本發(fā)明涉及軌道交通列車定位與控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于rfid(radiofrequencyidentification--無線射頻識別)技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置及列車定位方法。
背景技術(shù)：
：列車定位是軌道交通控制系統(tǒng)中一項關(guān)鍵性的技術(shù)，精確、實時地獲取列車的位置信息是軌道交通控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)?；诓樵?應(yīng)答器的列車定位是目前軌道交通廣泛運(yùn)用的一種定位方式。查詢應(yīng)答器系統(tǒng)包括地面信標(biāo)、車載查詢器、車載查詢器主機(jī)等三個主要部分組成。它以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用數(shù)字技術(shù)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收及處理，并將處理后的信息傳送給機(jī)車電臺或車載atp，用于車次號傳遞或列車運(yùn)行控制。地面信標(biāo)是一種基于電磁耦合原理而構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于在特定地點實現(xiàn)車-地間的數(shù)據(jù)交換。安裝于兩根鋼軌中心枕木上的地面信標(biāo)，在列車通過并接收到車載查詢器發(fā)送的功率載波時被激活，向車載查詢器發(fā)送調(diào)制的數(shù)據(jù)編碼信號，包括線路基本參數(shù)、線路速度信息、臨時限速信息、車站進(jìn)路信息、道岔信息、特殊定位等。目前的查詢應(yīng)答系統(tǒng)中的地面信標(biāo)是針對軌道交通具體應(yīng)用設(shè)計的專用定位裝置，存在的下列問題：1)硬件結(jié)構(gòu)非標(biāo)準(zhǔn)化；2)通信協(xié)議非標(biāo)準(zhǔn)化；3)成本高；4)維護(hù)工作量大，不利于信息更新和升級。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置及列車定位方法，以簡化列車定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和程序的復(fù)雜性，不需要針對地面信標(biāo)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)維護(hù)，提高列車定位系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)公開的實施例，本發(fā)明的第一方面公開了一種基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置，所述信標(biāo)定位裝置包括：地面信標(biāo)、車載定位系統(tǒng)和軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)，所述車載定位系統(tǒng)包括車載定位主機(jī)和地面信標(biāo)讀寫終端；所述地面信標(biāo)為rfid電子標(biāo)簽，具有唯一的epc編碼；所述地面信標(biāo)被安裝于列車軌道兩根鋼軌中心的枕木上，所述地面信標(biāo)讀寫終端安裝于列車底部相應(yīng)位置，所述地面信標(biāo)讀寫終端通過有線連接至所述車載定位系統(tǒng)的車載定位主機(jī)，所述車載定位系統(tǒng)通過軌道交通的無線通信信道與所述軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)進(jìn)行信息交互；所述車載定位系統(tǒng)存儲有定位副本數(shù)據(jù)庫，所述軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)存儲有定位數(shù)據(jù)庫，所述定位數(shù)據(jù)庫和所述定位副本數(shù)據(jù)庫存儲內(nèi)容相同，均用于完成所述地面信標(biāo)的epc編碼到所述地面信標(biāo)編號及命名的轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫和所述定位副本數(shù)據(jù)庫均以所述地面信標(biāo)的epc編碼作為索引值。進(jìn)一步地，所述地面信標(biāo)為封裝于由聚脂材料熱壓成型的密閉容器內(nèi)的通用高頻rfid電子標(biāo)簽，其中，放置rfid電子標(biāo)簽的空間由硅橡膠材料填充。進(jìn)一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫與所述定位副本數(shù)據(jù)庫均包括：1)位置信息、2)線路基本參數(shù)、3)線路速度信息、4)臨時限速信息、5)車站進(jìn)路信息、6)道岔信息、7)特殊定位信息、8)固定障礙物信息。進(jìn)一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫與所述定位副本數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，對于所述軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)為可讀可寫信息，可由所述軌道交通列車地面監(jiān)控中心的計算機(jī)，在一定安全級別的信息安全授權(quán)和保護(hù)下，進(jìn)行數(shù)據(jù)同步實時更新，所述定位副本數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，對于所述車載定位系統(tǒng)的計算機(jī)為只讀信息。