專利名稱：鐵路養護大機車群防碰撞系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵路施工安全技術領域，具體是一種基于雙GPS、RGIS、GPRS的鐵路養護大機車群防碰撞系統。
背景技術：
中國科學院遙感應用研究所申請的專利“基于PDA、GPS、GIS和GPRS的野外調查系統”，專利號為200810246895，基于PDA、GPS、GIS和GPRS的野外調查系統，將圖層管理模塊、圖層顯示模塊、信息查詢模塊、GPS導航定位模塊、數據采集模塊、GPRS通訊模塊、系統管理模塊集成起來，形成移動終端；將系統配置模塊、數據管理模塊、調查數據準備模塊、空間數據服務模塊、調查數據接收入庫模塊、調查監督檢查模塊、數據匯總統計模塊以及空 間查詢顯示模塊集成起來，形成服務器端。移動終端與服務器端通過GPRS無線網絡連接，共同組成專用設備，可廣泛應用于土地、地質、農業、林業、環保等領域的野外數據調查，調查數據可實時傳遞到服務器端。山東超越數控電子有限公司申請的專利“一種在GIS系統上利用CDMA技術傳輸GPS定位信息的方法”，專利號為201010011321，本發明公開了一種在GIS系統上利用CDMA技術傳輸GPS定位信息的方法，屬于信息技術領域，首先，在GPS設備的GIS程序中嵌入CDMA短消息功能；然后，對GPS經緯度數據進行編/解碼，將其嵌入到CDMA短消息中；最后，以CDMA短消息為載體，將GPS經緯度數據發送給其他GPS設備，并可將其他GPS設備發來的GPS坐標點顯示在本GPS設備地圖上。本發明的一種在GIS系統上利用CDMA技術傳輸GPS定位信息的方法和現有技術相比，具有新的定位模式GIS+GPS+CDMA模式，新模式能夠實現多機之間的定位信息共享，使GPS設備具備了協同工作的能力。徵和科技股份有限公司申請的專利“GPS衛星定位系統的定位方法”，專利號為200610104274，本發明為一種GPS衛星定位系統及方法，其包括有至少一受控端、一服務器端、以及至少一使用端。所述受控端利用一 GPS接收模塊接收衛星的坐標數據，并由一運算控制模塊將衛星坐標數據通過一無線傳輸模塊發送至鄰近的一基地臺，且透過所屬的ISP業者將所述衛星坐標數據傳送至所述服務器端加以儲存。所述使用端則利用一無線傳輸模塊連結至所述服務器端，由所述服務器端下載所述受控端的衛星坐標數據至所述使用端的一邏輯控制單元內，并透過一虛擬連接端口模塊的虛擬COM端口(串行端口)，使其衛星坐標數據可被所述GIS圖資引擎模塊所接受的COM端口格式，并加以定位成坐標圖資，通過一運算控制模塊將其指定的所述受控端坐標圖資呈現在所述使用端的顯示模塊上。
發明內容由于鐵路大修作業施工現場的特殊性和復雜性，目前市場上還沒有專門針對此種施工情況進行防撞預警的專用裝置。本實用新型的目的在于設計一種適合鐵路養護機車的防碰撞系統，該系統的使用可以提高鐵路養護機車作業的安全性。本實用新型是通過以下技術方案實現的[0007]—種鐵路養護大機車群防碰撞系統,其特征在于,該系統主要包括嵌入式ARM處理器、雙GPS模塊、GPRS模塊、RGIS信息數據庫、報警發生器、IXD顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊；所述GPRS模塊與ARM處理器連接，利用GPRS模塊構建近區域無線通信網絡；所述GPS模塊與ARM處理器連接，利用GPS模塊獲取機車的定位信息和速度信息；所述RGIS信息數據庫與ARM處理器連接，實現用RGIS對GPS數據進行修正；所述IXD顯示模塊與ARM處理器連接；所述電源模塊分別與ARM處理器、顯示模塊連接為該兩個模塊供電；所述按鍵模塊、報警發生器也分別與ARM處理器連接。本實用新型設計的系統利用GPS模塊獲取大型機車的定位信息，包括精度緯度，速度，方向角和磁偏角等；利用RGIS信息對機車的定位信息進行修正，提供其定位精度；利用GPRS模塊將修正后的機車定位信息廣播給附近車輛，同時接收附近車輛的定位信息；ARM處理器模塊處理GPRS獲取的附近機車的信息，進行預報警處理。