一种线路末端防冒进控制方法及线路末端防冒进车载设备与流程

本发明涉及车辆定位检测技术领域，更具体地说，涉及一种线路末端防冒进车载设备，还涉及一种线路末端防冒进控制方法。

背景技术：

轨道交通车辆在正式线路上线前需要对车辆进行调试。目前各车辆制造厂，车辆维修基地的调试线路里程短，调试线路无地面信号系统，调试车辆较多等因素的叠加，调试人员稍不留神，容易出现调试车辆冒出线路末端的事故。车辆一旦冒出线路，轻则影响整个线路的调试作业，重则导致车辆严重损坏，造成百上千万元的经济损失。

目前，车辆定位及列车防护技术已在轨道交通线路成熟应用，其中基于地面应答器技术的列车定位及防护技术已在我国广泛应用，该技术需要在地面布置较多应答器，投资大，维护成本高，车载设备复杂，因而不适合应用于调试线路零时定位和防护。迫切需要一种投资成本低，使用方便，定位精度高的线路末端防冒进系统满足试验线路要求。

综上所述，如何有效地解决基于地面应答器技术的线路末端防冒进系统难以满足试验线路要求等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种线路末端防冒进车载设备，该线路末端防冒进车载设备的结构设计可以有效地解决基于地面应答器技术的线路末端防冒进系统难以满足试验线路要求的问题。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种线路末端防冒进车载设备，包括：

定位模块，与卫星定位系统连接，用于获取车辆的卫星定位；

校准模块，用于在所述车辆速度为零时将所述卫星定位与所述车辆的实际位置进行定位校准；

速度获取模块，用于实时获取所述车辆的当前速度并作为运算速度；

计算模块，用于根据所述运算速度计算获得所述车辆的运行距离；根据所述运行距离及所述车辆对应预定线路的起始点定位，计算获得所述车辆当前距末端的距离；根据所述运算速度，以预设加速度值计算获得所述当前速度对应的制动距离；

判断模块，用于判断所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值是否小于预设安全余量；

制动输出模块，与所述车辆的制动系统电连接，用于在所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时向所述制动系统发出制动指令。

优选地，上述线路末端防冒进车载设备中，所述校准模块包括：

采集单元，用于获取车辆的实际位置所属的区间，并通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位；

比较单元，用于比较所述卫星定位分别到所属区间两端的卫星定位坐标的距离之和与预设距离之差的绝对值是否小于预设允许偏差，若是，则完成定位校准，否则所述采集单元重新通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，直至所述绝对值小于所述预设允许偏差；其中，

所述区间为将所述预定线路每隔预设距离依次标定卫星定位坐标而划分为多个区间。

优选地，上述线路末端防冒进车载设备中，所述速度获取模块包括：

第一速获取度单元，与所述车辆的i/o接口连接以获取车辆的当前采集速度；

第二速度获取单元，与所述卫星定位系统连接以获取车辆的当前定位速度；

运算速度判定单元，用于在当前采集速度可用时将所述当前采集速度作为所述运算速度，否则以所述当前定位速度作为所述运算速度。

优选地，上述线路末端防冒进车载设备中，还包括偏差报警模块，用于在所述当前采集速度与所述当前定位速度的差值大于预设速度差时，输出报警指令。

优选地，上述线路末端防冒进车载设备中，还包括制动报警模块，用于在所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时，输出报警指令。

本发明提供的线路末端防冒进车载设备包括定位模块，与卫星定位系统连接，用于获取车辆的卫星定位；校准模块，用于在车辆速度为零时将卫星定位与车辆的实际位置进行定位校准；速度获取模块，用于实时获取车辆的当前速度并作为运算速度；计算模块，用于根据运算速度计算获得车辆的运行距离；根据运行距离及车辆对应预定线路的起始点定位，计算获得车辆当前距末端的距离；根据运算速度，以预设加速度值计算获得当前速度对应的制动距离；判断模块，用于判断车辆当前距末端的距离与制动距离的差值是否小于预设安全余量；制动输出模块，与车辆的制动系统电连接，用于在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量时向制动系统发出制动指令。

