專利名稱：利用gps確定線路里程的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定線路里程的方法，以及該方法在對鐵路等線路中沿線移動物體的定位、列車接近時的預(yù)警等方面的具體應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在公路和鐵路的管理中，常常以某一點為起點，然后根據(jù)線路實際長度確定其里程。例如京九鐵路線，它是以北京西站的某一點作為京九線的起點，里程標(biāo)為0公里。以其作為基準(zhǔn)，某點的里程稱為X時，則表明該點距0公里的起點的實際長度為X公里。在公路、鐵路、水運等線路的運輸過程中，常常涉及在這些線狀道路上的移動體的精確定位，而且需要精確定位的不是經(jīng)度、緯度和高度，而是里程數(shù)。但迄今為止卻沒有準(zhǔn)確而便捷的確定方法。
近年來，隨著鐵道部列車頻繁提速，困擾鐵道部多年的問題是如何保障列車的安全運行及如何保障鐵路工作人員的作業(yè)安全。據(jù)鐵道部相關(guān)部門統(tǒng)計，在過去的幾年中，平均每年有不少鐵道沿線施工人員或維護人員，因未及時發(fā)現(xiàn)列車接近而造成事故。
就上述問題，鐵道部于2002年鐵道部組織實施的“800MHZ列尾和列車預(yù)警系統(tǒng)”，該系統(tǒng)中，車載電臺和道口設(shè)備都比較成熟，可以投入實際使用，但巡道工所使用的“接近預(yù)警呼叫器”則因無法測算運行列車與巡道工之間的實際距離而無法實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種準(zhǔn)確而便捷的利用GPS確定線路里程的方法及其應(yīng)用，包括在對線路沿線移動物體的定位，以及在列車接近預(yù)警中的具體應(yīng)用。以利用GPS確定線路里程的方法為基礎(chǔ)，通過精確的里程數(shù)確認(rèn)，使得“接近預(yù)警呼叫器”能投入實際使用，以便準(zhǔn)確預(yù)警，提高巡道工或道上其他工作人員的安全性。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是利用GPS確定線路里程的方法其特點是利用線路經(jīng)度J、緯度W和高度G三值的唯一性，預(yù)先制作線路里程L和經(jīng)度J、緯度W、高度G三者關(guān)系的對應(yīng)表；利用所接收的GPS信號中的經(jīng)度J、緯度W和高度G信息，通過查表找出對應(yīng)的里程L值，即為所求的線路里程。
基于上述利用GPS確定線路里程方法的線路沿線移動物體定位方法其特點是所述線路里程為線路沿線的線路里程，該線路里程與對應(yīng)位置處的經(jīng)度、緯度及高度的對應(yīng)表存貯在沿線移動的待定位物體的數(shù)據(jù)庫中，由該待定位物體接收有關(guān)其經(jīng)度J、緯度W、高度G的GPS信號，與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)表比較，最接近值即為該物體的線路里程。
基于上述線路沿線移動物體定位方法的列車接近預(yù)警方法其特點是對于鐵路沿線移動物體，一方面利用GPS確定其自身的所在位置的線路里程，另一方面，接收正在接近的列車發(fā)出的公里標(biāo)、速度相關(guān)信息，計算出列車距離D及到達時間T，比較后明確所述移動物體與正在接近的列車的相對位置，符合告警條件時自動告警。
實施上述列車接近預(yù)警方法的列車接近預(yù)警裝置其結(jié)構(gòu)特點是具有經(jīng)度J、緯度W、高度G與線路里程L對應(yīng)表的表數(shù)據(jù)庫的存儲單元，列車機車信號接收單元，GPS信號接收單元，包括車次號、速度、上下行在內(nèi)的列車信息顯示單元、計算及控制單元、告警單元、上下行及確認(rèn)功能鍵單元及電源單元。
利用本發(fā)明中的列車預(yù)警方法可以準(zhǔn)確地計算列車的距離和到達時間，并在列車距離或列車到達時間符合設(shè)定條件時才不斷告警。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明是一種便捷而準(zhǔn)確的里程確定方式，可以讓沿鐵路線移動的工作人員準(zhǔn)確地確定列車的距離和列車的到達時間，并在列車距離或列車到達時間符合設(shè)定條件時向類似于巡道工這樣的鐵路沿線人員告警。
圖面說明

圖1為本發(fā)明中利用GPS確定線路里程的方法框圖。
圖2為本發(fā)明中列車預(yù)警方法框圖。
