列车辆数量越多，误差累计越大，这些误差不满足装卸机具作业精度的要求。

因此，在铁水联运装卸作业过程中，快速准确的进行轨道车辆跟踪定位是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种GNSS全球定位系统与雷达测距相结合的铁水联运轨道车辆跟踪装卸机具的定位方法及系统，旨在提高轨道车辆定位的准确度，进而在铁水联运中提高岸桥吊具定位作业的精准性，且提高了作业效率。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，所述方法包括：

获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离，其中，所述为第一中心线在铁路装卸线上的连接点，第二连接点是第二中心线在铁路装卸线上的连接点，所述第一中心线为轨道牵引车的中心线，所述第二中心线为选定作业岸桥吊具的中心线；

通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、编组顺序和运行方向识别，根据车辆型号获得车辆长度信息；

获取中心位置与第三连接点所对应的第二铁路线路距离，其中，所述中心位置为待装卸车辆中车厢集装箱中心点在铁路装卸线上的投影点，第三连接点为轨道牵引车中心线在铁路装卸线上的连接点；

获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

通过雷达测距系统获得测量范围内车厢两端连接处空挡位置得到车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及车辆移动，以精确调整车辆位置。

一种实现方式中，所述方法还包括：

通过所述雷达测距系统发射波束照在车辆车体，分别照射在车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载铁路车辆轮廓边界的距离，并控制待装卸铁路车辆相对于岸桥的相对定位，及计算待装卸车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

并根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线。

一种实现方式中，所述计算轨道牵引车在铁路装卸线上移动距离所采用的具体公式为：

S1＝X3-Xi

其中，S1为牵引车移动距离，Xi为装载铁路车辆中心坐标信息，X3为岸桥在铁路装卸线上的坐标信息。

一种实现方式中，当前一组集装箱装卸完毕，且在车列移动到下一个集装箱装卸位置时，在车辆移动过程中，启动雷达不间断的测量装卸车辆位置；

将期望值与实际位置的差值反馈至轨道牵引车所对应的控制器，以使所述轨道牵引车牵引车列按照控制器指令移动，直至车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束。

一种实现方式中，所述获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离步骤之后，还包括：

在岸桥吊具位于铁路装卸线路中心线上部装设第一GNSS定位接收机；

在码头铁路装卸线作业区起点处装设第一信标；

在轨道牵引车中心处设置第二GNSS定位接收机，且在轨道牵引车中心处设置信标采集装置，信标坐标与第二GNSS定位接收机的坐标信号比较得到定位差分值；

根据第一GNSS定位接收机、第二GNSS定位接收机和信标采集装置所接收到的数据，计算轨道牵引车的中心线与码头岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。

一种实现方式中，所述获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离的步骤，包括：

所述获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离的步骤，包括：

通过所述第一GNSS定位接收机，获取岸桥吊具对应的第一坐标；

通过所述第二GNSS定位接收机，获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；

通过所述轨道牵引车信标采集装置，获取信标点精确的大地坐标；

根据所述第一坐标、所述第二连接点坐标，所述信标点坐标，采用差分定位法计算岸桥吊具下方铁路线路中心所对应的第一连接点坐标；

根据所述第一连接点坐标与所述第二连接点坐标之差，获得轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。

一种实现方式中，所述根据每一辆车辆的长度数据，获得待装卸车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离所采用的公式表达为：

其中，i为第i辆待装卸车辆，Lq为轨道牵引车长度，Lc(i)为第i辆待装卸车辆的标准长度Lc(i)，其中，i＝1,2,3...j,为车辆排列顺序，j为车辆的数量；

以及，

其中，L2x/2为装载20英寸集装箱的装载位置相对车辆中心的调整量，前装载位置L2x/2为负值，后装载位置L2x/2为正值，40英尺集装箱L2x/2为0

一种实现方式中，所述确定轨道牵引车的移动方向，包括：

在所述第一铁路线路距离不等于所述第二铁路线路距离时，确定轨道牵引车向所述岸桥吊具的中心线方向移动；否则，不移动。

一种实现方式中，所述通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、编组顺序和运行方向识别的步骤，包括：

通过车辆车号识别系统采集安装在车辆内的反射芯片的铁路车辆型号和车号，其中，车辆车号识别系统包括：安装在铁路装卸线入口端的AEI采集设备和车号识别系统；

记录车列车辆上电子标签通过该位置的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序；

一种实现方式中，通过装卸作业实时管理系统网络传输采集进入铁路装卸线的车辆信息，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序。

