CN101159091B - 一种列车卫星定位与信息传输*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列车卫星定位与信息传输***，适用于列车定位和信息传输。它包括：定位子***，用于输出经纬度定位坐标；地图匹配子***，将定位输出匹配到数字地图；数据记录子***，用于将数据以文件格式记录在Secure Digital存储卡里；通信子***，用于自动检测三种通信信道的可用性，进行三种通信方式的切换；主处理器，完成数据处理和数据交换。这种列车卫星定位与信息传输***用于列车定位及监控，通过卫星通信、卫星组合定位、以及全线覆盖通信***，解决低密度铁路线路的通信、指挥调度、遇险处理、监控监测等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车卫星定位与信息传输***，属于轨道交通领域车辆定位与信息传输技术领域。
背景技术
卫星定位是现代高新技术实现军民两用的一个成功范例。卫星定位已成为一种世界性的高新技术产业。在卫星定位应用领域中，车辆应用所占的比重最大，约占总数的50％左右，主要分两大类：车辆跟踪***和车辆导航***。近十年来，我国的卫星定位应用也得到飞速的发展，卫星定位技术已渗透到国民经济的许多典型应用***中，已告别了启蒙阶段，并融入到我国现代信息社会建设的进程中。
国内卫星定位、通信的应用研究在城市交通、特种车辆如警车、运钞车等管理调度等领域，而在铁路应用中较少研究。
卫星定位***在铁路上的应用目前主要集中在两个方面：
(1)基于卫星定位的列车监控和调度指挥，如法国TGV上实验的LOTOUS工程；美国GE公司的ENSCO、PINPOINT基于GPS和卫星及蜂窝***实现了机车车辆运行状态的远程监测；德国SOCRATEC公司基于GPS的SATURN/LIGHT实现了列车精确定位等。
(2)基于卫星定位的列车控制，如欧盟(EU)的联合项目LOCOPROL(北京交通大学是其在中国的合作伙伴)；ALSTOM公司的ATLAS 400系列等均采用卫星定位作为列车定位手段，并建设为信息服务的基本平台，为其它***提供了有关列车的信息。
本发明的目的就是针对铁路的实际地理和环境条件(海拔、气候、基本生活条件等)，一些常规的设备应用受到限制，提出一种列车卫星定位与信息传输***，在铁路上装备基于卫星通信、卫星组合定位的全线覆盖通信***，利用高科技手段解决铁路的通信、指挥调度、遇险处理、监控监测等问题。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种列车卫星定位与信息传输***，它主要包括五个子***，分别是列车定位子***，地图匹配子***，数据记录子***，通信子***和主处理器。
定位子***：通过GPS接收机、惯性测量单元、车轮传感器组合定位输出列车当前的经纬度坐标。
地图匹配子***：将定位子***的定位输出和地图数据库进行匹配，得到匹配结果，也就是定位输出相对于地图上的位置。
数据记录子***：接收从主处理器发送过来的定位信息、工作状态信息等，将这些信息集中记录在SD存储卡里。
通信子***：自动检测通信信道的可用性，进行三种通信方式的切换，把列车运行的状态信息发送到监控中心。
主处理器：基于ARM架构的32位处理器控制模块，完成控制其它模块、数据交换等功能。
本发明具有以下的优点：
1.可靠的卫星定位；
2.在线列车的实时监视(根据所采用的无线通信***与卫星通信相结合)，把列车的运行状态(位置，速度等等)反馈到监控中心；
3.实时监测通信信道的状态，自主切换通信方式(卫星通信、GSMR、数传电台)；
4.与无线机车信号的接口，向无线机车信号提供进站注册和出站注销触发信号；
5.与DMIS等***的接口；
6.***自诊断与外部监测设备的接口；
7.***实现模块化设计，考虑了可靠性、可维护性，易于安装和维护。
附图说明
图1是列车卫星定位与信息传输***结构框图；
图2是定位子***结构框图；
图3是地图匹配子***结构框图；
图4是记录子***结构框图；
图5是通信子***结构框图；
图6是通信子***车载示意图；
图7是通信子***车地卫星通信示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示列车卫星定位与信息传输***，包括主处理器、定位子***、地图匹配子***、数据记录子***、通信子***。
如图2所示定位子***是由GPS接收机、车轮传感器、惯性测量单元和定位处理器组成，提供列车定位信息。GPS接收机通过全球卫星定位***提供的卫星信号进行结算得到经纬度坐标；车轮传感器通过监测车轮运动状态提供车辆速度；惯性测量单元提供车辆运动的方向和加速度；定位处理器接收GPS接收机、车轮传感器、惯性测量单元的原始数据，进行数据处理、误差监视、故障诊断，最后数据融和输出定位坐标到主处理器，具体方式是：在GPS接收机有效时，由GPS接收机提供列车经纬度坐标，车轮传感器和惯性测量单元用于误差估计和故障诊断；当GPS接收机无效时，由惯性测量单元在原有GPS经纬度坐标上进行位置推算，车轮传感器用于误差估计；当误差超过限定值时，定位子***停止发送定位信息，主处理器显示定位无效。
