一种实现列车全路况精确定位的装置及经纬度的计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种实现列车全路况精确定位的装置及经纬度的计算方法，包括分别与嵌入式计算单元信号连接的GNSS卫星定位模块、轮速脉冲传感器、前后方向档位传感器和隧道测绘数据单元，嵌入式计算单元根据上述四个模块提供的数据，利用几何算法计算出列车在隧道中的精确经纬度。本发明专利技术利用安装于列车转向器上的前后方位档位传感器和轮速脉冲传感器，结合隧道测绘数据，不依赖移动通信基站的辅助定位，利用几何算法即可计算列车在隧道中的经纬度，具有定位准确，不受列车在隧道中停留时间和移动基站信号强弱的影响，可惯性导航，成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种定位装置，尤其涉及一种实现列车全路况精确定位的装置及经纬度的计算方法。
技术介绍
基于卫星的定位装置，不论GPS还是北斗，都必须在有足够可见卫星的前提下才能实现定位。如果在完全没有可见卫星的环境下，比如隧道中，卫星定位就会完全失效。现在也有部分技术可以实现在隧道中的定位，但都有各自的弱点和不足。1、利用陀螺仪、加速度计等传感器，高频率的计算移动者在空间中的位移并累计，以此实现定位。这也是大多数厂家的惯性导航实现方式。但这种方式误差较大，误差一般小于3％的行驶距离(行驶100米，产生小于3米的误差)，随着在隧道中停留的时间增加，误差还会累计。2、利用移动通信的基站辅助定位。首先该方式本身误差就非常大，可达数十米甚至上百米；其次，该方式只适合在城市环境下使用，而铁路的环境，不能保证整个铁路沿线都能有基站信号，到了隧道中，往往根本都接收不到基站信号，到时此方法也会失效。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种使用隧道测绘数据，结合轮速传感器和前后方向档位传感器，可以实现列车全路况精确定位的装置及经纬度的计算方法，以解决列车定位在隧道中的盲区和其他惯性导航装置在隧道中定位不准的问题。为此，本专利技术第一方面提供一种实现列车全路况精确定位的装置，包括分别与嵌入式计算单元信号连接的GNSS卫星定位模块、轮速脉冲传感器、前后方向档位传感器和隧道测绘数据单元；所述GNSS卫星定位模块用于向所述嵌入式计算单元提供列车在隧道外的定位和坐标输出；所述轮速脉冲传感器结合车轮半径计算出车轮进行的距离并传送至所述嵌入式计算单元；所述前后方向档位传感器用于向所述嵌入式计算单元提供列车当前的运行方向；所述隧道测绘数据单元用于向所述嵌入式计算单元提供隧道中和隧道口铁道的走向；所述嵌入式计算单元根据上述四个模块提供的数据，利用几何算法计算出列车在隧道中的精确经纬度。优选地，所述轮速脉冲传感器采用非接触式光电式转速传感器，向列车电气控制系统提供与车轮转数成比例的电脉冲信号，并根据脉冲数计算出列车行进的距离。进一步地，所述前后方向档位传感器安装于所述列车的转向器上。进一步地，所述隧道测绘数据单元获取的测绘数据为一组点坐标的集合和/或相邻点间的距离，所述测绘数据至少包括隧道口附近至少100米的铁轨走向和隧道内部的铁轨走向。优选地，铁轨走向以折线的方式表示，测绘数据为一组点坐标的集合，折线中相邻两条线段的夹角不小于170°，折线中每一条线段的长度不超过50米。本专利技术第二方面提供一种经纬度的计算方法，基于上述实现列车全路况精确定位的装置，包括如下步骤：S1、计算列车在进隧道前最后一次成功定位的点P投影到折线上点Q的坐标(JC,WC)；S2、从定位的时刻点TA到计算坐标的时刻TD，根据轮速脉冲传感器和前后方向档位传感器反馈的数据计算列车往前行进的距离D；S3、以点Q为起点，沿着折线，往前行进的距离D的坐标就是在TD时刻列车的精确经纬度。当前后方向档位传感器指示为“前”时，轮速脉冲传感器输出的一个脉冲代表列车行进的距离Lm；当前后方向档位传感器指示为“后”时，轮速脉冲传感器输出的一个脉冲代表列车行进的距离-Lm，从定位的时刻点TA到计算坐标的时刻TD，每一个脉冲累加，即可得到列车往前行进的距离D，其中，列车行进的距离Lm为：Lm＝2×π×R÷Ng，R为车轮半径，Ng为车轮旋转一周对应的齿轮数。设最后一次成功定位的点P经纬度坐标为(JA,WA)，隧道测绘数据有i个点，i个点对应的点集合坐标为(X1～i,Y1～i)，点P投影到折线上的点Q坐标为(JC,WC)，设列车行驶过程中A点到D点的方向为进隧道方向，且A点的坐标为(X1，Y1)，B点的坐标为(X2，Y2)，C点的坐标为(X3，Y3)，D点的坐标为(X4，Y4)，线段AB的斜率为过P的与线段AB垂直的直线V斜率则：AB线段的方程可表示为：Y＝k×X+Y1-k×Ｘ1，直线V的方程可表示为：Y＝k1×X+WA-k1×JA，投影点Q为线段AB与直线V的交点，其坐标应同时满足两个直线方程： W c = k × J c + Y 1 - k × X 1 W c = k 1 × J c + W A - k 1 × J A ]]>将两方程联立，即可求出点Q的坐标(JC,WC)。优选地，所述步骤S1中，判断点P的投影是否落在折线的某条线段上的依据必须满足：Y1≥k1×X1+WA-k1×JAAND Y2≤k1×X2+WA-k1×JA或者Y2≥k1×Ｘ2+ＷA-k1×JAAND Y1≤k1×X1+WA-k1×JA。