CN1115666C - 混铁车实时跟踪装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种混铁车实时跟踪装置及方法，它安装在混铁车上，由DGPS接收机[1]将接收的卫星信号输入工控计算机[2]，将混铁车使用区域的电子地图与卫星信号进行匹配后修正误差，由方位传感器[5]判断道岔，在厂房内由计程仪[4]推算定位，工控计算机[2]中存储有混铁车工作区域内经纬度和位置信息一一对应的数据，得到混铁车的经纬度数据信息，由通讯机[3]发送到管制中心计算机。本发明的信息传输无线化，具有地面装置少，维护方便，先进可靠等优点。
Description
本发明涉及一种轨道车辆位置跟踪显示装置及方法，特别是用于小范围机车调动频率高的冶金企业内如混铁车的实时跟踪显示装置及方法。
在现有技术中，混铁车的跟踪控制均采用在车辆上及铁轨间安装各种传感器并配合无线通话和车号读取装置，是在线路模拟图上以相邻传感器或路标为一个区段，进行区段式跟踪。随着全球定位系统GPS(GPS：Global Positioning System)的发展应用，GPS在实时定位中发挥了越来越大的作用，例如与电子地图结合用于各种车辆、航船和飞行器的调度和监控。GPS主要由三大部分组成：GPS卫星、地面监控系统和用户设备，其中用户设备是根据用户不同导航、定位的需要进行不同设计。但是，GPS系统是应用于广域、无遮挡的场合，其处理数据的一个周期为12分钟，在钢铁企业中高大的高炉、厂房可达70～80米高，且几公里的小范围内有几百个道叉一百多个工位点，混铁车的运行速度为7米/秒，工位点的位置精度要求为±20厘米，数据处理显示时间为几秒，因此将GPS系统直接用于混铁车实时跟踪在精度和处理时间方面难以达到要求。
本发明的目的是得到一种混铁车实时跟踪装置和方法，可与GPS卫星导航系统进行配合，实时连续跟踪混铁车的运行轨迹。
为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案是这样的：
一种混铁车实时跟踪装置，它包括接收全球卫星定位信号的差分定位系统接收机1，接收机1将接收的信号输入工控计算机2，工控计算机2与通讯机3、ID识别器7及电源6相接，将混铁车使用区域的电子地图与卫星信号进行匹配后修正误差，得到混铁车的经纬度数据信息，其技术关键为：该装置安装在混铁车和/或机车上，发出的信号由通讯机3发送到企业管制中心的计算机，工控计算机2中存储有混铁车工作区域内经纬度和位置信息一一对应的高精度数据。
该装置还包括在厂房内推算定位用的计程仪4。
该装置还包括判断道岔用的方位传感器5。
一种混铁车实时跟踪方法，它包括以下步骤：
(1)工控计算机识别混铁车的ID码，
(2)工控计算机判断是否混铁车进入卫星信号被遮挡区，如果是则启动计程仪工作，如果不是则
(3)车载DGPS机判断是否接受卫星定位信息进行定位，
(4)判断无线通讯机是否接受来自差分站的精确校正位置信息，
(5)工控计算机和方位传感器判断混铁车是否经过铁轨道岔，
(6)工控计算机和计程仪判断是否到达应停车的工位点，
(7)工控计算机将收到的卫星经纬度数据与混铁车工作区域的电子地图匹配，进行修正校准，机车停止稳定后，将混铁车精确的动态位置信息如车号、位置、方向、速度等发送到企业的管制中心计算机。
判断是否经过铁轨道岔流程为：接收方位传感器模块的计算机发出是否需要方位传感器数据的询问信号，如需要则向方位传感器发出查询命令，并判断收到的方位传感器数据是否正确，如果方位传感器的角度大于7～8°，则为经过道岔；如果方位传感器的角度小于7～8°，则判断不是经过道岔。
该方法中计程仪工作模块的流程为：计算机判断DGPS接收机的数据是否可靠，如可靠则按正常信息交换方式处理；如不可靠则启动计程仪，在接收计程仪的计程信息后进行数学计算或查表推算位置，并继续判断DGPS接收机的数据是否可靠，依次循环。
下面结合附图对本发明进行详细叙述。
图1为本发明混铁车实时跟踪装置的装置电路框图。
图2为本发明混铁车实时跟踪方法的主要流程图。
图3为图2中判断经过铁轨道岔模块的流程图。
图4为图2中发送机车停止位置信息模块的流程图。
图5为图2中校准卫星数据模块的流程图。
图6为图2中计程仪工作模块的流程图。
图7为图2中工位点发送模块的流程图。
图8为图2中ID码识别模块的流程图。
参见图1，本发明的装置安装在混铁车和机车上，包括差分GPS接收机1、工控计算机2、扩频通讯机3、直流电源6，是由工控计算机2采集差分GPS接收机1传来的经纬度信息，通过一定的运算处理，得到车辆的位置数据，并将此位置数据通过通讯机3发送到企业的管制中心，管制中心根据此位置数据进行实时动态显示。
