列车定位控制系统及方法与流程

本发明涉及列车技术领域，尤其涉及一种列车定位控制系统及方法。

背景技术：

传统cbtc(基于通信的列车自动控制系统，communicationbasedtraincontrolsystem)中，列车的车载控制器通过与设置在地面的有源或无源应答器进行通信，获取列车的当前位置信息，再根据列车当前的速度，计算出列车的减速停车曲线，从而实现对列车的精准停车控制。由于列车的速度和停车制动系统均不是完全的线性系统，在整个停车过程中，需要进行多次校准，才能达到精准停车的目的。而每增加一个校准点就需要对应增加一个应答器设备，因此为了提高停车的精确度，需要增加更多的应答器设备，且每条轨道线路都需要单独铺设，导致建设成本的增加。此外，由于应答器设备数量的增加，后续维护成本也相应的增加。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种列车定位控制系统，能够对列车进行精准定位，成本低，实现简单。

本发明的第二个目的在于提出一种列车定位控制方法。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种列车定位控制系统，包括：

设置在站台的多个第一超宽带通信模块；

设置在列车上的第二超宽带通信模块，所述第二超宽带通信模块分别与多个所述第一超宽带通信模块之间进行无线通信；

计算模块，所述计算模块用于根据所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差，分别计算所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的距离，并根据所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的距离计算出所述列车的位置坐标。

可选的，所述计算模块具体用于：

接收所述第二超宽带通信模块发出的测距请求时的第一时间；

接收所述第二超宽带通信模块接收到多个所述第一超宽带通信模块响应所述测距请求的第二时间；

根据所述第一时间和所述第二时间计算所述信号传输时间差。

可选的，所述计算模块具体用于：

获取多个所述第一超宽带通信模块的位置坐标；

根据多个所述第一超宽带通信模块的位置坐标以及所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的距离计算出所述列车的位置坐标。

可选的，所述第二超宽带通信模块设置在所述列车的车头部位。

可选的，所述第一超宽带通信模块的数量为三个，三个所述第一超宽带通信模块设置在所述站台上，且三个所述第一超宽带通信模块的位置呈直角三角形。

可选的，所述计算模块，还用于：

接收所述第一超宽带通信模块定期检测的所述第一超宽带通信模块互相之间的距离；

判断所述第一超宽带通信模块互相之间的距离是否发生变化，且变化量大于预设误差；

如果所述变化量大于预设误差，则生成报警信息。

可选的，所述计算模块，具体用于：接收所述第一超宽带通信模块发出的相互测距请求时的第三时间；

接收所述第一超宽带通信模块接收到其它所述第一超宽带通信模块响应所述相互测距请求的第四时间；

根据所述第三时间和所述第四时间计算所述相互信号传输时间差；

根据所述相互信号传输时间差计算出所述第一超宽带通信模块互相之间的距离。

可选的，所述列车上设置有第一收发模块和车载控制器，

所述计算模块用于将所述列车的位置坐标发送至所述第一收发模块；

所述第一收发模块用于将所述列车的位置坐标发送至所述车载控制器；

所述车载控制器用于根据所述列车的位置坐标控制所述列车进站停车。

可选的，所述站台上设置有第二收发模块，所述列车上设置有车载控制器，所述计算模块用于将所述列车的位置坐标发送至所述第二收发模块；

所述第二收发模块用于将所述列车的位置坐标发送至所述车载控制器；

所述车载控制器用于根据所述列车的位置坐标控制所述列车进站停车。

本发明实施例的列车定位控制系统，能够对列车进行精准定位，成本低，实现简单。为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种列车定位控制方法，包括：

分别获取第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差；

根据所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差，分别计算出多个所述第一超宽带通信模块与所述第二超宽带通信模块之间的距离；

