无线列调机车定位技术的研究毕业论文

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1、 专业 专注 无线列调机车定位技术的研究毕业论文 目 录 摘摘 要要 I I 第第 1 1 章章 无线列调及无线列调及 GISGIS 技术的机车实时动态跟踪系统技术的机车实时动态跟踪系统 1 1 1 1 基于无线列调技术的 机车实时动态跟踪系统 1 1 1 1 无线列调技术简介 1 1 1 2 无线列调系统的功能和制式 1 1 1 3 铁路的无线列调系统 2 1 2 基于 G IS 技术的列车运行定位系统 3 1 2 1 GIS 技术简介 3 1 2 2 列车定位系统 3 1 2 3 列车运行定位系统的组成 4 第第 2 2 章章 基于基于 ZIGBEEZIGBEE 无线传感网络的机车定位系统

2、无线传感网络的机车定位系统 7 7 2 1 ZIGBEE无线技术简介 7 2 1 1 ZigBee 无线技术的概念 7 2 1 2 Zigbee 的技术特点 7 2 1 3 ZIGBEE 的自组织网 8 2 1 4 标准制定 8 2 2 基于 ZIGBEE技术的无线消防报警定位系统 8 2 2 1 无线火灾报警系统 8 2 2 2 无线消防报普定位系统总体设计 8 第第 3 3 章章 基于基于 GPSGPS 定位系统的机车定位系统定位系统的机车定位系统 1212 3 1 GPS 原理概述 12 3 1 1 GPS 技术简介 12 3 1 2 GPS 的信号 14 3 1 3 导航信息 14 3

3、 1 4 GPS 的误差 15 3 1 5 GPS 定位的基本原理 15 3 1 6 观测值 16 3 1 7 定位模式 17 专业 专注 3 1 8 运动状态 17 3 1 9 在汽车跟踪中的应用 17 3 1 10 GPS 汽车跟踪器 17 3 1 11 GPS 定位平台 18 3 1 12 使用注意事项 18 3 1 13 影响因素 19 3 2 GPS 技术在机车头灯自动寻迹中的应用 19 3 2 1 机车头灯自动寻迹的可行性分析 19 3 2 2 系统整体解决方案 20 3 2 3 机车头灯自动寻迹系统的工作原理 20 3 2 4 机车头灯自动寻迹系统的软件构成 21 致致 谢谢 2

4、424 参考文献参考文献 2525 专业 专注 第第1 1章章 无线列调及无线列调及GISGIS技术的机车实时动态跟踪系统技术的机车实时动态跟踪系统 1 1 1 1 基基于于无无线线列列调调技技术术的的 机车实时动态跟踪系统机车实时动态跟踪系统 1 1 11 1 1 无线列调技术简介无线列调技术简介 列车无线调度 简称无线列调 是重要的铁路行车通信设备 号称 列车行车 三大件 之一 在保证列车正点运行 降低机车能耗 提高 通过能力 通告险情 防止事故 救援抢险等各方面都具有重要的作用 无线列调系统负责列车的位置和运行方向 其工作成员包括行车调度员 车站值班员 助理值班员 机车司机 运转车长等

5、机车司机和运转车长 一般是客运 均处于运行的列车上 共同负 责列车的运行 在每个车站 有一名车站值班员和若干名助理值班员 负责本车站管辖 围的列车运行 助理值班员一般工作在室外 而车站值 班员在车站室 操作指挥 行车调度员位于调度所 一般一个调度所管理 多个车站 因而行车调度员的管辖 围大于车站值班员的管辖 围 1 1 1 1 2 2 无无线线列列调调系系统统的的功功能能和和制制式式 无线列调系统的主要问题是解决 大三角 和 小三角 通信 大三角 通信是指行车调度员 车站值班员和机车司机之间的通信 小三角 通信是指车站值班员 机车司机和运转车长之间的通信 归 纳起来有一下主要功能 1 行车调度

6、员按车次号个别呼叫司机并通话 2 行车调度员能够对该调度区段 的所有机车进行全呼 通话 以 及发出通告 3 行车调度员可呼叫某个车站的车站值班员和该车站管辖围的 所有司机 紧急情况下 行车调度员可优先与司机通话 4 司机可呼叫当前所在调度区段的行车调度员 5 紧急情况下 司机可向行车调度员发出紧急呼叫并通话 6 司机呼叫行车调度员时 调度所设备能够存储机车呼入 7 司机与临近机车司机之间可组呼通信 8 相邻车站值班员之间可进行通话 9 车站值班员 助理值班员 司机 运转车长之间可以通 话 10 调度总机 车载台和机车台具有录音功能或录音接口 11 行车调度员向司机发送调度指令并在机车台显示 司

