CN202038325U - 一种基于射频技术的高精度列车定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于射频技术的高精度列车定位系统，包括：若干射频卡、至少一个阅读器和处理计算机；射频卡设置在轨道旁固定物上，用于响应阅读器发出的发射信号，返回反射信号；阅读器，设置在有轨车上，用于处理射频卡返回的反射信号，获得该射频卡的卡号；将所述射频卡卡号发送给处理计算机；处理计算机调用射频卡数据库识别与该射频卡卡号相对应的定位信息。该列车定位系统继承了射频技术的诸多优点，克服了现有技术所存在的问题，可以在苛刻的环境中精准有效的工作。另外，本实用新型还设计了该定位系统的误差修正方案，进一步提高了该列车定位系统的检测精确度，满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求。

Description

一种基于射频技术的高精度列车定位系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通设施检测技术领域，特别是一种基于射频技术设计的高精度列车定位系统。

背景技术

轨道检查车是为检查轨道病害、消除事故隐患、指导线路维修、提高线路平顺性、保障行车安全的大型动态检测设备。它主要应用于火车、地铁、有轨电车等轨道交通领域。在轨道检查车上安装的轨道检测系统，能对轨道几何参数进行动态检测，检测数据和超限对于指导工务段养路维修、保证行车安全有着十分重要的作用。而轨道检查车所检测的这些超限数据需要加上里程标记，工务段才可准确而快速地确定超限的位置，并根据具体情况对线路进行维修和养护，消除线路病害。如果检测的超限数据的里程误差较大，那么在现场查找病害就会花费大量的时间和人力，有时甚至无法确定病害位置。因而，轨道检测系统对里程的准确性有着较高的要求。

目前，应用于轨道检查车的里程定位技术大致有以下三种：

首先，是手动置里程方法。手动置里程方法是靠人工在瞭望窗口进行轨道线路里程的观察，在轨道检查车运行到特定里程处时，由人工输入里程数，进行里程的修正。

这种手动置里程方法的缺点在于：增加了检测人员的工作量，使得检测任务更加繁重；操作人员修正时可能会输入里程错误，导致系统里程误差；不同的人按下修正键时间早晚会有差别，加大系统误差；检测受环境制约，对于夜间等视距不佳环境人工无法看清里程牌导致无法进行里程修正；列车速度过快也可能造成人工无法看清公里牌，导致无法进行里程修正。

其次，是光电编码器检测方法。光电编码器检测方法是通过安装在轮轴上的光电编码器获取的里程标记的。光电编码器和轮轴固联，每当车轮旋转一圈时，会带动光电编码器旋转一周，光电轴编码器会给系统发送一定数量的脉冲。由于车轮的周长是已知的，因而每一个脉冲所代表的距离可以计算得到。检测系统根据光电编码器发送的脉冲的个数就可以累计出里程数，以此形成检测系统自身的里程标记。

这种光电编码器检测方法的缺点在于：列车长期运行，车轮自身磨损会造成圆周变小，则每一个脉冲代表的距离会变小，从而导致检测数据的误差；列车制动等动作时，车轮会打滑，车轴不会带动光电编码器旋转，进而引起检测的误差；由于现场施工改线等原因，造成线路的长链、短链或者连接线，会出现里程跳变，这些原因都会造成检测系统的计算里程和线路上的实际里程之间的误差。

再有，是GPS里程校对方法。GPS里程校对方法是利用GPS的定位功能，将GPS接收系统实时输出的数据包括经度、纬度、方向角等参数和数据库中预先设置的里程数据进行匹配，在特定里程匹配相对应的里程数，并将里程数输出到检测系统，对系统进行里程自动修正。

GPS里程校对方法的缺点在于：GPS接收器受铁路环境影响较大，在隧道、山谷甚至桥梁等遮挡卫星信号接收的地方，GPS里程校对系统将无法工作；GPS系统的定位误差较大，在普通线路上，可以达到5米，随着列车速度的提高，GPS系统的定位误差还会进一步增大，无法满足动态检测列车检测精度的要求。

