專利名稱：鐵路機車調(diào)車用測距儀及其測距方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測距儀，尤其涉及一種鐵路機車調(diào)車用測距儀及其測距方法。
背景技術：
目前在鐵路系統(tǒng)中機車調(diào)車作業(yè)時，機車在后方推動列車，調(diào)車員在列車最前端對前方 土擋、車輛、警示標三種情況進行目測距離，用對講機報告司機，司機根據(jù)到目標的距離逐 步降低車速，實現(xiàn)安全?？炕驅?。由于多種原因，經(jīng)常出現(xiàn)目測不準等現(xiàn)象，嚴重時可能 造成事故。
受到使用環(huán)境的制約，代替調(diào)車員進行測距的設備一直沒有研制成功。傳統(tǒng)的激光、雷 達測距方式，需要一直瞄準被測目標，調(diào)車員工作時站在車廂外， 一手抓住扶手另一只手拿 對講機，無法操作測距裝置，且易受天氣、鄰近軌道車輛的干擾，在行駛路線上有彎道的情 況下，不能測出實際行駛距離。同時，現(xiàn)有的測距儀可大體分為激光式、超聲波式或者機電 相結合等主要類別，對于激光式測距儀，其測量精度高，但設備成本也相應提高，同時由于 光線直線傳播的原理，它在測量中必須保證隨時對準測量設備才能進行準確的測量，其在實 際應用不僅成本高，而且操作復雜，對于機車的倒車這種情況采用此種設備顯然是不合適的 ，而且由于倒車是個動態(tài)的過程，必須實時根據(jù)測量的距離對車速進行調(diào)整，因此激光類測 距儀無法滿足倒車的需要；對于超聲波類設備，其雖然不必像激光類設備那樣操作上過于復 雜，但對于機車倒車而言，其周邊是由大量的其他車體或設備存在的，這樣對于超聲波測距 而言，其測量的準確性大打折扣，同時對于像彎路這樣的路況而言，它同樣不易完成實時測 量，不能提供準確的距離信息；對于機電結合類的測距儀而言，其結構復雜度高，設備沉重 ，不易進行手持操作，而且測量時會遇到激光類測距儀同樣的問題。隨著GPS系統(tǒng)精度的逐 漸提高，這一問題有了解決的可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種具有結構簡單，使用方便，配合線路地 理信息數(shù)據(jù)，可實時計算到前方目標所需行駛距離和當前車速，輔助調(diào)車員完成工作等優(yōu)點 的鐵路機車調(diào)車用測距儀及其測距方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種鐵路機車調(diào)車用測距儀，它由差分站和手持機組成，其中差分站為計算機它采用無線方式廣播RTCM格式DGPS差分校正信息；手持機包括微控制器MCU，微控制器分別與FLASH存
儲器、GPS接收機、鍵盤、液晶顯示屏、無線接收模塊、語音模塊及接口電路連接；
微控制器是數(shù)據(jù)處理和控制中心，它接收GPS接收機和無線接收模塊送來的數(shù)據(jù)，確定
機車當前的位置和速度，完成距離計算和運行軌跡記錄，通過語音模塊提示用戶距離速度信
息，通過鍵盤和液晶顯示屏與使用者進行交流；
GPS接收機接收GPS衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)，輸出地理位置、運動狀態(tài)和時間信息； 無線接收模塊接收差分站廣播的DGPS差分校正信息，送給MCU，以提高定位數(shù)據(jù)的精確
性和穩(wěn)定性；
FLASH存儲器保存有本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位置信息，同時用
來記錄調(diào)車作業(yè)中列車的運行軌跡和速度數(shù)據(jù)；
語音模塊具有語音合成功能，用來提示用戶前方目標距離、行車速度是否超速信息； 鍵盤和液晶顯示屏是微控制器與用戶交互的界面，使用者通過它來操作本設備； 數(shù)據(jù)接口用來連接PC機，完成工作參數(shù)設置，程序升級，下載地理信息數(shù)據(jù)，上傳記錄
的運行軌跡工作；
電池為整個設備的工作提供電力。 鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，它的步驟為
1) 在進行調(diào)度作業(yè)前先從PC機下載本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位 置數(shù)據(jù)到測距儀；
2) 在開始作業(yè)時，首先確定目標的位置，當目標是已存儲的固定點時，通過分類査找 或直接輸入目標代號，調(diào)出存儲的位置數(shù)據(jù)；
