专利名称：铁路机车调车用测距仪及其测距方法
技术领域：
本发明涉及一种测距仪，尤其涉及一种铁路机车调车用测距仪及其测距方法。
背景技术：
目前在铁路系统中机车调车作业时，机车在后方推动列车，调车员在列车最前端对前方 土挡、车辆、警示标三种情况进行目测距离，用对讲机报告司机，司机根据到目标的距离逐 步降低车速，实现安全停靠或对接。由于多种原因，经常出现目测不准等现象，严重时可能 造成事故。
受到使用环境的制约，代替调车员进行测距的设备一直没有研制成功。传统的激光、雷 达测距方式，需要一直瞄准被测目标，调车员工作时站在车厢外， 一手抓住扶手另一只手拿 对讲机，无法操作测距装置，且易受天气、邻近轨道车辆的干扰，在行驶路线上有弯道的情 况下，不能测出实际行驶距离。同时，现有的测距仪可大体分为激光式、超声波式或者机电 相结合等主要类别，对于激光式测距仪，其测量精度高，但设备成本也相应提高，同时由于 光线直线传播的原理，它在测量中必须保证随时对准测量设备才能进行准确的测量，其在实 际应用不仅成本高，而且操作复杂，对于机车的倒车这种情况采用此种设备显然是不合适的 ，而且由于倒车是个动态的过程，必须实时根据测量的距离对车速进行调整，因此激光类测 距仪无法满足倒车的需要；对于超声波类设备，其虽然不必像激光类设备那样操作上过于复 杂，但对于机车倒车而言，其周边是由大量的其他车体或设备存在的，这样对于超声波测距 而言，其测量的准确性大打折扣，同时对于像弯路这样的路况而言，它同样不易完成实时测 量，不能提供准确的距离信息；对于机电结合类的测距仪而言，其结构复杂度高，设备沉重 ，不易进行手持操作，而且测量时会遇到激光类测距仪同样的问题。随着GPS系统精度的逐 渐提高，这一问题有了解决的可能。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有结构简单，使用方便，配合线路地 理信息数据，可实时计算到前方目标所需行驶距离和当前车速，辅助调车员完成工作等优点 的铁路机车调车用测距仪及其测距方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种铁路机车调车用测距仪，它由差分站和手持机组成，其中差分站为计算机它采用无线方式广播RTCM格式DGPS差分校正信息；手持机包括微控制器MCU，微控制器分别与FLASH存
储器、GPS接收机、键盘、液晶显示屏、无线接收模块、语音模块及接口电路连接；
微控制器是数据处理和控制中心，它接收GPS接收机和无线接收模块送来的数据，确定
机车当前的位置和速度，完成距离计算和运行轨迹记录，通过语音模块提示用户距离速度信
息，通过键盘和液晶显示屏与使用者进行交流；
GPS接收机接收GPS卫星广播的数据，输出地理位置、运动状态和时间信息； 无线接收模块接收差分站广播的DGPS差分校正信息，送给MCU，以提高定位数据的精确
性和稳定性；
FLASH存储器保存有本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位置信息，同时用
来记录调车作业中列车的运行轨迹和速度数据；
语音模块具有语音合成功能，用来提示用户前方目标距离、行车速度是否超速信息； 键盘和液晶显示屏是微控制器与用户交互的界面，使用者通过它来操作本设备； 数据接口用来连接PC机，完成工作参数设置，程序升级，下载地理信息数据，上传记录
的运行轨迹工作；
电池为整个设备的工作提供电力。 铁路机车调车用测距仪的测距方法，它的步骤为
1) 在进行调度作业前先从PC机下载本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位 置数据到测距仪；
2) 在开始作业时，首先确定目标的位置，当目标是已存储的固定点时，通过分类査找 或直接输入目标代号，调出存储的位置数据；
如果前方是临时目标，先在目标处用单点位置测量功能，测量并保存目标位置，然后输 入目标位置数据，接着输入运行路线编号进行调度作业；
在没有运行线路地理数据的情况下，使用巡线功能采集线路数据，用临时采集的线路数 据进行作业；
3) 在作业开始后，设备定时用语音提示调度员到前方目标的距离和行车速度是否超速 并在液晶屏上显示距离车速等信息，语音提示时间则根据车速设定提前播报的时间量，保证 和实际距离的一致性；同时记录运行轨迹、速度、时间信息， 一班工作结束后可将运行记录 上传到PC机供备案。
所述步骤l)中地理位置数据的获得为铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据使 用测距仪对线路和单点位置进行实测，记录在机内FLASH存储器中，再上传到PC机经编辑处理后得到，或利用已有电子地图的数据，经校正、格式转换得到；
