本實用新型涉及一種定位裝置，尤其涉及一種實現(xiàn)列車全路況精確定位的裝置。

背景技術(shù)：

基于衛(wèi)星的定位裝置，不論GPS還是北斗，都必須在有足夠可見衛(wèi)星的前提下才能實現(xiàn)定位。如果在完全沒有可見衛(wèi)星的環(huán)境下，比如隧道中，衛(wèi)星定位就會完全失效。

現(xiàn)在也有部分技術(shù)可以實現(xiàn)在隧道中的定位，但都有各自的弱點和不足。

1、利用陀螺儀、加速度計等傳感器，高頻率的計算移動者在空間中的位移并累計，以此實現(xiàn)定位。這也是大多數(shù)廠家的慣性導(dǎo)航實現(xiàn)方式。但這種方式誤差較大，誤差一般小于3％的行駛距離(行駛100米，產(chǎn)生小于3米的誤差)，隨著在隧道中停留的時間增加，誤差還會累計。

2、利用移動通信的基站輔助定位。首先該方式本身誤差就非常大，可達數(shù)十米甚至上百米；其次，該方式只適合在城市環(huán)境下使用，而鐵路的環(huán)境，不能保證整個鐵路沿線都能有基站信號，到了隧道中，往往根本都接收不到基站信號，到時此方法也會失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種使用隧道測繪數(shù)據(jù)，結(jié)合輪速傳感器和前后方向檔位傳感器，可以實現(xiàn)列車全路況精確定位的裝置，以解決列車定位在隧道中的盲區(qū)和其他慣性導(dǎo)航裝置在隧道中定位不準(zhǔn)的問題。

為此，本實用新型提供一種實現(xiàn)列車全路況精確定位的裝置，包括分別與計算單元信號連接的衛(wèi)星定位模塊、輪速脈沖傳感器、前后方向檔位傳感器和隧道測繪數(shù)據(jù)單元。

進一步地，所述衛(wèi)星定位模塊用于向所述計算單元提供列車在隧道外的定位和坐標(biāo)輸出。

進一步地，所述輪速脈沖傳感器結(jié)合車輪半徑計算出車輪進行的距離并傳送至所述計算單元。

進一步地，所述前后方向檔位傳感器用于向所述計算單元提供列車當(dāng)前的運行方向。

進一步地，所述隧道測繪數(shù)據(jù)單元用于向所述計算單元提供隧道中和隧道口鐵道的走向。

進一步地，所述計算單元根據(jù)衛(wèi)星定位模塊、輪速脈沖傳感器、前后方向檔位傳感器和隧道測繪數(shù)據(jù)單元提供的數(shù)據(jù)，利用幾何算法計算出列車在隧道中的精確經(jīng)緯度。

進一步地，所述輪速脈沖傳感器采用非接觸式光電式轉(zhuǎn)速傳感器。

進一步地，所述非接觸式光電式轉(zhuǎn)速傳感器向列車電氣控制系統(tǒng)提供與車輪轉(zhuǎn)數(shù)成比例的電脈沖信號，并根據(jù)脈沖數(shù)計算出列車行進的距離。

