專利名稱：混鐵車實時跟蹤裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道車輛位置跟蹤顯示裝置及方法，特別是用于小范圍機車調(diào)動頻率高的冶金企業(yè)內(nèi)如混鐵車的實時跟蹤顯示裝置及方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，混鐵車的跟蹤控制均采用在車輛上及鐵軌間安裝各種傳感器并配合無線通話和車號讀取裝置，是在線路模擬圖上以相鄰傳感器或路標(biāo)為一個區(qū)段，進行區(qū)段式跟蹤。隨著全球定位系統(tǒng)GPS(GPSGlobal Positioning System)的發(fā)展應(yīng)用，GPS在實時定位中發(fā)揮了越來越大的作用，例如與電子地圖結(jié)合用于各種車輛、航船和飛行器的調(diào)度和監(jiān)控。GPS主要由三大部分組成GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備，其中用戶設(shè)備是根據(jù)用戶不同導(dǎo)航、定位的需要進行不同設(shè)計。但是，GPS系統(tǒng)是應(yīng)用于廣域、無遮擋的場合，其處理數(shù)據(jù)的一個周期為12分鐘，在鋼鐵企業(yè)中高大的高爐、廠房可達70～80米高，且?guī)坠锏男》秶鷥?nèi)有幾百個道叉一百多個工位點，混鐵車的運行速度為7米/秒，工位點的位置精度要求為±20厘米，數(shù)據(jù)處理顯示時間為幾秒，因此將GPS系統(tǒng)直接用于混鐵車實時跟蹤在精度和處理時間方面難以達到要求。
本發(fā)明的目的是得到一種混鐵車實時跟蹤裝置和方法，可與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行配合，實時連續(xù)跟蹤混鐵車的運行軌跡。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)解決方案是這樣的一種混鐵車實時跟蹤裝置，它包括接收全球衛(wèi)星定位信號的差分定位系統(tǒng)接收機1，接收機1將接收的信號輸入工控計算機2，工控計算機2與通訊機3、ID識別器7及電源6相接，將混鐵車使用區(qū)域的電子地圖與衛(wèi)星信號進行匹配后修正誤差，得到混鐵車的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，其技術(shù)關(guān)鍵為該裝置安裝在混鐵車和/或機車上，發(fā)出的信號由通訊機3發(fā)送到企業(yè)管制中心的計算機，工控計算機2中存儲有混鐵車工作區(qū)域內(nèi)經(jīng)緯度和位置信息一一對應(yīng)的高精度數(shù)據(jù)。
該裝置還包括在廠房內(nèi)推算定位用的計程儀4。
該裝置還包括判斷道岔用的方位傳感器5。
一種混鐵車實時跟蹤方法，它包括以下步驟(1)工控計算機識別混鐵車的ID碼，(2)工控計算機判斷是否混鐵車進入衛(wèi)星信號被遮擋區(qū)，如果是則啟動計程儀工作，如果不是則(3)車載DGPS機判斷是否接受衛(wèi)星定位信息進行定位，(4)判斷無線通訊機是否接受來自差分站的精確校正位置信息，(5)工控計算機和方位傳感器判斷混鐵車是否經(jīng)過鐵軌道岔，(6)工控計算機和計程儀判斷是否到達應(yīng)停車的工位點，(7)工控計算機將收到的衛(wèi)星經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與混鐵車工作區(qū)域的電子地圖匹配，進行修正校準，機車停止穩(wěn)定后，將混鐵車精確的動態(tài)位置信息如車號、位置、方向、速度等發(fā)送到企業(yè)的管制中心計算機。
判斷是否經(jīng)過鐵軌道岔流程為接收方位傳感器模塊的計算機發(fā)出是否需要方位傳感器數(shù)據(jù)的詢問信號，如需要則向方位傳感器發(fā)出查詢命令，并判斷收到的方位傳感器數(shù)據(jù)是否正確，如果方位傳感器的角度大于7～8°，則為經(jīng)過道岔；如果方位傳感器的角度小于7～8°，則判斷不是經(jīng)過道岔。
該方法中計程儀工作模塊的流程為計算機判斷DGPS接收機的數(shù)據(jù)是否可靠，如可靠則按正常信息交換方式處理；如不可靠則啟動計程儀，在接收計程儀的計程信息后進行數(shù)學(xué)計算或查表推算位置，并繼續(xù)判斷DGPS接收機的數(shù)據(jù)是否可靠，依次循環(huán)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細敘述。