每条铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据，按股道、上下行、货场进行分类索引 ，并添加文字说明，形成数据文件下载到手持机中。
所述步骤2)中单点位置测量时，测距仪放置在待测点上，待到读数收敛达到精度要求 后停止测量，读出数据或添加编号保存到机内，保存的测量数据可上传到PC机中。
所述步骤2)中巡线功能采集线路数据，调车员携带测距仪由作业起始点沿线路巡视到 目标点再返回起始点，在机内记录线路的地理信息数据，可用于调车作业。
所述步骤3)中行车速度的确定为铁路线用一系列直线段表示，每个线段用序号、端 点坐标、长度表示，在对路线分段时，每个直线段的长度与它对应的实际路线的误差被控制 在设定范围内，每段铁路线由编号、文字描述、线段总数和每个线段的数据组成，所有数据 在PC机上编辑处理好后，下载到手持机中；
手持机先将目标位置、当前位置用道路匹配算法映射到指定的路线上，然后依次计算线 路上当前点到目标点间各线段长度之和，既是当前机车到目标所要行驶的距离，具体计算过 程为，将路线上A、 B两点间的线路分成多个直线段，A点在线段l中，B在线段n中，C点是线 段1的终点，D点是线段n的起点，四个点的纬度、经度分别是A(Latl，Lonl)， B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直线段的长度是Lm， AB两点间行驶距
离是<formula>formula see original document page 7</formula>其中常数A^11120米，经、纬度的单位是度。
本发明整个系统由差分站和手持机两部分组成，差分站用无线方式广播RTCM格式DGPS差 分校正信息，覆盖半径为五至十公里， 一般设置在所覆盖区域的制高点处，手持机利用差分 校正数据可获得更精确稳定的定位效果。
本发明具有辅助车辆调度、线路测量、单点位置测量功能，其过程为
在调度作业进行过程中，GPS接收机和无线接收模块定时将定位数据、差分校正数据送 到MCU中，MCU确定即时位置和速度信息后，从FLASH存储器中査询相应道路的地理信息数据 ，沿路线依次累计各分段的长度，得到距目标的行驶距离，依规则判断是否超速，将提示信 息送语音模块并显示在液晶显示屏上，同时将当前位置坐标、速度、时间信息记录到FLASH 存储器中，此过程反复进行直到作业结束。
在线路测量过程中，GPS接收机和无线接收模块定时将定位数据、差分校正数据送到MCU 中，MCU确定即时位置和速度信息后，加入时间信息、路线标号，记录到FLASH存储器中，此过程反复进行直到作业结束。
在单点位置测量中，GPS接收机和无线接收模块定时将定位数据、差分校正数据送到MCU中，MCU确定即时位置后，求出平均位置和收敛度在液晶屏上显示出来，直到测量结束，测量结果可添加编号、时间后存储到FLASH存储器中。
单点和线路测量数据，可上传到PC机中进行后续处理。
本设备在进行调度作业前先从PC机下载本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位置数据。在使用中，当目标是已存储的固定点时直接输入目标代号，当目标是停在铁路线上的列车时，调车员先在目标处测量并设定目标位置，再返回运行车辆处进行调度作业，或由另一人持本设备在目标处测量位置，通过对讲机告知调度员，调度员手工输入目标位置数据然后进行调度作业。在开始工作后，设备定时用语音提示调度员到前方目标的距离和行车速度是否超速并在液晶屏上显示距离车速等信息，语音提示根据车速有一定的提前量，保证和实际距离的一致性；同时记录运行轨迹、速度、时间信息， 一班工作结束后可将运行记录上传到PC机供备案。
在进行线路测量时，将测距仪固定在运行车辆上，GPS接收天线位于两条铁轨中间，输入线路编号开始测量，车辆以每小时20到40公里的速度匀速来回运行多次，结束测量保存数据，最后将数据上传到PC机中处理。
在做单点位置测量时，在菜单上启动此功能，机器放置在待测点上，看到数据收敛后停止测量，读出数据或保存到机内，最后将数据上传到PC机中。
本发明的有益效果是
(1) 使用简便，工作时佩戴在身上即可，不需要瞄准等复杂操作，利用语音提示前方距离和超速警告。
(2) 不受弯道、天气因素的干扰。
(3) 使用差分方式提高GPS定位精度。
图l为手持机组成框图；图2为计算线路长度示意图。
其中，l.微控制器MCU， 2.FLASH存储器，3. GPS接收机，4.液晶显示屏，5.无线接收模块，6.语音模块，7.数据接口， 8.键盘，9.电池。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。本发明由差分站和手持机组成，其中差分站为计算机它采用无线方式广播RTCM格式DGPS差分校正信息；手持机如图l所示，包括微控制器MCU1，微控制器MCU1分别与FLASH存储器2、GPS接收机3、键盘8、液晶显示屏4、无线接收模块5、语音模块6及接口电路7连接；