必要的時候直接采取強行制動系統；利用LCD顯示屏實時顯示附近車輛信息。 本實用新型與現有技術相比所具有的優點或積極效果I)通過GPS接收模塊得到大型養路機械的狀態信息，可靠性強，抗干擾能力強，非常適合于頂部沒有遮擋物的鐵路環境。2)利用雙GPS定位，提高定位精度。3)通過RGIS數據將GPS定位數據吸合至鐵軌上，進一步提高機車的定位精度。4)GPRS通信網絡穩定，不受距離的影響，只要有手機信號，就可以進行數據交換，進行通信。5)基于ARM的嵌入式Linux系統，穩定性強，兼容能力好，運行速度快。6)外接IXD顯示器，圖像數字顯示清晰，效果好。7)采用聲光電報警，并在必要時采取強行制動，以保證施工的安全性。
圖I本實用新型系統原理圖。圖2機車防碰撞裝置模型結構示意圖。圖3直線段鐵路示意圖。圖4分叉鐵路示意圖。圖5危險計算模型。技術方案中出現的術語注釋GPRS-通用分組無線服務技術(General Packet Radio Service)的簡稱，GIS-鐵路地理信息系統，GPS-全球定位系統(Global Positioning System)的簡稱。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步介紹。如圖I、圖2所示，鐵路養護大機車群防碰撞系統主要包括嵌入式ARM處理器、雙GPS模塊、GPRS模塊、RGIS信息數據庫、報警發生器、LCD顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊；所述GPRS模塊與ARM處理器連接，利用GPRS模塊構建近區域無線通信網絡；所述GPS模塊與ARM處理器連接，利用GPS模塊獲取機車的定位信息和速度信息；所述RGIS信息數據庫與ARM處理器連接，實現用RGIS對GPS數據進行修正；所述IXD顯示模塊與ARM處理器連接，利用LCD顯示模塊實時顯示附近車輛信息；所述電源模塊分別與ARM處理器、顯示模塊連接為該兩個模塊供電；所述報警發生器與ARM處理器連接，根據預設的安全距離模型，判斷大型養路機車是否處于危險狀態，并根據危險狀態的等級發出相應的聲光報警信號；所述按鍵模塊與ARM處理器連接，進行必要的輸入操作。由此構建獲得基于雙GPS、RGIS、GPRS的鐵路養護大機車群防碰撞系統，利用雙GPS定位，并利用RGIS進行修正，可有效提高系統的定位精度，同時提聞系統的可罪性和穩定性。由于鐵路大修作業施工現場的特殊性和復雜性，目前市場上還沒有專門針對此種施工情況進行防撞預警的專用裝置，因此裝置要從硬件電路、軟件程序、調試試驗等方面進行研究和論證，其流程如下I、利用GPS模塊獲取大型養路機車的定位信息，包括經緯度、速度、方向角和磁偏角等; 2、利用RGIS信息對GPS數據進行修正；3、對雙GPS取得的數據進行計算，取其中點，但由于誤差還是存在的，其定位點不一定剛好落在鐵軌上，但機車是一定在鐵軌上的，所以利用RGIS信息將GPS定位點吸合到最近的鐵軌上；4、利用GPRS無線通信模塊將得到的本機車GPS定位信息傳送到網內的其它大型養路機車上，數據信息以廣播形式發送； 5、以基于嵌入式Linux操作系統的ARM9開發板作為系統的主控制器，計算機車群內部各大型養路機車之間的距離，與本機車當前速度下的制動距離；6、根據預設的安全距離模型，判斷大型養路機車是否處于危險狀態，并根據危險狀態的等級發出相應的聲光報警信號；7、在LCD顯示屏上實時顯示大型養路機車的速度信息、機車群內部各臺大型養路機車之間的相互距離值，并顯示本機車是否處于危險狀態。本實施例目的在于設計一種適合鐵路養護機車的防碰撞系統，該系統的使用可以提高鐵路養護機車作業的安全性，其具體的實施方式如下(I)硬件平臺搭建ARM開發板、GPRS模塊、GPS模塊、IXD顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊。(2)軟件移植與開發I、bootloader 的移植；2、Iinux 內核移植；3、文件系統移植；4、按鍵驅動程序的編寫；5、Qte 移植；6、Sqlite 移植；7、防碰撞系統軟件開發。