一种基于RFID地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法与流程

本发明涉及轨道交通列车定位与控制技术领域，具体涉及一种基于rfid(radiofrequencyidentification--无线射频识别)地面信标的轨道交通列车拟合定位方法

背景技术：

列车定位是轨道交通控制系统中一项关键性的技术，精确、实时地获取列车的位置信息是轨道交通控制系统的基础。基于地面信标的列车定位是目前轨道交通广泛运用的一种定位方式。安装于两根钢轨中心枕木上的地面信标，在列车通过并接收到车载查询器发送的功率载波时被激活，向车载查询器发送地面信标的物理位置信息，实现车载定位系统及轨道交通列车地面监控中心对列车当前位置的定位和跟踪。地面信标提供了地面信标所在点的精确位置信息，相邻地面信标之间的列车定位则采用航迹的方法实现。列车的运动可以看作是在二维平面坐标系(x,y)中的运动，已知列车的起始位置(x0,y0)和初始航向角，通过实时测量列车的行驶距离和航向角的变化，就可实时推算出列车的位置。航迹推算是一个误差累计的过程，航迹推算系统的误差是一个发散的过程。目前的航迹推算系统基本组成包括测量航向的罗盘、角速度陀螺和测量距离变化的加速度计、里程仪、多普勒雷达。由于传感器的测量存在误差，定位误差将随时间推移而累加。尤其当航向信息的精度较差时，航迹推算系统推算出的列车轨迹将很快偏离实际行驶轨迹。为提高航向信息精度，提高航迹推算的精度，往往采用多个航向传感器的信息融合。因此，系统硬度结构复杂，同时还需要良好的数据融合算法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法，简化现有列车轨迹推算系统中系统硬件结构和算法，减少地面信标铺设数量，提高定位精度，提高系统的可靠性。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法，所述线路拟合定位方法包括下列步骤：

当安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，将地面信标的epc编码发送给车载地面信标读写终端，并经由有线信道传送至车载定位系统；

车载定位系统将所述epc编码，通过轨道交通的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心系统的计算机；

车载定位系统以所述epc编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位数据库副本，利用定位数据库提供的线路拟合参数a/b/c/d，结合车载里程计提供的速度和里程，实现车载定位系统对相邻地面信标之间的拟合定位；

轨道交通列车地面监控中心系统以所述epc编码为索引，检索定位数据库，利用定位数据库提供的线路拟合参数a/b/c/d，结合车载里程计提供的速度和里程，实现轨道交通列车地面监控中心系统对相邻地面信标之间的拟合定位。

进一步地，所述地面信标为封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频rfid电子标签，该rfid电子标签具有唯一的epc编码。

进一步地，将地面信标的epc编码按照rfid射频读写协议发送给车载地面信标读写终端。

进一步地，所述车载地面信标读写终端经由rs485或rs232c信道传送至车载定位系统。

进一步地，所述定位数据库存储于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机中，所述定位数据库副本存储于车载定位系统的计算机中，所述定位数据库与所述定位数据库副本的内容对于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机为可读可写信息，所述定位数据库副本的内容对于车载定位系统为只读信息。

进一步地，所述定位数据库和所述定位数据库副本的主索引为所述地面信标的epc编码。

进一步地，所述定位数据库与所述定位数据库副本的内容由轨道交通列车地面监控中心系统的计算机，在一定安全级别的信息安全授权和保护下，进行数据同步实时更新。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明利用轨道交通列车轨道建设中已经建立起的地理位置信息(包括地面信标点精确位置、相邻地面信标之间的曲线类型和曲线方程参数)，对地面信标之间的线路进行拟合定位。除道岔、站内等特殊位置点外，理论上，只需在线路曲线类型发生改变的地点(直线变缓和曲线、缓和曲线变圆曲线等处)设置地面信标((现有的地面应答器，需5m铺设1个地面应答器)，在定位精度得到提升的同时，大大减少了地面信标的铺设数量，降低了轨道交通定位地面装置铺设、维护的成本和工程量。

附图说明

图1是实施例中基于地面信标的轨道交通列车定位系统的结构示意图；

图2(a)是轨道交通铁路线路中直线示意图；

图2(b)是轨道交通铁路线路中圆曲线示意图；

图2(c)是轨道交通铁路线路中连接直线与圆曲线的缓和曲线示意图；

图3是本发明中公开的一种基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例

列车定位是轨道交通控制系统中一项关键性技术，精确、实时地获取列车的位置信息是轨道交通控制的基础。本实施例公开了一种基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合方法，为构成地面信标-卫星定位-航迹推算组合型列车定位系统，实现轨道交通列车“小编组，高密度”的行车组织模式提供技术支持。

本发明技术包括：1)基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合系统结构；2)航迹推算算法；3)定位系统数据结构。

系统结构如图1。

地面信标被安装于列车轨道两根钢轨中心的枕木上。地面信标读写终端安装于列车底部相应位置，以保证列车运行时，从正上方通过地面信标。地面信标读写终端通过rs232c或rs458连接至车载的列车控制计算机系统。车载列车控制计算机系统(简称车载定位系统)，通过轨道交通现有的通信信道，与设计于地面的轨道交通列车地面监控中心系统的计算机连接。

地面信标为封装于由聚脂材料热压成型的密闭容器内的通用高频(433mhz/915mhz)rfid电子标签，标签具有唯一的epc编码。

定位数据库存储于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机中，副本存储于车载定位系统的计算机中。定位数据库与副本数据库内容，对于轨道交通列车地面监控中心系统的计算机为可读可写信息，可由轨道交通列车地面监控中心的计算机，在一定安全级别的信息安全授权和保护下，进行数据同步实时更新。存放于车载定位系统计算机中的定位数据库副本，对于车载定位系统为只读信息。定位数据库的主索引为地面信标的epc编码。

定位数据库结构定义如下。

功能：索引值为地面信标epc编码，提供线路拟合参数.