微控制器MCU1是数据处理和控制中心，它接收GPS接收机和无线接收模块送来的数据，确定机车当前的位置和速度，完成距离计算和运行轨迹记录，通过语音模块提示用户距离速度信息，通过键盘和液晶显示屏与使用者进行交流；
FLASH存储器2保存有本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位置信息，同时用来记录调车作业中列车的运行轨迹和速度数据；
GPS接收机3接收GPS卫星广播的数据，输出地理位置、运动状态和时间信息；液晶显示屏4和键盘8是微控制器MCU1与用户交互的界面，使用者通过它来操作本设备；无线接收模块5接收差分站广播的DGPS差分校正信息，送给MCU，以提高定位数据的精确性和稳定性；
语音模块6具有语音合成功能，用来提示用户前方目标距离、行车速度是否超速信息；数据接口7用来连接PC机，完成工作参数设置，程序升级，下载地理信息数据，上传记录的运行轨迹工作；
电池9为整个设备的工作提供电力。本发明的工作原理和使用方法
铁路机车调车用测距仪的测距方法，它的步骤为
1) 在进行调度作业前先从PC机下载本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位置数据到测距仪；
2) 在开始作业时，首先确定目标的位置，当目标是已存储的固定点时，通过分类査找或直接输入目标代号，调出存储的位置数据；
如果前方是临时目标，先在目标处用单点位置测量功能，测量并保存目标位置，然后输入目标位置数据，接着输入运行路线编号进行调度作业；
在没有运行线路地理数据的情况下，使用巡线功能采集线路数据，用临时采集的线路数据进行作业；
3) 在作业开始后，设备定时用语音提示调度员到前方目标的距离和行车速度是否超速并在液晶屏上显示距离车速等信息，语音提示时间则根据车速设定提前播报的时间量，保证和实际距离的一致性；同时记录运行轨迹、速度、时间信息， 一班工作结束后可将运行记录上传到PC机供备案。所述步骤l)中地理位置数据的获得为铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据使用测距仪对线路和单点位置进行实测，记录在机内FLASH存储器中，再上传到PC机经编辑处理后得到，或利用已有电子地图的数据，经校正、格式转换得到；
每条铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据，按股道、上下行、货场进行分类索引，并添加文字说明，形成数据文件下载到手持机中。
所述步骤2)中单点位置测量时，测距仪放置在待测点上，待到读数收敛达到精度要求后停止测量，读出数据或添加编号保存到机内，保存的测量数据可上传到PC机中。
所述步骤2)中巡线功能采集线路数据，调车员携带测距仪由作业起始点沿线路巡视到目标点再返回起始点，在机内记录线路的地理信息数据，可用于调车作业。
所述步骤3)中行车速度的确定为铁路线用一系列直线段表示，每个线段用序号、端点坐标、长度表示，在对路线分段时，每个直线段的长度与它对应的实际路线的误差被控制在设定范围内，每段铁路线由编号、文字描述、线段总数和每个线段的数据组成，所有数据在PC机上编辑处理好后，下载到手持机中；
手持机先将目标位置、当前位置用道路匹配算法映射到指定的路线上，然后依次计算线路上当前点到目标点间各线段长度之和，既是当前机车到目标所要行驶的距离，具体计算过程为，将路线上A、 B两点间的线路分成多个直线段，A点在线段l中，B在线段n中，C点是线段1的终点，D点是线段n的起点，四个点的纬度、经度分别是A(Latl，Lonl)，B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直线段的长度是Lm， AB两点间行驶距
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其中常数A^11120米，经、纬度的单位是度。
权利要求