根据车辆型号查询车辆的参数的长度，其中，车辆长度和装载要求为预先存储的数据，并计算车列的编组和车列中任意车辆的位置和该车辆两端距车组起始端的长度距离和整个车组的长度。

此外，本发明实施例还提供了一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位系统，所述系统包括：

车辆车号识别系统，用于通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别；

第一GNSS定位接收机，用于获取岸桥吊具对应的第一坐标；

第二GNSS定位接收机，用于获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；

跟踪定位系统，用于根据第一坐标和第二连接点坐标计算轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离，以及，据每一辆车辆的长度数据和集装箱装载位置，获得待装卸车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离；获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测距系统，用于通过雷达测距获得范围内车厢两端的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列车辆移动，以精确调整待装卸车辆位置。

应用本发明的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法及系统，具有以下有益效果：

1、首先获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离；以及待装卸车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离；由二者的差值粗略可以得到轨道牵引车的移动方向和距离差值，若距离差值在一定范围内时，则可以启动雷达测距系统进行精确定位，由于本雷达测距系统的测量范围限制在岸桥区域内，，所以限制距离差值在预设范围内再启动，然后根据雷达测距系统控制轨道牵引车带动车列移动闭环控制实现精准定位，此时在启动岸桥吊具进行装卸能够实现精准定位的同时，又可以避免现有技术中定位不够准确造成的反复调整岸桥吊具和待装卸车辆的问题。因此，本发明实施例能够减少吊装调整次数，提高了生产效率，保证铁路运输安全。

2、本发明实现的系统针对的是港口岸桥在码头前沿或栈桥上进行铁路集装箱直接装卸作业相对定位问题，与车辆类型、集装箱类型有关，且通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据，能够适应不同的车辆类型。

3、本发明基于GNSS系统和雷达测量系统组合定位技术得到了相对于岸桥吊具和待装卸车辆的精度定位系统，实现了在较为复杂的港口环境下利用较少的定位设备进行岸桥吊装精准定位作业，因此，提高了铁水联运的应用范围。

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简单地介绍，显而易见地，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的GNSS与无线信标应用场景布置示意图；

图3为本发明实施例提供的线路距离相互关系的应用场景示意图；

图4为本发明实施例提供的车列长度及待装卸车辆关系应用场景示意图；

图5为本发明实施例提供的雷达布置应用场景示意图；

图6为本发明实施例提供的车辆测量应用场景示意图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，铁水联运的过程可以简述为：一个车列由若干车辆连接组成，在卸船装车过程中铁路车列是一组空车，其中一辆空车停在岸桥吊具作业范围内(例如，吊具中心位置误差在±200mm)指定接驳位置等待装车，岸桥吊具从船舶中逐个吊起集装箱，卸载在铁路上的待装卸车辆内至完成。车列通过动力牵引工具的牵引，将车列中满载的集装箱车辆驶离岸桥吊具作业区域，同时将车列中空车移入岸桥吊具作业区域指定的接驳位置，等待岸桥的下一钩作业，依次循环。集装箱卸车装船过程与此过程相反，原理相同。

由于岸桥在装卸作业时位置是可以纵向移动的，例如顺着码头岸线方向及船舶停泊方向，因此这个定位是基于岸桥纵向中心的相对定位。轨道牵引车牵引一组车辆(1～N辆)在岸桥下的铁路装卸线沿着码头前沿纵向移动(与码头岸线平行)，岸桥在船舶和铁路车辆之间直接装卸集装箱。装卸完成一箱后，铁路车辆车组在轨道牵引车的牵引下沿着铁路装卸线移动，移动至下一个车厢集装箱装载箱位中心位置需要对准岸桥吊具中心线。

因此，对于车厢部位的停车位置需要满足岸桥装卸机具的定位精度要求。而铁路车辆的长度是随机的，车列的车辆数量是不确定的，车辆编组顺序是随机的，车辆本身连接车钩具有缓冲器，车组长度在拉伸状态和压缩状态下会出现长度正负误差。

参见图1，本发明实施例提供一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，包括步骤如下：

S101，获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离，其中，所述为第一中心线在铁路装卸线上的连接点，第二连接点是第二中心线在铁路装卸线上的连接点，所述第一中心线为轨道牵引车的中心线，所述第二中心线为选定作业岸桥吊具的中心线。

岸桥吊具在一个船舶舱位装卸完毕后，会启动岸桥大车沿着轨道纵向移动到该泊位船舶的另外一个舱位继续装卸作业。一个泊位作业完毕后，如果继续作业，会启动岸桥大车纵向移动到另一个泊位的一个舱位继续作业。作为铁路待装卸车辆应当以岸桥吊具中心位置作为目标移动车辆跟踪定位目标。由于车辆自身无动力，车辆需要牵引力的作用下进行移动的，所以牵引的距离是需要控制的，直至待装卸车辆能够停在实现装卸操作的区域。

