基于地铁列车精确定位的追踪系统的制作方法

本实用新型涉及追踪系统技术领域，具体而言，涉及一种基于地铁列车精确定位的追踪系统。

背景技术：

目前，随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场以及矿井等，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。目前针对定位测距主要包含超声波测距技术、蓝牙测距技术、射频识别测距技术、wi-fi测距技术等，但每一种定位测距方式均具有一定的局限性，其中超声波由于受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，因而基于超声波的测距技术成本非常高；蓝牙测距技术中蓝牙器件、设备的价格通常较为昂贵，而且对复杂空间环境的适应性较差，易受噪声信号的干扰；射频识别测距技术的作用距离短，其不具有通信能力，且不便于整合到其他功能系统之中；wi-fi测距技术中，由于收发器通常只能覆盖半径90米以内的区域，因而很容易受到其他信号的干扰而影响精度，其能耗通常也较高。

uwb(ultrawideband，超宽带)技术作为一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有ghz量级的带宽。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等多种优点，因而非常适用于室内环境中对静止或移动的物体、人进行定位测距。

由于在隧道内无法对列车进行精确定位，从而无法获取列车的动态位置信息。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种基于地铁列车精确定位的追踪系统，旨在解决在隧道内对地铁进行动态追踪的问题。

一个方面，本实用新型提出了一种基于地铁列车精确定位的追踪系统，包括：车载系统、地面uwb装置、显示系统和地面监控中心，其中，所述车载系统包括车载uwb装置，所述车载uwb装置和地面uwb装置连接，用于通过uwb信号进行通信，及对列车进行测距；所述车载系统用于实时输出所述列车与所述uwb装置之间的距离信息；所述地面uwb装置沿轨道均匀的设置若干个，各所述地面uwb装置实时进行数据传输；所述地面监控中心与所述地面uwb装置连接，所述地面监控中心用于接收所述距离信息，并输出所述列车的位置信息；所述显示系统与所述地面监控中心连接，所述显示系统用于接收所述位置信息，所述显示系统包括一电子地图，所述电子地图用于接收所述位置信息，并显示所述列车的实时位置。

进一步地，所述地面监控中心还包括移动终端和/或管理终端，所述移动终端和/或管理终端与所述电子地图连接，所述移动终端和/或管理终端用于显示所述列车的实时位置。

本实用新型的有益效果在于，通过设置地面uwb装置和车载uwb装置进行离车精确定位，并通过显示设备实时显示列车的位置，从而能够实时的在隧道内对列车进行定位追踪，通过uwb的方式进行测距和通信，极大地提高了追踪系统的数据传输效率和定位精确度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的基于地铁列车精确定位的追踪系统得结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型提出了一种基于地铁列车精确定位的追踪系统，包括：车载系统、地面uwb装置、显示系统和地面监控中心，其中，所述车载系统包括车载uwb装置，所述车载uwb装置和地面uwb装置连接，用于通过uwb信号进行通信，及对列车进行测距；所述车载系统用于实时输出所述列车与所述uwb装置之间的距离信息；所述地面uwb装置沿轨道均匀的设置若干个，各所述地面uwb装置实时进行数据传输；所述地面监控中心与所述地面uwb装置连接，所述地面监控中心用于接收所述距离信息，并输出所述列车的位置信息；所述显示系统与所述地面监控中心连接，所述显示系统用于接收所述位置信息，所述显示系统包括一电子地图，所述电子地图用于接收所述位置信息，并显示所述列车的实时位置。

进一步地，所述地面监控中心还包括移动终端和/或管理终端，所述移动终端和/或管理终端与所述电子地图连接，所述移动终端和/或管理终端用于显示所述列车的实时位置。

基于上述实施例的另一种可能的实现方式中，通信和测距系统，包括：至少一测距装置，所述测距装置用于通过uwb信号进行测距与通信，并通过tw-tof方式进行测距；所述测距装置包括处理器、收发器、天线、设置模块、id寄存器和通信接口，其中，所述处理器用于进行数据处理；所述收发器与所述处理器连接，所述收发器还与所述天线连接，所述收发器用于通过所述天线输出测距请求，同时还通过所述天线接收其他测距装置测距请求，所述天线用于进行数据传输；所述设置模块与所述处理器连接，所述设置模块用于设置所述测距装置的工作模式；所述id寄存器为非易失性存储器，用于存储所有测距装置的id识别号；所述通信接口与其他所述测距装置连接，用于进行多对一测距。所述测距装置包括电源模块，所述电源模块与所述处理器、收发器、天线、设置模块、id寄存器和通信接口连接。所述测距装置设置有电源接口，所述电源接口用于与外接电源连接。

