冶金铁路机车车辆的主动定位方法与流程

本发明涉及一种冶金铁路系统中机车和车辆的精确和实时定位方法，尤其涉及一种冶金铁路机车车辆的主动定位方法。

背景技术：

目前铁路机车定位方式主要有以下2种，一是中国专利号cn00254083.5公开了一种使用gps定位系统建立的机车定位装置，其主要使用gps定位系统建立的机车定位装置，属于电子产品。该装置可对机车所在的方位进行定位、跟踪以及使其实现运行当中自动修正误差。该装置在机车车头上检测机车的坐标及速度与时间的变化，再计算出机车移动位移量，使其运行位移的采集过程与机车设备无关；以及通过与地面预测得到的地点方位的比较、跟踪，实现机车运行中自动修正误差和使用辅助传感器，如加速度传感器，也是实现机车无盲区跟踪的手段和办法。二是中国专利号cn200610023410.3公开了一种鱼雷罐车定位及车号检测方法和装置”，其主要公开了一种鱼雷罐车定位及车号检测方法，是在每个鱼雷罐车上装有一个定位兼车号标志牌，在高炉铁水灌装点的地面轨道道床上安装标志牌读头；当鱼雷罐车行驶到灌装位置范围时，标志牌读头将检测到的位置信号和标志牌内容送到控制器，控制器向显示报警器发送车号和位置；鱼雷罐车停在指定位置，并对接受到的车号和位置确认后，按确认键将信息传递给控制器；标志牌读头将检测到的到达位置信号和标志牌内容送到控制器，控制器将铁水罐车的定位情况和铁水罐车的车号送入铁水灌装控制系统，进行铁水灌装控制和车号、灌装次数管理。该专利能使鱼雷罐车灌装铁水准确定位，防止因定位误差而造成灌装铁水外溢，并对灌装次数进行统计和管理。

从以上两个专利可以看出，目前冶金铁路机车采用的技术分为两种：一是通过gps差分技术进行精确定位，另一种是通过地上应答器类（如rfid等）进行定位。gps差分定位技术通过设置gps差分基准站，通过对比机车与基准站之间的数据来推算机车的精确位置，理论上其可以达到2m的定位精度，一定程度上可以精确区分铁路线（间距最小5m）。但是gps差分定位技术主要存在以下几个缺点：1）由于冶金铁路需要从工业厂房区域通过，而在厂房内部及周围高大厂房附近，gps信号经常受到屏蔽，其定位误差会逐渐增大到5m以上，导致无法精确定位机车位置，造成机车不动或者机车错线等问题。2）恶劣气象条件也会影响到gps信号，导致机车无法精确定位。

地上应答器定位技术是在机车或车辆上安装应答器,通过在地上安装的读取设备来读取机车或车辆上应答器的内容，并对内容解析得出当前机车或车辆的车号信息。目前这种技术主要存在以下几个问题：1）机车或车辆当前位置的获得主要靠地上读取设备，地上读取设备布置越多，机车或车辆位置越准确，但成本越高；地上读取设备布置越少，机车或车辆定位会出现跳跃，不能实时知道机车或车辆的当前位置。2）目前地上读取设备一般需要从铁路信号机等位置取电，导致施工繁琐以及维护难度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冶金铁路机车车辆的主动定位方法，该定位方法能实现对冶金铁路机车和铁路车辆的精确定位。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种冶金铁路机车车辆的主动定位方法，第一，通过机车上rfid读取器读取轨道地面rfid标签实现机车位置的定位，再通过机车计程仪的信息对地面rfid标签之间的信息进行修正，从而显示机车的主动定位；第二，通过机车上rfid读取器读取车辆rfid标签实现机车摘挂车辆的判断，同时根据车辆挂接机车跟随机车的移动，通过对机车的定位就能实现对车辆进行实时定位。

所述定位方法的具体步骤是：

1）rfid标签添加信息，给每个标签存储一个唯一的识别号；rfid读取器安置于机车上，并且rfid读取器设置四个天线，其中两个天线设置在机车前后端面上，用来读取车辆rfid标签，两个天线设置为机车底部，用来读取地面rfid标签；

2）建立地面rfid标签识别号与地理位置、车辆rfid标签识别号与车辆号的对应关系表，其中：每个地面rfid标签识别号对应唯一的地理位置，每个车辆rfid标签识别号对应一个车辆车号；