一个泊位同时可能有若干个岸桥在不同位置作业，一个铁路车列需要根据不同的作业计划跟踪一个作业计划确定的岸桥作为目标位置定位基准点。

可以理解的是，一个铁路车辆以同步作业的岸桥作为基准点进行移动的相对跟踪定位技术。作为相对定位的基准点岸桥可以是一台，也可以在几台岸桥之一选择。

需要说明的是，民用GNSS定位具有较大的误差，GNSS粗略定位是在码头铁路装卸线作业区起点位置装设信标，信标具有精确地理位置。

在岸桥吊具所在的铁路装卸线路中心线上空位置装设第一GNSS定位接收机，从而获得岸桥吊具的GNSS定位民用C/A码数据。在轨道牵引车中心上部设置第二GNSS定位接收机，从而可以获得轨道牵引车的GNSS定位民用码数据。在轨道牵引车中心下部设置信标采集装置，轨道牵引车在信标处获得GNSS定位民用码数据和信标大地坐标精确数据，计算后得到GNSS与信标之间的位置差分数据。通过将读取的轨道牵引车与信标之间的差分数据，通过差分信号得到岸桥起重机、轨道牵引车移动设备高于民用C/A码精度的差分定位数据。

具体的，通过第一GNSS定位接收机，获取岸桥吊具对应的第一坐标；通过第二GNSS定位接收机，获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；根据第一坐标、第二连接点坐标，采用差分定位法计算岸桥吊具下方铁路线路中心所对应的第一连接点坐标；根据第一连接点坐标与第二连接点坐标之差，获得轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。一般的码头前沿或栈桥是直线段，铁路装卸线也是直线段，若铁路在曲线段可以通过电子地图生成铁路线路坐标与GNSS坐标进行坐标转换。

示例性的，待装空车所对应的车列由机车推送至栈桥装卸线指定位置，

待装空车由一列多台空车车辆组成，按照运输计划驶入栈桥上的装卸线，通过岸桥吊具所对应的第一GNSS定位系统读取岸桥吊具所对应的第一坐标(以岸桥为例，其它岸边装卸机械相同)(X1＇,Y1＇)，第一坐标为垂直岸线中心坐标。

轨道牵引车移动越过信标，通过第二GNSS定位接收机读取轨道牵引车初步定位的中心坐标(X2＇，Y2＇))，同时收到信标信号确定起始端精确坐标(X2，Y2)(为信标的已知坐标)。然后根据差分定位法计算出岸桥吊具下铁路线路中心的精确坐标(X1，Y1)。然后根据所述第一连接点坐标与所述第二连接点坐标之差，获得轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。

S102，通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、编组顺序和运行方向识别，根据车辆型号获得车辆长度信息。

需要说明的是，轨道车辆车号识别系统ATIS/AEI，由安装在铁路装卸线入口端的AEI采集设备和车号识别系统组成，通过安装在铁路线路中心的射频天线采集安装在车辆底部的反射芯片的铁路车辆型号和车号。采集记录下所有机车或车辆上电子标签(TAG)通过该点的时间、地点、运行方向(进入或退出装卸线)、车辆型号、车号、编组排列顺序。由于车辆型号可以查询到被测车辆的参数(预先单机存储或联网存储的含车辆长度和装载要求)，可以用于计算车列的编组和车列中任意车辆的位置和该车辆两端距车组起始端的长度距离和整个车组的长度。

本发明的一种实现方式中，如图3所示，装卸线入口端的铁路车号自动识别系统(ATIS)的地面识别系统(AEI)采集记录下每节车辆通过该点的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序信息，由车辆型号计算出车列中每一车辆的长度，并累加计算得到车列整体长度。

S103，获取中心位置与第三连接点所对应的第二铁路线路距离，其中，所述中心位置为待装卸车辆中车厢集装箱中心点在铁路装卸线上的投影点，第三连接点为轨道牵引车中心线在铁路装卸线上的连接点。

通过铁路车号识别系统(ATIS/AEI)采集的车辆型号、车号和编组顺序识别，可以得到每一辆车辆长度数据和车列的长度，可以得到车组中待装卸的车辆车厢中心位置与轨道牵引车中心线之间的铁路线路距离。岸桥吊具中心与待装卸车辆车厢中心两个装置的铁路线路距离之差，就是需要调整的距离。这是距离以车辆装载40英尺集装箱为例，如果一辆车装载两个20英尺集装箱，还需要增加以车辆中心前后各半个20英尺集装箱长度的调整量L2x/2。