可以理解的是，设置了通过uwb信号进行测距与通信，并通过tw-tof方式进行测距的测距装置，并且多个测距装置可相互通讯测距，极大地提高了测距系统的测距精度。

具体而言，测距装置利用纳秒级窄脉冲发射无线信号，通过加强信号强度调制，以达到较长距离、高速度的无线通信。装置利用起、止点的时域脉冲(纳秒级)直接实现调制，传输过程中直接把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，并以这一过程中所持续的时间，来决定带宽所占据的频率范围，通过起、止点的时域脉冲回落的时间，计算两装置间的精确距离。

本装置采用的uwb技术模式对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低(微功率)、低截获能力、系统复杂度低、多径抗干扰能力性，而且没跟精度高，装置可提供厘米级的测距精度。

具体而言，双向飞行时间测距和通信，根据多个装置之间的相互距离信息计算出装置之间的相对位置。

双向飞行时间(tw-tof)测距工作原理：

跟超声波或激光雷达信号不同，uwb脉冲可以穿过墙壁和茂密的树叶。采用双向飞行时间(tw-tof)方式在多个测距装置之间进行测距，测量准确度可达2.2±0.1厘米，刷新率最高为125hz。

具体的，安装在q模块主动地将测距请求发送到位置a的模块,a将自动响应从请求者收到的任何测距请求。q在qtxm0处发送请求数据包,a在延迟时间f之后在arxm0接收脉冲。a在atxm1上发射一个脉冲作为响应,q在qrxm1处经过f的延迟后接收它。

计算q和a之间的无线脉冲传输时间f：

δa＝atxm1-arxm0,于是就得出q和a之间的距离dδa：

dδa＝f*c

其中，常数c是真空中的光速:299792458米/秒

具体而言，飞行时间精确测距，装置a向装置b发送测距请求s，装置b通过发送一个测距响应s1来确认收到装置a的请求，装置a使用这个测距响应来精确测量装置a和装置b之间的射频脉冲双向飞行时间，然后计算两者之间的精确距离。

测距装置内设置的非易失性存储器中设置一个唯一的识别号，这台设备可以自动对任何它所能收到的测距请求进行响应。装置还可以作为一个无主机连接的、仅仅用于响应的设备使用，把装置本身接收到的所有数据，包括测距请求、测距响应、或者是其它信息数据汇报给外围的微处理器设备，实现装置间多对一的测距和定位功能。测距装置的映射关系为3对1，即a、b、c只与g测距。

可以理解的是，通过双向飞行时间测距，以及能够同时在很多个测距装置间进行通信，检测获得的数据结果可用于计算每个设备间相对于彼此的位置，进而使得本系统具备长程连续定位跟踪能力，并可持续保持装置间的准确定位。

具体而言，地面固定节点设备(uwb装置)内置精确的轨道线路公里标。定位系统用于根据地铁线路轨道生成精密电子地图。每一地面固定节点设备对应精密电子地图上一个精确一维地理坐标。列车车载设备还包括车载主机和监控显示器。列车车载设备预设有车载设备接口。

具体而言，本实施例定位系统供电等级为三级负荷供电，由地铁列车和轨旁提供ac220v电源供电机制，波动范围为+10％～-15％，频率为50hz。系统自身带有智能后备电源，在外电断电情况下，可保证全部设备工作24小时以上。

具体而言，车载设备由车载主机、监控显示器、uwb测距与通信装置(含天线)等组成。设备安装在列车前后两端的驾驶室，主要用于监测列车前后车及列车与地面固定位置(如线路尽头)的实时精确距离。

设备通过下列接口与列车发生连接：

(1)车载电源接口：可连接车载ac220v电源取电。

(2)车载速度传感器接口(可选)：通过联接列车速度传感器，获取列车转速脉冲，通过判定列车的速度和方向监测列车运行动态。

(3)列车两端设备通信连接(可选)：可通过列车两端驾驶室预的有线通信端口设定，建议采用can两端驾驶室设备，以实现设备数据互连互通。

(4)车载控制器接口(可选，仅在列车控制时需要)：系统的车载设备预留了多重输出接口，这些接口主要为了在实现列车主动安全防护时发挥作用。如果经用户或主机厂许可，相关接口也可与列车控制系统连接，车载主机可通过i/o通断接入列车动力总回路控制，也可通过串行rs485接口连接列车控制器，或通过约定的数据接口与atp系统相连接。

