基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控装置及方法与流程

本发明涉及铁路自轮运转设备，尤其涉及一种基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控的装置及方法。

背景技术：

铁路机车在调车模式下，完全处于司机人为控制的状态，存在较多安全隐患，尤其是对站场站界、接触网终点、尽头线、安全线、固定脱轨器、接触网禁止停车标等地面关键防控点，因不能实现自动控车，调车作业时屡屡发生事故。如机车无凭证越过站界、电力机车越过接触网的终点、机车撞上尽头线和安全线土挡、机车装上固定脱轨器、电力机车在接触网禁止停车标附近停车等，造成严重后果。除机车外，其他铁路自轮运转设备如机车、动车、轨道车、接触网作业车、工务大型养路机械等也有同样的问题。

目前主要的解决方案有以下两种：

1、在防控点前一定距离的铁轨下方安装硬件设备(点式应答器或磁钢)。当铁路自轮运转设备经过时，车载的防控装置便能感知到该硬件设备，并进行对应的控车动作。该方案的主要问题是：

a、需要在所有站场的所有防控点下方安装硬件设备，部署成本高；

b、一旦站场已有防控点位置发生任何改变，就必须到铁轨上移动硬件设备，维护成本高；

c、铁轨上安装硬件，可能被盗或者被移动位置，导致设备无法正常工作。容易被破坏，可靠性差。

d、要在轨道下安装设备，需要同铁路多个部门协调，部署难度高。

2、提前测量道岔出口距离防控点的总距离，根据道岔的状态分析出自己当前是否进入了防控点所在的股道。铁路自轮运转设备出道岔后根据车轮轮速脉冲传感器和前后进档位状态计算自己前进的距离，计算自己同防控点之间的实时距离，并在不同距离处进行相应的动作。该方案的主要问题是：

a、方案复杂，必须要获得道岔的状态，必须与其他系统之间进行数据通信；需要连接铁路自轮运转设备的前后进档位状态信息；

b、成本高，必须要安装轮速脉冲传感器；

c、部署成本高，设备存储数据量大，需要存储所有站场的详细的平面图。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控装置及方法，结合防控点简单测绘数据，即可实现铁路自轮运转设备关键点的防控。

为此，本发明第一方面提供一种基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控装置，包括差分站和移动端。

差分站包括第一高精度GNSS卫星定位模块、第一无线通信模块和第一嵌入式计算单元组成；第一高精度GNSS卫星定位模块提供定位并输出差分修正数据，第一嵌入式计算单元接收该差分修正数据，并通过第一无线通信模块将差分修正数据发送给移动端。

移动端安装于铁路自轮运转设备上，包括第二高精度GNSS卫星定位模块、防控点测绘数据模块、第二无线通信模块和第二嵌入式计算单元；第二无线通信模块接收来自差分站的差分修正数据；防控点测绘数据模块实时获取防控点坐标和股道走向，第二高精度GNSS卫星定位模块结合差分修正数据输出移动端的高精度实时定位坐标，第二嵌入式计算单元接收该实时坐标并根据该实时坐标同防控点坐标和股道走向的关系，计算铁路自轮运转设备当前是否在防控点前的股道上，根据实时坐标计算铁路自轮运转设备与防控点的实时距离，根据移动端到防控点的实时距离进行相应的控车动作。

所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块为数传电台、GPRS或者3G/4G模块。

优选地，测绘数据为一组坐标的集合，坐标数至少为两个；防控点前的铁轨走向如有弯道，则用折线的方式表示，且折线中相邻线段的夹角大于170°。

本发明第二方面提供一种基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控计算方法，包括如下步骤：

a、测绘防控点A、防控点前的三点B、C、D，用折线将A、B、C、D连接表示轨道走向，并获取该4点的坐标分别为A(X₀,Y₀)、B(X₁,Y₁)、C(X₂,Y₂)，和D(X₃,Y₃)；

b、在折线两侧距离L处作两条折线的平行线，过防控点A和轨道走向的最后一个点D作垂线，组成一多边形；移动端的定位坐标若在该多边形范围内，则认为移动端进入了防控轨道范围；

c、设减速的距离为L_R，制动的距离为L_B，铁路自轮运转设备实时计算自己的实时坐标到防控点坐标之间的直线距离，当铁路自轮运转设备逐渐接近防控点，距离跨过L_R时，发出减速信号，铁路自轮运转设备减速；距离跨过L_B时，发出制动信号，铁路自轮运转设备停车。

