CN1535873A - 利用gps确定线路里程的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

利用GPS确定线路里程的方法及其应用，其特征是利用线路经度、纬度和高度三值的唯一性，预先制作线路里程和经度、纬度、高度三者关系的对应表；利用所接收的GPS信号中的经度、纬度和高度信息，通过查表找出对应的里程值，即为所求的线路里程。利用该方法可以准确地计算列车的距离和到达时间，并在列车接近时进行告警。本发明是一种便捷而准确的里程确定方式，可以让沿铁路线移动的工作人员准确地确定列车的距离和列车的到达时间，并在列车距离或列车到达时间符合设定条件时向类似于巡道工这样的铁路沿线人员告警。

Description

利用GPS确定线路里程的方法及其应用

技术领域：

本发明涉及一种确定线路里程的方法，以及该方法在对铁路等线路中沿线移动物体的定位、列车接近时的预警等方面的具体应用。

背景技术：

在公路和铁路的管理中，常常以某一点为起点，然后根据线路实际长度确定其里程。例如京九铁路线，它是以北京西站的某一点作为京九线的起点，里程标为0公里。以其作为基准，某点的里程称为X时，则表明该点距0公里的起点的实际长度为X公里。在公路、铁路、水运等线路的运输过程中，常常涉及在这些线状道路上的移动体的精确定位，而且需要精确定位的不是经度、纬度和高度，而是里程数。但迄今为止却没有准确而便捷的确定方法。

近年来，随着铁道部列车频繁提速，困扰铁道部多年的问题是：如何保障列车的安全运行及如何保障铁路工作人员的作业安全。据铁道部相关部门统计，在过去的几年中，平均每年有不少铁道沿线施工人员或维护人员，因未及时发现列车接近而造成事故。

就上述问题，铁道部于2002年铁道部组织实施的“800MHZ列尾和列车预警系统”，该系统中，车载电台和道口设备都比较成熟，可以投入实际使用，但巡道工所使用的“接近预警呼叫器”则因无法测算运行列车与巡道工之间的实际距离而无法实用。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术中的不足之处，提供一种准确而便捷的利用GPS确定线路里程的方法及其应用，包括在对线路沿线移动物体的定位，以及在列车接近预警中的具体应用。以利用GPS确定线路里程的方法为基础，通过精确的里程数确认，使得“接近预警呼叫器”能投入实际使用，以便准确预警，提高巡道工或道上其他工作人员的安全性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

利用GPS确定线路里程的方法：

其特点是利用线路经度J、纬度W和高度G三值的唯一性，预先制作线路里程L和经度J、纬度W、高度G三者关系的对应表；利用所接收的GPS信号中的经度J、纬度W和高度G信息，通过查表找出对应的里程L值，即为所求的线路里程。

基于上述利用GPS确定线路里程方法的线路沿线移动物体定位方法：

其特点是所述线路里程为线路沿线的线路里程，该线路里程与对应位置处的经度、纬度及高度的对应表存贮在沿线移动的待定位物体的数据库中，由该待定位物体接收有关其经度J、纬度W、高度G的GPS信号，与数据库中的对应表比较，最接近值即为该物体的线路里程。

基于上述线路沿线移动物体定位方法的列车接近预警方法：

其特点是对于铁路沿线移动物体，一方面利用GPS确定其自身的所在位置的线路里程，另一方面，接收正在接近的列车发出的公里标、速度相关信息，计算出列车距离D及到达时间T，比较后明确所述移动物体与正在接近的列车的相对位置，符合告警条件时自动告警。

实施上述列车接近预警方法的列车接近预警装置：

其结构特点是具有经度J、纬度W、高度G与线路里程L对应表的表数据库的存储单元，列车机车信号接收单元，GPS信号接收单元，包括车次号、速度、上下行在内的列车信息显示单元、计算及控制单元、告警单元、上下行及确认功能键单元及电源单元。

利用本发明中的列车预警方法可以准确地计算列车的距离和到达时间，并在列车距离或列车到达时间符合设定条件时才不断告警。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明是一种便捷而准确的里程确定方式，可以让沿铁路线移动的工作人员准确地确定列车的距离和列车的到达时间，并在列车距离或列车到达时间符合设定条件时向类似于巡道工这样的铁路沿线人员告警。

图面说明：

图1为本发明中利用GPS确定线路里程的方法框图。

图2为本发明中列车预警方法框图。

图3为本发明中列车预警装置框图

图4为本发明方法中列车预警装置的电路图

图5为软件功能框图

具体实施方式：

利用GPS确定线路里程的方法：

本实施例中，利用线路经度J、纬度W和高度G三值的唯一性，预先制作线路里程L和经度J、纬度W、高度G三者关系的对应表；利用所接收的GPS信号中的经度J、纬度W和高度G信息，通过查表找出对应的里程L值，即为所求的线路里程。