应用本发明提供的线路末端防冒进车载设备，校准模块在车辆的速度为零时将定位模块获取的车辆的卫星定位与车辆的实际位置进行定位校准；在车辆速度大于零时，速度获取模块实时获取车辆的当前速度并作为运算速度，计算模块根据运算速度计算获得车辆的运行距离；根据运行距离及辆对应预定线路的起始点定位，计算获得车辆当前距末端的距离；根据运算速度，以预设加速度值计算获得当前速度对应的制动距离；判断模块在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量时向制动系统发出制动指令，车辆自动紧急制动。综上，本发明提供的线路末端防冒进车载设备，无需地面应答设备，只需将其安装于车辆内，通过定位模块由卫星定位系统获取车辆的卫星定位，在零速度时才能通过卫星定位信号定位列车，确保了移动列车对定位精度的影响。定位精度高，结构简单，使用方便，投资小，维护成本低，能够满足试验线路的要求。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种线路末端防冒进控制方法，包括：

判断车辆的速度是否为零，若是，则通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，并与所述车辆的实际位置进行定位校准；否则执行后续步骤；

实时获取所述车辆的当前速度并作为运算速度，根据所述运算速度计算获得所述车辆的运行距离；

根据所述运行距离及所述车辆对应预定线路的起始点定位，计算获得所述车辆当前距末端的距离；

根据所述运算速度，以预设加速度值计算获得所述当前速度对应的制动距离；

当所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时，输出制动指令。

优选地，上述线路末端防冒进控制方法中，所述通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，并与所述车辆的实际位置进行定位校准，具体包括：

通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位；获取车辆的实际位置所属的区间；

比较所述卫星定位分别到所属区间两端的卫星定位坐标的距离之和与预设距离之差的绝对值是否小于预设允许偏差，若是，则完成定位校准，否则重新通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，直至所述绝对值小于所述预设允许偏差；其中，

所述区间为将所述预定线路每隔预设距离依次标定卫星定位坐标而划分为多个区间。

优选地，上述线路末端防冒进控制方法中，所述实时获取所述车辆的当前速度并作为运算速度，具体包括：

通过车辆的i/o接口获取车辆的当前采集速度，并通过卫星定位系统获取车辆的当前定位速度，判断所述当前采集速度是否可用，若是，则以所述当前采集速度作为所述运算速度，否则以所述当前定位速度作为所述运算速度。

优选地，上述线路末端防冒进控制方法中，还包括：

当所述当前采集速度与所述当前定位速度的差值大于预设速度差时，输出报警指令。

优选地，上述线路末端防冒进控制方法中，所述当所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时，还包括：

输出报警指令。

应用本发明提供的线路末端防冒进控制方法，由卫星定位系统获取车辆的卫星定位，在零速度时才能通过卫星定位信号定位列车，确保了移动列车对定位精度的影响。定位精度高，结构简单，使用方便，投资小，维护成本低，能够满足试验线路的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的线路末端防冒进车载设备的结构示意图；

图2为零速时校准算法示意图；

图3为本发明一个具体实施例的线路末端防冒进控制方法的原理示意图。

附图中标记如下：

定位模块101，校准模块102，速度获取模块103，计算模块104，判断模块105，制动输出模块106。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种线路末端防冒进车载设备，以满足试验线路要求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的线路末端防冒进车载设备的结构示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的线路末端防冒进车载设备包括定位模块、校准模块、速度获取模块、计算模块、判断模块和制动输出模块。

其中，定位模块，与卫星定位系统连接，用于获取车辆的卫星定位。具体可以通过天线接口与卫星定位系统连接。

校准模块，用于在车辆速度为零时将卫星定位与车辆的实际位置进行定位校准。在每次车辆速度为零时对当前车辆的卫星定位的精度和位置进行校准，如其偏离车辆的实际线路太大，则重新采样计算确认车辆在线路上的位置，直至将卫星定位校准至满足精度要求，实时获取卫星定位状态处于差分定位下。