本发明采用的地理经纬数据为事先把混铁车运行区域的坐标精确测量(误差为厘米级)，并分为若干区、段、点，形成数据库，将实时测得的数据与数据库的已知精确数据对比，由区→段→点进行判断，这样可把庞大的数据精简到可以用工控机完成，大大提高精度和运算速度。
本发明的车载设备为一个组合导航系统，实时测量的数据由于环境恶劣，得到的数据常常数据不够精确，本发明在对实时测量的数据进行处理的同时，还装有GPS接收传感器和计程仪，GPS传感器和计程仪同时都将定位信息和里程信息送给工控计算机缓存。平时当机车运行在厂房外时，差分GPS接收机根据卫星定位系统以及差分修正数据输出机车目前的准确经纬度位置信息。当机车进入厂房卫星信号被遮挡住时，差分GPS接收机无法定位出机车准确的经纬度，工控计算机则根据计程仪4的信息以及GPS值的可用时的数值，推算出机车的运行位置数据。
该计程仪带有高精度码盘传感器，并带有一个小的惯性的被动轮，经摩擦铁轨进行计程。该计程仪可以克服重量为200吨(空载)～500吨(满载)的混铁车在启动时车轮打滑；而在刹车时车轮紧固不动而混铁车惯性滑动，结果混铁车要滑动一般距离，这样可以提高计程的精度达到千分之一。
在高炉铁路的道岔口处，为了区分机车转入哪个岔道，则处理方位传感器输出的角度数据，根据角度的变化值来判断机车进入哪一个岔道，如果方位传感器的角度大于7～8°，则为经过道岔；如果方位传感器的角度小于7～8°，则判断不是经过道岔。该方位传感器是一个带有电路、光纤陀螺的方向传感器，它对运动方向变化灵敏度极高。
下面结合附图对本发明的方法进行详细叙述。
图2为本发明的混铁车实时跟踪方法的主要流程图，本发明是通过上述混铁车实时跟踪装置将各种途径采集的数据进行处理，并将所获得的混铁车的位置信息传给企业的管制中心计算机，同时及时从管制中心得到差分修正信息，输出混铁车实时准确的经纬位置信息，在管制中心的大屏幕上动态地显示出来。
本发明的主要过程为：启动、设备自检并置入初始值，如有问题则重新启动，然后工控计算机判断是否读取混铁车的车号，如不读取车号则调用ID码产生子程序；如读取车号，则由车载DGPS机判断卫星信号是否被厂房等高大建筑物遮挡，如被遮挡则启动计程仪推算位置子程序。然后由DGPS机判断是否接受卫星定位信息进行经纬度定位，如果没有接受卫星定位信息则重新判断卫星信号是否被遮挡，如果DGPS机是接受卫星定位信息进行经纬度定位，则进一步判断无线通讯机是否接收来自差分站的精确校正位置信息，如果不是，则调用接收差分站的校正位置信息子程序，如果接受的是精确位置信息，则由工控机和方位传感器判断是否经过铁路道岔，如果是则调用方位传感器推算子程序，如果不是则由工控机和计程仪进行测速判断是否到达停车位置(工位点)，混铁车向要到达的工位点发出信息，如到达工位点则由无线通讯机延时一定时间，工控计算机判断混铁车到达工位点并稳定一段时间后发送混铁车位置、车号、方向等信息，待车稳定后向管制中心或车号采集器发送混铁车车号及位置信息，如果判断没有到达工位点，则由工控机将精确的动态位置信息及车号定时送到无线通讯机发送给管制中心。
通讯机8接收管制中心发出的差分信息，然后将此差分信息送到DGPS接收机1，同时接收DGPS接收机的定位数据，根据定位数据在工控计算机2存储的信息中查找得出其位置信息，若DGPS信息不可用，则进行位置推算，同时根据方位传感器(光纤陀螺)5的信息判断是否拐弯即可对混铁车进行连续实时定位，并且将位置信息通过通讯机8发送到中继站，中继站再送给管制中心进行处理显示。
在钢铁企业内部的车辆行驶经过道岔区时，从岔尖开始，有很长一段距离，两铁轨之间的中心距离小于3米，此时单独依靠差分GPS来区分车辆进入哪条铁轨是不可能的。此时需要根据GPS给出的方位信息或者在车辆上增加方位传感器(光纤陀螺)，给出方位信息，在由工控计算机判断混铁车进入哪对铁轨。
参见图3，接收方位传感器数据的方法为：由计算机向方位传感器发出是否需要查询信号，如需要，则向方位传感器发出查询命令，收到方位传感器数据后判断收到的数据是否正确，如正确的数据则进行数学处理后返回。如果方位传感器的角度大于7～8°，则为经过道岔；如果方位传感器的角度小于7～8°，则判断不是经过道岔。
参见图4，机车停止后定时发送位置信息流程为：首先判断机车已经停止，并计算定时时间是否到了，如果定时时间到了，则向管制中心发送当前机车的位置，数据发送结束发结束符。
