本發(fā)明涉及一種軌道交通列車精確定位系統(tǒng)，適用于各種軌道交通運營車輛、檢測車輛、維修車輛的精確定位。

背景技術：

信標技術是顏色、聲光、無線信號等對物品、位置進行標識的一種技術；例如航道信標、道路路牌就是對信標技術的具體應用。

無線信標技術是利用無線通信技術進行系統(tǒng)間通信，傳遞信息，從而達到物品或位置標識的一種技術；無源信標是無線信標的一種具體技術實現(xiàn)，即信標本身不包含電池或其他外在能源供給方式，利用微能量采集技術為本身的工作提供能源；相較有源信標具有免維護（不用定時更換電池）、工作周期長、綠色環(huán)保等特點。

無源信標與信標讀取器共同組成信標系統(tǒng)，無源信標內(nèi)包含可編程的代碼信息。

軌道交通中車輛的定位，是保證軌道交通正常運營的關鍵，高精度軌道交通車輛定位可以有效提高軌道交通的運營安全，同時還可以有效提高軌道交通的運輸能力。

當前軌道交通定位技術有GPS/北斗定位技術、軌道電路定位技術、信標定位技術、測速定位技術、電纜環(huán)線定位技術、裂縫波導定位技術、無線擴頻定位技術等；由于軌道交通經(jīng)常需要穿越高山峽谷及隧道，在隧道中GPS/北斗信號將無法接收，高山峽谷中也會經(jīng)常無法接收GPS/北斗系統(tǒng)的信號；軌道電路技術投資大、維護量大，而且當一處的電路出現(xiàn)故障無法發(fā)送信號時，定位系統(tǒng)無法判斷信號的丟失從而造成定位出現(xiàn)偏差，在低速軌道交通時代還能滿足需要；信標定位技術和軌道定位技術存在相同的缺點；測速定位分為編碼里程計測速定位和雷達定位，在編碼里程計測速定位中，是根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來計算車輛的位置的，由于車輪在使用中會發(fā)生磨損，會造成定位隨著車輪的使用越來越大，而且誤差是累積的，采用雷達測試方式雖然避免了編碼器產(chǎn)生的誤差，但是由于軌道交通周邊環(huán)境復雜會造成雷達本身誤差很大，而且這個誤差是隨機；電纜環(huán)線定位技術、裂縫波導定位技術、無線擴頻定位技術只不過是軌道電路技術的改進，軌道電路定位技術存在的缺點并沒有去掉，只是在可靠性上有所提高。

由于無源信標具有可編碼的優(yōu)點，在每個無源信標安裝好后在無源信標中輸入其所在位置的精確里程信息，當車輛快速通過無源信標時，車輛通過信標讀取器讀取無源信標中的里程信息，即可確定當時車輛的精確位置，在兩個無源信標之間，通過與軌道交通車輛車輪同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)計算車輛的位置信息，由于旋轉(zhuǎn)編碼里程器測距會隨著車輪的磨損而產(chǎn)生誤差/慣性導航系統(tǒng)本身存在誤差，系統(tǒng)在每次讀取到無源信標的里程信息后，通過與上一次讀到的無源信標的里程信息計算里程差值，并與從旋轉(zhuǎn)編碼里程器計算的兩個定位點間里程值/通過慣性導航系統(tǒng)計算的里程值相除得到誤差系數(shù)，通過誤差系數(shù)校正后即可得到高精確度的列車位置，從而實現(xiàn)軌道交通列車的精確定位。

基于無源信標技術的軌道交通車輛精確定位系統(tǒng)應用于運營車輛，可以有效提高軌道交通的運營安全，提高運營車輛的發(fā)車密度，從而提高軌道交通的運力；應用于軌道交通檢測、維修車輛，可以精確定位每個故障點，提高軌道交通的養(yǎng)護、維修效率。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種基無源信標技術的軌道交通車輛精確定位系統(tǒng)。