進(jìn)一步地，所述地面信標(biāo)讀寫終端通過rs232c或rs458連接至所述車載定位系統(tǒng)的車載定位主機(jī)。根據(jù)公開的實施例，本發(fā)明的第二方面公開了一種基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置的列車定位方法，所述列車定位方法包括下列步驟：當(dāng)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，將地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由有線信道傳送至車載定位主機(jī)；車載定位主機(jī)將所述epc編碼，通過軌道交通的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)；車載定位系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位副本數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位相關(guān)信息及位置相關(guān)信息，用于列車的現(xiàn)場監(jiān)測和控制；軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位相關(guān)信息及位置相關(guān)信息，用于列車的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測與控制。進(jìn)一步地，所述定位相關(guān)信息包括當(dāng)前信標(biāo)經(jīng)度lat、緯度lon、高斯投影平面坐標(biāo)中的坐標(biāo)(x,y)，所述位置相關(guān)信息包括本路段坡度a、本路段最高限速v。進(jìn)一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫和所述定位副本數(shù)據(jù)中實時性較強(qiáng)的非固定信息，由所述軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)或設(shè)置在地面的列車測控裝置通過無線信道進(jìn)行更新。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：1)本發(fā)明采用封裝于由聚脂材料熱壓成型的密閉容器內(nèi)的通用高頻(433mhz/915mhz)rfid電子標(biāo)簽作為地面信標(biāo)，硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，用戶可根據(jù)軌道交通定位實際情況，選用市場上成熟的rfid標(biāo)簽作為地面信標(biāo)內(nèi)核，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的通用性和可靠性。并且，隨著rfid技術(shù)的發(fā)展可不斷進(jìn)行產(chǎn)品升級。2)本發(fā)明采用物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)epc編碼作為地面信標(biāo)的唯一標(biāo)識和讀取信息，將地面信標(biāo)裝置納入物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)體系，簡化并且標(biāo)準(zhǔn)化了軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)對地面信標(biāo)的讀取和信息處理。大大減少了地面信標(biāo)與車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，提高了系統(tǒng)通信的可靠性。3)本發(fā)明將現(xiàn)有系統(tǒng)中存儲于地面信標(biāo)中的大量信息(包括線路基本參數(shù)、線路速度信息、臨時限速信息、車站進(jìn)路信息、道岔信息、特殊定位等)存放于車載計算機(jī)和地面監(jiān)控中心計算機(jī)，地面信標(biāo)-車載系統(tǒng)-地面監(jiān)控中心之間只傳輸12字節(jié)的epc編碼，簡化了系統(tǒng)的通信流程，大大減少了系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)量，使系統(tǒng)的整體可靠性和實時性顯著提升。4)本發(fā)明所設(shè)計的地面信標(biāo)定位裝置，不需要針對地面信標(biāo)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)維護(hù)。當(dāng)與地面信標(biāo)有關(guān)的參數(shù)(包括線路基本參數(shù)、線路速度信息、臨時限速信息、車站進(jìn)路信息、道岔信息、特殊定位等)發(fā)生改變時，可通過一定的安全授權(quán)程序，由地面監(jiān)控中心計算機(jī)，通過地面監(jiān)控中心計算機(jī)與車載定位系統(tǒng)之間的無線信道，進(jìn)行單個-局部-全局的信息更新和維護(hù)，減少了系統(tǒng)維護(hù)工作量，可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。附圖說明圖1是本發(fā)明公開的基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明公開的基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)的列車定位方法的流程圖。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實施例一列車定位是軌道交通控制系統(tǒng)中一項關(guān)鍵性技術(shù)，精確、實時地獲取列車的位置信息是軌道交通控制的基礎(chǔ)。