CN202641742U

CN202641742U - 铁路养护大机车群防碰撞系统

Info

Publication number: CN202641742U
Application number: CN 201220194285
Authority: CN
Inventors: 熊肖磊; 周奇才; 唐强
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-03

Abstract

铁路养护大机车群防碰撞系统，属铁路施工安全技术领域。本实用新型设计的系统利用GPS模块获取大型机车的定位信息，利用RGIS信息对机车的定位信息进行修正，提供其定位精度；利用GPRS模块将修正后的机车定位信息广播给附近车辆，同时接收附近车辆的定位信息；ARM处理器模块处理GPRS获取的附近机车的信息，进行预报警处理。必要的时候直接采取强行制动系统；利用LCD显示屏实时显示附近车辆信息。该系统的使用可以提高铁路养护机车作业的安全性。

Description

铁路养护大机车群防碰撞系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路施工安全技术领域，具体是一种基于双GPS、RGIS、GPRS的铁路养护大机车群防碰撞系统。

背景技术

中国科学院遥感应用研究所申请的专利“基于PDA、GPS、GIS和GPRS的野外调查系统”，专利号为：200810246895，基于PDA、GPS、GIS和GPRS的野外调查系统，将图层管理模块、图层显示模块、信息查询模块、GPS导航定位模块、数据采集模块、GPRS通讯模块、系统管理模块集成起来，形成移动终端；将系统配置模块、数据管理模块、调查数据准备模块、空间数据服务模块、调查数据接收入库模块、调查监督检查模块、数据汇总统计模块以及空间查询显示模块集成起来，形成服务器端。移动终端与服务器端通过GPRS无线网络连接，共同组成专用设备，可广泛应用于土地、地质、农业、林业、环保等领域的野外数据调查，调查数据可实时传递到服务器端。

山东超越数控电子有限公司申请的专利“一种在GIS系统上利用CDMA技术传输GPS定位信息的方法”，专利号为：201010011321，本发明公开了一种在GIS系统上利用CDMA技术传输GPS定位信息的方法，属于信息技术领域，首先，在GPS设备的GIS程序中嵌入CDMA短消息功能；然后，对GPS经纬度数据进行编/解码，将其嵌入到CDMA短消息中；最后，以CDMA短消息为载体，将GPS经纬度数据发送给其他GPS设备，并可将其他GPS设备发来的GPS坐标点显示在本GPS设备地图上。本发明的一种在GIS系统上利用CDMA技术传输GPS定位信息的方法和现有技术相比，具有新的定位模式：GIS+GPS+CDMA模式，新模式能够实现多机之间的定位信息共享，使GPS设备具备了协同工作的能力。

徵和科技股份有限公司申请的专利“GPS卫星定位系统的定位方法”，专利号为：200610104274，本发明为一种GPS卫星定位系统及方法，其包括有：至少一受控端、一服务器端、以及至少一使用端。所述受控端利用一GPS接收模块接收卫星的坐标数据，并由一运算控制模块将卫星坐标数据通过一无线传输模块发送至邻近的一基地台，且透过所属的ISP业者将所述卫星坐标数据传送至所述服务器端加以储存。所述使用端则利用一无线传输模块连结至所述服务器端，由所述服务器端下载所述受控端的卫星坐标数据至所述使用端的一逻辑控制单元内，并透过一虚拟连接端口模块的虚拟COM端口(串行端口)，使其卫星坐标数据可被所述GIS图资引擎模块所接受的COM端口格式，并加以定位成坐标图资，通过一运算控制模块将其指定的所述受控端坐标图资呈现在所述使用端的显示模块上。

发明内容

由于铁路大修作业施工现场的特殊性和复杂性，目前市场上还没有专门针对此种施工情况进行防撞预警的专用装置。本实用新型的目的在于设计一种适合铁路养护机车的防碰撞系统，该系统的使用可以提高铁路养护机车作业的安全性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种铁路养护大机车群防碰撞系统，其特征在于，该系统主要包括嵌入式ARM处理器、双GPS模块、GPRS模块、RGIS信息数据库、报警发生器、LCD显示模块、按键模块、电源模块；所述GPRS模块与ARM处理器连接，利用GPRS模块构建近区域无线通信网络；所述GPS模块与ARM处理器连接，利用GPS模块获取机车的定位信息和速度信息；所述RGIS信息数据库与ARM处理器连接，实现用RGIS对GPS数据进行修正；所述LCD显示模块与ARM处理器连接；所述电源模块分别与ARM处理器、显示模块连接为该两个模块供电；所述按键模块、报警发生器也分别与ARM处理器连接。