根据装载系统确定进入装卸位置的车辆编号(车号)和顺序(编组)，如图4所示的车辆1至车辆i。

如图4所示，根据车号识别系统提供的被测铁路线路上的所有车辆型号、车辆车号和连接顺序，查询各个车辆的标准长度Lc(i)(i＝1,2,3...j,车辆排列顺序)，并按标准车辆长度计算出被测轨道停留的第i辆车中心与轨道牵引小车中心距离Li：

其中，i为第i辆待装卸车辆，Lq为轨道牵引车长度，Lc(i)为第i辆待装卸车辆的标准长度Lc(i)，其中，i＝1,2,3...j,为车辆排列顺序，j为车辆的数量。

S104，获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置。

由岸桥吊具中心的坐标(X1,Y1)与轨道牵引车中心的坐标(X2,Y2)之差得到已知牵引车中心至岸桥中心的距离L，已知第i辆车中心与牵引车中心的距离Li，Li-L＝Lt，等于第i辆车中心距岸桥中心的铁路线路距离，即需要调整的距离S，如图3所示。

当测量长度L>计算长度Li，轨道牵引车需要向图左移动S长度，实现装载作业车厢与桥吊粗略对位；

当测量长度L＜计算长度Li，轨道牵引车需要向图右移动S长度，实现装载作业车厢与岸桥吊粗略对位；

当测量长度L＝计算长度Li，轨道牵引车无需移动，实现装载作业车厢与岸桥吊粗略对位。

实际应用中，一节铁路车辆可以装载一个40英尺集装箱(在双层的情况下是两个集装箱)，又或两个20英尺标准集装箱(双层是四个)，装两个20英尺集装箱时一个车辆需要跟踪对位两次，吊装两个20英尺集装箱时，定位系统在第一个20英尺集装箱吊装到位后，向牵引小车发送移动指令，移动S＝L2x距离(L2x一个20英尺集装箱的长度约6.58m)。

车辆车钩有缓冲功能，例如车辆弹簧或阻尼装置，车辆在挤压状态和拉伸状态时车辆的两个车钩内侧的测量长度较标准长度(大约±90mm)有所变化，这个变化在一个已知的限制范围。

在粗略进行调整的情况下，假设系统原点坐标(0,0)设置于牵引小车前进方向的左侧，S>0,向前牵引距离S；S<0,向后推送距离S；S＝0，维持既有位置。则忽略了缓冲所带的来的影响，造成够精准的问题。

另外，由于GNSS差分定位移动过程中设备接收的误差，车辆缓冲器累积的误差(与车辆数量相关，最大约10m)，车辆位置调整后的误差精度仅满足粗略定位精度的要求。但不能满足岸桥纵向精确定位分米级装卸精度的要求。

本领域技术人员可以理解的是，轨道牵引车牵引一组车辆(1辆～N辆)在岸桥下的铁路装卸线沿着码头前沿纵向移动(与码头岸线平行)，岸桥在船舶和铁路车辆之间装卸集装箱。装卸完成一箱后，铁路车辆车列在轨道牵引车的牵引下沿着铁路装卸线移动，移动至下一个车厢集装箱箱位中心位置需要对准岸桥装卸吊具中心线(一个铁路车厢通常可以装载一个40英尺或两个20英尺集装箱，最大可装载两个40英尺或四个20英尺集装箱)。

如图5所示，雷达测距系统由安装于岸桥侧面面对铁路线路车辆车底架(车钩)中心高度位置设置的一组雷达测量设备组成。通过粗略定位调整基本到位欲装卸的一台车辆，经过雷达测量图像得到两台车辆的连接处空挡位置的空间尺寸，判断正负误差范围，由轨道牵引车根据误差数据调整车辆位置。雷达的测量范围大于一辆最长长度型号车辆长度加两端车档空间长度的长度，其范围大于粗略定位的误差。一组雷达由多台雷达排列组成，这样的布局可以扩大精确定位的测量范围，即可以满足粗略测量较大的误差的对接，也可以满足铁路不同型号车辆(长度不同)装载位置不同的测量需求。

S105，通过雷达测距系统获得测量范围内车厢两端连接处空挡位置得到车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及车辆移动，以精确调整车辆位置。