参见图5，对卫星发送的经纬度信息进行校准、修正的流程为：计算机2收到从通讯机3传来的数据，首先判断是否是0DH(结束符)，如果是，则进行存储和处理，然后判断是否为差分信息，如是则调用差分处理子程序，处理后送到差分GPS接收机1；如不是差分信息，则判断是否为管制中心发送的其它信息，如果是调用信息处理子程序进行处理；如不是则判断为无用信息。由于一般从卫星得到的位置信息的误差一般在100～200米，因此必须与企业的电子地图进行匹配、校准后才能达到混铁车要求的精度1～2米。
参见图6，本发明中的计程仪4是为了在机车进入厂房后其卫星信号被屏蔽后掉时进行位置推算，其工作流程为：计算机判断DGPS接收机1的数据是否可靠，如可靠则按正常信息交换方式处理；如不可靠则启动计程仪4，在接收计程仪的计程信息后进行数学计算或查表推算位置，并继续判断DGPS接收机的数据是否可靠，依次循环，直至机车能收到卫星的信号为止。
参见图7，本发明向工位点发送数据的流程为：首先判断是否到达工位点，如到达工位点则向工位点的控制计算机发送本机车的车号以及运行方向信息，由计算机控制延时一段时间，由管制中心的计算机为该机车置标志，数据发送，完毕后发结束符。
为了区别多个混铁车，每个混铁车均设置有ID码，参见图8，本发明中混铁车ID码识别流程为：首先工控计算机判断其内存中是否有该机车的ID码，如有则返回；如没有，则向机车的上的ID码装置发出查询命令，收到机车发出的ID码，则将ID码存储在工控计算机的特定内存单元。
与现有技术相比，本发明采用差分GPS系统配合事先测得的精确数据库，对实测的数据进行处理+计程仪修正，通过推断、计算对混铁车的运行状态进行实时跟踪，得到混铁车的实时精确位置及事先超前1秒的精确位置，克服因显示延迟4秒及机车车速7米/秒造成的动态位置误差，将其运行过程及其在厂房内工位点的停留状态信息报告给管制中心；并同时将混铁车的车号输送到工位点如高炉或炼铁厂。本发明的信息传输无线化，具有地面装置少，维护方便，先进可靠等优点。
Claims (6)
1.一种混铁车实时跟踪装置，它包括接收全球卫星定位信号的差分定位系统接收机[1]，接收机[1]将接收的信号输入工控计算机[2]，工控计算机[2]与接受和发送数据用的通讯机[3]、识别混铁车ID的ID识别器[7]及电源[6]相接，将混铁车使用区域的电子地图与卫星信号进行匹配后修正误差，得到混铁车的经纬度数据信息，其特征在于：该装置安装在混铁车和/或机车上，工控计算机[2]中存储有混铁车工作区域内经纬度和位置信息一一对应的高精度数据，与收到的卫星经纬度数据匹配，进行修正校准，由通讯机[3]将得到的、混铁车精确的动态位置信息：车号、位置、方向、速度实时、连续地发送到企业的管制中心计算机。
2.根据权利要求1所述的混铁车实时跟踪装置，其特征在于：该装置还包括在厂房内推算定位用的计程仪[4]，当机车进入卫星信号遮挡区时，差分GPS接收机[1]无法定位出机车准确的经纬度，计程仪[4]的计程信息输入工控计算机[2]，并结合GPS值的可用时的数值，推算出机车的运行位置数据。
3.根据权利要求1所述的混铁车实时跟踪装置，其特征在于：该装置还包括方位传感器[5]，与工控计算机[2]连接，判断是否经过道岔。
4.一种混铁车实时跟踪方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)工控计算机识别混铁车的ID码，
(2)工控计算机判断混铁车是否进入卫星信号被遮挡区，如果是则启动计程仪工作，如果不是则
(3)车载DGPS机判断是否接受卫星定位信息进行定位，
(4)判断无线通讯机是否接受来自差分站的精确校正位置信息，
(5)工控计算机和方位传感器判断混铁车是否经过铁轨道岔，
(6)工控计算机和计程仪判断是否到达应停车的工位点，
(7)工控计算机将收到的卫星经纬度数据与混铁车工作区域的电子地图匹配，进行修正校准，机车停止稳定后，将混铁车精确的动态位置信息：车号、位置、方向、速度发送到企业的管制中心计算机。
5.根据权利要求4所述的混铁车实时跟踪方法，其特征在于：所述的判断是否经过铁轨道岔步骤为：接收方位传感器模块的计算机发出是否需要方位传感器数据的询问信号，如需要则向方位传感器发出查询命令，并判断收到的方位传感器数据是否正确，如果方位传感器的角度大于7～8°，则为经过道岔；如果方位传感器的角度小于7～8°，则判断不是经过道岔。
6.根据权利要求4所述的混铁车实时跟踪方法，其特征在于：所述的计程仪工作模块的步骤为：工控计算机判断DGPS接收机的数据是否可靠，如可靠则按正常信息交换方式处理；如不可靠则启动计程仪，在接收计程仪的计程信息后进行数学计算或查表推算位置，并继续判断DGPS接收机的数据是否可靠，依次循环。
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