参见图1，如果用一数学解析式来表达，则有线路里程L＝F(J、W、G)。无论线路状况如何，每一组(J、W、G)都可唯一确定线路上的一个里程值。这样以L＝0为起点，就可以制作一个数据库，将L与(J、W、G)的对应关系一一列出。线路是连续的，但L是由一系列离散点(里程值)组成。这一系列离散点可以拟合实际线路，其精度可以根据实际需求来确定，精度越高，数据库越大。

线路的具体状况可分为以下几种：

其一是在一个平面上，不迂回，由经度J或纬度W就可以确定里程L值。

其二是线路在一个面上迂回，这时必须用J、W两个值才能确定里程L值。

其三是线路不在同一个面上，必须用J、W、G三个值才能确定里程L值。例如盘山公路或盘山铁路等。

有了L＝(J、W、G)表，则利用所接收的GPS信号所得到的经度J、纬度W和高度G，从表中即可得到相应的里程L。

在实际应用中，接收的GPS信号所给出的(经度J^*，纬度W^*，高度D^*)可能与L＝(J、W、G)表中的(J、W、G)不完全一致，我们可以根据实际工作的需要选择L＝(J、W、G)表中与(J^*，W^*，D^*)最相近的L值，作为和(J^*，W^*，D^*)对应的里程值。

基于以上方法的线路沿线移动物体定位方法：

在以上方法中，“线路里程”即为线路沿线的线路里程，该线路里程与对应位置处的经度、纬度及高度的对应表存贮在沿线移动的待定位物体的数据库中，由该待定位物体接收有关其经度J、纬度W、高度G的GPS信号，与数据库中的对应表比较，最接近值即为该物体的线路里程。

基于以上线路沿线移动物体定位方法的列车接近预警方法：

参见图2，对于铁路沿线移动物体，一方面利用GPS确定其自身的所在位置的线路里程，另一方面，接收正在接近的列车发出的公里标、速度相关信息，计算出列车距离D及到达时间T，比较后明确所述移动物体与正在接近的列车的相对位置，符合告警条件时自动告警。

关于实施上述列车接近预警方法的列车接近预警装置：

参见图3，该装置具有经度J、纬度W、高度G与线路里程L对应表的表数据库及其它数据库的存储单元，列车机车信号接收单元，GPS信号接收单元，包括车次号、速度、上下行在内的列车信息显示单元、计算及控制单元、告警单元、上下行及确认功能键单元及电源单元。

其中，GPS信号接收单元的任务是实时接收GPS信号，并将相应的经度J、纬度W和高度G送到计算及控制单元加以存储和利用。列车机车信号接收单元的任务是接收机车发送的里程、车次、速度等信息，并将这些信息送到计算及控制单元加以存储和利用。L＝(J，W，G)数据库及其他数据存储单元的作用是存储事先制作的L＝(J，W，G)数据及其他要存储的数据。计算及控制单元的作用是根据接收到的GPS信号和列车机车信号及存储的L＝(J，W，G)数据库，计算出列车的距离和到达时间，且将计算结果送到列车信息显示单元显示；根据计算结果、上下行关系及设定的告警条件判断是不是需要告警，当符合告警条件时按要求启动告警单元告警。告警单元的作用是在收到告警指令后，按要求用声、光或震动等方式告警。列车信息显示单元的作用是在接受到列车信息时按要求显示这些内容。上下行及确认等功能键单元的作用是输入上下行等列车信息，在收到告警后对告警进行确认。

列车预警方法的具体方式是：列车接近预警装置由沿铁路线移动的工作人员携带，装置工作后就开始接收列车机车发送的包括里程、车速、机车号、上下行等信息的信号，并接收GPS信号。利用接受到的GPS信号中的经度J、纬度W和高度G得到相应的线路里程值L，并结合接收到的列车信息计算出列车的距离和到达时间。当列车的距离或列车的到达时间符合设定的告警要求时，装置向工作人员告警。

根据所需的铁路长度及对告警精度的要求制作数据库。例如，当所需铁路长度为10Km，精度要求是50m时，则L＝F(J，W，G)共有2000点。在目前技术水平的条件下，存储2000个L＝(J，W，G)数据是不困难的。

针对实际应用中，接收的GPS信号不可能与L＝(J、W、G)表中的(J、W、G)完全一致，我们可以根据实际工作的需要来选择L＝(J、W、G)表中相近的L值。当接收到的GPS信号所确定的(J、W、G)与有两个里程数L1和L2相接近时，列车的里程为L3，若|L1-L3|＞|L2-L3|，则实际里程数L可取为L2，这样有利于巡道工的安全，这一原则称为“就近原则”。

在铁路或公路线路上常常遇有隧道，可以采用以下两种方式提供选择：

第一种方式是以隧道口的里程L为报警参数，也就是巡道工进入隧道后，如果火车的里程为L1，若L1-L小于报警距离，则告警。这一方法的缺点是：在隧道中，呼叫器会反复报警。

第二种方式是在隧道中设置低价格的里程发射装置，模拟GPS信号，提供给呼叫器接收，如果200米设置一个，则一个10Km长的隧道需50个。

参见图4，本实施例中列车接近预警装置的硬件平台所完成的工作主要分为四部分：数据的计算和逻辑分析、GPS数据发送及接收、LCD显示模块的数据发送以及POCSAG解码模块的数据接收。

