CN110687564A - 一种基于rfid的列车隧道内高精度定位*** - Google Patents

一种基于rfid的列车隧道内高精度定位*** Download PDF

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Abstract

一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***，包括多模GNSS接收机及惯性测量单元、数据处理单元、RFID射频标签、RFID读卡器、和列车位置信息监控***。采用本发明基于RFID的列车隧道内高精度定位***，能够不间断地输出精确的列车位置信息，并且适用于时速350km的高速列车使用。

Description

一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆在行进至隧道中时车辆位置的高精度定位，特别涉及一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***。
背景技术
高速列车运行速度快，行车密度高，前后追踪列车空间间隔距离短，列控***需要对列车在线路上运行的位置进行精确测定，以便给列车提供正确的控制信息。传统列控***采用固定闭塞方式控制列车运行，依靠轨道电路检测列车在线路中所处的位置，以此为后续列车提供行车许可条件。随着列车速度的不断提高和行车间隔的进一步缩小，轨道电路提供的离散位置信息无法有效保证行车安全。列控***需要依靠新的设备测定列车实时位置，为列控***提供连续的、精确的列车位置信息，以便进一步保证安全的情况下缩短行车间隔。
列车高速运行时，其空间位移变化很快，列车控制***需要实时掌握每列车的位置坐标，以便为后续列车提供正确的行车许可，因此列车位置的检测应具有连续性，在列车运行的全过程中能随时掌握列车的具***置，包括在隧道或山谷等没有导航卫星信号的地区，也要能连续定位。另外，列车位置是生成行车许可的必要条件，检测结果的精确度直接影响列控***能否正确控制列车运行，在保证安全的前提下，定位设备测得的列车位置误差越小越好。在对列车进行定位的过程中，受恶劣天气和外界电磁波的影响，设备测量结果往往会产生误差，甚至失去作用，因此，选用的定位设备需具有抗干扰、适应环境变化的能力。
列车定位的功能是在任何时刻、任何地方都能够精确确定列车的具***置。虽然使用单一测量设备测量信号比较容易处理，但都有局限性，为了在列车运行的全路程中得到可靠的列车位置信息，将多种位置传感器的信息进行融合，取长补短，通过多传感器数据融合处理技术，将不同通道获取的测量信息进行滤波和校正，尽量多地消除掉测量误差，得到全线路上的更为精确的列车位置信息，本发明即是基于这种思想提出的。
国内有不少学者研究隧道内设备的定位方法。申请号CN201820249366.6、名称为“隧道内设备定位***”的中国专利申请中提出：在隧道内布设N个定位基站，同时接收设备所携带的RFID标签发射的信号，基站将接收到的RFID信号送往服务器，最后解算出设备的位置；申请号CN201711049292.8、名称为“一种基于RFID的智能隧道导航装置及导航***”的中国专利申请中，仅将RFID信号作为模拟GPS信号，而并不是将其与惯导组合。申请号CN201410240140.6、名称为“一种车载组合定位装置”的中国专利申请中，提到了列车通过RFID获得的位置是通过计算应答器信号的强度来确定的。
然而，以上这些技术对于隧道内的高速列车(350km/h)，很难提供实时的高精度定位。
发明内容
本发明的目的在于克服铁路列车在诸如隧道这种导航卫星信号无法到达的环境中，GNSS定位技术无法实现列车定位、以及惯性测量单元长时间工作定位结果发散的问题，为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***，包括多模GNSS接收机及惯性测量单元、数据处理单元、RFID射频标签、RFID读卡器、和列车位置信息监控***；其中，
所述多模GNSS接收机及惯性测量单元设置于列车上，用于输出列车的位置信息；
所述数据处理单元将GNSS接收机与惯性测量单元的输出信息进行信息融合，在有卫星信号的地方，采用GNSS接收机和惯性测量单元的组合结果，在隧道内等无卫星信号的地方，采用惯性测量单元及RFID射频标签进行信息融合，RFID射频标签对应的位置信息通过查询表获得；
所述RFID射频标签设置于隧道壁上，安装有限定其辐射范围的桶装罩，所述RFID射频标签中写入临近轨道中心点的位置坐标；
所述RFID读卡器设置于列车侧面窗户处，高度与隧道壁上的RFID射频标签大致等高；
所述列车位置信息监控***为电脑或手机将上述融合信息定位数据与铁路电子地图进行有机结合，显示列车在隧道内部的动态连续实时位置信息。
其中，所述RFID射频标签具有两个以上，以一定的间隔安装在隧道壁上。
其中，所述位置坐标包括经度、纬度和高度。
其中，所述多模GNSS接收机为采用了星基增强技术的高精度接收机。
其中，所选用的RFID标签是基于超宽带技术的有源设备，其响应时间在毫秒量级。
相比现有技术，本发明的具有以下技术效果：
采用本发明基于RFID的列车隧道内高精度定位***，在无卫星信号的隧道内也可以利用RFID标签作为GNSS位置基准站，并且利用RFID标签对一定距离后组合测量值进行校正，使所述定位***能够不间断地输出精确的列车位置信息，保持定位***的连续工作，并且适用于时速350km的高速列车使用。
利用定向罩使RFID的信息传递方向更为确定，使接收机接收到的校准数据更为精确，从而提高了定位精度。
使用查表的方法获取RFID对应的位置信息，保证了位置信息获取的快速性。
惯导的连续输出弥补了GNSS离散测量的不足和导航卫星信号受遮挡时无法准确定位的缺陷，短时测量精度有了很大的提高；同时，依靠GNSS的测量结果，能及时消除惯性单元的测量误差，机动灵活，环境适应能力好。当卫星信号丢失时，***可以将GNSS失效前测得的数据作为参考进行校正。