综上所述，鉴于现有各种轨道检查车的里程定位技术均存在各种各样的问题，无法充分满足实际有轨车里程检测的需要。因此，我们需要设计一种全新的高精度列车定位技术，使之能满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求，在苛刻的环境中精准有效的工作。

发明内容

本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于射频技术的高精度列车定位系统。该技术能满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求，可以在苛刻的环境中精准有效的工作。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，包括：若干射频卡、至少一个阅读器和处理计算机；

所述射频卡，设置在轨道旁固定物上，用于响应阅读器发出的发射信号，返回反射信号；所述反射信号中至少包含有该射频卡的卡号；

所述阅读器，设置在有轨车上，用于处理射频卡返回的反射信号，获得该被检测射频卡的卡号；所述阅读器与处理计算机连接，将所述被检测射频卡卡号发送给处理计算机；

所述处理计算机中设有射频卡数据库；该处理计算机调用射频卡数据库识别与该射频卡卡号相对应的定位信息。

所述阅读器包括天线、编解码器和输出接口；

所述天线，用于与所述射频卡进行射频通讯；

所述编解码器，与天线和输出接口相连，用于处理射频卡返回的反射信号，获得该被检测射频卡的卡号；

所述输出接口，用于与所述处理计算机连接。

所述阅读器中还设有卡号检测器；该卡号检测器设置在所述编解码器与输出接口之间，用于对所述射频卡卡号进行检测。

所述列车定位系统中还设有误差修正系统；该误差修正系统包括：光电编码器、精确计数器、误差计算器和误差修正单元；

所述光电编码器，安装在有轨车的轮轴上，随着有轨车轮轴的旋转产生脉冲信号；

所述精确计数器，分别与所述光电编码器、阅读器、射频卡数据库、误差计算器相连；接受所述阅读器和射频卡数据库的起止控制，对光电编码器的脉冲信号进行计数；并将获得的光电编码器脉冲信号计数发送给误差计算器；

所述误差计算器，与精确计数器和误差修正单元相连，根据所述光电编码器脉冲信号计数计算误差距离，并将误差距离作为该被检测射频卡定位信息的误差修正值发送给误差修正单元；

所述误差修正单元，与误差计算器和射频数据库相连，根据接收的误差修正值对该被检测射频卡定位信息进行修正。

在所述误差修正系统中还设置有安装位置修正值存储单元和阅读范围修正值存储单元；

所述安装位置修正值存储单元，与误差计算器相连，用于存储安装位置修正值；

所述阅读范围修正值存储单元，与误差计算器相连，用于存储阅读范围修正值。

所述射频卡安装在轨道旁侧的固定物上；该列车定位系统中设有两个阅读器，分别安装于有轨车的两侧，与射频卡相对应；该两个阅读器设置在有轨车的车厢内侧或外侧；该两个阅读器均与处理计算机相连接。

所述阅读器设置在有轨车的车厢内，紧贴于有轨车车窗。

所述射频卡安装在轨道底侧；所述阅读器对应安装在有轨车的底侧；所述阅读器与处理计算机相连接。

所述阅读器与处理计算机之间通过RS-232、RS-485或以太网接口相连接。

所述射频卡与阅读器的水平高度相同。

通过本实用新型实施例，提供了一种全新的基于射频技术的高精度列车定位系统。该列车定位系统继承了射频技术的诸多优点，克服了现有技术所存在的问题，可以在苛刻的环境中精准有效的工作。

另外，本实用新型还提供了对该定位系统的误差修正方案，进一步提高了该列车定位系统的检测精确度，满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求。

附图说明

图1为基于射频技术的高精度列车定位系统的系统结构图；

图2为带有误差修正系统的高精度列车定位系统的系统结构图；

图3为高精度列车定位系统第一实施例结构图；

图4为高精度列车定位系统第二实施例结构图；

图5为高精度列车定位系统第三实施例结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

鉴于前面所述现有各种轨道检查车的里程定位技术均存在各种各样的问题，无法充分满足实际轨道列车里程检测的需要。本实用新型设计一种基于RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术实现的高精度列车定位技术。

RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。RFID技术具有可容纳较多容量、通讯距离长、难以复制、对环境变化有较高的忍受能力、可同时读取多个标签等优点，适合应用于有轨车的里程定位工作，可以克服前述现有技术中存在的问题。

图1为基于射频技术的高精度列车定位系统的系统结构图。该基于射频技术的高精度列车定位系统，如图1所示，包括：设置在轨道旁固定物上的若干射频卡，设置在有轨车上的至少一个阅读器以及处理计算机。

所述射频卡，用于响应阅读器发出的发射信号，返回反射信号。所述反射信号中至少包含有该射频卡的卡号，每个射频卡都具有一个唯一的卡号。

所述阅读器，与有轨车共同行进，用于发出发射信号；接收并处理射频卡返回的反射信号，获得该被检测射频卡的卡号；将所获得的被检测射频卡卡号发送给处理计算机。该阅读器与射频卡对应设置，通常为了获得更长的读卡时间，阅读器与射频卡的水平高度应当相同。该阅读器包括：天线、编解码器和输出接口。

所述天线，用于发出发射信号，并接收射频卡返回的反射信号。

所述编解码器，用于对所述反射信号进行解调解码，获得该被检测射频卡的卡号。

所述输出接口，与处理计算机连接，用于将所获得的被检测射频卡卡号发送给处理计算机。

所述处理计算机，与阅读器相连，用于调用射频卡数据库识别与被检测射频卡卡号相对应的定位信息。该射频卡数据库，存储有各个射频卡的定位信息。该射频卡的定位信息与射频卡卡号一一对应。

优选的，该阅读器还可以设置有卡号检测器。该卡号检测器设置在编解码器与输出接口之间，用于对所获得的射频卡卡号进行检测，滤除无效卡号。这样，可以对射频卡卡号进行预选筛选，过滤掉无效卡号。

当然，该卡号检测器也可以设置在处理计算机中，该射频卡数据库的输入端。起作用与上述相同，在此就不再重复。

通过上述结构的基于射频技术的高精度列车定位系统，阅读器随着有轨车沿轨道移动，向外发送发射信号。当有轨车移动到射频卡附近时，射频卡进入阅读器的读卡场内，响应阅读器发出的发射信号返回反射信号。阅读器接收射频卡发送的反射信号，对反射信号进行解调解码，获得射频卡卡号并对其有效性进行判断，将有效的卡号发送给处理计算机。处理计算机将获得的卡号与射频卡数据库中预存的射频卡定位信息进行比对，识别出卡号对应的定位信息。这样，通过上述定位系统，我们就能够通过预设在轨道旁的射频卡，基于射频识别技术对行进的轨道检查车进行实时的里程定位监测。

另外，由于从阅读器发送获得的射频卡卡号给处理计算机到处理计算机识别出该射频卡卡号对应的定位信息，需要一定的传输和处理时间。这段时间可能给列车的里程定位带来一定误差。因此，申请人还在该高精度列车定位系统中设计有误差修正系统。

图2为带有误差修正系统的高精度列车定位系统的系统结构图。如图2所示，该误差修正系统包括：光电编码器、精确计数器、误差计算器和误差修正单元。

所述光电编码器，安装在有轨车的轮轴上，随着有轨车轮轴的旋转产生脉冲信号。

所述精确计数器，与光电编码器相连，用于接收光电编码器的脉冲信号；接收阅读器发送来的启动信号，启动对光电编码器脉冲信号的计数；接收处理计算机发送来的终止信号，终止对光电编码器脉冲信号的计数；将获得的光电编码器脉冲信号计数值发送给误差计算器。

这里，阅读器是在向处理计算机发送射频卡卡号的同时向精确计数器发送启动信号的，处理计算机是在识别出射频卡卡号对应定位信息的同时向精确计数器发送终止信号的。这样，所述光电编码器脉冲信号计数值即是记录了本系统因传输处理而引起的延时时段内光电编码器所产生的脉冲信号数。

