高铁定位装置及定位方法制造方法及图纸

技术编号:16661834 阅读:92 留言:0更新日期:2017-11-30 11:26
本发明专利技术公开了一种高铁定位装置,包括电源模块、GNSS定位模块、控制模块、数据接口电路、雷达测速模块和加速度检测模块;电源模块供电;GNSS定位模块定位并上传控制模块;雷达测速模块检测速度并上传控制模块;加速度检测模块检测加速度并上传控制模块;控制模块对高铁定位并通过数据接口电路与外部通信。本发明专利技术还公开了所述高铁定位装置的定位方法,包括将加速度传感器检测值修正为高铁车辆加速度值;判定是否需要进行新建线路的定位;计算高铁车辆与水平面夹角;计算外轨超高值并判定高铁车辆行驶位置;定位高铁车辆。本发明专利技术实现了高铁车辆的实时定位和位置的实时获取,而且本发明专利技术定位精准、维护方便、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
高铁定位装置及定位方法
本专利技术具体涉及一种高铁定位装置及定位方法。
技术介绍
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高,高铁因其运行速度快、舒适性好、性价比高等优点,已经逐渐成为了人们日常出行的首选交通方式。也正因为如此,高铁在运行过程中对自身的各种状态就进行监控就成为了重中之重。高铁车辆在运行时,需要随时对自身的位置进行定位,从而能够有效的进行自身的控制。目前最为常用的高铁定位技术即为GPS定位技术,而GPS定位技术是全球目前为止最为成熟的定位技术。但是,高铁由于经常需要穿越隧道,因此采用GPS定位模块进行自身定位时经常遇到隧道中GPS没有信号或者信号非常微弱的情况,因此单独的GPS定位模块无法准确、持续地进行高铁车辆定位。正因如此,现在已经开始采用GPS+陀螺仪+加速度计组成的惯导系统进行高铁车辆的位置定位,由于惯导系统不存在信号盲区等问题,因此惯导系统能够较好的完成高铁车辆的位置定位。但是,惯导系统却存在成本高昂的问题,而且其均存在累积误差,因此在高铁定位时其定位精度相对较低,此外惯导系统的维护也非常麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种定位精准、维护方便、成本低廉的高铁定位装置。本专利技术的目的之二在于提供一种所述高铁定位装置的定位方法。本专利技术提供的这种高铁定位装置,包括电源模块,第一GNSS定位模块,第一控制模块和数据接口电路,还包括雷达测速模块和加速度检测模块;电源模块用于为所述高铁定位装置供电;第一GNSS定位模块用于采用全球卫星定位系统对高铁进行实时定位并将定位信息上传第一控制模块;雷达测速模块安装在高铁车辆车顶,用于对隧道洞壁或高铁架空线缆发射雷达波并接收隧道洞壁或高铁架空线缆反射的雷达波,从而对高铁车辆的运行速度进行检测并将检测信息上传第一控制模块;加速度检测模块安装在车体上,用于检测高铁车辆的运行加速度信息并将检测信息上传第一控制模块;第一控制模块用于根据接收的高铁车辆的GNSS定位信息、车辆速度信息和车辆运行加速度信息对高铁进行定位,并将定位信息和所述高铁定位装置的工作状态信息通过接口电路与外部进行数据通信。所述的高铁定位装置还包括外扩DDR模块;外扩DDR模块与第一控制模块连接,用于储存和运行高铁定位装置的程序。所述的高铁定位装置还包括外扩FLASH模块;外扩FLASH模块与第一控制模块连接,用于储存高铁定位装置的数据。所述的GNSS定位模块为GPS定位模块、GLONASS定位模块、GALILEO定位模块或北斗定位模块。所述的第一控制模块采用型号为XC7Z020CLG484I的SOC芯片构成的第一控制模块。所述的数据接口电路包括以太网数据接口电路、串口数据接口电路和4G通信电路。所述的雷达测速模块采用型号为ER-CR的雷达测速模块。所述的加速度检测模块采用型号为MMA7361的三轴加速度计检测模块。所述的加速度检测模块包括加速度传感器和AD转换电路;加速度传感器有三个,以X-Y-Z轴的方式安装在高铁车辆机壳的三个轴面上并检测高铁车辆的在三个方向上的加速度,所述三轴加速度传感器中的X轴为高铁车辆前进方向,Z轴为重力方向,Y轴与X、Z轴成右手坐标系,并将检测到的加速度信息通过AD转换电路上传第一控制模块。