圖1為本發(fā)明混鐵車實時跟蹤裝置的裝置電路框圖。
圖2為本發(fā)明混鐵車實時跟蹤方法的主要流程圖。
圖3為圖2中判斷經(jīng)過鐵軌道岔模塊的流程圖。
圖4為圖2中發(fā)送機車停止位置信息模塊的流程圖。
圖5為圖2中校準衛(wèi)星數(shù)據(jù)模塊的流程圖。
圖6為圖2中計程儀工作模塊的流程圖。
圖7為圖2中工位點發(fā)送模塊的流程圖。
圖8為圖2中ID碼識別模塊的流程圖。
參見圖1，本發(fā)明的裝置安裝在混鐵車和機車上，包括差分GPS接收機1、工控計算機2、擴頻通訊機3、直流電源6，是由工控計算機2采集差分GPS接收機1傳來的經(jīng)緯度信息，通過一定的運算處理，得到車輛的位置數(shù)據(jù)，并將此位置數(shù)據(jù)通過通訊機3發(fā)送到企業(yè)的管制中心，管制中心根據(jù)此位置數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)顯示。
本發(fā)明采用的地理經(jīng)緯數(shù)據(jù)為事先把混鐵車運行區(qū)域的坐標(biāo)精確測量(誤差為厘米級)，并分為若干區(qū)、段、點，形成數(shù)據(jù)庫，將實時測得的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的已知精確數(shù)據(jù)對比，由區(qū)→段→點進行判斷，這樣可把龐大的數(shù)據(jù)精簡到可以用工控機完成，大大提高精度和運算速度。
本發(fā)明的車載設(shè)備為一個組合導(dǎo)航系統(tǒng)，實時測量的數(shù)據(jù)由于環(huán)境惡劣，得到的數(shù)據(jù)常常數(shù)據(jù)不夠精確，本發(fā)明在對實時測量的數(shù)據(jù)進行處理的同時，還裝有GPS接收傳感器和計程儀，GPS傳感器和計程儀同時都將定位信息和里程信息送給工控計算機緩存。平時當(dāng)機車運行在廠房外時，差分GPS接收機根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及差分修正數(shù)據(jù)輸出機車目前的準確經(jīng)緯度位置信息。當(dāng)機車進入廠房衛(wèi)星信號被遮擋住時，差分GPS接收機無法定位出機車準確的經(jīng)緯度，工控計算機則根據(jù)計程儀4的信息以及GPS值的可用時的數(shù)值，推算出機車的運行位置數(shù)據(jù)。
該計程儀帶有高精度碼盤傳感器，并帶有一個小的慣性的被動輪，經(jīng)摩擦鐵軌進行計程。該計程儀可以克服重量為200噸(空載)～500噸(滿載)的混鐵車在啟動時車輪打滑；而在剎車時車輪緊固不動而混鐵車慣性滑動，結(jié)果混鐵車要滑動一般距離，這樣可以提高計程的精度達到千分之一。
在高爐鐵路的道岔口處，為了區(qū)分機車轉(zhuǎn)入哪個岔道，則處理方位傳感器輸出的角度數(shù)據(jù)，根據(jù)角度的變化值來判斷機車進入哪一個岔道，如果方位傳感器的角度大于7～8°，則為經(jīng)過道岔；如果方位傳感器的角度小于7～8°，則判斷不是經(jīng)過道岔。該方位傳感器是一個帶有電路、光纖陀螺的方向傳感器，它對運動方向變化靈敏度極高。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法進行詳細敘述。
圖2為本發(fā)明的混鐵車實時跟蹤方法的主要流程圖，本發(fā)明是通過上述混鐵車實時跟蹤裝置將各種途徑采集的數(shù)據(jù)進行處理，并將所獲得的混鐵車的位置信息傳給企業(yè)的管制中心計算機，同時及時從管制中心得到差分修正信息，輸出混鐵車實時準確的經(jīng)緯位置信息，在管制中心的大屏幕上動態(tài)地顯示出來。
本發(fā)明的主要過程為啟動、設(shè)備自檢并置入初始值，如有問題則重新啟動，然后工控計算機判斷是否讀取混鐵車的車號，如不讀取車號則調(diào)用ID碼產(chǎn)生子程序；如讀取車號，則由車載DGPS機判斷衛(wèi)星信號是否被廠房等高大建筑物遮擋，如被遮擋則啟動計程儀推算位置子程序。然后由DGPS機判斷是否接受衛(wèi)星定位信息進行經(jīng)緯度定位，如果沒有接受衛(wèi)星定位信息則重新判斷衛(wèi)星信號是否被遮擋，如果DGPS機是接受衛(wèi)星定位信息進行經(jīng)緯度定位，則進一步判斷無線通訊機是否接收來自差分站的精確校正位置信息，如果不是，則調(diào)用接收差分站的校正位置信息子程序，如果接受的是精確位置信息，則由工控機和方位傳感器判斷是否經(jīng)過鐵路道岔，如果是則調(diào)用方位傳感器推算子程序，如果不是則由工控機和計程儀進行測速判斷是否到達停車位置(工位點)，混鐵車向要到達的工位點發(fā)出信息，如到達工位點則由無線通訊機延時一定時間，工控計算機判斷混鐵車到達工位點并穩(wěn)定一段時間后發(fā)送混鐵車位置、車號、方向等信息，待車穩(wěn)定后向管制中心或車號采集器發(fā)送混鐵車車號及位置信息，如果判斷沒有到達工位點，則由工控機將精確的動態(tài)位置信息及車號定時送到無線通訊機發(fā)送給管制中心。