速度获取模块，用于实时获取车辆的当前速度并作为运算速度。通过采集车辆的当前速度作为运算速度，为后续安全距离计算提供依据。具体车辆的当前速度可以通过实时采集车辆的速度获取，也可以通过卫星定位系统获取。

计算模块，用于根据运算速度计算获得车辆的运行距离；根据运行距离及车辆对应预定线路的起始点定位，计算获得车辆当前距末端的距离；根据运算速度，以预设加速度值计算获得当前速度对应的制动距离。也就是通过运算速度，并根据车辆对应的预定路线的起始点定位，通过基本的距离算法即可得出车辆当前速度对应的制动距离及车昂当前位置距末端的距离。

判断模块，用于判断车辆当前距末端的距离与制动距离的差值是否小于预设安全余量。具体预设安全余量的大小可根据实际情况进行设定，此处不作具体限定。

制动输出模块，与车辆的制动系统电连接，用于在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量时向制动系统发出制动指令。进而车辆能够紧急制动，有效防止了车辆冒出末端。优选的，在在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量，且未检测到制动指令时向制动系统发出制动指令。也就是当制动距离大于或者等于预设安全余量时，如司机无制动指令给出线路末端防冒进车载设备自动输出紧急制动，确保列车冒出线路末端。

该线路末端防冒进车载设备设置于列车两端的两个司机室中的至少一个。对于两个方向均可以运行的列车，则在两端的司机室中均设置该线路末端防冒进车载设备，并在司机占有司机室后，优选的，启动被占有的司机室内的线路末端防冒进车载设备，以便于计算。根据需要也可以采用未被占有的司机室内的线路末端防冒进车载设备，计算时需考虑列车的长度。

优选地，被占有的司机室内的线路末端防冒进车载设备为主设备，非占有的司机室内的线路末端防冒进车载设备为从设备，默认情况下以占用情况为向前方向。当列车运行于试验线路时主从设备都接受卫星定位数据与车辆数据，同时计算车辆的位置和状态。在运行过程中若主设备运行良好则由主设备对车辆输出安全信号；若主设备故障则自动切换到从设备。以从设备为当前安全信号输出设备，则在安全运行计算中安全距离长度须增加车辆的长度，运行方向根据占有信号判定。

对于只有一个运行方向的列车，也适用于上述安全防护原则，只需要安装一套线路末端防冒进车载设备即可。

应用本发明提供的线路末端防冒进车载设备，校准模块在车辆的速度为零时将定位模块获取的车辆的卫星定位与车辆的实际位置进行定位校准；在车辆速度大于零时，速度获取模块获取预设时间间隔的车辆的当前速度并作为运算速度，计算模块根据运算速度计算获得车辆的运行距离；根据运行距离及辆对应预定线路的起始点定位，计算获得车辆当前距末端的距离；根据运算速度，以预设加速度值计算获得当前速度对应的制动距离；判断模块在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量时向制动系统发出制动指令，车辆自动紧急制动。综上，本发明提供的线路末端防冒进车载设备，无需地面应答设备，只需将其安装于车辆内，通过定位模块由卫星定位系统获取车辆的卫星定位，在零速度时才能通过卫星定位信号定位列车，确保了移动列车对定位精度的影响。定位精度高，结构简单，使用方便，投资小，维护成本低，能够满足试验线路的要求。

进一步地，校准模块包括：

采集单元，用于获取车辆的实际位置所属的区间，并通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位；

比较单元，用于比较卫星定位分别到所属区间两端的卫星定位坐标的距离之和与预设距离之差的绝对值是否小于预设允许偏差，若是，则完成定位校准，否则采集单元重新通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，直至绝对值小于预设允许偏差；其中，