3）rfid读取器每隔一定时间通过四个天线发射信号；

4）地面rfid标签和车辆rfid标签接收到信号后，被激活，并反馈信号；

5）rfid读取器在发射信号后通过天线监测信号，若在一定时间内接收到地面rfid标签和/或车辆rfid标签的反馈信号，识别并转化为rfid标签识别号id，并将该天线的信息置为该rfid标签识别号id；若在一定时间内没接收到地面rfid标签和/或车辆rfid标签的反馈信号，则天线的信息为空；监测信号结束后将四个天线的信息形成一个消息，传递给工控机消息队列；

6）工控机对消息队列进行如下处理：

6.1）判断消息队列是否有消息；没有消息则继续读取消息队列；消息队列有消息，则读取第一条消息，并删除消息队列的第一条消息，将后续消息按顺序提升排序；

6.2)对读取到的消息进行如下判断：

6.2.1)判断是否接收到地面rfid标签识别号id；若接收到地面rfid标签识别号id，根据该标签识别号及对应关系表，更新机车的定位信息，并将计程仪信息清零；若没有接收到地面rfid标签识别号id，则在前面机车定位信息上累加机车计程仪的信息，形成新的机车定位信息；

6.2.2)判断是否接收到车辆rfid标签识别号id；若接收到车辆rfid标签识别号id，则说明机车带着车辆共同运行，本次将该车辆与机车一起绑定，机车位置及车辆位置一致；

6.2.3)若没接收到车辆rfid标签识别号id，则判断机车上一次是否绑定车辆；如果机车上一次绑定车辆，而本次没接收到车辆rfid标签识别号id，说明车辆刚刚脱钩，则在本次中将机车与上一次绑定的车辆进行解除绑定，并将该车辆停留在上一次位置，不再变动；如果机车上一次没有绑定车辆，说明机车一直单独运行。

本发明冶金铁路机车车辆的主动定位方法是通过机车上rfid读取器读取轨道地面rfid无源标签实现机车位置的定位，再通过机车计程仪的信息对地面rfid无源标签之间的信息进行修正，从而得到机车定位；通过机车上rfid读取器读取车辆rfid无源标签实现机车摘挂车辆的判断，同时根据车辆挂接机车跟随机车的移动，通过对机车的定位就能实现对车辆进行实时定位。该定位方法能实现对冶金铁路机车和铁路车辆的精确定位，有效的提升了冶金企业的工艺铁路调度对现场生产运输过程的掌控程度。

本发明冶金铁路机车车辆的主动定位方法的有益效果是：

通过该定位方法，机车调度人员可以实时知道机车和车辆的位置。机车调度人员通过对机车的作业进度进行跟踪，一是可以动态了解机车的作业状态并据此估算机车的作业时间，从而可以及时的安排机车进行下一步作业,减少机车的停留时间，提高机车的使用效率；二是可以跟踪机车司机是否按照调度指令进行行使，及时纠正机车司机作业过程的失误；三是对多个机车的实时跟踪，当机车将进行交会作业时，可以对相关的机车司机进行提醒，确保司机作业的安全；四是对多个机车的实时跟踪，遇有作业时可以快速方便地选择最近的机车进行作业，从而可以提高机车的响应速度，确保现场作业的高效执行。

附图说明

图1为本发明冶金铁路机车车辆的主动定位方法流程图；

图2为冶金铁路机车车辆的主动定位系统框图；

图3为冶金铁路机车车辆的主动定位系统示意图。

图中：1工控机，2rfid读取器，3安装于机车前端面的rfid天线，4安装于机车前端车底的rfid天线，5安装于机车后端车底的rfid天线，6安装于机车后端面的rfid天线，7安装于车辆前端面的rfid标签，8安装于车辆后端面的rfid标签，9安装于铁路线路枕木上的rfid标签，10安装于机车上的计程仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种冶金铁路机车车辆的主动定位方法采用的主要技术手段是rfid技术，rfid技术设备一般由三部分组成：1）rfid标签(tag)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。2）rfid读取器（reader）：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。3）天线：在标签和读取器间传递射频信号。rfid技术的基本工作流程是：rfid读取器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当rfid标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，rfid标签获得能量被激活；rfid标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；rfid读取器接收天线接收到从rfid标签发送来的载波信号，对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。

参见图2和图3，一种冶金铁路机车车辆的主动定位系统，包括：安装于机车上的rfid读取器2、rfid天线、工控机1和计程仪10，安装于车辆前、后端面的rfid标签7、8，以及安装于铁路线路枕木上的rfid标签9；机车中控室安装有工控机1，工控机1通过rs-232-c接口与rfid读取器2相连，工控机1通过接口连接机车上的计程仪10。