通訊機8接收管制中心發(fā)出的差分信息，然后將此差分信息送到DGPS接收機1，同時接收DGPS接收機的定位數(shù)據(jù)，根據(jù)定位數(shù)據(jù)在工控計算機2存儲的信息中查找得出其位置信息，若DGPS信息不可用，則進行位置推算，同時根據(jù)方位傳感器(光纖陀螺)5的信息判斷是否拐彎即可對混鐵車進行連續(xù)實時定位，并且將位置信息通過通訊機8發(fā)送到中繼站，中繼站再送給管制中心進行處理顯示。
在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的車輛行駛經(jīng)過道岔區(qū)時，從岔尖開始，有很長一段距離，兩鐵軌之間的中心距離小于3米，此時單獨依靠差分GPS來區(qū)分車輛進入哪條鐵軌是不可能的。此時需要根據(jù)GPS給出的方位信息或者在車輛上增加方位傳感器(光纖陀螺)，給出方位信息，在由工控計算機判斷混鐵車進入哪對鐵軌。
參見圖3，接收方位傳感器數(shù)據(jù)的方法為由計算機向方位傳感器發(fā)出是否需要查詢信號，如需要，則向方位傳感器發(fā)出查詢命令，收到方位傳感器數(shù)據(jù)后判斷收到的數(shù)據(jù)是否正確，如正確的數(shù)據(jù)則進行數(shù)學(xué)處理后返回。如果方位傳感器的角度大于7～8°，則為經(jīng)過道岔；如果方位傳感器的角度小于7～8°，則判斷不是經(jīng)過道岔。
參見圖4，機車停止后定時發(fā)送位置信息流程為首先判斷機車已經(jīng)停止，并計算定時時間是否到了，如果定時時間到了，則向管制中心發(fā)送當(dāng)前機車的位置，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束發(fā)結(jié)束符。
參見圖5，對衛(wèi)星發(fā)送的經(jīng)緯度信息進行校準、修正的流程為計算機2收到從通訊機3傳來的數(shù)據(jù)，首先判斷是否是0DH(結(jié)束符)，如果是，則進行存儲和處理，然后判斷是否為差分信息，如是則調(diào)用差分處理子程序，處理后送到差分GPS接收機1；如不是差分信息，則判斷是否為管制中心發(fā)送的其它信息，如果是調(diào)用信息處理子程序進行處理；如不是則判斷為無用信息。由于一般從衛(wèi)星得到的位置信息的誤差一般在100～200米，因此必須與企業(yè)的電子地圖進行匹配、校準后才能達到混鐵車要求的精度1～2米。
參見圖6，本發(fā)明中的計程儀4是為了在機車進入廠房后其衛(wèi)星信號被屏蔽后掉時進行位置推算，其工作流程為計算機判斷DGPS接收機1的數(shù)據(jù)是否可靠，如可靠則按正常信息交換方式處理；如不可靠則啟動計程儀4，在接收計程儀的計程信息后進行數(shù)學(xué)計算或查表推算位置，并繼續(xù)判斷DGPS接收機的數(shù)據(jù)是否可靠，依次循環(huán)，直至機車能收到衛(wèi)星的信號為止。
參見圖7，本發(fā)明向工位點發(fā)送數(shù)據(jù)的流程為首先判斷是否到達工位點，如到達工位點則向工位點的控制計算機發(fā)送本機車的車號以及運行方向信息，由計算機控制延時一段時間，由管制中心的計算機為該機車置標(biāo)志，數(shù)據(jù)發(fā)送，完畢后發(fā)結(jié)束符。
為了區(qū)別多個混鐵車，每個混鐵車均設(shè)置有ID碼，參見圖8，本發(fā)明中混鐵車ID碼識別流程為首先工控計算機判斷其內(nèi)存中是否有該機車的ID碼，如有則返回；如沒有，則向機車的上的ID碼裝置發(fā)出查詢命令，收到機車發(fā)出的ID碼，則將ID碼存儲在工控計算機的特定內(nèi)存單元。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用差分GPS系統(tǒng)配合事先測得的精確數(shù)據(jù)庫，對實測的數(shù)據(jù)進行處理＋計程儀修正，通過推斷、計算對混鐵車的運行狀態(tài)進行實時跟蹤，得到混鐵車的實時精確位置及事先超前1秒的精確位置，克服因顯示延遲4秒及機車車速7米/秒造成的動態(tài)位置誤差，將其運行過程及其在廠房內(nèi)工位點的停留狀態(tài)信息報告給管制中心；并同時將混鐵車的車號輸送到工位點如高爐或煉鐵廠。