表1.定位数据库dbasen0002记录结构

利用定位数据库提供的线路拟合参数，可实现对相邻地面信标之间位置的线性和非线性拟合定位。

线路拟合原理：

根据国家《铁路线路设计规范》规定，轨道交通铁路线路由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成，见图2(a)、图2(b)和图2(c)。

根据国家《铁路线路设计规范》，直线、圆曲线和缓和曲线的曲线方程分别为：

直线方程：y＝bx+c；

圆曲线方程用抛物线方程近似：y＝ax²+bx+c；

缓和曲线方程：

线路拟合一般方程：y＝ax³+bx²+cx+d；

对于直线，线路拟合一般方程参数定义为：a＝0,b＝0,c＝b,d＝c；

对于圆曲线,线路拟合一般方程参数定义为：a＝0,b＝a,c＝b,d＝c；

对于缓和曲线,线路拟合一般方程参数定义为：b＝0,c＝0,d＝0

根据附图3，本实施例中基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法的具体步骤如下：

1)当安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，按照rfid射频读写协议，将本地面信标的epc编码发送给车载地面信标读写终端，并经由rs485/rs232c信道传送至车载定位系统。

2)车载定位系统将该epc编码，通过轨道交通现有的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心的计算机。

3)车载定位系统以此epc编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位数据库副本，利用定位数据库提供的线路拟合参数a/b/c/d，结合车载里程计提供的速度和里程，实现车载定位系统对相邻地面信标之间的拟合定位。

4)轨道交通列车地面监控中心系统以此epc编码为索引，检索定位数据库，利用定位数据库提供的线路拟合参数a/b/c/d，结合车载里程计提供的速度和里程，实现轨道交通列车地面监控中心系统对相邻地面信标之间的拟合定位。

5)根据实际控制需要，制定具有一定安全权限的定位数据库更新流程，由轨道交通列车地面监控中心系统，进行定位数据库信息的修改和更新。由轨道交通列车地面监控中心系统确保全范围定位数据库信息的一致性。

实施例二

本发明实施例中地面信标(rfid标签)：采用深圳捷通科技jt-305超高频长条抗金属无源rfid电子标签，支持epcglobalc1gen2与iso18000-6c协议,工作频率860-960mhz；读写灵敏度-17dbm，标签芯片:alienh3；96位epc码,512位用户数据区。数据存储时间10年，可重复擦写次数：10万次。读取距离：5m(配合jt-8280读写器)。

本发明实施例中地面信标读写终端：采用深圳捷通科技jt-8280a超高频rfid读写器，支持iso18000-6c(epcg2)协议，工作频率902-928mhz，通信接口wiegand26\34\42、rj45、rs232数据接口，稳定工作距离5m.电源要求dc-7.5-12v,3a。

本发明实施例中车载定位系统与地面监控中心无线通信接口：采用济南有人物联网技术有限公司的gprs通信模块usr-gprs232-710。无线标准：gsm/gprs，标准频段：850/900/1800/1900mhz四频，发射功率：gsm900lass4(2w)/dcs1800class1(1w)；gprsterminaldeviceclass：classb，gprsmulti-slotclass：gprsclass10，gprscodingschemes：cs1-cs4，数据接口波特率300bps-115200bps。

本发明实施例中基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合定位方法的具体步骤如下：

1)安装于列车底部的地面信标读写终端经过地面信标正上方时，安装于列车轨道两轨间的枕木中心的无源地面信标，按照rfid射频读写协议，将本地面信标的epc编码发送给车载地面信标读写终端，并经由rs232c信道传送至车载定位系统。

2)车载定位系统将该epc编码，通过usr-gprs232-710接口建立的无线信道传送至轨道交通列车地面监控中心的计算机。

3)车载定位系统以此epc编码为索引，检索存储于车载定位系统的定位数据库副本，读出当前地面信标前后信标相关信息，及相邻上行和相邻下行信标与本地面信标之间的路段拟合参数a/b/c/d，实现对相邻地面信标间位置的拟合定位，在车载定位系统中实现对列车的实时定位跟踪和显示。

4)轨道交通列车地面监控中心系统以此epc编码为索引，检索定位数据库，读出当前地面信标前后信标相关信息，及相邻上行和相邻下行信标与本地面信标之间的路段拟合参数a/b/c/d，实现对地面信标间位置的拟合，在轨道交通列车地面监控中心系统中实现对列车的实时定位跟踪和显示。

综上所述，本发明针对轨道交通列车航迹推算的实际情况，借助于rfid地面信标所提供的轨道曲线信息，解决现有轨道交通列车航迹推算系统中存在的下列问题：1)地面信标铺设数量巨大；2)硬件结构复杂；3)定位精度低；4)多航向传感器数据融合算法复杂。本发明公开的一种基于rfid地面信标的轨道交通列车线路拟合方法，简化现有列车轨迹推算系统中系统硬件结构和算法，减少地面信标铺设数量，提高定位精度，提高系统的可靠性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。