如果前方是臨時目標，先在目標處用單點位置測量功能，測量并保存目標位置，然后輸 入目標位置數(shù)據(jù)，接著輸入運行路線編號進行調(diào)度作業(yè)；
在沒有運行線路地理數(shù)據(jù)的情況下，使用巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，用臨時采集的線路數(shù) 據(jù)進行作業(yè)；
3) 在作業(yè)開始后，設備定時用語音提示調(diào)度員到前方目標的距離和行車速度是否超速 并在液晶屏上顯示距離車速等信息，語音提示時間則根據(jù)車速設定提前播報的時間量，保證 和實際距離的一致性；同時記錄運行軌跡、速度、時間信息， 一班工作結束后可將運行記錄 上傳到PC機供備案。
所述步驟l)中地理位置數(shù)據(jù)的獲得為鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)使 用測距儀對線路和單點位置進行實測，記錄在機內(nèi)FLASH存儲器中，再上傳到PC機經(jīng)編輯處理后得到，或利用已有電子地圖的數(shù)據(jù)，經(jīng)校正、格式轉換得到；
每條鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)，按股道、上下行、貨場進行分類索引 ，并添加文字說明，形成數(shù)據(jù)文件下載到手持機中。
所述步驟2)中單點位置測量時，測距儀放置在待測點上，待到讀數(shù)收斂達到精度要求 后停止測量，讀出數(shù)據(jù)或添加編號保存到機內(nèi)，保存的測量數(shù)據(jù)可上傳到PC機中。
所述步驟2)中巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，調(diào)車員攜帶測距儀由作業(yè)起始點沿線路巡視到 目標點再返回起始點，在機內(nèi)記錄線路的地理信息數(shù)據(jù)，可用于調(diào)車作業(yè)。
所述步驟3)中行車速度的確定為鐵路線用一系列直線段表示，每個線段用序號、端 點坐標、長度表示，在對路線分段時，每個直線段的長度與它對應的實際路線的誤差被控制 在設定范圍內(nèi)，每段鐵路線由編號、文字描述、線段總數(shù)和每個線段的數(shù)據(jù)組成，所有數(shù)據(jù) 在PC機上編輯處理好后，下載到手持機中；
手持機先將目標位置、當前位置用道路匹配算法映射到指定的路線上，然后依次計算線 路上當前點到目標點間各線段長度之和，既是當前機車到目標所要行駛的距離，具體計算過 程為，將路線上A、 B兩點間的線路分成多個直線段，A點在線段l中，B在線段n中，C點是線 段1的終點，D點是線段n的起點，四個點的緯度、經(jīng)度分別是A(Latl，Lonl)， B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直線段的長度是Lm， AB兩點間行駛距
離是<formula>formula see original document page 7</formula>其中常數(shù)A^11120米，經(jīng)、緯度的單位是度。
本發(fā)明整個系統(tǒng)由差分站和手持機兩部分組成，差分站用無線方式廣播RTCM格式DGPS差 分校正信息，覆蓋半徑為五至十公里， 一般設置在所覆蓋區(qū)域的制高點處，手持機利用差分 校正數(shù)據(jù)可獲得更精確穩(wěn)定的定位效果。
本發(fā)明具有輔助車輛調(diào)度、線路測量、單點位置測量功能，其過程為
在調(diào)度作業(yè)進行過程中，GPS接收機和無線接收模塊定時將定位數(shù)據(jù)、差分校正數(shù)據(jù)送 到MCU中，MCU確定即時位置和速度信息后，從FLASH存儲器中査詢相應道路的地理信息數(shù)據(jù) ，沿路線依次累計各分段的長度，得到距目標的行駛距離，依規(guī)則判斷是否超速，將提示信 息送語音模塊并顯示在液晶顯示屏上，同時將當前位置坐標、速度、時間信息記錄到FLASH 存儲器中，此過程反復進行直到作業(yè)結束。
在線路測量過程中，GPS接收機和無線接收模塊定時將定位數(shù)據(jù)、差分校正數(shù)據(jù)送到MCU 中，MCU確定即時位置和速度信息后，加入時間信息、路線標號，記錄到FLASH存儲器中，此過程反復進行直到作業(yè)結束。
在單點位置測量中，GPS接收機和無線接收模塊定時將定位數(shù)據(jù)、差分校正數(shù)據(jù)送到MCU中，MCU確定即時位置后，求出平均位置和收斂度在液晶屏上顯示出來，直到測量結束，測量結果可添加編號、時間后存儲到FLASH存儲器中。
單點和線路測量數(shù)據(jù)，可上傳到PC機中進行后續(xù)處理。