進一步地，所述前后方向檔位傳感器安裝于所述列車的轉(zhuǎn)向器上。

進一步地，所述隧道測繪數(shù)據(jù)單元獲取的測繪數(shù)據(jù)為一組點坐標(biāo)的集合和/或相鄰點間的距離。

進一步地，所述隧道測繪數(shù)據(jù)單元獲取的測繪數(shù)據(jù)至少包括隧道口附近至少100米的鐵軌走向和隧道內(nèi)部的鐵軌走向。

優(yōu)選地，鐵軌走向以折線的方式表示。

進一步地，所述測繪數(shù)據(jù)為一組點坐標(biāo)的集合，折線中相鄰兩條線段的夾角不小于160°，折線中每一條線段的長度不超過50米。

進一步地，所述衛(wèi)星定位模塊為GNSS、BDS、GPS、GLONASS、GALILEO、QZSS和GAGAN中的至少一種。

基于上述的公開，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型利用安裝于列車轉(zhuǎn)向器上的前后方位檔位傳感器和輪速脈沖傳感器，結(jié)合隧道測繪數(shù)據(jù)，不依賴移動通信基站的輔助定位，利用幾何算法即可計算列車在隧道中的經(jīng)緯度，具有定位準(zhǔn)確，不受列車在隧道中停留時間和移動基站信號強弱的影響，可慣性導(dǎo)航，成本低廉的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的一種實現(xiàn)列車全路況精確定位的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為計算坐標(biāo)點到折線的投影坐標(biāo)對應(yīng)的折線示意圖；

圖3為計算隧道中任意時刻點的坐標(biāo)對應(yīng)的折線示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳述。

請參閱圖1，本實用新型提供一種實現(xiàn)列車全路況精確定位的裝置，包括分別與計算單元1信號連接的衛(wèi)星定位模塊2、輪速脈沖傳感器3、前后方向檔位傳感器4和隧道測繪數(shù)據(jù)單元5。

其中，所述衛(wèi)星定位模塊2用于向所述計算單元1提供列車在隧道外的定位和坐標(biāo)輸出。

所述輪速脈沖傳感器3結(jié)合車輪半徑可計算出車輪進行的距離并傳送至所述計算單元1，采用非接觸式光電式轉(zhuǎn)速傳感器，向列車電氣控制系統(tǒng)提供與車輪轉(zhuǎn)數(shù)成比例的電脈沖信號，根據(jù)脈沖數(shù)計算出列車行進的距離，其準(zhǔn)確度由齒輪數(shù)和車輪半徑?jīng)Q定。

所述前后方向檔位傳感器4安裝于所述列車的轉(zhuǎn)向器上，用于向所述計算單元1提供列車當(dāng)前的運行方向，前后檔位方向可從列車轉(zhuǎn)向器上獲得，列車轉(zhuǎn)向器是一個單刀雙擲開關(guān)，輸出為開關(guān)信號，前進時，前進開關(guān)對應(yīng)的信號為高電平；后退時，后退開關(guān)對應(yīng)的信號為高電平。

所述隧道測繪數(shù)據(jù)單元5用于向所述計算單元1提供隧道中和隧道口鐵道的走向，其獲取的測繪數(shù)據(jù)為一組點坐標(biāo)的集合和/或相鄰點間的距離，優(yōu)選的是，至少包括隧道口附近至少100米的鐵軌走向和隧道內(nèi)部的鐵軌走向；鐵軌走向以折線的方式表示，測繪數(shù)據(jù)為一組點坐標(biāo)的集合，折線中相鄰兩條線段的夾角不小于160°，折線中每一條線段的長度不超過50米。

所述計算單元1根據(jù)衛(wèi)星定位模塊2、輪速脈沖傳感器3、前后方向檔位傳感器4和隧道測繪數(shù)據(jù)單元5提供的數(shù)據(jù)，利用幾何算法計算出列車在隧道中的精確經(jīng)緯度。

另外，所述衛(wèi)星定位模塊可以為GNSS、BDS、GPS、GLONASS、GALILEO、QZSS和GAGAN中的至少一種。其中，GNSS為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS(Global Positioning System,通常簡稱GPS)為全球定位系統(tǒng),又稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；Glonass為格洛納斯系統(tǒng),是俄語“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的縮寫；GALILEO(Galileo Positioning System)為伽利略定位系統(tǒng)；BDS(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)為中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)是日本推動的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)；GAGAN(GPS Aided Geo Augmented Navigation)為印度無線電導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。

列車行駛過程中某一點經(jīng)緯度的計算方法，主要包括如下步驟：

S1、計算列車在進隧道前最后一次成功定位的點P投影到折線上點Q的坐標(biāo)(J_C,W_C)；

S2、從定位的時刻點T_A到計算坐標(biāo)的時刻T_D，根據(jù)輪速脈沖傳感器和前后方向檔位傳感器反饋的數(shù)據(jù)計算列車往前行進的距離D；