根据多个所述第一超宽带通信模块与所述第二超宽带通信模块之间的距离计算出所述列车的位置坐标。

可选的，分别获取所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差，包括：

接收所述第二超宽带通信模块发出的测距请求时的第一时间；

接收所述第二超宽带通信模块接收到多个所述第一超宽带通信模块响应所述测距请求的第二时间；

根据所述第一时间和所述第二时间计算所述信号传输时间差。

可选的，根据多个所述第一超宽带通信模块与所述第二超宽带通信模块之间的距离计算出所述列车的位置坐标，包括：

获取多个所述第一超宽带通信模块的位置坐标；

根据多个所述第一超宽带通信模块的位置坐标以及所述第二超宽带通信模块与多个所述第一超宽带通信模块之间的距离计算出所述列车的位置坐标。

可选的，方法还包括：

接收所述第一超宽带通信模块定期检测的所述第一超宽带通信模块互相之间的距离；

判断所述第一超宽带通信模块互相之间的距离是否发生变化，且变化量大于预设误差；

如果所述变化量大于预设误差，则生成报警信息。

可选的，接收所述第一超宽带通信模块定期检测的所述第一超宽带通信模块互相之间的距离，包括：

接收所述第一超宽带通信模块发出的相互测距请求时的第三时间；

接收所述第一超宽带通信模块接收到其它所述第一超宽带通信模块响应所述相互测距请求的第四时间；

根据所述第三时间和所述第四时间计算所述相互信号传输时间差；

根据所述相互信号传输时间差计算出所述第一超宽带通信模块互相之间的距离。

可选的，方法还包括：

通过有线或无线的方式将所述列车的位置坐标发送至车载控制器，以使所述车载控制器用于根据所述列车的位置坐标控制所述列车进站停车。

本发明实施例的列车定位控制方法，能够对列车进行精准定位，成本低，实现简单。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例提出的列车定位控制系统的结构框图；

图2为本发明一实施例提出的第一超宽带通信模块设置在站台的效果示意图；

图3为本发明一实施例提出的测距原理示意图；

图4为本发明一实施例提出的以站台进站起点为坐标系原点的坐标系测距示意图；

图5为本发明一实施例提出的第一超宽带通信模块b为坐标系原点的坐标系测距示意图；

图6为本发明另一实施例提出的列车定位控制系统的结构框图；

图7为本发明又一实施例提出的列车定位控制系统的结构框图；

图8为本发明一实施例提出的列车定位控制方法的流程图；

图9为本发明另一实施例提出的列车定位控制方法的流程图；

图10为本发明又一实施例提出的列车定位控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的列车定位控制系统及方法。

图1为本发明一实施例提出的列车定位控制系统的结构框图。

如图1所示，列车定位控制系统，包括多个第一超宽带通信模块110、第二超宽带通信模块120以及计算模块130。

多个第一超宽带通信模块110设置在站台上。其中，数量可根据实际需求进行设置，如果对定位精度的要求较高，则第一超宽带通信模块110的数量相应增加；如果要求成本低，则可在保证定位精度的基础上，减少第一超宽带通信模块110的数量。

在本发明的一个实施例中，第一超宽带通信模块110的数量设置为三个。这三个第一超宽带通信模块设置在轨道旁的站台上，并且它们设置的位置呈现为直角三角形。如图2所示，第一超宽带通信模块a与第一超宽带通信模块b之间的连线，与站台的轨道垂直；第一超宽带通信模块b与第一超宽带通信模块c之间的连线，与站台的轨道平行。并且，它们之间的距离不应小于3米。时钟的最小刻度为10纳秒，信号传输的速度为299792458米/秒，速度乘以时间得到的距离约等于3米。如果距离小于3米，时钟的精度达不到，会产生测距盲区。因此，为了避开盲区，第一超宽带通信模块之间的距离应大于3米。

第二超宽带通信模块120设置在列车上，第二超宽带通信模块120可以分别与多个第一超宽带通信模块110之间进行无线通信。

在本发明的一个实施例中，第二超宽带通信模块120可以设置在列车的车头部位。

计算模块130，用于根据第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的信号传输时间差，分别计算第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的距离，并根据第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的距离计算出列车的位置坐标。其中，计算模块130可以如图1所示设置在列车上，也可以设置在站台上(地面)。

具体地，首先可接收第二超宽带通信模块120发出的测距请求时的第一时间，然后接收第二超宽带通信模块120接收到多个第一超宽带通信模块110响应测距请求的第二时间，根据第一时间和第二时间计算信号传输时间差。由于发出的测距请求为脉冲信号，可认为其速度为光速。因此，光速已知，时间为信号传输时间差，故分别计算得到第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的距离。

接下来，多个第一超宽带通信模块110的位置坐标为预先设置的，因此为已知。那么可结合第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的距离，便可以计算出列车的位置坐标。

具体来说，第二超宽带通信模块120与多个第一超宽带通信模块110之间的距离通过tw-tof(twoway-timeoflight，双向飞行时间法)进行测量。tw-tof原理如下：如图3所示，每个uwb(ultrawideband，超宽带)通信模块启动时都会生成一条独立的时间戳。uwb通信模块a在本机时间戳上的ta1发射请求脉冲信号，uwb通信模块b在本机时间戳上的tb1接收到该脉冲信号。uwb通信模块b处理完数据后，在本机时间戳上的tb2时刻发射响应信号，uwb通信模块a在本机时间戳上的ta2时刻接收到该响应信号。根据信号传输时间差，计算出uwb通信模块a和uwb通信模块b之间的距离。

