一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，包括两两之间通过通信总线连接的安全计算机、测速测距单元、列车接口单元、数据记录单元和人机界面，所述的车载ATP系统还包括分别与所述的测速测距单元连接GPS信息接收单元和加速度传感器。与现有技术相比，本发明专利技术保证了定位信息的完整性和可靠性，极大提高了测量精度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车载ATP系统，尤其是涉及一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统。
技术介绍
CTCS-2级列控车载设备是我国高速铁路重要技术装备，是保证高速列车安全、可靠、高效运行的关键设备之一。车载ATP系统实现列车运行防护功能，是整个列车运行控制系统的核心，它通过获取地面设备和其它车载设备提供的列车速度和位置信息生成目标距离曲线来保障列车的安全运行。目前使用的列车定位方法主要有基于卫星的列车定位、基于雷达测速的列车定位、基于速度传感器的列车定位、基于应答器的列车定位、基于轨道电路的列车定位等。以上方法的缺点分别在于：(1)卫星定位的准确度在隧道等遮挡环境下易受影响，同时卫星信号易被高压电磁场干扰，对信号接收机的安装位置要求十分严格。(2)雷达在雨雪天气下易失灵且在列车低速运行情况下测量误差较大。(3)速度传感器测速数据存在因空转、打滑造成的计数误差，需要不断对计算结果进行修正。此外，因车轮磨耗造成的轮径值变化也会导致误差，需要频繁的对变化后的轮径值进行调整与修正。基于以上原因，速度传感器的安装、调试和维护工作量巨大。此外，CTCS-2级列车运行控制系统，作为典型的安全苛求系统，只通过单一的列车定位方法，无法实现对高精度列车定位的要求。通常将两种或以上的定位方法冗余使用，互为补充和校验，以避免单一定位设备故障时影响定位信息的准确性。目前青藏线ITCS系统使用卫星定位与速度传感器相结合的列车定位方法来实现列车位置防护和列车超速防护，可以最大限度的减少对轨旁设备的依赖性，从而降低设备维护的难度。考虑到速度传感器的技术原理，其安装、调试、维护的难度，以及空转、打滑造成的误差问题仍无法解决。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，包括两两之间通过通信总线连接的安全计算机、测速测距单元、列车接口单元、数据记录单元和人机界面，所述的车载ATP系统还包括分别与所述的测速测距单元连接GPS信息接收单元和加速度传感器；当GPS信息接收单元受到干扰或遮挡无法定位时，将自动切换至加速度传感器定位；同时利用GPS信息接收单元提供的高精度位置和速度信息为列车速度位置数据的计算提供初始参数，对加速度传感器的误差进行校正和补偿。所述的测速测距单元中设有用于判断GPS信息接收单元接收的信息是否有效的逻辑控制器。所述的加速度传感器通过低通滤波器与测速测距单元连接。所述的加速度传感器通过设定的单位时间间隔实时对列车加速度数据进行采样与处理，通过对采样间隔内的速度和位移进行累加运算，得到列车速度信息和列车位移信息。所述的加速度传感器具体运算过程如下：1)考虑加速度传感器的测量误差，对上一测速周期列车的加速度进行滤波降噪处理，从而保证列车计算加速度的平滑性和稳定性；第i个采样周期，处理过后的加速度值ai′根据下式进行计算：其中，ai为第i个采样周期的加速度值；ai-1为第i-1个采样周期的加速度值；p为低通滤波器参数；2)按如下计算公式得到第i个采样周期的速度值vi：vi＝vi-1+ai′Δt其中，vi为第i个采样周期的速度值；vi-1为第i-1个采样周期的速度值；Δt为固定的采样间隔；3)按如下计算公式得到第i个采样周期的位移值Si：Si＝Si-1+viΔt其中，Si为初始至第i个采样周期的总位移；Si-1为初始至第i-1个采样周期的总位移；Δt为固定的采样间隔。当列车重新接收到卫星定位数据时，对加速度传感器计算得到的列车速度与位移数据进行校验和修正。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)当GPS系统受到短时干扰或遮挡无法定位时，利用加速度传感器采集到的列车加速度信息获取列车速度与位移信息，保证了定位信息的完整性和可靠性，极大提高了测量精度。(2)以GPS提供的高精度位置和速度信息作为初始参数，可以不断对加速度传感器误差进行校正和补偿。(3)使用加速度传感器，可避免速度传感器与车辆设备的耦合关系，从而实现模块化，便携式的车载ATP系统，降低调试、维护成本。(4)可以解决速度传感器因空转、打滑和轮径因磨损而变小等原因造成的误差问题，提高测速精度。(5)使用加速度传感器，可大大降低系统成本。