基于无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统的制作方法

本发明涉及一种轨道交通列车精确定位系统，适用于各种轨道交通运营车辆、检测车辆、维修车辆的精确定位。

背景技术：

信标技术是颜色、声光、无线信号等对物品、位置进行标识的一种技术；例如航道信标、道路路牌就是对信标技术的具体应用。

无线信标技术是利用无线通信技术进行系统间通信，传递信息，从而达到物品或位置标识的一种技术；无源信标是无线信标的一种具体技术实现，即信标本身不包含电池或其他外在能源供给方式，利用微能量采集技术为本身的工作提供能源；相较有源信标具有免维护（不用定时更换电池）、工作周期长、绿色环保等特点。

无源信标与信标读取器共同组成信标系统，无源信标内包含可编程的代码信息。

轨道交通中车辆的定位，是保证轨道交通正常运营的关键，高精度轨道交通车辆定位可以有效提高轨道交通的运营安全，同时还可以有效提高轨道交通的运输能力。

当前轨道交通定位技术有GPS/北斗定位技术、轨道电路定位技术、信标定位技术、测速定位技术、电缆环线定位技术、裂缝波导定位技术、无线扩频定位技术等；由于轨道交通经常需要穿越高山峡谷及隧道，在隧道中GPS/北斗信号将无法接收，高山峡谷中也会经常无法接收GPS/北斗系统的信号；轨道电路技术投资大、维护量大，而且当一处的电路出现故障无法发送信号时，定位系统无法判断信号的丢失从而造成定位出现偏差，在低速轨道交通时代还能满足需要；信标定位技术和轨道定位技术存在相同的缺点；测速定位分为编码里程计测速定位和雷达定位，在编码里程计测速定位中，是根据车轮的转动圈数来计算车辆的位置的，由于车轮在使用中会发生磨损，会造成定位随着车轮的使用越来越大，而且误差是累积的，采用雷达测试方式虽然避免了编码器产生的误差，但是由于轨道交通周边环境复杂会造成雷达本身误差很大，而且这个误差是随机；电缆环线定位技术、裂缝波导定位技术、无线扩频定位技术只不过是轨道电路技术的改进，轨道电路定位技术存在的缺点并没有去掉，只是在可靠性上有所提高。

由于无源信标具有可编码的优点，在每个无源信标安装好后在无源信标中输入其所在位置的精确里程信息，当车辆快速通过无源信标时，车辆通过信标读取器读取无源信标中的里程信息，即可确定当时车辆的精确位置，在两个无源信标之间，通过与轨道交通车辆车轮同步旋转的旋转编码里程器/惯性导航系统计算车辆的位置信息，由于旋转编码里程器测距会随着车轮的磨损而产生误差/惯性导航系统本身存在误差，系统在每次读取到无源信标的里程信息后，通过与上一次读到的无源信标的里程信息计算里程差值，并与从旋转编码里程器计算的两个定位点间里程值/通过惯性导航系统计算的里程值相除得到误差系数，通过误差系数校正后即可得到高精确度的列车位置，从而实现轨道交通列车的精确定位。

基于无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统应用于运营车辆，可以有效提高轨道交通的运营安全，提高运营车辆的发车密度，从而提高轨道交通的运力；应用于轨道交通检测、维修车辆，可以精确定位每个故障点，提高轨道交通的养护、维修效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统。

本实用新型的技术方案为：在轨道交通的路侧或路面上每隔一定距离安装无源信标，在无源信标中输入无源信标安装点的精确里程信息，在轨道交通车辆上安装信标读取器及编码里程计或惯性导航系统，轨道交通车辆开始运行时开启信标读取器，当轨道交通车辆通过无源信标时信标读取器读取到无源信标内存储的里程信息，轨道交通车辆即可获取当前时刻的精确位置；在两个无源信标中间，系统通过旋转编码里程器/惯性导航系统确定车辆的位置，由于旋转编码里程器会随着车轮的磨损而产生误差/惯性导航系统本身的误差，因此在轨道交通车辆读取到无源信标里程信息后即刻与上一次读到的无源信标的里程信息求差，计算两个无源信标间的里程值差值，并与旋转编码里程器/惯性导航系统计算的两个定位点之间的里程值相除，从而得到旋转编码里程器/惯性导航系统的误差系数，通过旋转编码里程器/惯性导航系统误差系数校正后得到的两个无源信标间的位置信息即为高精度的轨道交通车辆位置信息。

