CN115938051A - 支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备及实现方法。设备定位精度可以达到亚米级，预警信息可以通过DMR或者LTE网络单独发送给每个设备，解决目前定位不准确和误收预警的问题。铁路便携预警设备能够根据北斗差分基站发送的纠偏数据和自身的卫星定位数据实现亚米级定位，在卫星定位失效时可以通过CIR获取或手动输入当前线路公里标位置,也可通过当前注册基站获取当前的小区位置实现定位。铁路便携预警设备通过DMR网络和LTE网络与服务器实现数据交互，可以实时向服务器上报本机的位置，在收到服务器发送的预警信息时，能够向司机或施工人员发出声光报警提示。

Description

支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备及实现方法

技术领域

本发明涉及铁路预警设备，特别涉及一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备及实现方法。

背景技术

铁路预警系统为铁路作业人员的人身安全提供保障。现有铁路预警系统位置定位主要基于铁路线路公里标，定位精度为百米，数据传输网络依赖800M模拟通信，预警信息以广播的形式传输给周边有场强覆盖的设备，容易发生定位不准确和误收问题。

发明内容

为了解决定位精度和误收预警的问题，并为用户提供一种成本可控的预警方案，本发明提供一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备及实现方法。设备定位精度可以达到亚米级，预警信息可以通过DMR或者LTE网络单独发送给每个设备，解决目前定位不准确和误收预警的问题。铁路便携预警设备能够根据北斗差分基站发送的纠偏数据和自身的卫星定位数据实现亚米级定位，在卫星定位失效时可以通过CIR（机车综合无线通信设备）获取或手动输入当前线路公里标位置,也可通过当前注册基站获取当前的小区位置实现定位。铁路便携预警设备通过DMR网络或LTE网络与服务器实现数据交互，可以实时向服务器上报本机的位置，在收到服务器发送的预警信息时，能够向司机或施工人员发出声光报警提示。

本发明采取的技术方案是：一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备包括铁路便携预警设备主机、卫星天线、DMR天线、LTE天线和电源适配器，所述铁路便携预警设备主机包括控制单元、电池单元、支持卫星定位的DMR信道机、LTE单元、显示屏、蜂鸣器和按键；其中220VAC经所述电源适配器输出12V电压分别给所述控制单元、电池单元供电，同时电池单元输出7.4V电压给所述控制单元供电，控制单元通过串口与CIR的P4口联通；所述控制单元通过串口连接所述支持卫星定位的DMR信道机，通过网口连接所述LTE单元，通过LCD口连接所述显示屏，通过GPIO 口分别连接所述蜂鸣器和按键；所述支持卫星定位的DMR信道机分别通过天线口连接卫星天线、DMR天线，所述LTE单元通过天线口连接LTE天线。

本发明所述的一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备的实现方法是：铁路便携预警设备通过内部电池单元或电源适配器进行供电，通过电源适配器供电时，12V电压通过电压转换芯片I降为7.4V，为信道机进行供电，7.4V电压通过电压转换芯片II转换为3.3V为MCU、时钟芯片和存储芯片供电；7.4V电压通过电压升压芯片升为12V电压为显示屏和LTE单元进行供电；通过内部电池单元进行供电时，7.4V电压直接为信道机进行供电，7.4V电压通过电压转换芯片II变为3.3V为MCU、时钟芯片和存储芯片供电；7.4V电压通过电压升压芯片升为12V电压为显示屏和LTE单元进行供电；所述MCU通过串口与CIR的P4口连接，通过P4口每隔1秒获取公里标信息；所述铁路便携预警设备的DMR信道机内置北斗卫星定位模块，通过卫星天线获取卫星定位信息；所述DMR信道机通过DMR天线与服务器进行通信；所述铁路便携预警设备的LTE单元通过LTE天线与服务器进行通信；所述铁路便携预警设备收到服务器发送的不同级别的预警信息，通过显示屏进行相应级别的预警信息显示。

本发明的有益效果如下：

1、本设备能够通过收到的北斗差分基站纠偏数据和自身的卫星定位数据实现亚米级的高精度定位，为准确预警提供保证。

2、本设备支持LTE和DMR宽窄带网络，为用户提供两种网络选择，LTE建设及维护成本较高，数据实时性好，适合设备数量多且密集的场景，DMR建设及维护成本低，适合设备数量少且分散的场景。

3、设备支持电池单独供电，体积小巧，方便安装及户外使用。

4、安装在机车上，当卫星定位失效时，设备可连接CIR（机车综合无线通信设备），通过CIR获取当前线路公里标数据；当户外携带使用时，设备可手动设置公里标，实现百米级定位。