预留安装空间(依列车驾驶室实际空间确定)

(1)在驾驶室天花板上方天线室内预留150x180x200mm空间安装测距与通信模块(含天线)位置。

(2)在驾驶室操作台面，预留80x260x180mm显示屏安装位置；

(3)在驾驶台底部柜内或驾驶室设备柜内预留200x200x260mm空间的车载主机安装位置。

具体而言，地面设备，是指作为地面位置标记点的固定节点设备，如尽头线止挡、车站进出或特定点位置标注等，该设备除不设显示器外，其设备结构与车载主机结构一致，即包含主机和uwb测距与通信模块(含天线)，主机预留了can接口、串口和i/o接口等多重接口，可适应地铁环境的列车安全监控与设备管理的多种应用。实际应用中，地面设备中加装无线网络dtu，可实现设备远程监测。实际应用时，地面固定点设备因承担通信功能，需要将通信装置的天线置上志用天线罩内，并将设备固定在一根高度约3.5米的立杆上，配置可充电后备电源，通过与ac220v市电电源联接充电。

具体而言，上述系统由地面固定点、列车移动设备、地面服务器、监控中心及移动设备等组成。地面固定点负责接收测距请求，机车移动设备负责发送测距请求并显示测距数据及推送监测结果到服务器，服务器负责数据处理与分发，监控中心负责远程监测设备状态。

为了达到同时监测列车方向、速度、车车距离、车地距离、轨道状态和道岔开向信息，优化列车主动安全防护系统的基于路轨和列车动态的安全监控，在现有地面微机联锁监测系统的数据完好的基础上，地面服务器可单向接收微机联锁系统发送来的路轨监测数据，根据微机联锁系统的数据监测预先获得轨道线路状态和道岔开闭状态信息，通过列车高精度位置数据解算实现地铁全线列车的高精度定位和列车主动安全防护。

如果系统不能获取地面微机联锁监测的路轨信息和道岔开闭状态信息数据，则可考虑在道岔位置增加道岔密贴监测装置，通过地面固定点(关键点)设备的通信功能，可以将道岔开闭信息实时传输到列车远程监控系统或运行中的列车上，以实现列车运行动态监控和远程管理。

具体而言，上述实施例的定位系统基于超宽带(uwb)无线通信技术的测距系统采用独特的无线脉冲射频信号机制进行双向飞行时间测距和通信，该系统通过基于直接采样信号签名的测距质量监控机制检测设备之间的测距路径上是否有阻挡，设备内置收发器可以用于碰撞规避、实时定位跟踪及关键设施保护等，为地铁列车运行跟踪、导航定位、智能监控等提供实时距离和传感器数据。系统把定位和传感器通信能力直接集成到一起，通过自定制的测距协议，支持接口可与其它监测或控制设备相连接。测距系统具备通信功能，可在多个设备之间进行针对性的双向飞行时间测距，并同时进行相互之间的通信联络，保证测距结果的精确性，测距结果可直接用于计算测距设备间的相对位置。

通过采用独特的无线脉冲射频信号机制进行点对点双向飞行时间测距和通信，获得在可测范围内列车与铁路线路固定节点的距离，自动判定列车在轨道线路上的精确位置，通过高精度铁路轨道电子地图与列车运行轨迹的精确解数和算法映射，实现地铁列车的精确定位与安全导航。

在轨道线路的关键固定点增加节点设备，固定节点内置精确的轨道线路里程标，形成列车移动位置与固定位置测距的采样标准，保证任意时刻列车在轨道线路上的高精度“点定位”。

可以理解的是，本实施例通过采用无线脉冲射频信号机制进行点对点双向飞行时间测距和通信，获得在可测范围内列车与铁路线路固定节点的距离，自动判定列车在轨道线路上的精确位置，通过高精度铁路轨道电子地图与列车运行轨迹的映射关系，实现地铁列车精确定位，从而极大地提高了列车的定位精确度。

本实用新型的有益效果在于，通过设置地面uwb装置和车载uwb装置进行离车精确定位，并通过显示设备实时显示列车的位置，从而能够实时的在隧道内对列车进行定位追踪，通过uwb的方式进行测距和通信，极大地提高了追踪系统的数据传输效率和定位精确度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

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