所述rfid天线有四个，分别为安装于机车前端面的rfid天线3、安装于机车后端面的rfid天线6、安装于机车前端车底的rfid天线4、以及安装于机车后端车底的rfid天线5；rfid读取器2安装在机车中控室，rfid读取器2外接四个rfid天线3、4、5、6。

所述安装于机车前端车底的rfid天线4和安装于机车后端车底的rfid天线5用来读取安装于铁路线路枕木上的rfid标签9；所述安装于机车前端面的rfid天线3和安装于机车后端面的rfid天线6用来读取车辆标签。考虑到冶金铁路高温的特性，在rfid天线上还增加了隔温装置。

所述安装于铁路线路枕木上的rfid标签9埋设于枕上部中间，其内存储有唯一的地址信息。rfid标签9主要安装在机车运行的关键部位，如道岔的3个岔段，厂房门口，以及较长直线段上。所述安装于车辆前、后端面的rfid标签7、8，其内存储有车辆的车号信息。考虑到rfid有源标签需要外接电源,将带来施工布线的难题,并考虑到冶金铁路工业环境复杂，地面灰尘多，因此采用超高频的rfid无源标签。

一种冶金铁路机车车辆的主动定位方法，其步骤是，参见图1：

第一，通过机车上rfid读取器2读取轨道地面rfid标签9实现机车位置的定位，再通过机车计程仪10的信息对地面rfid标签之间的信息进行修正，从而显示机车的主动定位；

第二，通过机车上rfid读取器2读取车辆rfid标签7、8实现机车摘挂车辆的判断，同时根据车辆挂接机车跟随机车的移动，通过对机车的定位就能实现对车辆进行实时定位。

所述冶金铁路机车车辆的主动定位方法的具体步骤是：

1、rfid标签添加信息，给每个标签存储一个唯一的识别号；rfid读取器安置于机车上，并且rfid读取器设置四个天线，其中两个天线设置在机车前后端面上，用来读取车辆rfid标签，两个天线设置为机车底部，用来读取地面rfid标签；

2、建立地面rfid标签识别号与地理位置、车辆rfid标签识别号与车辆号的对应关系表，其中：每个地面rfid标签识别号对应唯一的地理位置，每个车辆rfid标签识别号对应一个车辆车号；

3、rfid读取器每隔一定时间通过四个天线发射信号；

4、地面rfid标签和车辆rfid标签接收到信号后，被激活，并反馈信号；

5、rfid读取器在发射信号后通过天线监测信号，若在一定时间（比发射信号周期短）内接收到地面rfid标签和/或车辆rfid标签的反馈信号，识别并转化为rfid标签识别号id，并将该天线的信息置为该rfid标签识别号id；若在一定时间（比发射信号周期短）内没接收到地面rfid标签和/或车辆rfid标签的反馈信号，则天线的信息为空；监测信号结束后将四个天线的信息形成一个消息，传递给工控机消息队列；

6、工控机对消息队列进行如下处理：

6.1判断消息队列是否有消息；没有消息则继续读取消息队列；消息队列有消息，则读取第一条消息，并删除消息队列的第一条消息，将后续消息按顺序提升排序；

6.2对读取到的消息进行如下判断：

6.2.1判断是否接收到地面rfid标签识别号id（即机车底部rfid天线的信息是否为空），若接收到地面rfid标签识别号id，根据该标签识别号及对应关系表，更新机车的定位信息，并将计程仪信息清零；若没有接收到地面rfid标签识别号id，则在前面机车定位信息上累加机车计程仪的信息，形成新的机车定位信息；

6.2.2判断是否接收到车辆rfid标签识别号id（即机车前后端面rfid天线的信息是否为空），若接收到车辆rfid标签识别号id，则说明机车带着车辆共同运行，本次将该车辆与机车一起绑定，机车位置及车辆位置一致；

6.2.3若没接收到车辆rfid标签识别号id，则判断机车上一次是否绑定车辆，如果机车上一次绑定车辆，而本次没接收到车辆rfid标签识别号id，说明车辆刚刚脱钩，则在本次中将机车与上一次绑定的车辆进行解除绑定，并将该车辆停留在上一次位置，不再变动；如果机车上一次没有绑定车辆，说明机车一直单独运行；

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。