本設備在進行調(diào)度作業(yè)前先從PC機下載本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位置數(shù)據(jù)。在使用中，當目標是已存儲的固定點時直接輸入目標代號，當目標是停在鐵路線上的列車時，調(diào)車員先在目標處測量并設定目標位置，再返回運行車輛處進行調(diào)度作業(yè)，或由另一人持本設備在目標處測量位置，通過對講機告知調(diào)度員，調(diào)度員手工輸入目標位置數(shù)據(jù)然后進行調(diào)度作業(yè)。在開始工作后，設備定時用語音提示調(diào)度員到前方目標的距離和行車速度是否超速并在液晶屏上顯示距離車速等信息，語音提示根據(jù)車速有一定的提前量，保證和實際距離的一致性；同時記錄運行軌跡、速度、時間信息， 一班工作結束后可將運行記錄上傳到PC機供備案。
在進行線路測量時，將測距儀固定在運行車輛上，GPS接收天線位于兩條鐵軌中間，輸入線路編號開始測量，車輛以每小時20到40公里的速度勻速來回運行多次，結束測量保存數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)上傳到PC機中處理。
在做單點位置測量時，在菜單上啟動此功能，機器放置在待測點上，看到數(shù)據(jù)收斂后停止測量，讀出數(shù)據(jù)或保存到機內(nèi)，最后將數(shù)據(jù)上傳到PC機中。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 使用簡便，工作時佩戴在身上即可，不需要瞄準等復雜操作，利用語音提示前方距離和超速警告。
(2) 不受彎道、天氣因素的干擾。
(3) 使用差分方式提高GPS定位精度。


圖l為手持機組成框圖；圖2為計算線路長度示意圖。
其中，l.微控制器MCU， 2.FLASH存儲器，3. GPS接收機，4.液晶顯示屏，5.無線接收模塊，6.語音模塊，7.數(shù)據(jù)接口， 8.鍵盤，9.電池。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明由差分站和手持機組成，其中差分站為計算機它采用無線方式廣播RTCM格式DGPS差分校正信息；手持機如圖l所示，包括微控制器MCU1，微控制器MCU1分別與FLASH存儲器2、GPS接收機3、鍵盤8、液晶顯示屏4、無線接收模塊5、語音模塊6及接口電路7連接；
微控制器MCU1是數(shù)據(jù)處理和控制中心，它接收GPS接收機和無線接收模塊送來的數(shù)據(jù)，確定機車當前的位置和速度，完成距離計算和運行軌跡記錄，通過語音模塊提示用戶距離速度信息，通過鍵盤和液晶顯示屏與使用者進行交流；
FLASH存儲器2保存有本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位置信息，同時用來記錄調(diào)車作業(yè)中列車的運行軌跡和速度數(shù)據(jù)；
GPS接收機3接收GPS衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)，輸出地理位置、運動狀態(tài)和時間信息；液晶顯示屏4和鍵盤8是微控制器MCU1與用戶交互的界面，使用者通過它來操作本設備；無線接收模塊5接收差分站廣播的DGPS差分校正信息，送給MCU，以提高定位數(shù)據(jù)的精確性和穩(wěn)定性；
語音模塊6具有語音合成功能，用來提示用戶前方目標距離、行車速度是否超速信息；數(shù)據(jù)接口7用來連接PC機，完成工作參數(shù)設置，程序升級，下載地理信息數(shù)據(jù)，上傳記錄的運行軌跡工作；
電池9為整個設備的工作提供電力。本發(fā)明的工作原理和使用方法
鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，它的步驟為
1) 在進行調(diào)度作業(yè)前先從PC機下載本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位置數(shù)據(jù)到測距儀；
2) 在開始作業(yè)時，首先確定目標的位置，當目標是已存儲的固定點時，通過分類査找或直接輸入目標代號，調(diào)出存儲的位置數(shù)據(jù)；
如果前方是臨時目標，先在目標處用單點位置測量功能，測量并保存目標位置，然后輸入目標位置數(shù)據(jù)，接著輸入運行路線編號進行調(diào)度作業(yè)；
在沒有運行線路地理數(shù)據(jù)的情況下，使用巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，用臨時采集的線路數(shù)據(jù)進行作業(yè)；