所述的加速度传感器采用型号为JB4的石英加速度传感器。所述的AD转换电路采用型号为AD7609的AD转换芯片构成的电路。所述的高铁定位装置还包括第二GNSS定位模块、第二控制模块和CPLD信号转换电路;第二GNSS定位模块与第二控制模块直接连接,雷达测速模块、加速度检测模块和数据接口电路通过CPLD信号转换电路同时连接第一控制模块化和第二控制模块;第一控制模块和第二控制模块采用总线连接并通信;第一控制模块和第二控制模块互为冗余备份,第一GNSS定位模块和第二GNSS定位模块互为冗余备份。本专利技术还提供到了所述高铁定位装置的定位方法,包括如下步骤:S1.获取三轴加速度传感器检测的加速度值与高铁车辆的实际加速度值之间的转换系数矩阵从而将三轴加速度传感器的安装误差进行修正;S2.在GNSS定位系统有效的情况下,利用GNSS定位系统直接获取高铁车辆的定位信息,将该定位信息与测绘数据库中已有的测绘信息进行比对,并按照如下规则确定是否需要进行新建线路的定位:若定位信息存在于测绘数据库中,或定位信息在测绘数据库中已有的铁路路轨信息周围半径为X米的范围内,X为自然数,则认定高铁车辆位于已经测绘过的铁路路轨上,则依据现有的铁路路轨信息,采用如下公式对高铁车辆进行定位:Poutput=PGPS+vradaT式中Poutput为高铁车辆的定位信息,PGPS为GNSS定位系统对高铁车辆的当前定位信息,vrada为雷达测速模块检测到的高铁车辆运行速度信息,T为下一个定位预测点的时间与当前时间的差值;若定位信息不存在于测绘数据中,且定位信息不在测绘数据库中已有的铁路路轨信息周围半径为X米的范围内,X为自然数,则认定高铁车辆位于新建的铁路路轨上,则开始对车辆进行定位;S3.计算高铁车辆与水平面的夹角;S4.根据高铁车辆的与水平面的夹角计算高铁车辆所行驶的轨道的外轨超高值,并依据得到的外轨超高值和高铁车辆轨道设计规范判定高铁车辆所行驶的位置为直线轨道、缓和曲线轨道或圆曲线轨道;S5.根据高铁车辆所行驶的位置,采用如下规则进行高铁车辆的定位:若高铁车辆行驶在直线轨道上,则利用最后一次GNSS定位系统对高铁车辆的定位信息和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位;若高铁车辆行驶在缓和曲线上,则利用最后一次GNSS定位系统对高铁车辆的定位信息、高铁车辆轨道设计规范所规定的缓和曲线的线型和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位;若高铁车辆行驶在圆曲线上,则利用缓和曲线的定位结果和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位。步骤S1所述的获取三轴加速度传感器检测的加速度值与高铁车辆的实际加速度值之间的转换系数矩阵,具体为采用如下算式获取转换系数矩阵:式中为转换系数矩阵,N为列车在校正阶段的试验次数,Mb=[gb直平匀ab直平加速gb直平匀×ab直平加速],Mm=[gm直平匀am直平加速gm直平匀×am直平加速],gb直平匀为列车自身在直线水平线路匀速行驶时的重力加速度值,ab直平加速为列车自身在直线水平线路加速行驶时的加速度值,gm直平匀为列车在直线水平线路匀速行驶时的三轴加速度传感器检测到的重力加速度值,am直平加速为列车在直线水平线路加速行驶时的三轴加速度传感器检测到的加速度值。步骤S3所述的计算高铁车辆与水平面的夹角,具体为采用如下步骤计算高铁车辆与水平面的夹角:A.采用如下算式计算高铁车辆的X轴、Z轴与水平面的夹角:式中θ和β为高铁车辆的X轴、Z轴与水平面的夹角;为三轴加速度传感器测量到的高铁车辆在X、Z轴两个方向的加速度值;g为重力加速度值;v1和v2为雷达测速模块两次检测的高铁车辆的速度值,t1和t2为雷达测速模块两次检测的高铁车辆速度的时间;B.根据步骤A计算得到的高铁车辆的X轴、Z轴与水平面的夹角,计算高铁车辆的Y轴与水平面的夹角:步骤S4所述的判定高铁车辆所行驶的位置为直线轨道、缓和曲线轨道或圆曲线轨道,具体为采用如下规则判定高铁车辆所行驶的位本文档来自技高网...
高铁定位装置及定位方法