需要说明的是，车厢位置的停车位置需要满足岸桥装卸机具的定位精度要求。而铁路车辆的长度是随机的，车列的车辆数量是不固定的，车辆编组顺序是随机的，车辆本身连接车钩具有缓冲器，车组长度在拉伸状态和压缩状态下会出现长度正负误差(每个车辆有分米级的长度误差)。由于车辆是无源的需要牵引车牵引移动，所以采用通过牵引车的间接定位方法定位装卸车辆粗略定位。再通过装卸作业岸桥区域的测量系统实现精细定位，即雷达测距，两步定位法实现相对定位。

启动雷达测距系统包括：安装于岸桥一侧面，且该侧面与铁路线路车辆车底架相对设置，在所述铁路线路车辆车底架的中心高度位置设置的一组雷达测量设备。

根据车地面号识别系统AEI中读出的铁路车辆车型信息，可以区分普通的敞车、集装箱平车(车身长13.2m)，普通敞车、平板车(车长14.3m)双层集装箱平车(车身长19.8m)或其它长度的车辆。雷达通过发射波束照在车辆车体，在车辆两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，从目标反射的回波由于距离不同导致产生行程时间差，通过不同的回波强度的识别从而区分目标不同的部分，进而成像，如图6所示。

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，即可测定岸桥横向中心线(也是吊具中心线和雷达标定基准线)至待装载铁路车辆轮廓边界的距离，并控制待装载铁路车辆相对于岸桥的相对定位，并实时显示装载铁路车辆中心坐标信息(Xi，Yi，Zi)和岸桥吊具的坐标信息(X3，Y2，Z2)的相对位置关系，精确计算轨道牵引车移动距离S1＝X3-Xi。

雷达组设有雷达标定测量基准线，本发明实施例中，设置雷达标定基准线同岸桥中心线，并至车辆端部的测量长度标识：Lcz+Lcy＝Lc，Lc车辆车体长度，Lcz车辆左侧边墙距岸桥中心的距离，Lcy车辆右侧边墙距岸桥中心的距离，当Lcz＝Lcy,车辆中心位于岸桥中心位置。左边20英尺集装箱对位时，Lcz＝Lcy-L2x/2，右边20英尺集装箱对位时，Lcy＝Lcz-L2x/2，L2x是20英尺集装箱的长度。

另外，需要说明的，当前一组集装箱正常装卸完毕，需要车列移动到下一个车辆装卸车位置时，虽然前一车辆位置精确对位了，但是由于轨道牵引车带动全列车辆移动，车辆的缓冲装置压缩和拉伸会累积较大误差，因此需要装卸作业车辆逐次对位，车辆需要闭环定位控制。轨道牵引车牵引车辆按装卸计划要求方向和偏移量移动，移动过程中岸桥下的雷达不间断的测量装卸车辆位置，将期望值与实际位置的差值反馈给轨道牵引车控制器，轨道牵引车牵引车列按照控制器指令继续移动，直至车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束。

因此，本发明实施例，由轨道车辆精确定位系统雷达组依据标定测量基准线测量车体车底架轮廓和空挡，根据车辆两端空挡得到车辆车底架轮廓线，根据轮廓边线测量出车辆长度，根据车体长度得到车体横向中心线位置，根据车辆横向中心线与装载计划要求的装载中心线(40英尺与20英尺集装箱在车辆前后不同位置装载中心线)得到每一次装载的车辆定位点，该装载中心线与标定的雷达中心线(与岸桥横向中心线同坐标)方向及长度差值得到定位位置偏差，监控系统计算出装载中心线与岸桥中心线的距离和方向差值。输出移动指令，轨道牵引车牵引车辆车列移动，同时精确测量系统闭环检测移动量，直至欲装卸车辆移动到需求的准确位置。

此外，本发明还公开了一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位系统，所述系统包括：

车辆车号识别系统，用于通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别；

第一GNSS定位接收机，用于获取岸桥吊具对应的第一坐标；

第二GNSS定位接收机，用于获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；

跟踪定位系统，用于根据第一坐标和第二连接点坐标计算轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离，以及，据每一辆车辆的长度数据，获得待装卸车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离；获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测距系统，用于通过雷达测距获得范围内两个车厢的车底架连接处空挡位置的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车辆移动，以精确调整车辆位置。