上述区间为将预定线路每隔预设距离依次标定卫星定位坐标而划分为多个区间。

具体的，针对每条实验线路，线路末端防冒进车载设备通过现场数据采集，并固化线路数据。具体预定线路可以存储于线路末端防冒进车载设备的存储模块内。并将预定线路每隔预设距离依次标定卫星定位坐标ai，如线路上每隔10m标定卫星定位坐标信息，则距离末端间隔一个预设距离的卫星定位坐标为a1，两个预设距离的卫星定位坐标为a2，依次类推至an，从而将预定线路划分为n+1个区间。通过卫星定位数据计算线路长度。优选的，通过将计算线路长度与实际长度对比，若长度误差大于预设误差值则需重新标定；如果与实际长度一致则依据此卫星定位数据对线路进行区间分区。

校准时，如图2所示，图2为零速时校准算法示意图。图中实线所示车辆的实际位置，虚线所示为车辆的卫星定位。卫星定位函数为f(ex,wx,zx)，当车辆速度为零且车辆为占有时，系统自动初始化校准。也就是获取车辆的实际位置所属的区间，如图所示车辆处于k点，即第k个卫星定位坐标与k+1点，即第k+1个卫星定位坐标区间时，则卫星定位距离线路k点的距离为：p＝|f(et0,wt0,zt0)-f(ek,wk,zt0)|，卫星定位距离线路k+1点的距离为：q＝|f(et0,wt0,zt0)-f(ek+1,wk+1,zk+1)|，则卫星定位分别到所属区间两端的卫星定位坐标的距离之和与预设距离之差的绝对值为：|p+q-g|

ε为预设允许偏差，若|p+q-g|≤ε则完成定位校准，否则采集单元重新通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，直至|p+q-g|≤ε。

本发明的卫星定位坐标能够以10米为一个区间，其精度比传统基于地面固定应答器的定位区间更小。且精确定位通过三角形计算方法对可能存在的定位偏离在线路上进行校正判定，消除定位偏离对定位计算的影响。

优选的，校准模块还可以包括运行校准单元，用于在车辆速度大于零时将卫星定位与车辆的实际位置进行定位校准。主要是针对较长线路(超过5km以上线路)，在运行计算过程中，定时对当前卫星定位的位置与当前运行计算的绝对位移计算值，及固化在软件的标定坐标进行对比，判定定位误差，并进行当前位置的校准。

在上述各实施例中，速度获取模块包括：

第一速获取度单元，与车辆的i/o接口连接以获取车辆的当前采集速度；

第二速度获取单元，与卫星定位系统连接以获取车辆的当前定位速度；

运算速度判定单元，用于在当前采集速度可用时将当前采集速度作为运算速度，否则以当前定位速度作为运算速度。

也就是速度有两个来源，一个来源于车辆实时采集速度，通过车辆的i/o接口直接从模拟量输出4～20ma信号获取；另一个来源于卫星定位速度。线路末端防冒进车载设备以车辆采集速度为运算速度，gps速度为辅助判定速度。即通过运算速度判定单元，在当前采集速度可用时将当前采集速度作为运算速度，否则以当前定位速度作为运算速度。当车辆实施采集速度失效或者调试过程尚未校准的情况下，为保证车辆的正常调试，可选取卫星定位速度信号为运算速度，确保防冒进系统在车辆实时采集速度不可用的情况下都可以进行调试。

车辆的运行速度采用卫星定位系统传送的实时速度与车辆采集的实时速度双冗余方式，以车辆采集速度为准，gps速度为冗余，确保了运行速度可靠。

进一步地，还包括偏差报警模块，用于在当前采集速度与当前定位速度的差值大于预设速度差时，输出报警指令。也就是当两者速度差超过预设速度差系统将报警，具体可待司机确认报警消失。预设速度差的具体数值大小可根据需要进行设置，此处不作具体限定。通过输出报警指令，提醒驾驶员当前采集速度与当前定位速度相差超过安全范围，从而便于驾驶员及时发现故障信息，并采取相应措施，从而提高车辆的安全性。