附图说明

图1 系统主要组成部分。

图2 系统工作流程图1。

图3系统工作流程图2。

图中，1-1计算机，1-2信标读取器，1-3 旋转编码里程器，1-4无源信标，2-1读到无源信标， 2-2 里程信息， 2-3 计算两个无源信标间里程差值，2-4 两个无源信标间的里程差值，2-5 计算旋转编码里程器的误差系数， 2-6 旋转编码里程器误差系数，2-7 将此次读到的里程信息保存， 2-8 无源信标里程信息记录， 2-9 计算两次读到无源信标时旋转编码里程器记录里程值， 2-10 两个无源信标间里旋转程编码里程器记录里程值， 2-11 旋转编码里程器计数归零， 2-12 校正旋转编码里程器里程信息， 2-13 当前旋转编码里程器的里程值， 2-14 获取旋转编码里程器里程信息， 2-15 无源信标里程信息与校正后旋转编码里程器里程值求和， 2-16 显示、传输里程信息，3-1读到无源信标， 3-2 里程信息， 3-3 计算两个无源信标间里程差值，3-4 两个无源信标间的里程值，3-5 计算惯性导航系统误差系数， 3-6 惯性导航系统误差系数，3-7 将此次读到的里程信息保存， 3-8 无源信标里程信息记录， 3-9 计算两次读到无源信标时惯性导航系统计算的里程值， 3-10 两个无源信标间惯性导航系统计算的里程值， 3-11 惯性导航系统里程值归零，3-12 校正惯性导航系统速度值及加速度偏差值，3-13 当前惯性导航系统里程值， 3-14 读取惯性导航系统里程值， 3-15 无源信标里程信息与校正后的惯性导航系统里程值求和， 3-16 显示、传输里程信息。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，基于无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统包括计算机（1-1），信标读取器（1-2），旋转编码里程器/惯性导航系统（1-3），无源信标（1-4）；计算机（1-1）是一台具有高性能、高稳定度的工业级计算机，系统支持多进程/多线程，可以与信标读取器（1-2）和旋转编码里程器/惯性导航系统（1-3）进行通信，能够通过通信协议获取信标读取器（1-2）读取到的无源信标（1-4）中的里程信息；信标读取器（1-2）是一台高性能的与无源信标进行无线通讯的设备，能够与计算机（1-1）进行通信并与无源信标（1-4）进行无线通信；旋转编码里程器/惯性导航系统（1-3）是一个与轨道交通车辆轮轴同步旋转的旋转编码器与旋转编码器信号处理器复合系统或惯性导航系统，能够与计算机（1-1）进行通讯并传输里程信息；无源信标（1-4）是一个工业级的高性能无电源供电的无线信标，可以通过设备写入里程信息，能够与信标读取器（1-2）进行无线通讯，向信标读取器（1-2）发送里程信息。

如图1、图2所示，基于无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统工作流程如下：

轨道交通车辆运行过程中，计算机（1-1）及信标读取器（1-2）保持在运行状态，信标读取器（1-2）处于不间断地获取/接收状态，当轨道交通车辆通过无源信标（1-4）安装位置时，信标读取器（1-2）读到无源信标（2-1），获取到无源信标（1-4）中存储的里程信息，并将里程信息传送至计算机（1-1），计算机（1-1）接收到里程信息（2-2）后与系统内存储的读到的上一个无源信标（1-4）内存储的里程信息无源信标里程信息记录（2-8）求差，计算两个无源信标之间的里程值（2-3）得到两个无源信标之间的里程值（2-4），并将此次接收到的里程信息（2-2）保存入无源信标里程信息记录（2-8），同时计算两次读到无源信标时旋转编码里程器记录里程值（2-9），将结果保存为两个无源信标间旋转编码里程器记录里程值（2-10），之后立刻将旋转编码里程器计数归零（2-11），通过两个无源信标之间的里程值(2-4)和两个无源信标间旋转编码里程器记录里程值（2-10）计算旋转编码里程器误差系数（2-5）得到旋转编码里程器误差系数（2-6），系统获取旋转编码里程器里程信息（2-14）并将结果保存为当前旋转编码里程器里程值（2-13），系统通过调用当前旋转编码里程器里程值（2-13）和旋转编码里程器误差系数（2-6）校正旋转编码里程器里程信息（2-12），得到校正后的旋转编码里程器（1-3）的里程值，无源信标里程信息与校正后旋转编码里程器里程值求和（2-15）得到当前车辆的真实位置信息，然后显示、传输里程信息（2-16），里程信息可以在车内显示，并可以通过网络实时传送至检测、维修车辆检测系统或轨道交通管理的相关部门。

如图1、图3所示，基于无源信标技术的轨道交通车辆精确定位系统工作流程如下：

轨道交通车辆运行过程中，计算机（1-1）及信标读取器（1-2）保持在运行状态，信标读取器（1-2）处于不间断地获取/接收状态，当轨道交通车辆通过无源信标（1-4）安装位置时，信标读取器（1-2）读到无源信标（3-1），获取到无源信标（1-4）中存储的里程信息，并将里程信息传送至计算机（1-1），计算机（1-1）接收到里程信息（3-2）后与系统内存储的读到的上一个无源信标（1-4）内存储的里程信息无源信标里程信息记录（3-8）求差，计算两个无源信标之间的里程值（3-3）得到两个无源信标之间的里程值（3-4），并将此次接收到的里程信息（3-2）保存入无源信标里程信息记录（3-8），同时计算两次读到无源信标时惯性导航系统计算的里程值（3-9），将结果保存为两个无源信标间惯性导航系统计算的里程值（3-10），之后立刻将惯性导航系统里程值归零（3-11），通过两个无源信标之间的里程值(3-4)和两个无源信标间惯性导航系统计算的里程值（3-10）计算惯性导航系统误差系数（3-5）得到惯性导航系统误差系数（3-6），系统读取惯性导航系统里程值（3-14）并将结果保存为当前惯性导航系统里程值（3-13），系统通过调用当前惯性导航系统里程值（3-13）和惯性导航系统误差系数（3-6）校正惯性导航系统速度值及加速度偏差值（3-12），得到校正后的惯性导航系统（1-3）的里程值，无源信标里程信息与校正后惯性导航系统里程值求和（3-15）得到当前车辆的真实位置信息，然后显示、传输里程信息（3-16），里程信息可以在车内显示，并可以通过网络实时传送至检测、维修车辆检测系统或轨道交通管理的相关部门。

上述具体实施方式是本实用新型的优选实施例，并不用于限制本发明，所有基于无源信标技术和旋转编码里程器或惯性导航系统的对轨道交通车辆实施定位的方案都在本发明的保护范围之内。