集装箱卸船装车定位过程：

可以理解的是，一个港口集装箱码头沿着岸线设有至少一个泊位，可以靠泊至少一艘装载集装箱的船舶，沿着岸线方向可以设置至少一台岸边集装箱起重机(岸桥)，岸桥可以沿着岸线方向的轨道移动，可以在不同泊位和舱位进行船舶集装箱装卸作业；岸桥下铺设至少一条与岸线方向平行的铁路装卸线，铁路装卸线与铁路车站联络线相连；每条铁路装卸线上设有一台轨道牵引车；在铁路装卸线与联络线接轨处装设有铁路车号识别系统(AEI)；在装卸线的始端或终端装有铁路轨道无线信标，信标具有准确的地理坐标位置；在岸桥的铁路线路中心线与岸桥吊具中心线交点上部装设第一GNSS接收机。在轨道牵引车车体中心的铁路线路中心上部装设第二GNSS接收机。

此外，在岸桥侧面车钩水平中心线高度装设一组至少一台雷达平面测距仪，雷达测距仪覆盖岸桥下全部铁路区域。雷达测距仪以岸桥吊具中心作为标定测量基准线。

当一艘船舶装载集装箱到达港口泊位靠泊，装卸计划选定的岸桥沿着纵向轨道移动靠近船舶舱位固定。需要说明的是，港口有许多泊位、靠泊的船舶位置是不限定的，所以装卸集装箱的岸桥也是不限定的。岸桥下有多条铁路装卸线是不限定的，每个装卸线轨道牵引车也是不限定的。车辆的数量是不限定的、车型是不限定的，编制顺序是不限定的。所以有排列组合作业选择。

通过GNSS测得地理位置传给跟踪定位系统，一列(车辆型号随机、数量随机、编组顺序随机的成组)铁路待装卸车辆沿着铁路联络线进入码头前沿选定的铁路装卸线，在入口端车号识别系统(ATIS/AEI)得到车列的编组顺序、车型、车号、运行方向信息，通过查表法(系统内有存储有各种型号车辆确定的长度数据供查询)可以得到每一辆车的长度及整个车列的长度；可以计算出每一辆车两端与轨道牵引车的距离数据。

根据选定轨道牵引车与选定岸桥距离差和选定轨道牵引车与选定需要装卸作业的车辆距离差，可以计算出该车辆与选定岸桥的方位和距离差。选定的轨道牵引车按照计算出的运行方向和距离，牵引车列移动使需要装卸车辆移至选定岸桥下装卸范围内。

在岸桥吊具抓取船舶一个40英尺集装箱，通知轨道牵引车要求铁路车辆提供一个40英尺集装箱对位；通过GNSS及差分信号和车号识别系统将一辆空车定位到所选定的岸桥吊具下，轨道牵引车调整车列中一辆空车车辆移动至岸桥下装车位置(此时为粗略位置)。然后通过雷达系统精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载中心线)与岸桥吊具中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动集装箱至铁路车辆上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车该车装车完成。

在岸桥吊具抓取船舶一个20英尺集装箱，通知轨道牵引车要求铁路车辆提供一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算运行方向和移动距离，精确对位系统通过雷达测得车辆中心线，计算出车辆前端装载中心线与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具横向移动集装箱至铁路车辆前端上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车前端装车完成。

又例如岸桥吊具抓取船舶一个20英尺集装箱，通知轨道牵引车要求铁路车辆提供一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算运行方向和移动距离，精确对位系统通过雷达测得车辆中心线，计算出车辆后端装载中心线与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具横向移动集装箱至铁路车辆后端上方装车，岸桥吊具脱钩离开，通知轨道牵引车后端装车完成。

需要说明的是，双层集装箱车辆装车有三种装载方式：两个40英尺集装箱上下重叠装载；四个20英尺集装箱上下前后重叠装载；两个20英尺集装箱在下前后装载，一个40英尺集装箱在上重叠装载。装车作业对位方法与前面的三种作业对位方法相同。只是同尺寸集装箱原位双层叠加装车时，需要岸桥发出车辆等待通知或装车完成通知，这个通知可以是人工的，也可以是机械设备、电气设备或自动化设备发出信号。

装卸完毕，轨道牵引车解开装卸作业车辆车列，返回信标点，通知系统作业结束。

集装箱卸车装船定位过程：

根据作业计划一个装有40英尺集装箱车辆进入装卸线岸桥下等待卸车装船；作业计划通知轨道牵引车要求铁路车辆一个40英尺集装箱对位；粗略定位系统通过GNSS及差分信号和车号识别系统将一辆重车定位到所选定的岸桥吊具下，轨道牵引车调整车列中一辆装载集装箱车辆移动至岸桥下装车位置(粗略位置)；精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统的轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆上方，岸桥吊具抓取车辆一个40英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成。

