车载定位系统及其使用方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在一个轨道网络中判断每个车辆的位置基本上用于维持车辆在轨道网络中的精确控制和协调的移动。在一些方案中，车辆定位信息只是在轨道的在轨设备上使用，例如计轴器或轨道电路，它们产生一个位置信号，以响应轨道上在在轨设备所在位置上车辆的出现。如果在轨设备被损坏，因此产生了错误的正向或错误的负向位置信号，人们被派遣到在轨设备的所在位置进行修理。
[0002]在一些方案中，车辆定位信息用于位于轨道旁的路边设备，例如转发器和光学设备，它们产生了位置信号，以响应车辆从路边设备的通过。如果路边设备被损坏，因此产生了错误的正向或错误的负向位置信号，人们被派遣到路边设备的所在位置进行修理。在每个上述的方案中，位置信息被传输到一个分离的控制系统，它提供轨道网络中车辆的运行授权，以维持车辆间的恰当距离，并控制乘客或货物从一个位置向另一个的转移。位置信息也被传输到车辆移动控制系统，以使车辆被控制停止。
【附图说明】
[0003]一个或多个实施例只是用于说明，而非限定，在其附图中，具有相同参考号的元素代表所有类似的元素。需要强调的是，根据工业可变特征中的标准实践，可能没有按比例绘出，并且只是用于说明的目的。事实上，图中可变特征的大小，为了讨论的需要，可能被随意的增加或减少。
[0004]根据一个或多个实施例，图1是一个惯性导航系统(INS)的框图；
[0005]根据一个或多个实施例，图2是车载的定位系统(VBPS)的框图，包括一个INS;
[0006]根据一个或多个实施例，图3是一个普通目的的计算机设备的框图，用于实施一个VBPS ；
[0007]根据一个或多个实施例，图4是一个车辆C穿越一个轨道的示意图，包括一个VBPS;
[0008]根据一个或多个实施例，图5是一个运行VBPS的方法的流程图；以及
[0009]根据一个或多个实施例，图6A-6F是一个沿着一段轨道运行的VBPS的示意图。
【具体实施方式】
[0010]以下的内容提供了许多不同的实施例，或例子，用于实施本发明的不同特征。以下组件的特点例子和分布用于简化本发明。这些只是例子，而并非用于限定。
[0011]在一个轨道网络中的车辆的位置判定是车辆在整个轨道网络中能有效的和协调的移动。并非在车辆上面的位置判定设备，例如在轨道上的或沿着轨道的旁边，是属于被环境和其它外部条件高风险损坏和干涉的设备。例如，在一个光学发送机和一个光学接收机之间的灰尘和碎片产生了错误的正向和反向结果，在一些情况下。并且，对于暴露在环境中的位置判定设备，设备的氧化和其它的退化是一种更普遍的情况。通过在车辆上的位置判定设备上添加完全覆盖的外壳，花费在修理和清洁位置设备上的时间和成本被极大的减少了。通过减少或消除对车辆的轴/轮的连接，运行车辆的可靠性被增加了。
[0012]在一些不包括车载的定位系统的方案中，由轨道安装设备提供的所谓“过程定位”，由转速计或车轮上安装的传感器增强了，用于更精细的分辨率，以提供精确的定位。
[0013]一个车载的定位系统(VBPS)包括一个位于车辆上的惯性导航系统(INS)。图1是根据一个或多个实施例，INS100的一个框图。INS100包括一个处理器102，用于从多个传感器接收信息，并通过一个收发器104从一个外部控制系统(未显示)接收信息。多个传感器包括一个加速计106，用于测量车辆的加速度，方向，倾斜度和振动。多个传感器还包括一个惯性测量单元(IMU)108，用于测量惯性的改变，例如，车辆的俯仰，摇晃和偏航。在一些实施例中，多个传感器包括附加的传感器，例如一个全球定位系统(GPS) 110，一个磁力计112，一个高度计116或一个温度传感器118。
[0014]处理器102用于接收来自多个传感器的信息，并且基于接收的信息，产生一个方向信号，方向信号指出了车辆的一个精确的方向状态，包括车辆的前进方向，俯仰，摇晃和偏航。在一些实施例中，处理器102产生的方向信号包括附加的信息，例如速度，高度，从一个最近检查点运动的距离，或者是车辆的磁坐标。处理器102发送方向信号至收发器104。处理器102也用于从收发器104接收信息，包括一个激活信号，在一些实施例中INS100是一个第二位置判定系统。处理器102也用于根据多个传感器测量的门限值接收信息。在一些实施例中，门限值用于判定特定传感器的错误工差。在一些实施例中，门限值用于判定对车辆的冲击或车辆从轨道上的偏移，例如出轨。
