一种提高地铁列车定位精度的UWB定位系统的制作方法

本实用新型涉及地铁列车定位技术领域，特别涉及一种提高地铁列车定位精度的uwb定位系统。

背景技术：

1.在基于通信的列车自动控制(cbtc)系统中，实时、连续、可靠和精准的定位信息是对列车安全自动控制、移动闭塞，提高区间内列车运行密度和提高行车效率的重要基础。[1]

2.针对地铁列车隧道内的特殊环境，传统意义上的定位(轨道电路、应答器、计轴设备、gps等)往往存在不少问题，具体在三方面：第一，传统定位方式与定位信号的参数设置和信号质量有关，由于隧道内无gps信号、无线扩频等电磁信号或者信号较弱，并且地铁站与地铁车厢内人员密集，大量的手机等网络设备与机器设备运行，对列车传输信号也会带来干扰，使得定位精度低，测量结果不够准确；第二：狭长封闭的地铁隧道对各类信号的传输都是一个非常复杂的传输模型，多径效应对定位结果产生的干扰不容忽视；第三：轨道电路、应答器以及轮轴测速等定位方式由于其覆盖范围有限，不具备通信能力，因此对其他系统的兼容性较差，与地铁列车的高速运行准确定位要求不匹配。[2]

3.基于uwb方式的超宽频无线载波通信技术定位非常合适地铁列车高速移动物体的精确定位，其具体特点如下：

⑴拥有极宽的信号带宽，纳秒级别的时间分辨率，极强的信号穿透力，定位精度可以达到厘米级；⑵多径分辨能力强，对多径效应的抑制好；⑶成本低、能耗小，系统基于基带信号，不使用载波信号，不需要传统收发器的上转换和下转换，系统的传输功率小，系统的能耗低，收发设备简单，成本低，传输速率高。[3]

[1]王迪.基于gnss的列车定位信息融合技术研究[d].兰州交通大学,2018.

[2]张振兴.城市轨道交通中的列车定位方法研究[d].北京交通大学,2008.

[3]宋洋.超宽带室内定位技术研究[d].西安科技大学,2019.

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有地铁列车中传统定位方式存在覆盖范围有限，不具备通信能力，对其他系统的兼容性差，精度低，测量结果不够准确、多径效应对定位结果产生干扰等问题，引入uwb技术，可如其介绍中所述，地铁uwb定位系统的建立，使车站综合监控系统可以与列车车载设备实时通信，告知当前列车位置与速度，定位精度达到厘米级别，多径效应的抑制明显，且成本功耗比传统列车定位方式更低。uwb定位系统具有运行线路记录功能，车站综合监控系统可以在监控显示屏幕上实时查看列车运行轨迹以及速度和位置，同时也方便对列车进行调度规划。

本实用新型的目的是采用以下技术方案实现的：一种提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，包括设于地铁隧道内按照一定距离安装的uwb定位基站、uwb交换机、固定在列车车头的车载标签、uwb服务器、定位光纤、车站综合监控系统、交换机、控制中心，车载标签发送uwb信号，隧道内的uwb定位基站获取车载标签的信息和id号，uwb交换机与多个uwb定位基站相连，uwb服务器与uwb交换机相连，uwb服务器与车站综合监控系统通过定位光纤连接，车站综合监控系统通过交换机与控制中心相连。

优选地，还包括车地无线通信模块，uwb服务器通过车地无线通信模块与车载标签相连，通过车地无线通信的方式与列车车载设备实时通信来确定其在隧道中的位置和测速。

优选地，车载标签通过无线通讯系统与车站综合监控系统相连。

优选地，车站综合监控系统包括监控显示模块。

优选地，还包括中央级综合监控系统，所述控制中心与中央级综合监控系统相连。

有益效果：

1、列车定位准确，实现了车辆的厘米级精确定位，提高了运输效率，减少了运输安全事故的发生，保证了地铁安全运输；

2、实现地铁列车定位成本低、能耗小，uwb系统基于基带信号，不使用载波信号，不需要传统收发器的上转换和下转换，系统的传输功率小，系统的能耗低，收发设备简单，成本低；

3、对于列车调度人员而言，可以实时、连续、可靠和精确获取列车位置与速度，便于列车的调度与车辆安排；

4、地铁uwb定位系统兼容性较高，便于地铁列控系统的互联互通。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统的结构图。

图2是本实用新型实施例2的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统的架构图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型公开了一种提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，在地铁隧道内按照一定距离安装uwb定位基站和uwb交换机，uwb服务器与车站综合监控系统通过定位光纤连接，也可通过车地无线通信的方式与列车车载设备实时通信来以确定其在隧道中的位置以及测速。

车载标签发送uwb信号，隧道内的uwb基站于是获取车载标签的信息和id号，uwb基站通过解析信号把其中获得的测距信息通过wifi或者专用传输网线传递给控制中心，通过基于toda定位原理进行相对定位得到列车的估计位置，用卡尔曼滤波位置修正算法对估计位置进行修正，得到列车位置坐标，再结合测量时间可得到列车实时运行速度。

uwb定位基站接收到列车车载标签发射的uwb信号，通过专用数据线的方式传输到控制中心，uwb服务器将信号解算为位置坐标数据，采用卡尔曼滤波处理原始数据，生成运动物体的位置坐标与实时速度曲线，并画出实滤波后的运行轨迹。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，其特征在于，包括设于地铁隧道内按照一定距离安装的uwb定位基站、uwb交换机、固定在列车车头的车载标签、uwb服务器、定位光纤、车站综合监控系统、交换机、控制中心，车载标签发送uwb信号，隧道内的uwb定位基站获取车载标签发送的信息和id号，uwb交换机与多个uwb定位基站相连，uwb服务器与uwb交换机相连，uwb服务器与车站综合监控系统通过定位光纤连接，车站综合监控系统通过交换机与控制中心相连。

2.根据权利要求1所述的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，其特征在于，还包括车地无线通信模块，uwb服务器通过车地无线通信模块与车载标签相连，通过车地无线通信的方式与列车车载设备实时通信来确定其在隧道中的位置以及测速。

3.根据权利要求1所述的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，其特征在于，车载标签通过无线通讯系统与车站综合监控系统相连。

4.根据权利要求1所述的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，其特征在于，车站综合监控系统还包括监控显示模块。

5.根据权利要求1所述的提高地铁列车定位精度的uwb定位系统，其特征在于，还包括中央级综合监控系统，所述控制中心与中央级综合监控系统相连。

技术总结
本实用新型公开了一种提高地铁列车定位精度的UWB定位系统，包括设于地铁隧道内按照一定距离安装的UWB定位基站、UWB交换机、固定在列车车头的车载标签、UWB服务器、定位光纤、车站综合监控系统、交换机、控制中心。车载标签发送UWB信号，隧道内的UWB基站接受车载标签发送的信息和ID号，UWB基站通过解析信号把其中获得得到的测距信息通过专用传输网线传递给UWB服务器，UWB服务器求解出相应的定位信息，最终通过车站综合监控系统传输到控制中心。本实用新型一种提高地铁列车定位精度的UWB定位系统，列车定位准确，实现了厘米级的车辆精确定位，提高了运输效率，减少了运输安全事故的发生，保证了地铁安全运输。

技术研发人员：王萌萌;熊文祥;刘伯鸿;陈永刚
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2020.10.16
技术公布日：2021.06.01