1.一种铁路机车调车用测距仪，其特征是，它由差分站和手持机组成，其中差分站为计算机它采用无线方式广播DGPS差分校正信息；手持机包括微控制器MCU，微控制器MCU分别与FLASH存储器、GPS接收机、键盘、液晶显示屏、无线接收模块、语音模块及接口电路连接；微控制器MCU是数据处理和控制中心，它接收GPS接收机和无线接收模块送来的数据，确定机车当前的位置和速度，完成距离计算和运行轨迹记录，通过语音模块提示用户距离速度信息，通过键盘和液晶显示屏与使用者进行交流；GPS接收机接收GPS卫星广播的数据，输出地理位置、运动状态和时间信息；无线接收模块接收差分站广播的DGPS差分校正信息，送给MCU，以提高定位数据的精确性和稳定性；FLASH存储器保存有本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位置信息，同时用来记录调车作业中列车的运行轨迹和速度数据；语音模块具有语音合成功能，用来提示用户前方目标距离、行车速度是否超速信息；键盘和液晶显示屏是微控制器MCU与用户交互的界面，用户通过它来操作本设备；数据接口用来连接PC机，完成工作参数设置，程序升级，下载地理信息数据，上传记录的运行轨迹工作；电池为整个设备的工作提供电力。
2. 一种权利要求l所述的铁路机车调车用测距仪的测距方法，其特征 是，它的步骤为1) 在进行调度作业前先从PC机下载本作业区域内所有铁路线、土挡、警示标的地理位 置数据到测距仪；2) 在开始作业时，首先确定目标的位置，当目标是已存储的固定点时，通过分类査找 或直接输入目标代号，调出存储的位置数据；如果前方是临时目标，先在目标处用单点位置测量功能，测量并保存目标位置，然后 输入目标位置数据，接着输入运行路线编号进行调度作业；在没有运行线路地理数据的情况下，使用巡线功能采集线路数据，用临时采集的线路 数据进行作业；3)在作业开始后，设备定时用语音提示调度员到前方目标的距离和行车速度是否超速 并在液晶屏上显示距离车速等信息，语音提示时间则根据车速设定提前播报的时间量，保证 和实际距离的一致性；同时记录运行轨迹、速度、时间信息， 一班工作结束后可将运行记录 上传到PC机供备案。
3 如权利要求2所述的铁路机车调车用测距仪的测距方法，其特征是 ，所述步骤l)中地理位置数据的获得为铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据使用 测距仪对线路和单点位置进行实测，记录在机内FLASH存储器中，再上传到PC机经编辑处理 后得到，或利用已有电子地图的数据，经校正、格式转换得到；每条铁路线和沿线土挡、警示标的地理信息数据，按股道、上下行、货场进行分类索 引，并添加文字说明，形成数据文件下载到手持机中。
4 如权利要求2所述的铁路机车调车用测距仪的测距方法，其特征是 ，所述步骤2)中单点位置测量时，测距仪放置在待测点上，待到读数收敛达到精度要求后 停止测量，读出数据或添加编号保存到机内，保存的测量数据可上传到PC机中。
5 如权利要求2所述的铁路机车调车用测距仪的测距方法，其特征是 ，所述步骤2)中巡线功能采集线路数据，调车员携带测距仪由作业起始点沿线路巡视到目 标点再返回起始点，在机内记录线路的地理信息数据，可用于调车作业。
6 如权利要求2所述的铁路机车调车用测距仪的测距方法，其特征是 ，所述步骤3)中行车速度的确定为铁路线用一系列直线段表示，每个线段用序号、端点坐 标、长度表示，在对路线分段时，每个直线段的长度与它对应的实际路线的误差被控制在设 定范围内，每段铁路线由编号、文字描述、线段总数和每个线段的数据组成，所有数据在PC 机上编辑处理好后，下载到手持机中；手持机先将目标位置、当前位置用道路匹配算法映射到指定的路线上，然后依次计算 线路上当前点到目标点间各线段长度之和，既是当前机车到目标所要行驶的距离，具体计算 过程为，将路线上A、 B两点间的线路分成多个直线段，A点在线段l中，B在线段n中，C点是 线段1的终点，D点是线段n的起点，四个点的纬度、经度分别是A(Latl，Lonl)， B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直线段的长度是Lm， AB两点间行驶距离是 <formula>formula see original document page 4</formula>其中常数A^11120米，经、纬度的单位是度。
全文摘要
本发明公开了一种铁路机车调车用测距仪及其测距方法。它具有结构简单，使用方便，配合线路地理信息数据，可实时计算到前方目标所需行驶距离和当前车速，辅助调车员完成工作等优点，其结构为它由差分站和手持机组成，其中差分站为计算机它采用无线方式广播DGPS差分校正信息；手持机包括微控制器MCU，微控制器MCU分别与FLASH存储器、GPS接收机、键盘、液晶显示屏、无线接收模块、语音模块及接口电路连接；电池为整个设备的工作提供电力。
文档编号G01B15/00GK101644566SQ200910306240
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者曹全宗, 李振瀛, 明 白 申请人:山东科沐华信息技术有限公司