所述误差计算器，用于根据光电编码器脉冲信号计数值计算误差距离，并将误差距离作为该被检测射频卡定位信息的误差修正值发送给误差修正单元。这里，由于光电编码器和有轨车轮轴固联，轮轴转动一周光电编码器输出固定数量的脉冲信号，而车轮周长已知，则每一个光电编码器脉冲代表的距离是可知的。因此，误差计算器可以根据光电编码器的脉冲信号计数计算出误差距离。

所述误差修正单元，用于根据接收的误差修正值对被检测射频卡定位信息进行修正。

可见，通过上述误差修正系统可以对系统因信号处理时间所引起的延时误差进行修正，进一步提高了本列车定位系统的精确度，满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求。

除了上述因系统信号处理时间所引起的误差外，该系统中还可能因阅读器安装的位置以及阅读器的阅读范围而引入误差。

阅读器安装位置所引起的误差，是因为本实用新型的列车定位系统所最终获得的列车里程定位信息仅仅是作为有轨车所检测的多组数据中的一组，需要与整个列车检测系统中其他数据配合使用。因此，列车定位系统最终需要将列车里程定位信息汇集到有轨车的列车检测系统中。而列车检测系统所在位置与阅读器所在位置可能存在一定的空间距离，由此会给列车检测系统引入系统误差，因此我们需要对这部分距离误差进行修正。

阅读器的阅读范围所引入的误差，是因为阅读器与射频卡之间信息交互需要一定的读卡时间，这就要保证射频卡要在阅读器的阅读范围内一段时间。由于有轨车是在行进过程中，因此在阅读器与射频卡之间需要保证有足够的阅读范围，而由该阅读范围也会引入一定的误差需要我们进行修正。由于，阅读器与射频卡之间的阅读范围是由阅读器发射信号的波形与两者之间的间距决定的，因此这个误差值应该是我们可以预先知道的定值。

由上可见，阅读器安装的位置以及阅读器的阅读范围所引入误差都是一个可以预先知道的定值。因此，本实用新型设计了如下结构对其进行修正，如图2所示，在该误差修正系统中还设置有安装位置修正值存储单元和阅读范围修正值存储单元。

所述安装位置修正值存储单元，用于存储安装位置修正值；

所述阅读范围修正值存储单元，用于存储阅读范围修正值；

所述误差计算器，用于读取所述安装位置修正值存储单元和阅读范围修正值存储单元中存储的安装位置修正值和阅读范围修正值；根据所述计算得到的误差距离以及所述安装位置修正值和阅读范围修正值，计算对该射频卡定位信息的误差修正值，并将该误差修正值发送给误差修正单元。

本系统中，阅读器与射频卡在有轨车上和轨道旁的具体设置位置，因有轨车的状况和周围环境因素不同，也可以有多种不同的设置方案。这里，我们就通过下面几个实施例，给出几种可行的设置方案。

实施例一：

如图3所示，在本实施例的基于射频技术的高精度列车定位系统中，所述射频卡安装在轨道旁侧的电线杆上。该列车定位系统中包括有两个阅读器，分别安装于有轨车车厢内的两侧，与射频卡相对应。所述两个阅读器均与处理计算机相连接。

这里，之所以要设置两个阅读器，主要是考虑到有轨车转头后，单侧阅读器无法满足继续检测的需要，因此设置需要另一侧阅读器，以便继续进行检测。

优选的，所述阅读器紧贴于有轨车车窗，以增强阅读器与射频卡之间的通讯信号。

这个实施例主要适用于一些有轨车运行速度较高，或车体底部较低，需要在射频卡与阅读器之间保持一定间距的情况。

实施例二：

如图4所示，在本实施例的基于射频技术的高精度列车定位系统中，所述射频卡安装在轨道旁侧的里程碑上。该列车定位系统中包括有两个阅读器，分别安装于有轨车车厢外的两侧，与射频卡相对应。所述两个阅读器均与处理计算机相连接。

实施例三：

如图5所示，在本实施例的基于射频技术的高精度列车定位系统中，所述射频卡安装在轨道底侧。该列车定位系统的阅读器对应安装在有轨车的底侧。所述阅读器与处理计算机相连接。