本實用新型的技術方案為：在軌道交通的路側(cè)或路面上每隔一定距離安裝無源信標，在無源信標中輸入無源信標安裝點的精確里程信息，在軌道交通車輛上安裝信標讀取器及編碼里程計或慣性導航系統(tǒng)，軌道交通車輛開始運行時開啟信標讀取器，當軌道交通車輛通過無源信標時信標讀取器讀取到無源信標內(nèi)存儲的里程信息，軌道交通車輛即可獲取當前時刻的精確位置；在兩個無源信標中間，系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)確定車輛的位置，由于旋轉(zhuǎn)編碼里程器會隨著車輪的磨損而產(chǎn)生誤差/慣性導航系統(tǒng)本身的誤差，因此在軌道交通車輛讀取到無源信標里程信息后即刻與上一次讀到的無源信標的里程信息求差，計算兩個無源信標間的里程值差值，并與旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)計算的兩個定位點之間的里程值相除，從而得到旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)的誤差系數(shù)，通過旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)校正后得到的兩個無源信標間的位置信息即為高精度的軌道交通車輛位置信息。

附圖說明

圖1 系統(tǒng)主要組成部分。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖1。

圖3系統(tǒng)工作流程圖2。

圖中，1-1計算機，1-2信標讀取器，1-3 旋轉(zhuǎn)編碼里程器，1-4無源信標，2-1讀到無源信標， 2-2 里程信息， 2-3 計算兩個無源信標間里程差值，2-4 兩個無源信標間的里程差值，2-5 計算旋轉(zhuǎn)編碼里程器的誤差系數(shù)， 2-6 旋轉(zhuǎn)編碼里程器誤差系數(shù)，2-7 將此次讀到的里程信息保存， 2-8 無源信標里程信息記錄， 2-9 計算兩次讀到無源信標時旋轉(zhuǎn)編碼里程器記錄里程值， 2-10 兩個無源信標間里旋轉(zhuǎn)程編碼里程器記錄里程值， 2-11 旋轉(zhuǎn)編碼里程器計數(shù)歸零， 2-12 校正旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程信息， 2-13 當前旋轉(zhuǎn)編碼里程器的里程值， 2-14 獲取旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程信息， 2-15 無源信標里程信息與校正后旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程值求和， 2-16 顯示、傳輸里程信息，3-1讀到無源信標， 3-2 里程信息， 3-3 計算兩個無源信標間里程差值，3-4 兩個無源信標間的里程值，3-5 計算慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)， 3-6 慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)，3-7 將此次讀到的里程信息保存， 3-8 無源信標里程信息記錄， 3-9 計算兩次讀到無源信標時慣性導航系統(tǒng)計算的里程值， 3-10 兩個無源信標間慣性導航系統(tǒng)計算的里程值， 3-11 慣性導航系統(tǒng)里程值歸零，3-12 校正慣性導航系統(tǒng)速度值及加速度偏差值，3-13 當前慣性導航系統(tǒng)里程值， 3-14 讀取慣性導航系統(tǒng)里程值， 3-15 無源信標里程信息與校正后的慣性導航系統(tǒng)里程值求和， 3-16 顯示、傳輸里程信息。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，基于無源信標技術的軌道交通車輛精確定位系統(tǒng)包括計算機（1-1），信標讀取器（1-2），旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)（1-3），無源信標（1-4）；計算機（1-1）是一臺具有高性能、高穩(wěn)定度的工業(yè)級計算機，系統(tǒng)支持多進程/多線程，可以與信標讀取器（1-2）和旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)（1-3）進行通信，能夠通過通信協(xié)議獲取信標讀取器（1-2）讀取到的無源信標（1-4）中的里程信息；信標讀取器（1-2）是一臺高性能的與無源信標進行無線通訊的設備，能夠與計算機（1-1）進行通信并與無源信標（1-4）進行無線通信；旋轉(zhuǎn)編碼里程器/慣性導航系統(tǒng)（1-3）是一個與軌道交通車輛輪軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器信號處理器復合系統(tǒng)或慣性導航系統(tǒng)，能夠與計算機（1-1）進行通訊并傳輸里程信息；無源信標（1-4）是一個工業(yè)級的高性能無電源供電的無線信標，可以通過設備寫入里程信息，能夠與信標讀取器（1-2）進行無線通訊，向信標讀取器（1-2）發(fā)送里程信息。