S3、以點Q為起點，沿著折線，往前行進的距離D的坐標(biāo)就是在T_D時刻列車的精確經(jīng)緯度。

請參閱圖2，由于衛(wèi)星定位精度的問題，定位點不可能完全在折線上，所以需要求出點P投影到折線上的點Q坐標(biāo)(J_C,W_C)。

設(shè)最后一次成功定位的點P經(jīng)緯度坐標(biāo)為(J_A,W_A)，隧道測繪數(shù)據(jù)有i個點，i個點對應(yīng)的點集合坐標(biāo)為(X_1～i,Y_1～i)，點P投影到折線上的點Q坐標(biāo)為(J_C,W_C)，設(shè)列車行駛過程中A點到D點的方向為進隧道方向，且A點的坐標(biāo)為(X₁，Y₁)，B點的坐標(biāo)為(X₂，Y₂)，C點的坐標(biāo)為(X₃，Y₃)，D點的坐標(biāo)為(X₄，Y₄)，線段AB的斜率為過P的與線段AB垂直的直線V斜率k1＝，則：

AB線段的方程可表示為：Y＝k×X+Y₁-k，

直線V的方程可表示為：Y＝k₁×X+W_A-k₁，

判斷點P的投影是否落在折線的某條線段上，只需判斷直線與線段是否有交點即可，以AB兩點為例，判斷A點和B點分別在直線的兩側(cè)或在直線上即可，需滿足以下條件才能確定相交：

Y₁≥k1×X₁+W_A-k1AND Y₂≤k1×X₂+W_A-k1或者

Y₂≥k1×X₂+W_A-k1AND Y₁≤k1×X₁+W_A-k1。

投影點Q為線段AB與直線V的交點，其坐標(biāo)應(yīng)同時滿足兩個直線方程：

將兩方程聯(lián)立，即可求出點Q的坐標(biāo)(J_C,W_C)。

若點P向兩條線段作垂線，交點都在線段上，則選擇垂直距離較短的線段為準(zhǔn)。

從T_A時刻開始，到T_D時刻，根據(jù)輪速脈沖和前后檔位方向傳感器可以得到列車往前行進的距離D，計算方法為：

當(dāng)前后方向檔位傳感器指示為“前”時，輪速脈沖傳感器輸出的一個脈沖代表列車行進的距離L_m；當(dāng)前后方向檔位傳感器指示為“后”時，輪速脈沖傳感器輸出的一個脈沖代表列車行進的距離-L_m，從定位的時刻點T_A到計算坐標(biāo)的時刻T_D，每一個脈沖累加，即可得到列車往前行進的距離D，其中，列車行進的距離L_m的算法為：

L_m＝2×π×R÷N_g，

R為車輪半徑，N_g為車輪旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)的齒輪數(shù)。

以點Q為起點，沿著折線，往前距離D的坐標(biāo)就是在T_D時刻列車的精確經(jīng)緯度。

如圖3所示，A到D的方向為進隧道方向，

計算點Q與點B之間的距離L_QB是否大于D，

若不是，再計算B點和C的距離L_BC，L_QB+L_BC是否大于D；

若不是，再計算C點和D點的距離L_CD；

若L_QB+L_BC+L_CD>D，說明目標(biāo)點P落在C點和D點之間，則：

ΔL＝L_QB+L_BC+L_CD-D；

目標(biāo)點的坐標(biāo)(J_D,W_D)的計算方法：

綜上，本實用新型利用安裝于列車轉(zhuǎn)向器上的前后方位檔位傳感器和輪速脈沖傳感器，結(jié)合隧道測繪數(shù)據(jù)，不依賴移動通信基站的輔助定位，利用幾何算法即可計算列車在隧道中的經(jīng)緯度，具有定位準(zhǔn)確，不受列車在隧道中停留時間和移動基站信號強弱的影響，可慣性導(dǎo)航，成本低廉的優(yōu)點。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。