圖3為本發(fā)明中列車預(yù)警裝置框4為本發(fā)明方法中列車預(yù)警裝置的電路5為軟件功能框圖
具體實施例方式利用GPS確定線路里程的方法本實施例中，利用線路經(jīng)度J、緯度W和高度G三值的唯一性，預(yù)先制作線路里程L和經(jīng)度J、緯度W、高度G三者關(guān)系的對應(yīng)表；利用所接收的GPS信號中的經(jīng)度J、緯度W和高度G信息，通過查表找出對應(yīng)的里程L值，即為所求的線路里程。
參見圖1，如果用一數(shù)學(xué)解析式來表達，則有線路里程L＝F(J、W、G)。無論線路狀況如何，每一組(J、W、G)都可唯一確定線路上的一個里程值。這樣以L＝0為起點，就可以制作一個數(shù)據(jù)庫，將L與(J、W、G)的對應(yīng)關(guān)系一一列出。線路是連續(xù)的，但L是由一系列離散點(里程值)組成。這一系列離散點可以擬合實際線路，其精度可以根據(jù)實際需求來確定，精度越高，數(shù)據(jù)庫越大。
線路的具體狀況可分為以下幾種其一是在一個平面上，不迂回，由經(jīng)度J或緯度W就可以確定里程L值。
其二是線路在一個面上迂回，這時必須用J、W兩個值才能確定里程L值。
其三是線路不在同一個面上，必須用J、W、G三個值才能確定里程L值。例如盤山公路或盤山鐵路等。
有了L＝(J、W、G)表，則利用所接收的GPS信號所得到的經(jīng)度J、緯度W和高度G，從表中即可得到相應(yīng)的里程L。
在實際應(yīng)用中，接收的GPS信號所給出的(經(jīng)度J*，緯度W*，高度D*)可能與L＝(J、W、G)表中的(J、W、G)不完全一致，我們可以根據(jù)實際工作的需要選擇L＝(J、W、G)表中與(J*，W*，D*)最相近的L值，作為和(J*，W*，D*)對應(yīng)的里程值。
基于以上方法的線路沿線移動物體定位方法在以上方法中，“線路里程”即為線路沿線的線路里程，該線路里程與對應(yīng)位置處的經(jīng)度、緯度及高度的對應(yīng)表存貯在沿線移動的待定位物體的數(shù)據(jù)庫中，由該待定位物體接收有關(guān)其經(jīng)度J、緯度W、高度G的GPS信號，與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)表比較，最接近值即為該物體的線路里程。
基于以上線路沿線移動物體定位方法的列車接近預(yù)警方法參見圖2，對于鐵路沿線移動物體，一方面利用GPS確定其自身的所在位置的線路里程，另一方面，接收正在接近的列車發(fā)出的公里標(biāo)、速度相關(guān)信息，計算出列車距離D及到達時間T，比較后明確所述移動物體與正在接近的列車的相對位置，符合告警條件時自動告警。
關(guān)于實施上述列車接近預(yù)警方法的列車接近預(yù)警裝置參見圖3，該裝置具有經(jīng)度J、緯度W、高度G與線路里程L對應(yīng)表的表數(shù)據(jù)庫及其它數(shù)據(jù)庫的存儲單元，列車機車信號接收單元，GPS信號接收單元，包括車次號、速度、上下行在內(nèi)的列車信息顯示單元、計算及控制單元、告警單元、上下行及確認(rèn)功能鍵單元及電源單元。
其中，GPS信號接收單元的任務(wù)是實時接收GPS信號，并將相應(yīng)的經(jīng)度J、緯度W和高度G送到計算及控制單元加以存儲和利用。列車機車信號接收單元的任務(wù)是接收機車發(fā)送的里程、車次、速度等信息，并將這些信息送到計算及控制單元加以存儲和利用。L＝(J，W，G)數(shù)據(jù)庫及其他數(shù)據(jù)存儲單元的作用是存儲事先制作的L＝(J，W，G)數(shù)據(jù)及其他要存儲的數(shù)據(jù)。計算及控制單元的作用是根據(jù)接收到的GPS信號和列車機車信號及存儲的L＝(J，W，G)數(shù)據(jù)庫，計算出列車的距離和到達時間，且將計算結(jié)果送到列車信息顯示單元顯示；根據(jù)計算結(jié)果、上下行關(guān)系及設(shè)定的告警條件判斷是不是需要告警，當(dāng)符合告警條件時按要求啟動告警單元告警。告警單元的作用是在收到告警指令后，按要求用聲、光或震動等方式告警。列車信息顯示單元的作用是在接受到列車信息時按要求顯示這些內(nèi)容。上下行及確認(rèn)等功能鍵單元的作用是輸入上下行等列車信息，在收到告警后對告警進行確認(rèn)。
列車預(yù)警方法的具體方式是列車接近預(yù)警裝置由沿鐵路線移動的工作人員攜帶，裝置工作后就開始接收列車機車發(fā)送的包括里程、車速、機車號、上下行等信息的信號，并接收GPS信號。利用接受到的GPS信號中的經(jīng)度J、緯度W和高度G得到相應(yīng)的線路里程值L，并結(jié)合接收到的列車信息計算出列車的距離和到達時間。當(dāng)列車的距離或列車的到達時間符合設(shè)定的告警要求時，裝置向工作人員告警。