根据作业计划一个车辆前端装有20英尺集装箱车辆进入装卸线岸桥下等待卸车装船；作业计划通知轨道牵引车要求铁路车辆前端一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算运行方向和移动距离，精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统计算出车辆前端装载中心线与岸桥中心线的差值和方向；监控系统通知轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆前端上方，岸桥吊具抓取车辆一个20英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成。

根据作业计划一个车辆后端装有20英尺集装箱车辆进入装卸线岸桥下等待卸车装船；作业计划通知轨道牵引车要求铁路车辆后端一个20英尺集装箱对位；粗略定位系统计算运行方向和移动距离，精确对位系统通过雷达测得车辆中心线(车辆装载线)与岸桥吊具中心线(与小车中心线相同)的差值和方向，监控及执行系统计算出车辆后端装载中心线与岸桥中心线的差值和方向；监控系统通知轨道牵引车按差值方向移动，根据闭环控制机制调整装车车辆位置直至满足装卸精度。岸桥吊具移动吊具至铁路车辆后端上方，岸桥吊具抓取车辆一个20英尺集装箱，提起离开车辆装船，岸桥通知定位监控系统一钩卸车作业完成；

双层集装箱车辆装车有三种装载方式：两个40英尺集装箱上下重叠装载；四个20英尺集装箱上下前后重叠装载；两个20英尺集装箱在下前后装载，一个40英尺集装箱在上重叠装载。卸车作业对位方法与前面的三种作业对位方法相同。同尺寸集装箱原位双层叠加卸车时，需要岸桥发出车辆等待通知或装车完成通知，这个通知可以是人工的，也可以是机械设备、电气设备或自动化设备发出信号。

装卸完毕，轨道牵引车解开装卸作业车辆车列，返回信标点，通知系统作业结束。

本发明实施例中的岸桥吊具可以为起重机，岸桥吊具与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于港口门座起重机(简称：门吊)、散货卸船机和散货装船机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法。实施过程中采用本方法的全部或一部分即可达到精度要求，其原理是相通的。由于门座起重机的吊臂可旋转和作业半径可调，吊具位置是门座起重机中心加减吊臂旋转半径。即在本方法定位基准的基础上增加作业半径和方向调整量即可达到相对定位要求。

本发明实施例也可应用于港口集装箱岸桥起重机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于港口散装货物装卸机具与铁路车辆散装货物装卸作业的相对定位方法。以及，应用于港口集装箱岸桥起重机与铁路车辆装卸集装箱的相对移动定位的方法，也适用于其它应用场合中机具与铁路车辆的相对定位方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离，其中，所述第一连接点为第一中心线在铁路装卸线上的连接点，第二连接点是第二中心线在铁路装卸线上的连接点，所述第一中心线为轨道牵引车的中心线，所述第二中心线为选定作业岸桥吊具的中心线；

步骤S2、通过采集车辆信息，获得进入铁路装卸线车列的每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、编组顺序和运行方向识别，根据车辆型号获得车辆长度信息；

步骤S3、获取中心位置与第三连接点所对应的第二铁路线路距离，其中，所述中心位置为待装载车辆中车厢集装箱中心点在铁路装卸线上的投影点，第三连接点为轨道牵引车中心线在铁路装卸线上的连接点；

步骤S4、获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整待装载车辆位置；

步骤S5、通过雷达测距系统获得测量范围内车厢两端连接处空挡位置得到待装载车辆的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列及待装载车辆移动，以精确调整待装载车辆位置；

所述步骤S5具体包括：

通过所述雷达测距系统发射波束照在待装载车辆车体，分别照射在待装载车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别待装载车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载车辆轮廓边界的距离，并控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，及计算待装载车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

并根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线；

当前一组集装箱装卸完毕，且在车列移动到下一个集装箱装卸位置时，在待装载车辆移动过程中，启动雷达不间断的测量待装载车辆位置；

将期望值与实际位置的差值反馈至轨道牵引车所对应的控制器，以使所述轨道牵引车牵引车列按照控制器指令移动，直至待装载车辆移动到满足对位精度的期望位置停车，闭环控制结束；

所述步骤S1具体包括：

在岸桥吊具位于铁路装卸线路中心线上部装设第一GNSS定位接收机；

在码头铁路装卸线作业区起点处装设第一信标；

在轨道牵引车中心处设置第二GNSS定位接收机，且在轨道牵引车中心处设置信标采集装置，信标坐标与第二GNSS定位接收机的坐标信号比较得到定位差分值；

根据第一GNSS定位接收机、第二GNSS定位接收机和信标采集装置所接收到的数据，计算轨道牵引车的中心线与码头岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。