本發(fā)明的信息傳輸無線化，具有地面裝置少，維護方便，先進可靠等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1. 一種混鐵車實時跟蹤裝置，它包括接收全球衛(wèi)星定位信號的差分定位系統(tǒng)接收機1，接收機1將接收的信號輸入工控計算機2，工控計算機2與通訊機3、ID識別器7及電源6相接，將混鐵車使用區(qū)域的電子地圖與衛(wèi)星信號進行匹配后修正誤差，得到混鐵車的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，其特征在于該裝置安裝在混鐵車和/或機車上，發(fā)出的信號由通訊機3發(fā)送到企業(yè)管制中心的計算機，工控計算機2中存儲有混鐵車工作區(qū)域內(nèi)經(jīng)緯度和位置信息一一對應(yīng)的高精度數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混鐵車實時跟蹤裝置，其特征在于該裝置還包括在廠房等內(nèi)推算定位用的計程儀4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混鐵車實時跟蹤裝置，其特征在于該裝置還包括判斷道岔用的方位傳感器5。
4. 一種混鐵車實時跟蹤方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)工控計算機識別混鐵車的ID碼，(2)工控計算機判斷混鐵車是否進入衛(wèi)星信號被遮擋區(qū)，如果是則啟動計程儀工作，如果不是則(3)車載DGPS機判斷是否接受衛(wèi)星定位信息進行定位，(4)判斷無線通訊機是否接受來自差分站的精確校正位置信息，(5)工控計算機和方位傳感器判斷混鐵車是否經(jīng)過鐵軌道岔，(6)工控計算機和計程儀判斷是否到達應(yīng)停車的工位點，(7)工控計算機將收到的衛(wèi)星經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與混鐵車工作區(qū)域的電子地圖匹配，進行修正校準，機車停止穩(wěn)定后，將混鐵車精確的動態(tài)位置信息如車號、位置、方向、速度等發(fā)送到企業(yè)的管制中心計算機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混鐵車實時跟蹤方法，其特征在于所述的判斷是否經(jīng)過鐵軌道岔流程為接收方位傳感器模塊的計算機發(fā)出是否需要方位傳感器數(shù)據(jù)的詢問信號，如需要則向方位傳感器發(fā)出查詢命令，并判斷收到的方位傳感器數(shù)據(jù)是否正確，如果方位傳感器的角度大于7～8°，則為經(jīng)過道岔；如果方位傳感器的角度小于7～8°，則判斷不是經(jīng)過道岔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混鐵車實時跟蹤方法，其特征在于所述的計程儀工作模塊的流程為工控計算機判斷DGPS接收機的數(shù)據(jù)是否可靠，如可靠則按正常信息交換方式處理；如不可靠則啟動計程儀，在接收計程儀的計程信息后進行數(shù)學(xué)計算或查表推算位置，并繼續(xù)判斷DGPS接收機的數(shù)據(jù)是否可靠，依次循環(huán)。
全文摘要
一種混鐵車實時跟蹤裝置及方法，它安裝在混鐵車上，由DGPS接收機1將接收的衛(wèi)星信號輸入工控計算機2，將混鐵車使用區(qū)域的電子地圖與衛(wèi)星信號進行匹配后修正誤差，由方位傳感器5判斷道岔，在廠房內(nèi)由計程儀4推算定位，工控計算機2中存儲有混鐵車工作區(qū)域內(nèi)經(jīng)緯度和位置信息一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)，得到混鐵車的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，由通訊機3發(fā)送到管制中心計算機。本發(fā)明的信息傳輸無線化，具有地面裝置少，維護方便，先進可靠等優(yōu)點。
文檔編號G11B3/00GK1239227SQ9910340
公開日1999年12月22日 申請日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者王晉豫, 周仁義, 龔國維 申請人:寶山鋼鐵(集團)公司