根據(jù)所需的鐵路長度及對告警精度的要求制作數(shù)據(jù)庫。例如，當(dāng)所需鐵路長度為10Km，精度要求是50m時，則L＝F(J，W，G)共有2000點。在目前技術(shù)水平的條件下，存儲2000個L＝(J，W，G)數(shù)據(jù)是不困難的。
針對實際應(yīng)用中，接收的GPS信號不可能與L＝(J、W、G)表中的(J、W、G)完全一致，我們可以根據(jù)實際工作的需要來選擇L＝(J、W、G)表中相近的L值。當(dāng)接收到的GPS信號所確定的(J、W、G)與有兩個里程數(shù)L1和L2相接近時，列車的里程為L3，若|L1-L3|＞|L2-L3|，則實際里程數(shù)L可取為L2，這樣有利于巡道工的安全，這一原則稱為“就近原則”。
在鐵路或公路線路上常常遇有隧道，可以采用以下兩種方式提供選擇第一種方式是以隧道口的里程L為報警參數(shù)，也就是巡道工進入隧道后，如果火車的里程為L1，若L1-L小于報警距離，則告警。這一方法的缺點是在隧道中，呼叫器會反復(fù)報警。
第二種方式是在隧道中設(shè)置低價格的里程發(fā)射裝置，模擬GPS信號，提供給呼叫器接收，如果200米設(shè)置一個，則一個10Km長的隧道需50個。
參見圖4，本實施例中列車接近預(yù)警裝置的硬件平臺所完成的工作主要分為四部分?jǐn)?shù)據(jù)的計算和邏輯分析、GPS數(shù)據(jù)發(fā)送及接收、LCD顯示模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送以及POCSAG解碼模塊的數(shù)據(jù)接收。
圖中示出，以單片機U101 W77E58為控制中心，采用U110 DigitalM12 GPS接收模塊、LCD顯示模塊U108以及POCSAG解碼模塊U109。其中，單片機U101和LCD模塊U108以及GPS模塊U110之間的通信口為分時共用串行口0，其端腳為PIN10、PIN11；單片機U101和POCSAG解碼模塊之間的通訊口為串行口1，其端腳為PIN3、PIN4。
整個硬件系統(tǒng)在相關(guān)的軟件支持下控制GPS接收模塊、LCD顯示模塊、POCSAG解碼模塊的協(xié)調(diào)工作。一方面向M12發(fā)送命令并接收GPS模塊回傳的數(shù)據(jù)，另一方面要接收POCSAG解碼模塊不斷發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將每組相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算和分析，同時還要把約定的有用信息數(shù)據(jù)傳給LCD顯示模塊顯示。
軟件從GPS模塊讀取數(shù)據(jù)采用命令的方式，使用了單片機的P1.1腳控制異步串行口的數(shù)據(jù)收發(fā)。
軟件向LCD模塊發(fā)送數(shù)據(jù)也采用命令的方式，使用了單片機的P1.0腳控制異步串行口的數(shù)據(jù)收發(fā)。
軟件從POCSAG解碼模塊讀取/寫入數(shù)據(jù)采用查詢方式，即單片機每檢測到一次送數(shù)信號(來自POCSAG解碼模塊)就對POCSAG模塊進行一次數(shù)據(jù)交互(讀取/寫入)。
工作流程如下當(dāng)POCSAG解碼模塊接收到遠(yuǎn)處發(fā)來的告警信號后，便通過CSD信號線通知單片機P1.4口準(zhǔn)備接收信息，此時單片機由串口1接收從POCSAG解碼模塊發(fā)來的告警信息。將該信息數(shù)據(jù)(設(shè)為P)存儲在片內(nèi)RAM中。同時單片機由P1.1口控制串口0向GPS模塊發(fā)送接收請求，并等待GPS傳來的位置信息。單片機接收到信息后利用該數(shù)據(jù)在事先存儲在單片機內(nèi)部ROM區(qū)的數(shù)據(jù)庫中查詢，找到當(dāng)前位置對應(yīng)的公里標(biāo)(設(shè)為G)。最后將G和P依據(jù)一定的算法進行計算，把計算結(jié)果(設(shè)為S)與事先約定的報警閾值(設(shè)為D)進行比較，當(dāng)S大于D時單片機由P1.0口控制利用串口0向LCD模塊傳送報警信息并由LCD模塊顯示出來。