这个实施例主要适用于一些有轨车运行速度相对较低，或有轨车体底部较高，车底侧与轨道底侧间距足够保证射频卡与阅读器之间保持一定阅读范围的情况。

上述各个实施例中，阅读器可以被设置在车厢内、车厢外或车厢底侧。根据阅读器设置的位置不同，其与处理计算机之间的通信连接也可以采取不同的方式，具体可以通过RS-232、RS-485或以太网接口相连接。

综上所述，本实用新型基于射频技术设计了一种全新的高精度列车定位系统。该系统由于采用了射频识别技术，继承了射频技术可容纳较多容量、通讯距离长、对环境变化有较高的忍受能力等诸多优点，克服了现有技术所存在的问题。并且，本实用新型还提供了对该定位系统的误差修正方案，进一步提高了该列车定位系统的精确度，满足当前轨道交通发展对检测系统所提出的更高要求。本领域技术人员在此设计思想之下，对本实用新型的技术方案做任何不具有创造性的改造，均应视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，包括：若干射频卡、至少一个阅读器和处理计算机；

所述射频卡，设置在轨道旁固定物上，响应阅读器发出的发射信号，返回反射信号；所述反射信号中至少包含有该射频卡的卡号；

所述阅读器，设置在有轨车上，处理射频卡返回的反射信号，获得该被检测射频卡的卡号；所述阅读器与处理计算机连接，将所述被检测射频卡卡号发送给处理计算机；

所述处理计算机中设有射频卡数据库；该处理计算机调用射频卡数据库识别与该射频卡卡号相对应的定位信息。

2.如权利要求1所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述阅读器包括天线、编解码器和输出接口；

所述天线，与所述射频卡进行射频通讯；

所述编解码器，与天线和输出接口相连，处理射频卡返回的反射信号，获得该被检测射频卡的卡号；

所述输出接口，与所述处理计算机连接。

3.如权利要求2所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述阅读器中还设有卡号检测器；该卡号检测器设置在所述编解码器与输出接口之间，对所述射频卡卡号进行检测。

4.如权利要求1所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述列车定位系统中还设有误差修正系统；该误差修正系统包括：光电编码器、精确计数器、误差计算器和误差修正单元；

所述光电编码器，安装在有轨车的轮轴上，随着有轨车轮轴的旋转产生脉冲信号；

所述精确计数器，分别与所述光电编码器、阅读器、射频卡数据库、误差计算器相连；接受所述阅读器和射频卡数据库的起止控制，对光电编码器的脉冲信号进行计数；并将获得的光电编码器脉冲信号计数发送给误差计算器；

所述误差计算器，与精确计数器和误差修正单元相连，根据所述光电编码器脉冲信号计数计算误差距离，并将误差距离作为该被检测射频卡定位信息的误差修正值发送给误差修正单元；

所述误差修正单元，与误差计算器和射频数据库相连，根据接收的误差修正值对该被检测射频卡定位信息进行修正。

5.如权利要求4所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，在所述误差修正系统中还设置有安装位置修正值存储单元和阅读范围修正值存储单元；

所述安装位置修正值存储单元，与误差计算器相连，存储安装位置修正值；

所述阅读范围修正值存储单元，与误差计算器相连，存储阅读范围修正值。

6.如权利要求1所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述射频卡安装在轨道旁侧的固定物上；该列车定位系统中设有两个阅读器，分别安装于有轨车的两侧，与射频卡相对应；该两个阅读器设置在有轨车的车厢内侧或外侧；该两个阅读器均与处理计算机相连接。

7.如权利要求6所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述阅读器设置在有轨车的车厢内，紧贴于有轨车车窗。

8.如权利要求1所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述射频卡安装在轨道底侧；所述阅读器对应安装在有轨车的底侧；所述阅读器与处理计算机相连接。

9.如权利要求1所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述阅读器与处理计算机之间通过RS-232、RS-485或以太网接口相连接。

10.如权利要求1、6、7或8所述的一种基于射频技术的高精度列车定位系统，其特征在于，所述射频卡与阅读器的水平高度相同。

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