【技术保护点】
一种高铁定位装置,包括电源模块,第一GNSS定位模块,第一控制模块和数据接口电路,其特征在于还包括雷达测速模块和加速度检测模块;电源模块用于为所述高铁定位装置供电;第一GNSS定位模块用于采用全球卫星定位系统对高铁进行实时定位并将定位信息上传第一控制模块;雷达测速模块安装在高铁车辆车顶,用于对高铁车辆的运行速度进行检测,并将检测信息上传第一控制模块;加速度检测模块安装在车体上,用于检测高铁车辆的运行加速度信息并将检测信息上传第一控制模块;第一控制模块用于根据接收的高铁车辆的GNSS定位信息、车辆速度信息和车辆运行加速度信息对高铁进行定位,并将定位信息和所述高铁定位装置的工作信息通过数据接口电路与外部进行数据通信。

【技术特征摘要】
1.一种高铁定位装置,包括电源模块,第一GNSS定位模块,第一控制模块和数据接口电路,其特征在于还包括雷达测速模块和加速度检测模块;电源模块用于为所述高铁定位装置供电;第一GNSS定位模块用于采用全球卫星定位系统对高铁进行实时定位并将定位信息上传第一控制模块;雷达测速模块安装在高铁车辆车顶,用于对高铁车辆的运行速度进行检测,并将检测信息上传第一控制模块;加速度检测模块安装在车体上,用于检测高铁车辆的运行加速度信息并将检测信息上传第一控制模块;第一控制模块用于根据接收的高铁车辆的GNSS定位信息、车辆速度信息和车辆运行加速度信息对高铁进行定位,并将定位信息和所述高铁定位装置的工作信息通过数据接口电路与外部进行数据通信。2.根据权利要求1之一所述的高铁定位装置,其特征在于所述的加速度检测模块采用型号为MMA7361的三轴加速度计检测模块。3.根据权利要求1之一所述的高铁定位装置,其特征在于所述的加速度检测模块包括加速度传感器和AD转换电路;加速度传感器有三个,以X-Y-Z轴的方式安装在高铁车辆机壳的三个轴面上并检测高铁车辆的在三个方向上的加速度,所述三轴加速度传感器中的X轴为高铁车辆前进方向,Z轴为重力方向,Y轴与X、Z轴成右手坐标系,并将检测到的加速度信息通过AD转换电路上传第一控制模块。4.根据权利要求1~3之一所述的高铁定位装置,其特征在于所述的高铁定位装置还包括第二GNSS定位模块、第二控制模块和CPLD信号转换电路;第二GNSS定位模块与第二控制模块直接连接,雷达测速模块、加速度检测模块和数据接口电路通过CPLD信号转换电路同时连接第一控制模块化和第二控制模块;第一控制模块和第二控制模块采用总线连接并通信;第一控制模块和第二控制模块互为冗余备份,第一GNSS定位模块和第二GNSS定位模块互为冗余备份。5.一种权利要求1~4之一所述的高铁定位装置的定位方法,包括如下步骤:S1.获取三轴加速度传感器检测的加速度值与高铁车辆的实际加速度值之间的转换系数矩阵从而将三轴加速度传感器的安装误差进行修正;S2.在GNSS定位系统有效的情况下,利用GNSS定位系统直接获取高铁车辆的定位信息,将该定位信息与测绘数据库中已有的测绘信息进行比对,并按照如下规则确定是否需要进行新建线路的定位:若定位信息存在于测绘数据库中,或定位信息在测绘数据库中已有的铁路路轨信息周围半径为X米的范围内,X为自然数,则认定高铁车辆位于已经测绘过的铁路路轨上,则依据现有的铁路路轨信息,采用如下公式对高铁车辆进行定位:Poutput=PGPS+vradaT式中Poutput为高铁车辆的定位信息,PGPS为GNSS定位系统对高铁车辆的当前定位信息,vrada为雷达测速模块检测到的高铁车辆运行速度信息,T为下一个定位预测点的时间与当前时间的差值;若定位信息不存在于测绘数据中,且定位信息不在测绘数据库中已有的铁路路轨信息周围半径为X米的范围内,X为自然数,则认定高铁车辆位于新建的铁路路轨上,则开始对车辆进行定位;S3.计算高铁车辆与水平面的夹角;S4.根据高铁车辆的与水平面的夹角计算高铁车辆所行驶的轨道的外轨超高值,并依据得到的外轨超高值和高铁车辆轨道设计规范判定高铁车辆所行驶的位置为直线轨道、缓和曲线轨道或圆曲线轨道;S5.根据高铁车辆所行驶的位置,采用如下规则进行高铁车辆的定位:若高铁车辆行驶在直线轨道上,则利用最后一次GNSS定位系统对高铁车辆的定位信息和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位;若高铁车辆行驶在缓和曲线上,则利用最后一次GNSS定位系统对高铁车辆的定位信息、高铁车辆轨道设计规范所规定的缓和曲线的线型和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位;若高铁车辆行驶在圆曲线上,则利用缓和曲线的定位结果和雷达测速模块测得的高铁车辆的行驶速度对高铁车辆进行定位。6.根据权利要求5所述的定位方法,其特征在于步骤S1所述的获取三轴加速度传感器检测的加速度值与高铁车辆的实际加速度值之间的转换系数矩阵,具体为采用如下算式获取转换系数矩阵:式中为转换系数矩阵,N为列车在校正阶段的试验次数,Mb=[gb直平匀ab直平加速gb直平匀×ab直平加速],Mm=[gm直平匀am直平加速gm直平匀×am直平加速],gb直平匀为列车自身在直线水平线路匀速行驶时的重力...

【专利技术属性】
技术研发人员:方元坤张传胜袁卫忠周惠根许良晓
申请(专利权)人:湖南迈克森伟电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:湖南,43

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1