本实用新型设计的系统利用GPS模块获取大型机车的定位信息，包括精度纬度，速度，方向角和磁偏角等；利用RGIS信息对机车的定位信息进行修正，提供其定位精度；利用GPRS模块将修正后的机车定位信息广播给附近车辆，同时接收附近车辆的定位信息；ARM处理器模块处理GPRS获取的附近机车的信息，进行预报警处理。必要的时候直接采取强行制动系统；利用LCD显示屏实时显示附近车辆信息。

本实用新型与现有技术相比所具有的优点或积极效果：

1)通过GPS接收模块得到大型养路机械的状态信息，可靠性强，抗干扰能力强，非常适合于顶部没有遮挡物的铁路环境。

2)利用双GPS定位，提高定位精度。

3)通过RGIS数据将GPS定位数据吸合至铁轨上，进一步提高机车的定位精度。

4)GPRS通信网络稳定，不受距离的影响，只要有手机信号，就可以进行数据交换，进行通信。

5)基于ARM的嵌入式Linux系统，稳定性强，兼容能力好，运行速度快。

6)外接LCD显示器，图像数字显示清晰，效果好。

7)采用声光电报警，并在必要时采取强行制动，以保证施工的安全性。

附图说明

图1本实用新型系统原理图。

图2机车防碰撞装置模型结构示意图。

图3直线段铁路示意图。

图4分叉铁路示意图。

图5危险计算模型。

技术方案中出现的术语注释：

GPRS-通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service)的简称，GIS-铁路地理信息系统，GPS-全球定位系统(Global Positioning System)的简称。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步介绍。

如图1、图2所示，铁路养护大机车群防碰撞系统主要包括嵌入式ARM处理器、双GPS模块、GPRS模块、RGIS信息数据库、报警发生器、LCD显示模块、按键模块、电源模块；所述GPRS模块与ARM处理器连接，利用GPRS模块构建近区域无线通信网络；所述GPS模块与ARM处理器连接，利用GPS模块获取机车的定位信息和速度信息；所述RGIS信息数据库与ARM处理器连接，实现用RGIS对GPS数据进行修正；所述LCD显示模块与ARM处理器连接，利用LCD显示模块实时显示附近车辆信息；所述电源模块分别与ARM处理器、显示模块连接为该两个模块供电；所述报警发生器与ARM处理器连接，根据预设的安全距离模型，判断大型养路机车是否处于危险状态，并根据危险状态的等级发出相应的声光报警信号；所述按键模块与ARM处理器连接，进行必要的输入操作。由此构建获得基于双GPS、RGIS、GPRS的铁路养护大机车群防碰撞系统，利用双GPS定位，并利用RGIS进行修正，可有效提高系统的定位精度，同时提高系统的可靠性和稳定性。

由于铁路大修作业施工现场的特殊性和复杂性，目前市场上还没有专门针对此种施工情况进行防撞预警的专用装置，因此装置要从硬件电路、软件程序、调试试验等方面进行研究和论证，其流程如下：

1、利用GPS模块获取大型养路机车的定位信息，包括经纬度、速度、方向角和磁偏角等；

2、利用RGIS信息对GPS数据进行修正；

3、对双GPS取得的数据进行计算，取其中点，但由于误差还是存在的，其定位点不一定刚好落在铁轨上，但机车是一定在铁轨上的，所以利用RGIS信息将GPS定位点吸合到最近的铁轨上；