如圖1、圖2所示，基于無源信標技術的軌道交通車輛精確定位系統(tǒng)工作流程如下：

軌道交通車輛運行過程中，計算機（1-1）及信標讀取器（1-2）保持在運行狀態(tài)，信標讀取器（1-2）處于不間斷地獲取/接收狀態(tài)，當軌道交通車輛通過無源信標（1-4）安裝位置時，信標讀取器（1-2）讀到無源信標（2-1），獲取到無源信標（1-4）中存儲的里程信息，并將里程信息傳送至計算機（1-1），計算機（1-1）接收到里程信息（2-2）后與系統(tǒng)內(nèi)存儲的讀到的上一個無源信標（1-4）內(nèi)存儲的里程信息無源信標里程信息記錄（2-8）求差，計算兩個無源信標之間的里程值（2-3）得到兩個無源信標之間的里程值（2-4），并將此次接收到的里程信息（2-2）保存入無源信標里程信息記錄（2-8），同時計算兩次讀到無源信標時旋轉(zhuǎn)編碼里程器記錄里程值（2-9），將結(jié)果保存為兩個無源信標間旋轉(zhuǎn)編碼里程器記錄里程值（2-10），之后立刻將旋轉(zhuǎn)編碼里程器計數(shù)歸零（2-11），通過兩個無源信標之間的里程值(2-4)和兩個無源信標間旋轉(zhuǎn)編碼里程器記錄里程值（2-10）計算旋轉(zhuǎn)編碼里程器誤差系數(shù)（2-5）得到旋轉(zhuǎn)編碼里程器誤差系數(shù)（2-6），系統(tǒng)獲取旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程信息（2-14）并將結(jié)果保存為當前旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程值（2-13），系統(tǒng)通過調(diào)用當前旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程值（2-13）和旋轉(zhuǎn)編碼里程器誤差系數(shù)（2-6）校正旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程信息（2-12），得到校正后的旋轉(zhuǎn)編碼里程器（1-3）的里程值，無源信標里程信息與校正后旋轉(zhuǎn)編碼里程器里程值求和（2-15）得到當前車輛的真實位置信息，然后顯示、傳輸里程信息（2-16），里程信息可以在車內(nèi)顯示，并可以通過網(wǎng)絡實時傳送至檢測、維修車輛檢測系統(tǒng)或軌道交通管理的相關部門。

如圖1、圖3所示，基于無源信標技術的軌道交通車輛精確定位系統(tǒng)工作流程如下：

軌道交通車輛運行過程中，計算機（1-1）及信標讀取器（1-2）保持在運行狀態(tài)，信標讀取器（1-2）處于不間斷地獲取/接收狀態(tài)，當軌道交通車輛通過無源信標（1-4）安裝位置時，信標讀取器（1-2）讀到無源信標（3-1），獲取到無源信標（1-4）中存儲的里程信息，并將里程信息傳送至計算機（1-1），計算機（1-1）接收到里程信息（3-2）后與系統(tǒng)內(nèi)存儲的讀到的上一個無源信標（1-4）內(nèi)存儲的里程信息無源信標里程信息記錄（3-8）求差，計算兩個無源信標之間的里程值（3-3）得到兩個無源信標之間的里程值（3-4），并將此次接收到的里程信息（3-2）保存入無源信標里程信息記錄（3-8），同時計算兩次讀到無源信標時慣性導航系統(tǒng)計算的里程值（3-9），將結(jié)果保存為兩個無源信標間慣性導航系統(tǒng)計算的里程值（3-10），之后立刻將慣性導航系統(tǒng)里程值歸零（3-11），通過兩個無源信標之間的里程值(3-4)和兩個無源信標間慣性導航系統(tǒng)計算的里程值（3-10）計算慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)（3-5）得到慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)（3-6），系統(tǒng)讀取慣性導航系統(tǒng)里程值（3-14）并將結(jié)果保存為當前慣性導航系統(tǒng)里程值（3-13），系統(tǒng)通過調(diào)用當前慣性導航系統(tǒng)里程值（3-13）和慣性導航系統(tǒng)誤差系數(shù)（3-6）校正慣性導航系統(tǒng)速度值及加速度偏差值（3-12），得到校正后的慣性導航系統(tǒng)（1-3）的里程值，無源信標里程信息與校正后慣性導航系統(tǒng)里程值求和（3-15）得到當前車輛的真實位置信息，然后顯示、傳輸里程信息（3-16），里程信息可以在車內(nèi)顯示，并可以通過網(wǎng)絡實時傳送至檢測、維修車輛檢測系統(tǒng)或軌道交通管理的相關部門。

上述具體實施方式是本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，所有基于無源信標技術和旋轉(zhuǎn)編碼里程器或慣性導航系統(tǒng)的對軌道交通車輛實施定位的方案都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。