本发明为今后的铁路预警设备提供了一种新的方案，在成本可控的前提下，能够实现位置精确的预警，为铁路运行安全提供保障。

附图说明

图1为高精定位和多模通信预警系统组成框图；

图2为图1中铁路便携预警设备组成框图；

图3为图2中铁路便携预警设备控制单元电路原理框图；

图4为铁路便携预警设备工作流程图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图详细描述：

如图1所示，高精定位和多模通信预警系统由预警服务器、北斗差分基站、交换机、DMR网络、LTE网络、n个铁路便携预警设备，CIR组成。预警服务器、北斗差分基站、DMR网络、LTE网络通过以太网连接。n个铁路便携预警设备通过DMR网络或LTE网络与预警服务器进行数据交互，北斗差分基站通过DMR网络或LTE网络向铁路便携预警设备发送卫星定位纠偏数据。在卫星定位失效的情况下，铁路便携预警设备可以通过CIR获取线路公里标信息。

如图2所示，铁路便携预警设备包括铁路便携预警设备主机、卫星天线、DMR天线、LTE天线和电源适配器，铁路便携预警设备主机包括控制单元、电池单元、支持卫星定位的DMR信道机、LTE单元、显示屏、蜂鸣器和按键；其中220VAC经电源适配器输出12V电压分别给控制单元、电池单元供电，同时电池单元输出7.4V电压给控制单元供电，控制单元通过串口与CIR的P4口联通；控制单元通过串口连接支持卫星定位的DMR信道机，通过网口连接LTE单元，通过LCD口连接显示屏，通过GPIO 口分别连接蜂鸣器和按键；支持卫星定位的DMR信道机分别通过天线口连接卫星天线、DMR天线，LTE单元通过天线口连接LTE天线。

如图3所示，铁路便携预警设备控制单元包括电压转换芯片I（LM22670）、电压转换芯片II（LM22670）、电压升压芯片(TPS53340PWP)、含有软件的MCU（LPC4357）、时钟芯片（DS3221）和存储芯片（MX66L235F）；电源适配器输出12V电压给电压转换芯片I，电压转换芯片I输出7.4V电压分别给电压转换芯片II、电压升压芯片和支持卫星定位的DMR信道机供电；电池单元输出7.4V电压给电压升压芯片供电；电压转换芯片II输出3.3V电压分别给MCU、时钟芯片和存储芯片供电；电压升压芯片输出12V电压分别给显示屏和LTE单元供电；MCU通过LCD口连接显示屏，通过GPIO口连接蜂鸣器和按键，通过串口连接CIR的P4口连接，通过网口连接所述LTE单元，通过串口连接支持卫星定位的DMR信道机，通过I2C口连接时钟芯片，通过SPI口连接存储芯片。

铁路便携预警设备支持三种级别的预警信息：普通预警、严重预警和紧急预警。

如图4所示，支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备软件工作流程执行以下操作：

a、铁路便携预警设备开机后，首先初始化各芯片。

b、MCU查询网络注册状态，判断LTE网络或DMR网络是否注册成功，如成功则进入步骤c，如不成功则继续查询网络注册状态。

c、MCU判断卫星是否定位成功，如成功则进入步骤f，如不成功则进入步骤d。

d、MCU判断是否从CIR收到公里标信息，如收到则进入步骤g，如未收到则进入步骤e。

e、通过按键手动设置公里标或通过DMR网络中的基站获取小区位置,然后进入步骤g。

f、MCU通过接收到的北斗差分基站信息计算铁路便携预警设备的高精度位置。

g、铁路便携预警设备定时向服务器发送本设备的定位信息。

h、MCU判断是否收到服务器下发的预警信息，如收到则进入步骤i，如未收到则返回进入步骤c。

i、铁路便携预警设备通过显示屏和蜂鸣器向用户发出声光提示信息。

数据传输网络可支持宽带或窄带无线网络。宽带网络在时效性方面优势明显，但对于专用市场网络建设成本高。在预警时效需求不高的情况下可选择窄带网络，节约地面设施建设成本。支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备，应用场景广泛，可安装在机车上或户外携带。

在卫星定位有效的情况下，铁路便携预警设备能够实现准确的亚米级定位，卫星定位失效时可实现百米级定位，设备可支持LTE和DMR宽窄带网络通信，用户可根据建设成本进行网络选择和部署，设备体积小巧，配备电池，方便携带，在机车、户外作业时均可使用，适用性强。设备主要通过高精度定位和宽窄带网络覆盖解决铁路预警设备定位不准确和误收预警信息的问题。