在隧道内利用RFID标签中的数据辅助并校准惯导的数据，再将得到的最终定位数据结合铁路电子地图，使得终端屏幕上能够显示定位信息，并形象化地为大众尤其是铁路作业人员所理解，及时规避列车，从而减少铁路安全事故发生。
附图说明
图1为本发明基于RFID的列车隧道内高精度定位***结构示意图；
图2为射频标签安装示意图。
其中，1-GNSS接收机，2-惯性测量单元，3-RFID阅读器，4-RFID射频标签，5-数据处理单元，6-列车位置信息监控***。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本发明做进一步详述。
参见图1，一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***，包括多模GNSS接收机1及惯性测量单元2、数据处理单元5、RFID射频标签4、RFID读卡器3、和列车位置信息监控***6。
在列车上安装多模GNSS接收机1及惯性测量单元2，用于输出列车的位置信息。多模GNSS接收机1的天线需安装在列车外顶部，以保证在开阔环境下卫星信号的可视性。惯导设备安装时要注意安装方向，需使设备上的指示箭头与列车的行进方向一致。优选的，多模GNSS接收机为采用了星基增强技术的高精度接收机。
所述数据处理单元将GNSS接收机1与惯性测量单元2的输出信息进行信息融合，在有卫星信号的地方，采用GNSS接收机1和惯性测量单元2的组合结果，在隧道内等无卫星信号的地方，采用惯性测量单元2及RFID射频标签4进行信息融合，RFID射频标签对应的位置信息通过查询表获得。
作为示例，SF3050高精度GNSS接收机与光纤捷联惯导61556采用位置与速度组合方式，对二者的输出信息进行融合，在卫星信号接收良好的地方，可以给出高精度的组合定位结果，在进入隧道时，惯导将SF3050最后输出的位置作为初始位置进行推航自主导航定位，在列车行进1km时，车载的RFID读卡器读取到了位于隧道壁的射频标签内存储的列车位置，对惯导的输出结果进行校正，使其从标签所存储的位置点开始重新推航定位，这样就抵消掉了惯导推航一段时间带来的误差积累，从而保证了输出结果的准确性。
所述RFID射频标签4设置于隧道壁上，为了保证RFID位置的精准性，安装限定其辐射范围的桶装罩。RFID射频标签4具有多个，以一定的间隔安装在隧道壁上。所述RFID射频标签4中写入临近轨道中心点的位置坐标：经度、纬度和高度。该位置坐标事先采用其它测绘方法进行精确测定。
作为示例，RFID标签按1km的间隔进行安装，并设轨道中心点的位置为经度：118°32.5634′，纬度：32°14.3534′，高度：99.99米，则写入标签的格式为：
经度：118°32.5634′；纬度：32°14.3534′度分格式，占用9个字节
Figure BSA0000193002320000041
高度：99.99精度2位小数占用3个字节
然后通过串口发送给组合导航处理软件
$GGGGG，，3214.3534，，11832.5634，，，，，0099.99，，，，，
所述RFID读卡器(3)设置于列车侧面窗户处，高度与隧道壁上的RFID射频标签(4)大致等高。作为示例，装于车窗处的读卡器采用微带天线，也可以定做成于车窗一体的共形天线。
优选的，所选用的RFID标签是基于超宽带技术的有源设备，其响应时间在毫秒量级。
所述列车位置信息监控***(6)为电脑或手机，将上述融合信息定位数据与铁路电子地图进行有机结合，显示列车在隧道内部的动态连续实时位置信息。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本***进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本***的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本***技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于RFID的列车隧道内高精度定位***，其特征在于，包括多模GNSS接收机(1)及惯性测量单元(2)、数据处理单元(5)、RFID射频标签(4)、RFID读卡器(3)、和列车位置信息监控***(6)；其中，
所述多模GNSS接收机(1)及惯性测量单元(2)设置于列车上，用于输出列车的位置信息；
所述数据处理单元将GNSS接收机(1)与惯性测量单元(2)的输出信息进行信息融合，在有卫星信号的地方，采用GNSS接收机(1)和惯性测量单元(2)的组合结果，在隧道内等无卫星信号的地方，采用惯性测量单元(2)及RFID射频标签(4)进行信息融合，RFID射频标签对应的位置信息通过查询表获得；
所述RFID射频标签(4)设置于隧道壁上，安装有限定其辐射范围的桶装罩，所述RFID射频标签(4)中写入临近轨道中心点的位置坐标；
所述RFID读卡器(3)设置于列车侧面窗户处，高度与隧道壁上的RFID射频标签(4)大致等高；
所述列车位置信息监控***(6)为电脑或手机，将上述融合信息定位数据与铁路电子地图进行有机结合，显示列车在隧道内部的动态连续实时位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的列车隧道内高精度定位***，其特征在于，所述RFID射频标签(4)具有两个以上，以一定的间隔安装在隧道壁上。
3.根据权利要求1所述的基于RFID的列车隧道内高精度定位***，其特征在于，所述位置信息包括经度、纬度和高度坐标信息。
4.根据权利要求1所述的基于RFID的列车隧道内高精度定位***，其特征在于，所述GNSS接收机(1)为采用了星基增强技术的高精度接收机。
5.根据权利要求1所述的基于RFID的列车隧道内高精度定位***，其特征在于，所述RFID射频标签(4)是基于超宽带技术的有源设备，响应时间在毫秒量级。
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