軌道線路絕對位置標記方法
2023-06-12 11:24:36 1
專利名稱：軌道線路絕對位置標記方法
技術領域：
本發明涉及一種軌道線路絕對位置標記方法，用於確定軌道線路或生產線沿線任一點的絕對位置。
背景技術：
在鐵路交通運輸、城市軌道交通和工礦企業內部物流管理等涉及軌道線路的場合，需要精確確定軌道線路沿線任一點的絕對位置；在自動化生產線上需要標記工位或工件所在位置。
例如在軌道交通行車安全和指揮系統中，列車定位是一項關鍵技術。準確、及時地獲取列車位置信息，是列車安全、有效運行的保障。軌道交通定位技術有增量式和絕對式兩類，增量定位設備有輪軸編碼器和陀螺儀，絕對定位設備有查詢應答器和衛星定位系統。增量式定位方法不依賴線路標記，但是存在累計誤差；絕對式定位方法沒有累計誤差，但是必須設置可由機器方便識別的絕對位置標記，目前在沿線設置查詢應答器作為絕對位置標記。由於查詢應答器作位置標記有設置間距和投資規模的矛盾，目前國內採用混合定位法，即用輪軸編碼器累加測距，以查詢應答器糾正累計誤差。這種方法在輪徑變化、打滑或空轉時，累計誤差可能很大，臨近前方查詢應答器時，累計誤差達到最大，而且缺乏高程信息。採用GPS、Galileo等衛星定位系統將受制於外國衛星系統，目前運動定位精度遠低於靜止定位精度，在並行線路上易發生認錯股道的現象，在隧道等區段存在盲區，國產北鬥衛星採用交互式定位，保密性不理想。其它軌道交通定位技術如三線諧波定位法、裂縫光纖信號定位法和交叉電路環定位法，都因沿線敷設的線纜容易受到人為幹擾而影響實施。
再比如精確確定工礦企業的軌道線路或生產線沿線任一點的絕對位置，是實現物流自動化管理或生產線提高自動化程度的前提。在工礦企業內部或生產線上採用衛星定位也存在定位精度不能滿足實際要求和因建築物影響而存在信號盲區的問題。
發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種用於軌道線路或生產線的絕對位置標記方法，通過在軌道線路沿線每一根或幾根軌枕、磁懸浮線路每一隻或幾隻電極、生產線的每一個工位上設置二值標記對其進行特定方式編碼，當順序閱讀二值標記時，在不同位置上讀到的標記所構成的二進位數具有唯一性，以此二進位數為地址，在一個預先建立的標記與坐標相對應的資料庫中查得各位置的坐標信息，即可確定軌道線路上任一點的絕對位置。
本發明建立統一的高精度、高可靠性軌道線路絕對坐標體系，以提高軌道線路位置信息的準確性、可靠性、抗災害能力和應用廣泛性。本發明使軌道線路的位置信息既不依賴於有累計誤差的輪軸編碼器，也不依賴於有盲區和失效風險的衛星信號，而是依賴於設置在線路設施上的二值標記，同時避免了在軌道交通中為提高定位精度而高密度布置查詢應答器的巨額基礎設施投資。
本發明涉及一種軌道線路絕對位置標記方法，其工作原理如圖1。通過在軌道線路沿線每一根或幾根軌枕、磁懸浮線路每一隻或幾隻電極、生產線的每一個工位上設置二值標記(1)對其進行特定方式編碼，當標記閱讀器(2)沿線路順序閱讀二值標記時，在不同位置上讀到的標記在移位存儲器(3)中所構成的二進位數具有唯一性，將所述二進位數作為地址(4)與標記閱讀器所處位置的坐標信息相對應，即可確定軌道線路或生產線(5)上任一點的絕對位置。所述軌道線路可以是鐵路系統的軌道線路、城市軌道交通的軌道線路、工礦企業內部的軌道線路或自動生產線，既可以是沿直線或曲線向兩端延伸的軌道線路，也可以是封閉曲線的軌道線路。所述編碼方式既可以是對整條軌道線路統一按特定方式編碼，直接按二進位地址確定絕對位置；也可以只對兩個既有絕對標記之間的軌道線路按特定方式編碼，每段既有絕對標記之間的線路採用相同的編碼，先按既有絕對標記確定位置所在的段，然後在段內按二進位地址確定絕對位置。所述二值標記的配置能夠保證僅採用一個標記閱讀器沿線路順序閱讀二值標記時，在移位存儲器中所構成的全部地址具有唯一性，從而可以建立一個標記與坐標相對應的資料庫，使得每一待定位置的二進位地址與其坐標值相對應，實現絕對定位功能。所述二值標記通過0或1描述，由可區分開的物理屬性對組成，可以採用附加的扣件螺母、射頻電子標籤、兩種不同材料、南磁極或北磁極。當採用附加的扣件螺母作二值標記時，裝有1個螺母的在役扣件螺栓可作為標記0，裝有2個螺母的扣件螺栓可作為標記1，利用電渦流式閱讀器讀出二值標記；當採用射頻電子標籤作二值標記時，射頻電子標籤中只需要存儲一位信息碼0或1，利用射頻式閱讀器讀出二值標記。所述二值標記的個數根據待定位置的個數而定，可以是任意整數，二值標記可以按等間隔或不等間隔布置。所述移位存儲器按照先進先出的排隊方法移位，沿一個方向順序閱讀標記時，先進入的位構成二進位地址的低位，後進入的位構成二進位地址的高位；沿另一個方向順序閱讀標記時，先進入的位構成二進位地址的高位，後進入的位構成二進位地址的低位；移位存儲器的位數不少於以2為底的二值標記總數的對數。所述標記閱讀器採用預測濾波方法防止讀取誤碼。所述二值標記之間的線路上，標記閱讀器讀到的是第三值，可用-1表示。在讀到-1值時，絕對位置值保持當前值不變，也可以用其他增量定位法細化定位精度，直到標記閱讀器讀入一個新的二值標記。所述坐標信息可以是經緯度、高程、裡程和其它無符號整數、有符號整數、浮點數或文字等信息。