(3) RGIS 修正 GPS 算法主要就是將GPS數據和GIS信息的融合，主要考慮兩種情況，一種是鐵路是直線段，還有一種就是鐵路分叉的情況。[0047]直線段的情況，如直線段鐵路示意圖3所示，假設現有一輛養護機車在上行線上作業，行車方向如箭頭所示，點Al A6分別是GPS在連續的tl t6六個時刻記錄下來的養護機車的位置點，定位點外面的虛線圓表示GPS的誤差范圍，稱為誤差圓。由于相鄰的鐵道(上行線與下行線)之間有一定的間距，根據統計學的規律，機車上得到的GPS位置點大部分落在下行線的一側(上行線所在的一側)。由此就可以根據GPS信息斷定，列車在上行線上運行。這樣就可以通過鐵路GIS信息來修正GPS數據，如圖5所示，運用最短距離準貝U，通過Al點向鐵路線作垂線Α1ΑΓ (A’是垂線段與鐵道一的交點)，得到Al’點，把A’作為修正后的點。Al’ A5’都在鐵道上，相比于Al A5，定位精度提高了。鐵路有分叉的情況，如分叉鐵路示意圖4所示，Al A3分別是tl t3時刻列車上GPS得到的位置數據，在tl時刻之前，可以利用前面所述的直線段的方法來定位，當機車在交叉處時，只有兩種可能，一種是往鐵路Gl上行駛，還有一種就是往G2上行駛，但機車始終在上行線上運行，假設機車經過交叉點后3個時刻，從GPS上得到3個定位點的信息，分別是A1、A2、A3，如下所示，但是Al和A2點的誤差圓均與Gl和G2都有交點，不能確定機
車到底在哪一條鐵道上，但是當t3時刻時，A3的誤差圓至于Gl有交點，所以就可以確認機車行駛上了 Gl軌道。在這個過程中雖然犧牲了幾個定位周期，但是這個時間是很短的，幾秒鐘的時間，是可以忽略的。接下來，知道了列車在Gl軌道上，又可以利用最短距離準則，對GPS數據進行GIS的矯正。(4)防碰撞模型車輛的危險狀態有車輛超速(大于80km/h)，兩車的距離過小(小于30m)，兩車距離較近來不及剎車以致兩車相碰撞。前兩種危險狀態易于判斷，對于第三種情況狀態需要考慮到兩種情況一相向與同向。兩列機車相向行駛，當相對速度太大，兩車的距離小于剎車距離時，就會發生撞車的事故；兩列機車同向行駛，后面一輛機車速度大于前一機車的速度，也有可能產生追尾碰撞的危險。綜上所述，要對車輛危險情況進行判斷需要考慮到以下幾個變量參數兩機車的速度\、V2，兩機車的相對距離S以及兩機車行駛的方向角屯、d2。建立車輛之間安全行駛時的數學模型如下
權利要求1.一種鐵路養護大機車群防碰撞系統,其特征在于,該系統包括嵌入式ARM處理器、雙GPS模塊、GPRS模塊、RGIS信息數據庫、報警發生器、LCD顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊；所述GPRS模塊與ARM處理器連接，利用GPRS模塊構建近區域無線通信網絡；所述GPS模塊與ARM處理器連接，利用GPS模塊獲取機車的定位信息和速度信息；所述RGIS信息數據庫與ARM處理器連接，實現用RGIS對GPS數據進行修正；所述IXD顯示模塊與ARM處理器連接；所述電源模塊分別與ARM處理器、顯示模塊連接為該兩個模塊供電；所述按鍵模塊、報警發生器也分別與ARM處理器連接。
專利摘要鐵路養護大機車群防碰撞系統，屬鐵路施工安全技術領域。本實用新型設計的系統利用GPS模塊獲取大型機車的定位信息，利用RGIS信息對機車的定位信息進行修正，提供其定位精度；利用GPRS模塊將修正后的機車定位信息廣播給附近車輛，同時接收附近車輛的定位信息；ARM處理器模塊處理GPRS獲取的附近機車的信息，進行預報警處理。必要的時候直接采取強行制動系統；利用LCD顯示屏實時顯示附近車輛信息。該系統的使用可以提高鐵路養護機車作業的安全性。
文檔編號B61L23/00GK202641742SQ20122019428
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者熊肖磊, 周奇才, 唐強 申請人:同濟大學