在上述各实施例中，还包括制动报警模块，用于在车辆当前距末端的距离与制动距离的差值小于预设安全余量时，输出报警指令。也就是当|p+q-g|≤ε时，向制动系统发出制动指令，以采取紧急制动。并输出报警指令，以提醒驾驶员注意，进一步提高安全性。

上述各实施例中，计算模块的算法判定可以如下：

车辆调试时车辆每128ms发送一次速度信号，加速度数据通过前后的速度差来确定，通过基本的距离算法计算车辆的运行距离，通过起始点定位与运行距离的计算可得出车辆距末端的距离。

运行距离可按下式计算：

在速度获取模块每隔128ms接收到车辆的当前速度时，则t＝128ms。需要说明的是，在每隔预设时间间隔获取车辆的当前速度也应属于实时获取所述车辆的当前速度的范畴。

制动距离通过实时计算在当前运行情况下的速度按照0.88米/秒²的紧急制动减速度计算安全距离，具体可按下式计算：

式中，ae为制动减速度。

则车辆当前距末端的距离为：

stm＝|f(et1,wt1,zt1)-f(eb,wb,zb)|＝b-st1

式中，b为车辆起始点距离末端的距离。

则，|stm-st2|≤σ时，制动输出模块向制动系统发出制动指令，式中，σ为预设安全余量。

综上，车辆运行中的定位通过列车实时速度与时间的积分计算出列车的运行距离，通过与起始定位点坐标的对比确定运行中的定位区间和定位点。车辆当前距末端的距离通过终点定位点与列车当前定位点计算出列车的目标距离。制动距离通过当前车辆实时速度，按照紧急制动减速度80％的余量计算紧急制动距离，当以上目标距离大于紧急制动距离则列车安全，当目标距离小于或等于紧急制动距离列车实施紧急制动。

本发明还公开了一种线路末端防冒进控制方法，包括以下步骤：

s1：判断车辆的速度是否为零，若是，则通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，并与所述车辆的实际位置进行定位校准；否则执行后续步骤；

s2：实时获取所述车辆的当前速度并作为运算速度，根据所述运算速度计算获得所述车辆的运行距离；

s3：根据所述运行距离及所述车辆对应预定线路的起始点定位，计算获得所述车辆当前距末端的距离；

s4：根据所述运算速度，以预设加速度值计算获得所述当前速度对应的制动距离；

s5：当所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时，输出制动指令。

进一步地，上述步骤s1中通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，并与所述车辆的实际位置进行定位校准，具体包括：

通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位；获取车辆的实际位置所属的区间；

比较所述卫星定位分别到所属区间两端的卫星定位坐标的距离之和与预设距离之差的绝对值是否小于预设允许偏差，若是，则完成定位校准，否则重新通过卫星定位系统获取车辆的卫星定位，直至所述绝对值小于所述预设允许偏差；其中，

所述区间为将所述预定线路每隔预设距离依次标定卫星定位坐标而划分为多个区间。

在上述各实施例中，步骤s2中实时获取所述车辆的当前速度并作为运算速度，具体包括：

通过车辆的i/o接口获取车辆的当前采集速度，并通过卫星定位系统获取车辆的当前定位速度，判断所述当前采集速度是否可用，若是，则以所述当前采集速度作为所述运算速度，否则以所述当前定位速度作为所述运算速度。

进一步地，还包括：

当所述当前采集速度与所述当前定位速度的差值大于预设速度差时，输出报警指令。

更进一步地，步骤s5中当所述车辆当前距末端的距离与所述制动距离的差值小于预设安全余量时，还包括：

输出报警指令。

具体线路末端防冒进控制方法中的相关解释请参考上述线路末端防冒进车载设备的相关表述，此处不再赘述。该控制方法的原理请参考图3。

需要说明的是，本发明提供的线路末端防冒进车载设备及线路末端防冒进控制方法不仅适用于轨道交通车辆，同时也适用于其他具有固定路线的移动设备或车辆的防碰撞与防冒进应用中。上述提到的卫星定位既包括gps定位技术，也包含北斗定位技术。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。