3) 在作業(yè)開始后，設備定時用語音提示調(diào)度員到前方目標的距離和行車速度是否超速并在液晶屏上顯示距離車速等信息，語音提示時間則根據(jù)車速設定提前播報的時間量，保證和實際距離的一致性；同時記錄運行軌跡、速度、時間信息， 一班工作結束后可將運行記錄上傳到PC機供備案。所述步驟l)中地理位置數(shù)據(jù)的獲得為鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)使用測距儀對線路和單點位置進行實測，記錄在機內(nèi)FLASH存儲器中，再上傳到PC機經(jīng)編輯處理后得到，或利用已有電子地圖的數(shù)據(jù)，經(jīng)校正、格式轉換得到；
每條鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)，按股道、上下行、貨場進行分類索引，并添加文字說明，形成數(shù)據(jù)文件下載到手持機中。
所述步驟2)中單點位置測量時，測距儀放置在待測點上，待到讀數(shù)收斂達到精度要求后停止測量，讀出數(shù)據(jù)或添加編號保存到機內(nèi)，保存的測量數(shù)據(jù)可上傳到PC機中。
所述步驟2)中巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，調(diào)車員攜帶測距儀由作業(yè)起始點沿線路巡視到目標點再返回起始點，在機內(nèi)記錄線路的地理信息數(shù)據(jù)，可用于調(diào)車作業(yè)。
所述步驟3)中行車速度的確定為鐵路線用一系列直線段表示，每個線段用序號、端點坐標、長度表示，在對路線分段時，每個直線段的長度與它對應的實際路線的誤差被控制在設定范圍內(nèi)，每段鐵路線由編號、文字描述、線段總數(shù)和每個線段的數(shù)據(jù)組成，所有數(shù)據(jù)在PC機上編輯處理好后，下載到手持機中；
手持機先將目標位置、當前位置用道路匹配算法映射到指定的路線上，然后依次計算線路上當前點到目標點間各線段長度之和，既是當前機車到目標所要行駛的距離，具體計算過程為，將路線上A、 B兩點間的線路分成多個直線段，A點在線段l中，B在線段n中，C點是線段1的終點，D點是線段n的起點，四個點的緯度、經(jīng)度分別是A(Latl，Lonl)，B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直線段的長度是Lm， AB兩點間行駛距
離是 》工
』如"-闊2 + ((/。h3-/。h1)c。s,))2 +々(/。；2-^4)2 +((/。h2-/。h4) c。s(/。i2))2 +力4
其中常數(shù)A^11120米，經(jīng)、緯度的單位是度。
權利要求
1.一種鐵路機車調(diào)車用測距儀，其特征是，它由差分站和手持機組成，其中差分站為計算機它采用無線方式廣播DGPS差分校正信息；手持機包括微控制器MCU，微控制器MCU分別與FLASH存儲器、GPS接收機、鍵盤、液晶顯示屏、無線接收模塊、語音模塊及接口電路連接；微控制器MCU是數(shù)據(jù)處理和控制中心，它接收GPS接收機和無線接收模塊送來的數(shù)據(jù)，確定機車當前的位置和速度，完成距離計算和運行軌跡記錄，通過語音模塊提示用戶距離速度信息，通過鍵盤和液晶顯示屏與使用者進行交流；GPS接收機接收GPS衛(wèi)星廣播的數(shù)據(jù)，輸出地理位置、運動狀態(tài)和時間信息；無線接收模塊接收差分站廣播的DGPS差分校正信息，送給MCU，以提高定位數(shù)據(jù)的精確性和穩(wěn)定性；FLASH存儲器保存有本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位置信息，同時用來記錄調(diào)車作業(yè)中列車的運行軌跡和速度數(shù)據(jù)；語音模塊具有語音合成功能，用來提示用戶前方目標距離、行車速度是否超速信息；鍵盤和液晶顯示屏是微控制器MCU與用戶交互的界面，用戶通過它來操作本設備；數(shù)據(jù)接口用來連接PC機，完成工作參數(shù)設置，程序升級，下載地理信息數(shù)據(jù)，上傳記錄的運行軌跡工作；電池為整個設備的工作提供電力。