图中示出，以单片机U101 W77E58为控制中心，采用U110 DigitalM12 GPS接收模块、LCD显示模块U108以及POCSAG解码模块U109。其中，单片机U101和LCD模块U108以及GPS模块U110之间的通信口为分时共用串行口0，其端脚为PIN10、PIN11；单片机U101和POCSAG解码模块之间的通讯口为串行口1，其端脚为PIN3、PIN4。

整个硬件系统在相关的软件支持下控制GPS接收模块、LCD显示模块、POCSAG解码模块的协调工作。一方面向M12发送命令并接收GPS模块回传的数据，另一方面要接收POCSAG解码模块不断发送的数据，然后将每组相关数据进行计算和分析，同时还要把约定的有用信息数据传给LCD显示模块显示。

软件从GPS模块读取数据采用命令的方式，使用了单片机的P1.1脚控制异步串行口的数据收发。

软件向LCD模块发送数据也采用命令的方式，使用了单片机的P1.0脚控制异步串行口的数据收发。

软件从POCSAG解码模块读取/写入数据采用查询方式，即单片机每检测到一次送数信号(来自POCSAG解码模块)就对POCSAG模块进行一次数据交互(读取/写入)。

工作流程如下：当POCSAG解码模块接收到远处发来的告警信号后，便通过CSD信号线通知单片机P1.4口准备接收信息，此时单片机由串口1接收从POCSAG解码模块发来的告警信息。将该信息数据(设为P)存储在片内RAM中。同时单片机由P1.1口控制串口0向GPS模块发送接收请求，并等待GPS传来的位置信息。单片机接收到信息后利用该数据在事先存储在单片机内部ROM区的数据库中查询，找到当前位置对应的公里标(设为G)。最后将G和P依据一定的算法进行计算，把计算结果(设为S)与事先约定的报警阈值(设为D)进行比较，当S大于D时单片机由P1.0口控制利用串口0向LCD模块传送报警信息并由LCD模块显示出来。

参见图5，本装置软件采用模块化的设计思想，将每个相对独立的功能模块都封装成一个独立的函数，尽量做到使主程序简单，主程序的工作就是在系统初始化后，根据硬件系统的状态条用相应的函数处理，从而事整个软件简单易懂，并且易于进行功能扩展和软件升级。

模块说明

宏定义：软件宏定义是为了软件主体引用和修改的方便而定义的，某些宏定义的值是与硬件连接密切相关的。

主程序：协调调用各功能函数。

初始化函数：包括对单片机各寄存器的初始化和对M12模块的初始化。

逻辑分析函数：把从GPS和POCSAG模块接受到的数据进行比较运算分析，选出预先设定的有效数据。

LCD收发函数：控制异步串行口0并将有效数据发送给LCD模块进行显示。

POCSAG收发函数：由CSD信号指示并通过异步串行口1和POCSAG进行数据交互。

GPS收发函数：控制异步串行口0，可向M12发送命令以及从M12读取有效的定位信息。

Claims (6)

1、利用GPS确定线路里程的方法，其特征是利用线路经度(J)、纬度(W)和高度(G)三值的唯一性，预先制作线路里程(L)和经度(J)、纬度(W)、高度(G)三者关系的对应表；利用所接收的GPS信号中的经度(J)、纬度(W)和高度(G)信息，通过查表找出对应的里程(L)值，即为所求的线路里程。

2、一种基于权利要求1所述方法的线路沿线移动物体定位方法，其特征是所述线路里程为线路沿线的线路里程，该线路里程与对应位置处的经度、纬度及高度的对应表存贮在沿线移动的待定位物体的数据库中，由该待定位物体接收有关其经度(J)、纬度(W)、高度(G)的GPS信号，与数据库中的对应表比较，最接近值即为该物体的线路里程。

3、一种基于权利要求2所述方法的列车接近预警方法，其特征是对于铁路沿线移动物体，一方面利用GPS确定其自身的所在位置的线路里程，另一方面，接收正在接近的列车发出的公里标、速度相关信息，计算出列车距离D及到达时间T，比较后明确所述移动物体与正在接近的列车的相对位置，符合告警条件时自动告警。

4、一种实施权利要求3所述方法的列车接近预警装置，其特征是具有经度J、纬度W、高度G与线路里程L对应表的表数据库的存储单元，列车机车信号接收单元，GPS信号接收单元，包括车次号、速度、上下行在内的列车信息显示单元、计算及控制单元、告警单元、上下行及确认功能键单元及电源单元。

5、根据权利要求4所述的列车接近预警装置，其特征是以单片机U101(W77E58)为控制中心，采用U110(Digital M12)GPS接收模块、LCD显示模块U108以及POCSAG解码模块U109。

6、根据权利要求5的所述的列车接近预警装置，其特征是：所述单片机和LCD模块以及GPS模块之间的通信口为分时共用串行口0(PIN10、11)；所述单片机和POCSAG解码模块之间的通讯口为串行口1(PIN3、4)。

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