圖2給出了標記閱讀器沿著具有32個待定位置的軌道線路順序讀取二值標記示意圖，圖3給出了標記閱讀器沿著具有59個待定位置的軌道線路順序讀取二值標記示意圖，圖4給出了標記閱讀器沿著具有117個待定位置的軌道線路順序讀取二值標記示意圖。各圖中用黑白方格表示設置在軌道線路上的二值標記，黑格表示1，白格表示0。各圖中當標記閱讀器沿著軌道線路按照圖示移動方向順序讀取二值標記時，在移位存儲器中所構成的二進位數具有唯一性。圖5給出了篩選具有N個待定位置的軌道線路合理二值標記配置的電腦程式框圖。
圖1為本發明的工作原理示意圖。
圖2為具有32個待定位置的軌道線路二值標記配置示意圖。
圖3為具有59個待定位置的軌道線路二值標記配置示意圖。
圖4為具有117個待定位置的軌道線路二值標記配置示意圖。
圖5為篩選具有N個待定位置的軌道線路合理二值標記配置的電腦程式框圖。
具體實施例方式
用具有32個待定位置的軌道線路為實施方案之一做進一步說明。如圖2所示，標記閱讀器(2)沿著軌道線路(5)按照圖示移動方向順序讀取二值標記(1)，在不同待定位置上讀到的標記放入移位存儲器(3)中，移位存儲器按照先進先出的排隊方法移位，先進入的位構成二進位地址的高位，後進入的位構成二進位地址的低位，移位存儲器的位數為log232=5]]>位。圖中標記閱讀器所對正的二值標記所處的位置為首個待定位置，在軌道線路上沿圖示閱讀器移動方向依次有32個待定位置，相應布置32個二值標記，布置情況為00111110111001101011000101001000。在圖中首個待定位置的左側布置4個輔助二值標記(虛線方框內的二值標記)，其值等於最末端的4個標記的值，即1000。當標記閱讀器從左起第一個輔助二值標記順序閱讀到首個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為10000，當標記閱讀器閱讀到第二個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為00000，當標記閱讀器閱讀到第三個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為00001，以此類推。標記閱讀器順序閱讀到不同待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址(4)見表1。
可見，當標記閱讀器順序閱讀到每一個待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址是唯一確定的。將此二進位地址與相應待定位置的坐標信息相對應，則可實現絕對定位功能。
表1
再用具有59個待定位置的軌道線路為例做進一步說明。如圖3所示，標記閱讀器(2)沿著軌道線路(5)按照圖示移動方向順序讀取二值標記(1)，在不同待定位置上讀到的標記放入移位存儲器(3)中，移位存儲器按照先進先出的排隊方法移位，先進入的位構成二進位地址的高位，後進入的位構成二進位地址的低位，移位存儲器的位數為log259=5.88]]>向上取整為6位。圖中標記閱讀器所對正的二值標記所處的位置為首個待定位置，在軌道線路上沿圖示閱讀器移動方向依次有59個待定位置，相應布置59個二值標記，布置情況為00111111011110011101011100011011010011001011000010100010000。在圖中首個待定位置的左側布置5個輔助二值標記(虛線方框內的二值標記)，其值等於最末端的5個標記的值，即10000。當標記閱讀器從左起第一個輔助二值標記順序閱讀到首個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為100000，當標記閱讀器閱讀到第二個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為000000，當標記閱讀器閱讀到第三個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為000001，以此類推。標記閱讀器順序閱讀到不同待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址(4)見表2。
可見，當標記閱讀器順序閱讀到每一個待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址是唯一確定的。將此二進位地址與相應待定位置的坐標信息相對應，則可實現絕對定位功能。
表2
再用具有117個待定位置的軌道線路為例做進一步說明。如圖4所示，標記閱讀器(2)沿著軌道線路(5)按照圖示移動方向順序讀取二值標記(1)，在不同待定位置上讀到的標記放入移位存儲器(3)中，移位存儲器按照先進先出的排隊方法移位，先進入的位構成二進位地址的高位，後進入的位構成二進位地址的低位，移位存儲器的位數為log2117=6.87,]]>向上取整為7位。圖中標記閱讀器所對正的二值標記所處的位置為首個待定位置，在軌道線路上沿圖示閱讀器移動方向依次有117個待定位置，相應布置117個二值標記，布置情況為001111111011111001111010111100011101101110100111001011100001101100110101011010001100100110001011000001010000100100000。在圖中首個待定位置的左側布置6個輔助二值標記(虛線方框內的二值標記)，其值等於最末端的6個標記的值，即100000。當標記閱讀器從左起第一個輔助二值標記順序閱讀到首個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為1000000，當標記閱讀器閱讀到第二個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為0000000，當標記閱讀器閱讀到第三個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中構成的二進位數為0000001，以此類推。標記閱讀器順序閱讀到不同待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址(4)見表3。