本實施例以鐵路運(yùn)輸移動閉塞控制為應(yīng)用背景，研究開發(fā)了一種基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置及列車定位方法，作為軌道交通列車定位系統(tǒng)的重要組成部分，為構(gòu)成地面信標(biāo)-衛(wèi)星定位-航跡推算組合型列車定位系統(tǒng)，實現(xiàn)軌道交通列車“小編組，高密度”的行車組織模式提供技術(shù)支持。本發(fā)明所設(shè)計的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置由地面信標(biāo)、車載信標(biāo)讀寫終端、車載定位系統(tǒng)、軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)構(gòu)成。按照安裝規(guī)范，地面信標(biāo)被安裝于列車軌道兩根鋼軌中心的枕木上。地面信標(biāo)讀寫終端安裝于列車底部相應(yīng)位置，以保證列車運(yùn)行時，從正上方通過地面信標(biāo)。地面信標(biāo)讀寫終端通過rs232c或rs458連接至車載的列車控制計算機(jī)系統(tǒng)(簡稱車載定位系統(tǒng))的車載定位主機(jī)。車載定位主機(jī)通過軌道交通現(xiàn)有的無線通信信道，與設(shè)計于地面的軌道交通列車監(jiān)控中心系統(tǒng)連接。地面信標(biāo)為封裝于由聚脂材料熱壓成型的密閉容器內(nèi)的通用高頻(433mhz/915mhz)rfid電子標(biāo)簽，標(biāo)簽具有唯一的epc編碼。放置rfid電子標(biāo)簽的空間由硅橡膠材料填充。地面信標(biāo)讀寫終端為集成于車載定位系統(tǒng)的高頻rfid讀卡器，作為車載定位系統(tǒng)的rfid接口，符合高頻rfid技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。定位數(shù)據(jù)庫與定位副本數(shù)據(jù)庫包含與列車定位相關(guān)所有信息。包括：1)位置信息：地面信標(biāo)絕對地球坐標(biāo)；2)線路基本參數(shù)：如線路坡度，軌道區(qū)段長度等參數(shù)；3)線路速度信息：如線路最大允許速度等；4)臨時限速信息：當(dāng)由于施工等原因引起的對列車運(yùn)行速度進(jìn)行限制時，向列車提供臨時限速信息；5)車站進(jìn)路信息：根據(jù)車站接發(fā)車進(jìn)路，向列車提供“線路坡度”、“線路速度”、“軌道區(qū)段”等線路參數(shù)；6)道岔信息：給出前方道岔側(cè)向允許列車運(yùn)行的速度；7)特殊定位信息：如升降弓、進(jìn)出隧道、鳴笛、列車定位等；8)其他信息：固定障礙物信息等。定位數(shù)據(jù)庫存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)中，定位副本數(shù)據(jù)庫存儲于車載定位系統(tǒng)的計算機(jī)中。定位數(shù)據(jù)庫與定位副本數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，對于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)為可讀可寫信息，可由軌道交通列車地面監(jiān)控中心的計算機(jī)，在一定安全級別的信息安全授權(quán)和保護(hù)下，進(jìn)行數(shù)據(jù)同步實時更新。存放于車載定位系統(tǒng)的計算機(jī)中的定位副本數(shù)據(jù)庫，對于車載定位系統(tǒng)為只讀信息。定位數(shù)據(jù)庫和定位副本數(shù)據(jù)庫的主索引為地面信標(biāo)的epc編碼。定位數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義如下。n0001數(shù)據(jù)庫：epc轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫功能：完成地面信標(biāo)的epc編碼到地面信標(biāo)(應(yīng)答器)編號及命名的轉(zhuǎn)換，索引值為地面信標(biāo)的epc編碼。表1.定位數(shù)據(jù)庫dbasen0001記錄結(jié)構(gòu)字段名數(shù)據(jù)類型說明epcnum數(shù)據(jù)地面信標(biāo)的epc編碼epcname文本地面信標(biāo)名稱(可選)type數(shù)據(jù)設(shè)備類型號(《列控系統(tǒng)設(shè)備編號規(guī)則》)districtl數(shù)據(jù)大區(qū)編號districtb數(shù)據(jù)分區(qū)編號station數(shù)據(jù)車站序號group數(shù)據(jù)組編號order數(shù)據(jù)組內(nèi)序號unit數(shù)據(jù)單元編號preepcnum數(shù)據(jù)上行地面信標(biāo)的epc編碼preepcname文本上行地面信標(biāo)名稱(可選)nextepcnum數(shù)據(jù)下行地面信標(biāo)的epc編碼nextepcname文本下行地面信標(biāo)名稱(可選)本實施例還公開了一種基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)的列車定位方法，具體可參照附圖2所示，該列車定位方法包括下列步驟：1)當(dāng)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，按照rfid射頻讀寫協(xié)議，將地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由rs485/rs232c信道傳送至車載定位系統(tǒng)。2)車載定位系統(tǒng)將所述epc編碼，通過軌道交通的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)。