Claims (5)

1.一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备，其特征在于：所述铁路便携预警设备包括铁路便携预警设备主机、卫星天线、DMR天线、LTE天线和电源适配器，所述铁路便携预警设备主机包括控制单元、电池单元、支持卫星定位的DMR信道机、LTE单元、显示屏、蜂鸣器和按键；其中220VAC经所述电源适配器输出12V电压分别给所述控制单元、电池单元供电，同时电池单元输出7.4V电压给所述控制单元供电，控制单元通过串口与CIR的P4口联通；所述控制单元通过串口连接所述支持卫星定位的DMR信道机，通过网口连接所述LTE单元，通过LCD口连接所述显示屏，通过GPIO 口分别连接所述蜂鸣器和按键；

所述支持卫星定位的DMR信道机分别通过天线口连接卫星天线、DMR天线，所述LTE单元通过天线口连接LTE天线。

2.根据权利要求1所述的支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备，其特征在于：所述铁路便携预警设备控制单元包括电压转换芯片I、电压转换芯片II、电压升压芯片、含有软件的MCU、时钟芯片和存储芯片；所述电源适配器输出12V电压给所述电压转换芯片I，电压转换芯片I输出7.4V电压分别给所述电压转换芯片II、所述电压升压芯片和所述支持卫星定位的DMR信道机供电；电池单元输出7.4V电压给所述电压升压芯片供电；所述电压转换芯片II输出3.3V电压分别给所述MCU、时钟芯片和存储芯片供电；所述电压升压芯片输出12V电压分别给所述显示屏和LTE单元供电；所述MCU通过LCD口连接所述显示屏，通过GPIO口连接所述蜂鸣器和按键，通过串口连接所述CIR的P4口连接，通过网口连接所述LTE单元，通过串口连接所述支持卫星定位的DMR信道机，通过I2C口连接所述时钟芯片，通过SPI口连接所述存储芯片。

3.一种支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备的实现方法，其特征在于：

铁路便携预警设备通过内部电池单元或电源适配器进行供电，通过电源适配器供电时，12V电压通过电压转换芯片I降为7.4V，为信道机进行供电，7.4V电压通过电压转换芯片II变为3.3V为MCU、时钟芯片和存储芯片供电；7.4V电压通过电压升压芯片升为12V电压为显示屏和LTE单元进行供电；

通过内部电池单元进行供电时，7.4V电压直接为信道机进行供电，7.4V电压通过电压转换芯片II变为3.3V为MCU、时钟芯片和存储芯片供电；7.4V电压通过电压升压芯片升为12V电压为显示屏和LTE单元进行供电；

所述MCU通过串口与CIR的P4口连接，通过P4口每隔1秒获取公里标信息；所述铁路便携预警设备的DMR信道机内置北斗卫星定位模块，通过卫星天线获取卫星定位信息；所述DMR信道机通过DMR天线与服务器进行通信；所述铁路便携预警设备的LTE单元通过LTE天线与服务器进行通信；

所述铁路便携预警设备收到服务器发送的不同级别的预警信息，通过显示屏进行相应级别的预警信息显示。

4.根据权利要求3所述的支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备的实现方法，其特征在于：所述铁路便携预警设备支持三种级别的预警信息：普通预警、严重预警和紧急预警。

5.根据权利要求4所述的支持高精定位和多模通信的铁路便携预警设备的实现方法，其特征在于：软件工作流程执行以下操作：

a、铁路便携预警设备开机后，首先初始化各芯片；

b、MCU查询网络注册状态，判断LTE网络或DMR网络是否注册成功，如成功则进入步骤c，如不成功则继续查询网络注册状态；

c、所述MCU判断卫星是否定位成功，如成功则进入步骤f，如不成功则进入步骤d；

d、所述MCU判断是否从CIR收到公里标信息，如收到则进入步骤g，如未收到则进入步骤e；

e、通过按键手动设置公里标或通过DMR网络中的基站获取小区位置,然后进入步骤g；

f、所述MCU通过接收到的北斗差分基站信息计算铁路便携预警设备的高精度位置；

g、所述铁路便携预警设备定时向服务器发送本设备的定位信息；

h、所述MCU判断是否收到服务器下发的预警信息，如收到则进入步骤i，如未收到则返回进入步骤c；

i、所述铁路便携预警设备通过显示屏和蜂鸣器向用户发出声光提示信息。

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