举例来说，如图4所示，假设站台上设置有三个第一超宽带通信模块110，分别为a、b、c，列车上设置的第二超宽带通信模块121为p。那么，可利用tw-tof原理测量出p分别与a、b、c之间的距离l1、l2、l3。本例中，采用第二超宽带通信模块121主动发出请求的模式，周期性的发出测距请求，而站台上的第一超宽带通信模块110响应该请求。已知设置在站台上的a的坐标为(x1，y1，z1)，b的坐标为(x2，y2，z2)，c的坐标为(x3，y3，z3)，三者已知，结合测量到的距离l1、l2以及l3，利用公式1-3便可以计算出p的坐标(x，y，z)。

公式1：l1²＝(x-x1)²+(y-y1)²+(z-z1)²

公式2：l2²＝(x-x2)²+(y-y2)²+(z-z2)²

公式3：l3²＝(x-x3)²+(y-y3)²+(z-z3)²

其中，本实施例的三维立体坐标系，是以轨道的中线为y轴，地心向上为z轴，垂直yz面的方向为x轴，站台进站起点为坐标系原点o。

为了简化计算，还可如图5所示建立坐标系，即以第一超宽带通信模块b为坐标系原点，第一超宽带通信模块b与第一超宽带通信模块c之间的连线为y轴，第一超宽带通信模块b与第一超宽带通信模块a之间的连线为x轴，地心向上为z轴。如此，a的坐标可为(x1，0，0)，b的坐标为(0，0，0)，c的坐标为(0，y3，0)，从而降低了计算量。

与现有技术中每个轨道线路都铺设应答器设备不同，本实施例只在站台上设置第一超宽带通信模块，便能够实现对多条轨道线路上运行的列车进行定位，节省了成本。并且，超宽带通信模块与应答器的定位方式不同，应答器是通过预设的位置信息上报，完成列车定位；超宽带通信模块是通过tw-tof进行测距，计算出列车位置坐标。与列车需要经过应答器设备才能上报位置相比，超宽带通信模块能够实现实时定位，为列车提供实时位置信息，控制更加精确。

此外，计算模块130还可用于接收第一超宽带通信模块110定期检测的第一超宽带通信模块110互相之间的距离，然后判断第一超宽带通信模块110互相之间的距离是否发生变化，且变化量大于预设误差。如果变化量大于预设误差，则生成报警信息。为了防止站台的第一超宽带通信模块110由于不确定原因被移动，导致坐标位置发生变化，影响定位结果。第一超宽带通信模块110之间会定期进行测距，检测彼此之间的距离。一旦发现彼此之间的距离的变化超过了允许的误差值，就可确定有第一超宽带通信模块110的位置发生变化，进而生成报警信息。之后，将报警信息发送给列车控制中心，提醒维护人员需要对位置坐标进行校正；同时还可通知运行的列车，当前的测距结果不可信，保证列车运行安全。

其中，定期检测的第一超宽带通信模块110互相之间的距离的方法，同样使用tw-tof进行测量。即每个第一超宽带通信模块110中均内嵌有一个微型控制芯片，该微型控制芯片可以控制第一超宽带通信模块110定期的发射脉冲信号，以检测获得它们相互之间的距离。

具体地，可接收第一超宽带通信模块110发出的相互测距请求时的第三时间，然后接收第一超宽带通信模块110接收到其它第一超宽带通信模块110响应相互测距请求的第四时间。再根据第三时间和第四时间计算相互信号传输时间差，最后可根据相互信号传输时间差计算出第一超宽带通信模块互相之间的距离。

本发明实施例的列车定位控制系统，通过设置在站台的多个第一超宽带通信模块与设置在列车上的定位设备中的第二超宽带通信模块进行通信，测量得到第二超宽带通信模块与多个第一超宽带通信模块之间的距离，并根据距离计算出列车的位置坐标，能够对列车进行精准定位，成本低，实现简单。

在本发明的另一个实施例中，如图6所示，系统还可包括第一收发模块140和车载控制器150。

第一收发模块140和车载控制器150设置在列车上，且相连第一收发模块140和车载控制器150。

本实施例中，计算模块130设置在列车上，分别与第二超宽带通信模块120和第一收发模块140相连。计算模块130可以将列车的位置坐标发送至第一收发模块140。第一收发模块140再将列车的位置坐标转发至车载控制器150。最后，车载控制器150可根据列车的位置坐标控制列车进站停车。