基于上述的公开，与现有技术相比，本发明设计独立，不需要与铁路其他系统进行数据通信；成本低廉，不需要安装任何地面设备；测绘工作量少，只需要测绘防控点和防控点前股道走向即可；定位精度高，采用多模差分载波相位技术，定位精度小于1米。

附图说明

图1为本发明提供的基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控装置的结构框图；

图2为本发明测绘点的示意图；

图3为本发明防控轨道范围的示意图；

图4为本发明防控距离计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详述。

请参阅图1，本发明提供一种基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控装置，包括差分站1和移动端2。

差分站1包括固定安装的第一高精度GNSS卫星定位模块11、第一无线通信模块12和第一嵌入式计算单元13组成；第一高精度GNSS卫星定位模块11提供定位并输出差分修正数据，第一嵌入式计算单元13接收该差分修正数据，并通过第一无线通信模块12将差分修正数据发送给移动端2。

移动端2安装于铁路自轮运转设备上，包括第二高精度GNSS卫星定位模块21、防控点测绘数据模块22、第二无线通信模块23和第二嵌入式计算单元24；第二无线通信模块23接收来自差分站1的差分修正数据，防控点测绘数据模块22实时获取防控点坐标和股道走向，第二高精度GNSS卫星定位模块21结合差分修正数据输出移动端2的小于1米的高精度实时定位坐标，第二嵌入式计算单元24接收该实时坐标并根据该实时坐标同防控点坐标和股道走向的关系，计算铁路自轮运转设备当前是否在防控点前的股道上，根据实时坐标计算铁路自轮运转设备与防控点的实时距离，根据移动端2到防控点的实时距离进行相应的控车动作。需要说明的是，本发明中所涉及的卫星定位模块、无线通信模块和嵌入式计算单元可以采用现有技术或采用现成的板卡，本文对其结构及功能不再进行赘述。

所述第一无线通信模块12和所述第二无线通信模块23为数传电台、GPRS或者3G/4G模块。

测绘数据为一组坐标的集合，坐标数至少为两个；防控点前的铁轨走向如有弯道，则用折线的方式表示，且折线中相邻线段的夹角大于170°。

基于卫星定位的铁路自轮运转设备关键点防控计算方法，包括如下步骤：

a、请参阅图2，先测绘需要防控的关键点A、防控点前的三点B、C、D，用折线将A、B、C、D连接表示轨道走向，并获取该4点的坐标分别为A(X₀,Y₀)、B(X₁,Y₁)、C(X₂,Y₂)，和D(X₃,Y₃)。

b、在折线两侧距离L处作两条折线的平行线，折线两侧距离L一般取2米(相邻轨道最小间距为4米)。过防控点A和轨道走向的最后一个点D作垂线，组成一多边形，如图3，其中：线段A₁B₁、AB、A₂B₂相互平行；B₁C₁、BC、B₂C₂相互平行；C₁D₁、CD、C₂D₂相互平行；平行线的间距为L；线段A₁A₂与AB垂直；线段D₁D₂与CD垂直；以此组成该多边行。

移动端的定位坐标若在该多边形范围内，那么移动端的定位坐标距离该轨道的距离一定小于2米，则认为移动端进入了防控轨道范围；由于定位的精度小于1米，可以认为铁路自轮运转设备此时正在防控点前的股道上。

c、设减速的距离为L_R，制动的距离为L_B，铁路自轮运转设备实时计算自己的实时坐标到防控点A坐标之间的直线距离。当铁路自轮运转设备逐渐接近防控点，距离跨过L_R时，发出减速信号，铁路自轮运转设备减速；距离跨过L_B时，发出制动信号，铁路自轮运转设备停车。

选择计算直线距离的原因为：

1、由于“防控轨道范围”的距离最大一般为150米到200米，即使铁路在150米到200米内的最大弯道弧度，直接计算直线距离与计算折线距离的误差最大不会超过5米，完全在允许的误差范围内；

2、折线距离一定大于直线距离，也就是说实际距离一定不小于计算出的距离，计算直线距离可能会导致提前控车，这也与铁路“导向安全”的理念相符合。

基于上述的公开，与现有技术相比，本发明设计独立，不需要与铁路其他系统进行数据通信；成本低廉，不需要安装任何地面设备；测绘工作量少，只需要测绘防控点和防控点前股道走向即可；定位精度高，采用多模差分载波相位技术，定位精度小于1米。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。