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的工作流程图；其中1为安全计算机，2为测速测距单元，3为列车接口单元，4为数据记录单元，5为人机界面，6为GPS信息接收单元，7为加速度传感器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，包括两两之间通过通信总线连接的安全计算机1、测速测距单元2、列车接口单元3、数据记录单元4和人机界面5，所述的车载ATP系统还包括分别与所述的测速测距单元2连接GPS信息接收单元6和加速度传感器7；当GPS信息接收单元6受到干扰或遮挡无法定位时，将自动切换至加速度传感器7定位；同时利用GPS信息接收单元6提供的高精度位置和速度信息为列车速度位置数据的计算提供初始参数，对加速度传感器的误差进行校正和补偿。所述的测速测距单元2中设有用于判断GPS信息接收单元接收的信息是否有效的逻辑控制器。所述的加速度传感器通7过低通滤波器与测速测距单元2连接。所述的加速度传感器7通过设定的单位时间间隔实时对列车加速度数据进行采样与处理，通过对采样间隔内的速度和位移进行累加运算，得到列车速度信息和列车位移信息。安全计算机1是列控车载设备的控制核心，用于实现逻辑运算；测速测距单元2通过车载卫星设备接收由GPS发送的车头位置信息，根据加速度传感器数据计算列车实际运行速度和走行距离，对卫星定位信息进行校验，从而实现高精度的列车定位；列车接口单元3用于将来自外部的输入信息分配给车载ATP的各个模块，并将来自车载ATP内部的数据集中对列车进行输出；数据记录单元4存储列车数据与车载系统的运行信息；人机界面5是车载设备的显示和操作装置，能够根据车载安全计算机的命令显示列车运行信息，实现声光报警、司机操作等功能。本专利技术的创新点之一在于如何使用卫星定位和加速度信息来获得低误差的速度信息。其中之一的计算方法举例如下。对于停车，隧道(缺乏卫星定位信息)等特殊情况,多源信息比对以保证数据安全性等方面，还有更多算法设计这里就不一一敷述了。1)轨道交通与汽车等运行路线灵活的工具不同，轨道列车根据任意一段时间的起点和终点，轨道线路数据和列车走行路径，可精确算出该段时间内列车向车头方向的总位移。2)根据总位移除以时间可以得出该段时间的平均速度。3)根据这段时间列车向车头方向的加速度曲线，可以计算出，这段时间的终点与平均速度的差值。从而计算出这段时间末尾时的速度。4)以上方法，加上选用比较长的时间。可以获得精确而可靠的速度，避免一般卫星测速时，卫星定位精度不足，两点间物体运行是曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，包括两两之间通过通信总线连接的安全计算机、测速测距单元、列车接口单元、数据记录单元和人机界面，其特征在于，所述的车载ATP系统还包括分别与所述的测速测距单元连接GPS信息接收单元和加速度传感器；当GPS信息接收单元受到干扰或遮挡无法定位时，将自动切换至加速度传感器定位；同时利用GPS信息接收单元提供的高精度位置和速度信息为列车速度位置数据的计算提供初始参数，对加速度传感器的误差进行校正和补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，包括两两之间通过通信总线连接的安全计算机、测速测距单元、列车接口单元、数据记录单元和人机界面，其特征在于，所述的车载ATP系统还包括分别与所述的测速测距单元连接GPS信息接收单元和加速度传感器；当GPS信息接收单元受到干扰或遮挡无法定位时，将自动切换至加速度传感器定位；同时利用GPS信息接收单元提供的高精度位置和速度信息为列车速度位置数据的计算提供初始参数，对加速度传感器的误差进行校正和补偿。2.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，其特征在于，所述的测速测距单元中设有用于判断GPS信息接收单元接收的信息是否有效的逻辑控制器。3.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，其特征在于，所述的加速度传感器通过低通滤波器与测速测距单元连接。4.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与加速度传感器的车载ATP系统，其特征在于，所述的加速度传感器通过设定的单位时间间隔实时对列车加速度数据进行采样与处理，通过对采样间隔内的速度和位移进行累加运算，得到列车速度信息和列车位移信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江江，姚笑菲，陈俊，张雅静，
申请(专利权)人：中国铁路总公司，卡斯柯信号有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11