在本发明的又一个实施例中，如图7所示，系统还可包括第二收发模块160。

其中，第二收发模块160设置在地面(站台)。

本实施例中，计算模块130设置在地面(站台)，分别与第一超宽带通信模块110和第二收发模块160相连。计算模块130可将列车的位置坐标发送至第二收发模块160，第二收发模块160再将列车的位置坐标转发至车载控制器150。最后，车载控制器150可根据列车的位置坐标控制列车进站停车。

需要说明的是，上述两个实施例之间的区别仅在于，第一个将计算模块130设置在列车上，第二个将计算模块130设置在地面(站台)。计算模块130设置在地面时，第一超宽带通信模块110由计算模块130统一控制，通过时分复用方式逐一发出测距请求。当列车驶入第一超宽带通信模块110的有效信号范围内时，列车上的第二超宽带通信模块120可响应该测距请求。具体测距原理以及定位原理与上一实施例完全相同，本实施例不再赘述。本实施例通过设置在站台的多个第一超宽带通信模块110对列车的精准定位，进而通过车载控制器150对列车进站停车进行精确控制，保证了列车运行的平稳及安全。

为实现上述实施例，本发明还提出一种列车定位控制方法，本方法应用于计算模块。该计算模块可以设置于地面，也可以设置于列车上。

图8为本发明一实施例提出的列车定位控制方法的流程图。

如图8所示，列车定位控制方法，包括：

s801，分别获取第二超宽带通信模块与多个第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差。

具体地，可接收第二超宽带通信模块发出的测距请求时的第一时间，然后接收第二超宽带通信模块接收到多个第一超宽带通信模块响应测距请求的第二时间，再根据第一时间和第二时间计算信号传输时间差。

s802，根据第二超宽带通信模块与多个第一超宽带通信模块之间的信号传输时间差，分别计算出多个第一超宽带通信模块与第二超宽带通信模块之间的距离。

其中，多个第一超宽带通信模块设置在站台，第二超宽带通信模块设置在列车上。

s803，根据多个第一超宽带通信模块与第二超宽带通信模块之间的距离计算出列车的位置坐标。

具体地，可获取多个第一超宽带通信模块的位置坐标，然后根据多个第一超宽带通信模块的位置坐标以及第二超宽带通信模块与多个第一超宽带通信模块之间的距离计算出列车的位置坐标。

需要说明的是，前述对列车定位控制系统的解释说明，也适用于本发明实施例的列车定位控制方法，本发明实施例中未公布的细节，在此不再赘述。

本发明实施例的列车定位控制方法，通过设置在站台的多个第一超宽带通信模块与设置在列车上的第二超宽带通信模块进行通信，测量得到第二超宽带通信模块与多个第一超宽带通信模块之间的距离，并根据距离计算出列车的位置坐标，能够对列车进行精准定位，成本低，实现简单。

在本发明的另一个实施例中，如图9所示，列车定位控制方法，还包括：

s804，通过有线或无线的方式将列车的位置坐标发送至车载控制器，以使车载控制器用于根据列车的位置坐标控制列车进站停车。

需要说明的是，前述对列车定位控制系统的解释说明，也适用于本发明实施例的列车定位控制方法，本发明实施例中未公布的细节，在此不再赘述。

本实施例通过设置在站台的多个第一超宽带通信模块对列车的精准定位，进而通过车载控制器对列车进站停车进行精确控制，保证了列车运行的平稳及安全。

在本发明的又一个实施例中，如图10所示，列车定位控制方法，还包括：

s805，接收第一超宽带通信模块定期检测的第一超宽带通信模块互相之间的距离。

具体地，可接收第一超宽带通信模块发出的相互测距请求时的第三时间，再接收第一超宽带通信模块接收到其它第一超宽带通信模块响应相互测距请求的第四时间，然后根据第三时间和第四时间计算相互信号传输时间差，最后可根据相互信号传输时间差计算出第一超宽带通信模块互相之间的距离。

s806，判断第一超宽带通信模块互相之间的距离是否发生变化，且变化量大于预设误差。

s807，如果变化量大于预设误差，则生成报警信息。

为了防止站台的第一超宽带通信模块由于不确定原因被移动，导致坐标位置发生变化，影响定位结果。第一超宽带通信模块之间会定期进行测距，检测彼此之间的距离。一旦发现彼此之间的距离的变化超过了允许的误差值，就可确定有第一超宽带通信模块的位置发生变化，进而生成报警信息。之后，将报警信息发送给列车控制中心，提醒维护人员需要对位置坐标进行校正；同时还可通知运行的列车，当前的测距结果不可信，保证列车运行安全。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。