2. 一種權利要求l所述的鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，其特征 是，它的步驟為1) 在進行調(diào)度作業(yè)前先從PC機下載本作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有鐵路線、土擋、警示標的地理位 置數(shù)據(jù)到測距儀；2) 在開始作業(yè)時，首先確定目標的位置，當目標是已存儲的固定點時，通過分類査找 或直接輸入目標代號，調(diào)出存儲的位置數(shù)據(jù)；如果前方是臨時目標，先在目標處用單點位置測量功能，測量并保存目標位置，然后 輸入目標位置數(shù)據(jù)，接著輸入運行路線編號進行調(diào)度作業(yè)；在沒有運行線路地理數(shù)據(jù)的情況下，使用巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，用臨時采集的線路 數(shù)據(jù)進行作業(yè)；3)在作業(yè)開始后，設備定時用語音提示調(diào)度員到前方目標的距離和行車速度是否超速 并在液晶屏上顯示距離車速等信息，語音提示時間則根據(jù)車速設定提前播報的時間量，保證 和實際距離的一致性；同時記錄運行軌跡、速度、時間信息， 一班工作結束后可將運行記錄 上傳到PC機供備案。
3 如權利要求2所述的鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，其特征是 ，所述步驟l)中地理位置數(shù)據(jù)的獲得為鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)使用 測距儀對線路和單點位置進行實測，記錄在機內(nèi)FLASH存儲器中，再上傳到PC機經(jīng)編輯處理 后得到，或利用已有電子地圖的數(shù)據(jù)，經(jīng)校正、格式轉換得到；每條鐵路線和沿線土擋、警示標的地理信息數(shù)據(jù)，按股道、上下行、貨場進行分類索 引，并添加文字說明，形成數(shù)據(jù)文件下載到手持機中。
4 如權利要求2所述的鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，其特征是 ，所述步驟2)中單點位置測量時，測距儀放置在待測點上，待到讀數(shù)收斂達到精度要求后 停止測量，讀出數(shù)據(jù)或添加編號保存到機內(nèi)，保存的測量數(shù)據(jù)可上傳到PC機中。
5 如權利要求2所述的鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，其特征是 ，所述步驟2)中巡線功能采集線路數(shù)據(jù)，調(diào)車員攜帶測距儀由作業(yè)起始點沿線路巡視到目 標點再返回起始點，在機內(nèi)記錄線路的地理信息數(shù)據(jù)，可用于調(diào)車作業(yè)。
6 如權利要求2所述的鐵路機車調(diào)車用測距儀的測距方法，其特征是 ，所述步驟3)中行車速度的確定為鐵路線用一系列直線段表示，每個線段用序號、端點坐 標、長度表示，在對路線分段時，每個直線段的長度與它對應的實際路線的誤差被控制在設 定范圍內(nèi)，每段鐵路線由編號、文字描述、線段總數(shù)和每個線段的數(shù)據(jù)組成，所有數(shù)據(jù)在PC 機上編輯處理好后，下載到手持機中；手持機先將目標位置、當前位置用道路匹配算法映射到指定的路線上，然后依次計算 線路上當前點到目標點間各線段長度之和，既是當前機車到目標所要行駛的距離，具體計算 過程為，將路線上A、 B兩點間的線路分成多個直線段，A點在線段l中，B在線段n中，C點是 線段1的終點，D點是線段n的起點，四個點的緯度、經(jīng)度分別是A(Latl，Lonl)， B(Lat2，Lon2)， C (Lat3， Lon3) ， D (Lat4， Lon4)，第m段直線段的長度是Lm， AB兩點間行駛距離是 <formula>formula see original document page 4</formula>其中常數(shù)A^11120米，經(jīng)、緯度的單位是度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵路機車調(diào)車用測距儀及其測距方法。它具有結構簡單，使用方便，配合線路地理信息數(shù)據(jù)，可實時計算到前方目標所需行駛距離和當前車速，輔助調(diào)車員完成工作等優(yōu)點，其結構為它由差分站和手持機組成，其中差分站為計算機它采用無線方式廣播DGPS差分校正信息；手持機包括微控制器MCU，微控制器MCU分別與FLASH存儲器、GPS接收機、鍵盤、液晶顯示屏、無線接收模塊、語音模塊及接口電路連接；電池為整個設備的工作提供電力。
文檔編號G01B15/00GK101644566SQ200910306240
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者曹全宗, 李振瀛, 明 白 申請人:山東科沐華信息技術有限公司