2.如权利要求1所述的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，确定轨道牵引车的移动距离所采用的具体公式为：

S1=X3-Xi

其中，S1为牵引车移动距离，Xi为装载铁路车辆中心在铁路线上的坐标信息，X3为岸桥在铁路装卸线上的坐标信息。

3.如权利要求1所述的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，所述获取第一连接点与第二连接点所对应的第一铁路线路距离的步骤，包括：

通过所述第一GNSS定位接收机，获取岸桥吊具对应的第一坐标；

通过所述第二GNSS定位接收机，获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；

通过所述轨道牵引车信标采集装置，获取信标点精确的大地坐标；

根据所述第一坐标、所述第二连接点坐标，所述信标点坐标，采用差分定位法计算岸桥吊具下方铁路线路中心所对应的第一连接点坐标；

根据所述第一连接点坐标与所述第二连接点坐标之差，获得轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离。

4.如权利要求1-2、3任一项所述的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，所述根据每一辆车辆的长度数据，获得待装载车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离所采用的公式表达为：

；

其中，i为第i辆待装载车辆，Lq为轨道牵引车长度，

为第i辆待装载车辆的标准长度

，其中，i=1,2,3...j,为车辆排列顺序，j为车辆的数量；

以及，

其中，L2x/2为装载20英寸集装箱的装载位置相对车辆中心的调整量，前装载位置L2x/2为负值，后装载位置L2x/2为正值，40英尺集装箱L2x/2为0。

5.如权利要求4所述的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，所述确定轨道牵引车的移动方向，包括：

在所述第一铁路线路距离不等于所述第二铁路线路距离时，确定轨道牵引车向所述岸桥吊具的中心线方向移动；否则，不移动。

6.如权利要求1所述的GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位方法，其特征在于，所述通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别的步骤，包括：

通过车辆车号识别系统采集安装在车辆内的反射芯片的铁路车辆型号和车号，其中，车辆车号识别系统包括：安装在铁路装卸线入口端的AEI采集设备和车号识别系统；

记录车列车辆上电子标签通过该位置的时间、地点、运行方向、车辆型号、车号、编组排列顺序，或者通过装卸作业实时管理系统网络传输采集进入装卸线车列的车辆信息；

根据车辆型号查询车辆的参数的长度，其中，车辆长度和装载要求为预先存储的数据，并计算车列的编组和车列中任意车辆的位置和该车辆两端距车组起始端的长度距离和整个车组的长度。

7.一种GNSS与雷达测距相结合的铁水联运车辆跟踪定位系统，其特征在于，所述系统包括：

车辆车号识别系统，用于通过采集车辆信息，获得每一辆车辆长度数据，其中，所述车辆信息包括车辆型号、车号、运行方向和编组顺序识别；

第一GNSS定位接收机，用于获取岸桥吊具对应的第一坐标；

第二GNSS定位接收机，用于获取轨道牵引车对应的第二连接点坐标；

跟踪定位系统，用于根据第一坐标和第二连接点坐标计算轨道牵引车的中心线与岸桥吊具的中心线在铁路装卸线上的第一铁路线路距离，以及，据每一辆车辆的长度数据和集装箱装载位置，获得待装载车辆的车厢集装箱中心位置与轨道牵引车中心线之间的第二铁路线路距离；获取所述第二铁路线路距离与所述第一铁路线路距离之间的距离差值，并在所述距离差值在预设范围内时，确定轨道牵引车的移动方向和移动距离，所述轨道牵引车根据该移动方向和移动距离初步调整车辆位置；

雷达测距系统，用于通过雷达测距获得范围内车厢两端的连接处空挡位置的空间尺寸，并根据所述空间尺寸和误差范围启动所述轨道牵引车带动车列车辆移动，以精确调整待装载车辆位置；通过所述雷达测距系统发射波束照在车辆车体，分别照射在车辆的多个部位，根据反射的回波行程时间差和回波强度的识别车辆的部位，获得雷达成像和车体轮廓尺寸；

通过测量车体两端与雷达标定基准线的距离，测定岸桥横向中心线至待装载车辆轮廓边界的距离，并控制待装载车辆相对于岸桥的相对定位，及计算待装载车辆中心坐标和车厢装载集装箱中心位置信息、岸桥吊具的坐标信息；

并根据所述待装载车辆中心坐标信息和所述岸桥吊具的坐标信息，计算轨道牵引车移动距离；

其中，所述多个部位包括：两端端部、车钩空挡部以及信号发射范围内车厢车底架位置，所述岸桥横向中心线为岸桥吊具中心线和雷达标定基准线。

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