[0015]收发器104用于接收从处理器102接收的方向信号，并传输方向信号至外部组件或网络。收发器104也用于从外部组件或网络接收信息，并传输接收的信息至处理器104。
[0016]加速计106用于沿着轨道测量车辆的加速度。在一些实施例中，处理器102使用测量的加速度判定车辆的速度或方向。加速计106也用于测量车辆的俯仰或摆动。在一些实施例中，处理器102使用测量的倾斜判定车辆是否被另一个物体撞击，例如，被另一个车辆侧击。例如，在一个检测的倾斜上速率的改变超过了一个门限值意味着车辆遭受了撞击。在一些实施例中，处理器102使用了测量的倾斜，以判定车辆是否偏离了轨道。例如，如果测量的倾斜超过了一个门限值，方向信号指出车辆不再沿着轨道行驶。在一些实施例中，处理器102使用测量的摆动，以判定轨道的状况。例如，如果测量的摆动超过了一个门限值，处理器102判定轨道需要维修。在一些实施例中，处理器102产生了一个维修信号，指出了轨道需要维修。在一些实施例中，加速计包含一个压电加速度计，一个激光加速度计，或一个摇摆的综合陀螺加速度计(PIGA)至少其中之一。
[0017]頂U108用于测量车辆的一个摇晃，俯仰或偏航。在一些实施例中，頂U108包含多个陀螺仪和/或加速计。在一些实施例中，MU108和加速计106被整合成一单个的传感器布置。在一些实施例中JMU108判定车辆相对于重力方向的摇晃，俯仰或偏航。在一些实施例中，IMU108判定车辆的一个方位，方向和高度。在一些实施例中JMU108还包括一个重力传感器，以减少车辆的摇晃，俯仰或偏航中的错误。在一些实施例中，MU108中包含一个温度感应元件。温度感应元件通过计算为MU108提供校准，用于在判定值内温度导致的变化。
[0018]GPSllO用于测量车辆的经度和维度。在一些实施例中，GPSllO用于提供车辆位置的粗略估计。在一些实施例中，GPSllO通过提高INS100—个参考点，减少了頂U108的测量中的错误，因此位置判断中的微小错误不会在INS中累积。
[0019]在一些实施例中，磁力计112用于测量重力的方向，以帮助校准IMU108的测量。在一些实施例中，磁力计112基于地球的磁场，判定车辆的粗略的经度和维度。在一些实施例中，磁力计112包含一个矢量磁力仪，例如一个旋转线圈磁力仪，一个霍尔效应磁力仪，一个磁阻设备或另一个合适的测力仪。
[0020]转速计114用于测量车辆的一个轮子的一些旋转。在一些实施例中，轮子的转速用于估计从最近的检查点移动的距离。在一些实施例中，轮子的转速用于判定车辆的速度。在一些实施例中，转速计114包含一个光隔离器开槽圆盘传感器，一个霍尔效应传感器，或另一个合适的转速计。
[0021 ]高度计116用于测量车辆相对于特定点的高度，例如海平面。在一些实施例中，高度计116用于校准頂U108的测量。在一些实施例中，高度计116包含一个气压高度计，一个全球定位系统，或另一个合适的高度计。
[0022]温度传感器118用于测量轨道周围外部环境的温度。在一些例子中，轨道的温度影响了轨道的完整性。例如，当轨道的温度增加时，轨道在车辆通过时更易变形。在一些实施例中，温度用于判定车辆的最大允许速度。在一些实施例中，温度传感器118包含一个恒温器，一个热敏电阻，一个热电偶，或其它合适的温度感应元件。
[0023]INS100用于检测车辆沿着轨道任意点的惯性参数。使用来自INS100的信息，VBPS可以通过比较INS中获取的检测的车辆的惯性数据与存储在轨道数据库中的数据，判定沿着轨道车辆的位置。在一些实施例中，轨道数据库包括一个轨道的三维地图，地图包括存储的轨道的惯性参数。在车辆的检测的惯性参数和存储的轨道的惯性参数间的比较，提供了沿着轨道的车辆的位置。
[0024]在一些实施例中，轨道数据库通过沿着轨道通过一个测试车辆产生，车辆包括一个INS，例如为INS100。一个附加的位置判定系统用于沿着轨道关联检测的惯性参数与一个位置，惯性参数由测试车辆的INS检测。此信息被交叉引用并存储在轨道数据库内。在一些实施例中，测试车辆沿着轨道穿越超过一次，以便增加轨道数据库内存储的惯性参数的精度。
[0025]根据一个或多个实施例，图2是VBPS200的框图，包括一个INS202。在一些实施例中，INS202同INS100(图1)相同。VBPS200还包括一个轨道数据库204。轨道数据库204包括沿着轨道的存储的惯性参数以及交叉引用的位置。VBPS200还包括一个重要的车载控制器(V0BO206J0BC206用于比较来自INS202的检测的惯性数据与来自轨道数据库204的轨道的存储的惯性参数。V0BC206也用于产生信号