參見圖5，本裝置軟件采用模塊化的設(shè)計思想，將每個相對獨立的功能模塊都封裝成一個獨立的函數(shù)，盡量做到使主程序簡單，主程序的工作就是在系統(tǒng)初始化后，根據(jù)硬件系統(tǒng)的狀態(tài)條用相應(yīng)的函數(shù)處理，從而事整個軟件簡單易懂，并且易于進行功能擴展和軟件升級。
模塊說明宏定義軟件宏定義是為了軟件主體引用和修改的方便而定義的，某些宏定義的值是與硬件連接密切相關(guān)的。
主程序協(xié)調(diào)調(diào)用各功能函數(shù)。
初始化函數(shù)包括對單片機各寄存器的初始化和對M12模塊的初始化。
邏輯分析函數(shù)把從GPS和POCSAG模塊接受到的數(shù)據(jù)進行比較運算分析，選出預(yù)先設(shè)定的有效數(shù)據(jù)。
LCD收發(fā)函數(shù)控制異步串行口0并將有效數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD模塊進行顯示。
POCSAG收發(fā)函數(shù)由CSD信號指示并通過異步串行口1和POCSAG進行數(shù)據(jù)交互。
GPS收發(fā)函數(shù)控制異步串行口0，可向M12發(fā)送命令以及從M12讀取有效的定位信息。
權(quán)利要求
1.利用GPS確定線路里程的方法，其特征是利用線路經(jīng)度(J)、緯度(W)和高度(G)三值的唯一性，預(yù)先制作線路里程(L)和經(jīng)度(J)、緯度(W)、高度(G)三者關(guān)系的對應(yīng)表；利用所接收的GPS信號中的經(jīng)度(J)、緯度(W)和高度(G)信息，通過查表找出對應(yīng)的里程(L)值，即為所求的線路里程。
2.一種基于權(quán)利要求1所述方法的線路沿線移動物體定位方法，其特征是所述線路里程為線路沿線的線路里程，該線路里程與對應(yīng)位置處的經(jīng)度、緯度及高度的對應(yīng)表存貯在沿線移動的待定位物體的數(shù)據(jù)庫中，由該待定位物體接收有關(guān)其經(jīng)度(J)、緯度(W)、高度(G)的GPS信號，與數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)表比較，最接近值即為該物體的線路里程。
3.一種基于權(quán)利要求2所述方法的列車接近預(yù)警方法，其特征是對于鐵路沿線移動物體，一方面利用GPS確定其自身的所在位置的線路里程，另一方面，接收正在接近的列車發(fā)出的公里標(biāo)、速度相關(guān)信息，計算出列車距離D及到達時間T，比較后明確所述移動物體與正在接近的列車的相對位置，符合告警條件時自動告警。
4.一種實施權(quán)利要求3所述方法的列車接近預(yù)警裝置，其特征是具有經(jīng)度J、緯度W、高度G與線路里程L對應(yīng)表的表數(shù)據(jù)庫的存儲單元，列車機車信號接收單元，GPS信號接收單元，包括車次號、速度、上下行在內(nèi)的列車信息顯示單元、計算及控制單元、告警單元、上下行及確認(rèn)功能鍵單元及電源單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的列車接近預(yù)警裝置，其特征是以單片機U101(W77E58)為控制中心，采用U110(Digital M12)GPS接收模塊、LCD顯示模塊U108以及POCSAG解碼模塊U109。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的所述的列車接近預(yù)警裝置，其特征是所述單片機和LCD模塊以及GPS模塊之間的通信口為分時共用串行口0(PIN10、11)；所述單片機和POCSAG解碼模塊之間的通訊口為串行口1(PIN3、4)。
全文摘要
利用GPS確定線路里程的方法及其應(yīng)用，其特征是利用線路經(jīng)度、緯度和高度三值的唯一性，預(yù)先制作線路里程和經(jīng)度、緯度、高度三者關(guān)系的對應(yīng)表；利用所接收的GPS信號中的經(jīng)度、緯度和高度信息，通過查表找出對應(yīng)的里程值，即為所求的線路里程。利用該方法可以準(zhǔn)確地計算列車的距離和到達時間，并在列車接近時進行告警。本發(fā)明是一種便捷而準(zhǔn)確的里程確定方式，可以讓沿鐵路線移動的工作人員準(zhǔn)確地確定列車的距離和列車的到達時間，并在列車距離或列車到達時間符合設(shè)定條件時向類似于巡道工這樣的鐵路沿線人員告警。
文檔編號B61L23/34GK1535873SQ0311312
公開日2004年10月13日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者楊勁松 申請人:楊勁松