可見，當標記閱讀器順序閱讀到每一個待定位置的二值標記時，所構成的二進位地址是唯一確定的。將此二進位地址與相應待定位置的坐標信息相對應，則可實現絕對定位功能。
表3
篩選具有N個待定位置的軌道線路合理二值標記配置的電腦程式框圖如圖5所示，移位存儲器的位數為log2N向上取整。當標記閱讀器沿軌道線路順序閱讀到每一個待定位置的二值標記時，在移位存儲器中所構成的二進位地址是唯一確定的。
權利要求
1.一種軌道線路或生產線絕對位置標記方法，其特徵在於通過在軌道線路沿線每一根或幾根軌枕、磁懸浮線路每一隻或幾隻電極、生產線的每一個工位上設置二值標記對其進行特定方式編碼，當標記閱讀器沿線路順序閱讀二值標記時，在不同位置上讀到的標記在移位存儲器中所構成的二進位數具有唯一性，將所述二進位數作為地址，與標記閱讀器所處位置的坐標信息相對應，即可確定軌道線路或生產線上任一點的絕對位置。
2.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述軌道線路可以是鐵路系統的軌道線路、城市軌道交通的軌道線路、工礦企業內部的軌道線路或自動生產線，既可以是沿直線或曲線向兩端延伸的軌道線路，也可以是封閉曲線的軌道線路。
3.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述編碼方式既可以是對整條軌道線路統一按特定方式編碼，直接按二進位地址確定絕對位置；也可以只對線路上兩個既有絕對標記之間的一段軌道線路按特定方式編碼，每段線路採用相同的編碼，先按既有絕對標記確定位置，然後在各段內按二進位地址確定絕對位置。
4.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述二值標記的配置能夠保證僅採用一個標記閱讀器沿線路順序閱讀二值標記時，在移位存儲器中所構成的全部地址具有唯一性，從而可以建立一個標記與坐標相對應的資料庫，使得每一待定位置的二進位地址與其坐標值相對應，實現絕對定位功能。
5.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述二值標記通過0或1描述，由可區分開的物理屬性對組成，可以採用附加的扣件螺母、射頻電子標籤、兩種不同材料、南磁極或北磁極。當採用附加的扣件螺母作二值標記時，裝有1個螺母的在役扣件螺栓可作為標記0，裝有2個螺母的扣件螺栓可作為標記1，利用電渦流式閱讀器讀出二值標記；當採用射頻電子標籤作二值標記時，射頻電子標籤中只需要存儲一位信息碼0或1，利用射頻式閱讀器讀出二值標記。
6.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述二值標記的個數根據待定位置的個數而定，可以是任意整數，二值標記可以按等間隔或不等間隔布置。
7.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述移位存儲器按照先進先出的排隊方法移位，沿一個方向順序閱讀標記時，先進入的位構成二進位地址的低位，後進入的位構成二進位地址的高位；沿另一個方向順序閱讀標記時，先進入的位構成二進位地址的高位，後進入的位構成二進位地址的低位；移位存儲器的位數不少於以2為底的二值標記總數的對數。
8.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述標記閱讀器採用預測濾波方法防止讀取誤碼。
9.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於在每兩個二值標記之間的線路上，標記閱讀器讀到的是第三值，可用-1表示。在讀到-1值時，絕對位置值保持當前值不變，也可以用其他增量定位法細化定位精度，直到標記閱讀器讀入一個新的二值標記。
10.根據權利要求1所述的絕對位置標記方法，其特徵在於所述坐標信息可以是經緯度、高程、裡程和其它無符號整數、有符號整數、浮點數或文字等信息。
全文摘要
一種軌道線路絕對位置標記方法，通過在軌道線路沿線每一根或幾根軌枕、磁懸浮線路每一隻或幾隻電極、生產線的每一個工位上設置二值標記(1)對其進行特定方式編碼，僅採用一個標記閱讀器(2)沿線路順序閱讀二值標記時，在不同位置上讀到的標記在移位存儲器(3)中所構成的二進位數具有唯一性，將此二進位數作為地址(4)，在一個預先建立的資料庫中查得各位置的坐標信息，即可確定軌道線路或生產線(5)上任一點的絕對位置及與位置相關聯的信息。
文檔編號G01B21/04GK1715827SQ20051001209
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月6日 優先權日2005年7月6日
發明者朱衡君, 邱成 申請人:北京交通大學