4、利用GPRS无线通信模块将得到的本机车GPS定位信息传送到网内的其它大型养路机车上，数据信息以广播形式发送；

5、以基于嵌入式Linux操作系统的ARM9开发板作为系统的主控制器，计算机车群内部各大型养路机车之间的距离，与本机车当前速度下的制动距离；

6、根据预设的安全距离模型，判断大型养路机车是否处于危险状态，并根据危险状态的等级发出相应的声光报警信号；

7、在LCD显示屏上实时显示大型养路机车的速度信息、机车群内部各台大型养路机车之间的相互距离值，并显示本机车是否处于危险状态。

本实施例目的在于设计一种适合铁路养护机车的防碰撞系统，该系统的使用可以提高铁路养护机车作业的安全性，其具体的实施方式如下：

(1)硬件平台搭建：

ARM开发板、GPRS模块、GPS模块、LCD显示模块、按键模块、电源模块。

(2)软件移植与开发：

1、bootloader的移植；

2、linux内核移植；

3、文件系统移植；

4、按键驱动程序的编写；

5、Qte移植；

6、Sqlite移植；

7、防碰撞系统软件开发。

(3)RGIS修正GPS算法：

主要就是将GPS数据和GIS信息的融合，主要考虑两种情况，一种是铁路是直线段，还有一种就是铁路分叉的情况。

直线段的情况，如直线段铁路示意图3所示，假设现有一辆养护机车在上行线上作业，行车方向如箭头所示，点A1～A6分别是GPS在连续的t1～t6六个时刻记录下来的养护机车的位置点，定位点外面的虚线圆表示GPS的误差范围，称为误差圆。由于相邻的铁道(上行线与下行线)之间有一定的间距，根据统计学的规律，机车上得到的GPS位置点大部分落在下行线的一侧(上行线所在的一侧)。由此就可以根据GPS信息断定，列车在上行线上运行。这样就可以通过铁路GIS信息来修正GPS数据，如图5所示，运用最短距离准则，通过A1点向铁路线作垂线A1A1’(A’是垂线段与铁道一的交点)，得到A1’点，把A’作为修正后的点。A1’～A5’都在铁道上，相比于A1～A5，定位精度提高了。

铁路有分叉的情况，如分叉铁路示意图4所示，A1～A3分别是t1～t3时刻列车上 GPS得到的位置数据，在t1时刻之前，可以利用前面所述的直线段的方法来定位，当机车在交叉处时，只有两种可能，一种是往铁路G1上行驶，还有一种就是往G2上行驶，但机车始终在上行线上运行，假设机车经过交叉点后3个时刻，从GPS上得到3个定位点的信息，分别是A1、A2、A3，如下所示，但是A1和A2点的误差圆均与G1和G2都有交点，不能确定机车到底在哪一条铁道上，但是当t3时刻时，A3的误差圆至于G1有交点，所以就可以确认机车行驶上了G1轨道。在这个过程中虽然牺牲了几个定位周期，但是这个时间是很短的，几秒钟的时间，是可以忽略的。接下来，知道了列车在G1轨道上，又可以利用最短距离准则，对GPS数据进行GIS的矫正。

(4)防碰撞模型

车辆的危险状态有车辆超速(大于80km/h)，两车的距离过小(小于30m)，两车距离较近来不及刹车以致两车相碰撞。前两种危险状态易于判断，对于第三种情况状态需要考虑到两种情况——相向与同向。两列机车相向行驶，当相对速度太大，两车的距离小于刹车距离时，就会发生撞车的事故；两列机车同向行驶，后面一辆机车速度大于前一机车的速度，也有可能产生追尾碰撞的危险。综上所述，要对车辆危险情况进行判断需要考虑到以下几个变量参数：两机车的速度V₁、V₂，两机车的相对距离S以及两机车行驶的方向角d₁、d₂。建立车辆之间安全行驶时的数学模型如下：

其中：S——两车距离

S_min——两车允许的最小距离

V₁，V₂——两车的车速

k——危险判断系统

当两列机车的运行状态不符合上述模型的任一公式，装置便发出报警信号。考虑到从报警信号发出到操作人员与执行机构的执行(如刹车)有一段反应时间，所以为了安全保险起见取出一块安全区作为缓冲区，即k变为δk(0＜δ＜1)，如图5所示。其中Smax无线通信最大的通信范围，Vmax最大允许车速。当列车处于危险区以及缓冲区，装置便发出报警信号。

(5)报警或强行制动

当机车处于危险环境下时，喇叭发出报警音乐，提醒驾驶员注意，在特别危急的情况下，由防碰撞系统直接作出强行制动，以保证驾驶员和机车的安全。

Claims

1.一种铁路养护大机车群防碰撞系统，其特征在于，该系统包括嵌入式ARM处理器、双GPS模块、GPRS模块、RGIS信息数据库、报警发生器、LCD显示模块、按键模块、电源模块；所述GPRS模块与ARM处理器连接，利用GPRS模块构建近区域无线通信网络；所述GPS模块与ARM处理器连接，利用GPS模块获取机车的定位信息和速度信息；所述RGIS信息数据库与ARM处理器连接，实现用RGIS对GPS数据进行修正；所述LCD显示模块与ARM处理器连接；所述电源模块分别与ARM处理器、显示模块连接为该两个模块供电；所述按键模块、报警发生器也分别与ARM处理器连接。