3)車載定位系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位副本數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位及其他相關(guān)信息，用于列車的現(xiàn)場監(jiān)測和控制。4)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位及其他相關(guān)信息，用于列車的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測與控制。5)根據(jù)實際控制需要，制定具有一定安全權(quán)限的定位數(shù)據(jù)庫更新流程，由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)庫信息的修改和更新。由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)確保全范圍定位數(shù)據(jù)庫信息的一致性。對于定位數(shù)據(jù)庫中實時性較強(qiáng)的非固定信息，可由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)或設(shè)置在地面的列車測控裝置通過無線信道進(jìn)行更新。實施例二本發(fā)明實施例中地面信標(biāo)(rfid標(biāo)簽)：采用深圳捷通科技jt-305超高頻長條抗金屬無源rfid電子標(biāo)簽，支持epcglobalc1gen2與iso18000-6c協(xié)議,工作頻率860-960mhz；讀寫靈敏度-17dbm，標(biāo)簽芯片:alienh3；96位epc碼,512位用戶數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)存儲時間10年，可重復(fù)擦寫次數(shù)：10萬次。讀取距離：5m(配合jt-8280讀寫器)。本發(fā)明實施例中地面信標(biāo)讀寫終端：采用深圳捷通科技jt-8280a超高頻rfid讀寫器，支持iso18000-6c(epcg2)協(xié)議，工作頻率902-928mhz，通信接口wiegand26\34\42、rj45、rs232數(shù)據(jù)接口，穩(wěn)定工作距離5m.電源要求dc-7.5-12v,3a。本發(fā)明實施例中車載定位系統(tǒng)與軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的無線通信接口：采用濟(jì)南有人物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司的gprs通信模塊usr-gprs232-710。無線標(biāo)準(zhǔn)：gsm/gprs，標(biāo)準(zhǔn)頻段：850/900/1800/1900mhz四頻，發(fā)射功率：gsm900lass4(2w)/dcs1800class1(1w)；gprsterminaldeviceclass：classb，gprsmulti-slotclass：gprsclass10，gprscodingschemes：cs1-cs4，數(shù)據(jù)接口波特率300bps-115200bps。本發(fā)明實施例中基于rfid技術(shù)的軌道交通地面信標(biāo)定位裝置的列車定位方法工作步驟如下：1)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，按照rfid射頻讀寫協(xié)議，將本地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由rs232c信道傳送至車載定位系統(tǒng)。2)車載定位系統(tǒng)將該epc編碼，通過usr-gprs232-710接口建立的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機(jī)。3)車載定位系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位副本數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位相關(guān)信息及位置相關(guān)信息，包括：當(dāng)前信標(biāo)經(jīng)度lat、緯度lon、高斯投影平面坐標(biāo)中的坐標(biāo)(x,y)、本路段坡度a、本路段最高限速v等，用于列車的現(xiàn)場監(jiān)測和控制。4)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫，讀出與所述epc編碼相對應(yīng)的定位及其他相關(guān)信息，包括：當(dāng)前信標(biāo)經(jīng)度lat、緯度lon、高斯投影平面坐標(biāo)中的坐標(biāo)(x,y)、本路段坡度a、本路段最高限速v等，用于列車的現(xiàn)場監(jiān)測和控制。5)由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)確保全范圍定位數(shù)據(jù)庫信息的一致性。對于所述定位數(shù)據(jù)庫和所述定位副本數(shù)據(jù)中實時性較強(qiáng)的非固定信息，由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)或設(shè)置在地面的列車測控裝置通過無線信道進(jìn)行更新。綜上所述，上述實施例公開的地面信標(biāo)定位裝置和列車定位方法，簡化了軌道交通地面信標(biāo)設(shè)計、制造、安裝、維護(hù)流程，簡化了列車定位系統(tǒng)通信流程和通信軟件設(shè)計，提高了車載定位系統(tǒng)的實時性和安全性，符合軌道交通科技發(fā)展趨勢和市場需求，有重要工程應(yīng)用價值和良好的產(chǎn)業(yè)化前景。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12