如图3所示地图匹配子***，主处理器把定位子***的定位坐标发送给地图匹配处理器，地图匹配处理器从地图数据库中读取数字地图，并且在数字地图上搜索定位坐标对应的匹配点，用于在数字地图上显示列车位置。
如图4所示数据记录子***，数据记录处理器接收主处理器发送过来的定位数据、工作状态数据等，并且把数据记录在符合Secure Digital卡规范的存储卡里(以下简称SD存储卡)。数据以FAT16/32文件方式记录在SD存储卡里，并且可以读取到计算机里进行分析。数据记录处理器首先初始化数据文件，建立数据区，并且等待主处理器发送数据；当接收数据满512字节时，写入数据，并且更新数据文件信息；SD存储卡数据区满时，数据记录处理器停止记录，并且向主处理器发送存储卡已满警告。
如图5所示通信子***，主处理器把需要发送给外部接口的数据发送到通信处理器。通信处理器把需要发送给列车中其他***的数据发送到列车数据总线上。通信处理器把需要发送给远程监控中心的数据，通过三种通信信道发送。当GSMR信道有效时，通过GSMR发送；当GSMR信道失效时，通过北斗卫星通信信道发送；当GSMR信道和北斗卫星通信信道失效时，通过数传电台发送。
如图6所示通信子***车载示意图，包括GPS卫星定位接收机，它通过GPS卫星定位天线接收GPS定位卫星的信号，向列车提供位置信息；包括定位子***，通过GPS卫星定位、车轮传感器、惯性测量单元输出定位结果；包括地图匹配子***，把定位输出匹配到数字地图发送给主处理器；包括通信子***，通过北斗卫星天线、数传电台天线、GSMR天线实现三种通信手段：北斗卫星通信、GSMR通信、数传电台通信，并连接列车总线接口和无线机车信号接口；包括人机接口，用于和列车司机的交互。
如图7所示通信子***车地卫星通信示意图。北斗卫星接收列车信息，发送军队地面接收站，通过军队控制中心、神州天鸿控制中心到达列车监控中心。
Claims (1)
1.一种列车卫星定位与信息传输***，其特征是它包括：定位子***、地图匹配子***、数据记录子***、通信子***及主处理器，其中：
主处理器，基于ARM架构的32位处理器控制模块，完成控制其它模块、数据处理和数据交换；
定位子***是由GPS接收机、车轮传感器、惯性测量单元和定位处理器组成，提供列车定位信息；
数据记录子***，基于符合Secure Digital卡规范的存储卡，以文件方式完成数据存储；
地图匹配子***，将定位子***的定位输出和地图数据库进行匹配，得到数字地图上对应定位输出的匹配点；
通信子***，自动检测三种通信信道的可用性，进行三种通信方式的切换，把列车运行的状态信息发送到监控中心；
GPS接收机通过全球卫星定位***提供的卫星信号进行结算得到经纬度坐标；
车轮传感器通过监测车轮运动状态提供车辆速度；惯性测量单元提供车辆运动的方向和加速度；
定位处理器接收GPS接收机、车轮传感器、惯性测量单元的原始数据，进行数据处理、误差监视、故障诊断，最后数据融和输出定位坐标到主处理器，
具体步骤是：在GPS接收机有效时，由GPS接收机提供列车经纬度坐标，车轮传感器和惯性测量单元用于误差估计和故障诊断；当GPS接收机无效时，由惯性测量单元在原有GPS经纬度坐标上进行位置推算，车轮传感器用于误差估计；当误差超过限定值时，定位子***停止发送定位信息，主处理器显示定位无效；
地图匹配子***，主处理器把定位子***的定位坐标发送给地图匹配处理器，地图匹配处理器从地图数据库中读取数字地图，并且在数字地图上搜索定位坐标对应的匹配点，用于在数字地图上显示列车位置；
数据记录子***，数据记录处理器接收主处理器发送过来的定位数据、工作状态数据，并且把数据记录在符合Secure Digital卡规范的SD存储卡里；数据以FAT16/32文件方式记录在SD存储卡里，读取到计算机里进行分析；数据记录处理器首先初始化数据文件，建立数据区，并且等待主处理器发送数据；当接收数据满512字节时，写入数据，并且更新数据文件信息；SD存储卡数据区满时，数据记录处理器停止记录，并且向主处理器发送存储卡已满警告；
通信子***，主处理器把需要发送给外部接口的数据发送到通信处理器；通信处理器把需要发送给列车中其他***的数据发送到列车数据总线上；通信处理器把需要发送给远程监控中心的数据，通过三种通信信道发送；当GSMR信道有效时，通过GSMR发送；当GSMR信道失效时，通过北斗卫星通信信道发送；当GSMR信道和北斗卫星通信信道失效时，通过数传电台发送。
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