优选地，所述步骤S3中，计算点Q与点B之间的距离LQB是否大于D，若不是，再计算B点和C的距离LBC，LQB+LBC是否大于D；若不是，再计算C点和D点的距离LCD；若LQB+LBC+LCD>D，说明目标点P落在C点和D点之间，则：ΔL＝LQB+LBC+LCD-D；目标点的坐标(JD,WD)的计算方法： J D = Δ L L C D × ( X 4 - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，包括分别与嵌入式计算单元信号连接的GNSS卫星定位模块、轮速脉冲传感器、前后方向档位传感器和隧道测绘数据单元，其中：所述GNSS卫星定位模块用于向所述嵌入式计算单元提供列车在隧道外的定位和坐标输出；所述轮速脉冲传感器结合车轮半径计算出车轮进行的距离并传送至所述嵌入式计算单元；所述前后方向档位传感器用于向所述嵌入式计算单元提供列车当前的运行方向；所述隧道测绘数据单元用于向所述嵌入式计算单元提供隧道中和隧道口铁道的走向；所述嵌入式计算单元根据上述四个模块提供的数据，利用几何算法计算出列车在隧道中的精确经纬度。

【技术特征摘要】
1.一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，包括分别与嵌入式计算单元信号连接的GNSS卫星定位模块、轮速脉冲传感器、前后方向档位传感器和隧道测绘数据单元，其中：所述GNSS卫星定位模块用于向所述嵌入式计算单元提供列车在隧道外的定位和坐标输出；所述轮速脉冲传感器结合车轮半径计算出车轮进行的距离并传送至所述嵌入式计算单元；所述前后方向档位传感器用于向所述嵌入式计算单元提供列车当前的运行方向；所述隧道测绘数据单元用于向所述嵌入式计算单元提供隧道中和隧道口铁道的走向；所述嵌入式计算单元根据上述四个模块提供的数据，利用几何算法计算出列车在隧道中的精确经纬度。2.根据权利要求1所述的一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，所述轮速脉冲传感器采用非接触式光电式转速传感器，向列车电气控制系统提供与车轮转数成比例的电脉冲信号，并根据脉冲数计算出列车行进的距离。3.根据权利要求1所述的一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，所述前后方向档位传感器安装于所述列车的转向器上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，所述隧道测绘数据单元获取的测绘数据为一组点坐标的集合和/或相邻点间的距离，所述测绘数据至少包括隧道口附近至少100米的铁轨走向和隧道内部的铁轨走向。5.根据权利要求4所述的一种实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，铁轨走向以折线的方式表示，测绘数据为一组点坐标的集合，折线中相邻两条线段的夹角不小于170°，折线中每一条线段的长度不超过50米。6.一种经纬度的计算方法，基于如权利要求1至权利要求5所述的实现列车全路况精确定位的装置，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算列车在进隧道前最后一次成功定位的点P投影到折线上点Q的坐标(JC,WC)；S2、从定位的时刻点TA到计算坐标的时刻TD，根据轮速脉冲传感器和前后方向档位传感器反馈的数据计算列车往前行进的距离D；S3、以点Q为起点，沿着折线，往前行进的距离D的坐标就是在TD时刻列车的精确经纬度。7.根据权利要求6所述的一种经纬度的计算方法，其特征在于，当前后方向档位传感器指示为“前”时，轮速脉冲传感器输出的一个脉冲代表列车行进的距离Lm；当前后方向档位传感器指示为“后”时，轮速脉冲传感器输出的一个脉冲代表列车行进的距离-Lm，从定位的时刻点TA到计算坐标的时刻TD，每一个脉冲累加，即可得到列车往前行进的距离D，其中，列车行进的距离Lm为：Lm＝2×π×R÷NgR为车轮半径，Ng为车轮旋转一周对应的齿轮数。8.根据权利要求7所述的一种经纬度的计算方法，其特征在于，最后一次成功定位的点P经纬度坐标为(JA,WA)，隧道测绘数据有i个点，i个点对应的点集合坐标为(X1～i,Y1～i)，点P投影到折线上的点Q坐标为(JC,WC)，设列车行驶过程中A点到D点的方向为进隧道方向，且A点的坐标为(X1，Y1)，B点的坐标为(X2，Y2)，C点的坐标为(X3，Y3)，D点的坐标为(X4，Y4)，线段AB的斜率为过P的与线段AB垂直的直线V斜率则：AB线段的方程可表示为：Y＝k×X+Y1-k×X1，直线V的方程可表示为：Y＝k1×X+WA-k1×JA，投影点Q为线段AB与直线V的交点，其坐标应同时满足两个直线方程： W c = k × J c ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李挺，何志国，
申请(专利权)人：株洲太昌电子信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43