7、机向行车 调度员发送报告并在调度台显示 非话音信息由调度所设备和机车设备 专业 专注 分别打印记录 12 调度所设备 车站台和机车台之间具备双向数据传输功能 可 以传送实时数据 短数据或报文数据 13 调度所设备应具有人工转接铁路 交换网的功能 根据组网方式及设备功能的不同 铁路现有列车无线调度通信系统 采用 A B C 三种制式完成上述功能 三种制式均采用有线 无线相 结合的组网方式 车站 台和机车台 便携台之间的通信采用无线方式 调度台至车站台之间采用有线方式 数字电路或四线制音频话路 A 制式的通信方式是 调度员 车站值班员与司机之间采用双工通 信方式 车站值班员 助理值班员 司机 运转

8、车长之间采用半双工或 单工通信方式 移动用户之间采用异频单工通话时 由车站台 区间中 继设备转信 B 制式的通信方式分 B1 和 B2 两种 B1 制式 调度员与司机之间 采用双工通讯方式 车站值班员 助理值班员 司机 运转车长之间采 用双工 半双工 单工方式 移动 用户之间采用异频单工通话时 由 车站台 区间中继设 备转信 B2 制式 调度员 车站值班员与司机之 间采用半双工通信方式 车站值班员 助理值班员 司机 运转车长之 间采用单工通信方式 移动用户之间采用异频单工通话时 有车站台转 信 C 制式通信方式 调度员 车站值班员 助理值班员 司机 运转车长 之间的通话采用单工方式 1 1 3

9、1 1 3 铁路的无线列调系统铁路的无线列调系统 1 调度总机 调度总机是列车无线调度通信系统中的地面固定设备 设置在调度所 通过四线制有线线路与车站台连接 2 车站电台 B 制式车站台是专门为铁路车站设计的通信设备 该设备采用了最新 技术 操作简便 具有很多的专用功能 3 便携式车站电台 便携式车站设备 主要用于与机车电台 车站电台及手持台进行通话 便携台可通过置电池供电 电池容量为 12 安时 在无外接电源的情况 下 可保证正常工作 8 小时以上 电池电量不足时有声光提示 便携台可 用专用的外接充电电源对置电池充电 电池充满后充电器有相应提示 此 外 便携台还设有按键及指示灯 便于测试和使

10、用 4 通用机车台 本电台是通用式无线列调机车电台 它兼容 B C 制式机车台的所有 工作模式 安装在列车机车上 供司机使用 可用于机车与调度 车站 其它机车 车长之间通信联系 利用 GPS 全球卫星定位系统 按机车的运 专业 专注 行位置 适时控制机车电台的通信方式的变更 使之改变到与地面通信设 备一致的工作模式上 从而实现与地面通信设备正常通信的目的 当机车 在 GPS 的弱场区 如山区或隧道 运行时 不能通过 GPS 定位来进行工作 模式的切换 该电台可以通过人工选择通信模式 保证机车可以与地面通 信设备进行正常通信 1 21 2 基于基于 G G ISIS 技术的列车运行定位系统技术的

11、列车运行定位系统 1 2 11 2 1 GISGIS 技术简介技术简介 地理信息系统 GIS 技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息 分析技术 在资源与环境应用领域中 它发挥着技术先导的作用 GIS 技术不仅可以有效地管理具 有空间属性的各种资源环境信息 对资 源环境管理和实践模式进行快 速和重复的分析测试 便于制定决策 进行科学和政策的标准评价 而且可以有效地对多时期的资源环境状况 及生产活动变化进行动态监测和分析比较 也可将数据收集 空间分析 和决策过程综合为一个共同的信息流 明显地提高工作效率和经济效益 为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持 随着我国铁路的不断发展和提速 对运行

12、列车进行实时定位和调度变 得越来越重要 为此开发了列车运行定位系统 采用 GPS 定位和 GSM 等 先进新技术 提高了数话兼容无线列调和定位的功能和可靠性 使我国的 无线列调的功能和作用加强 在系统技术上登上了一个新的台阶 1 2 21 2 2 列车定位系统列车定位系统 它是一种集全球卫星定位技术 GPS 地理信息技术 GIS 和现代 GSM 通信技术于一体的高科技系统 它将列车的动态位置 经度 纬度 时 间 状态等信息 实时地通过 GSM 传送至监控中心站 而后在具有地理信 息查询功能的电子地图上进行移动目标的显示 并可以对列车的位置 速 度 运动方向 车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和

13、查询 为调度管 理提供了可视化依据 列车定位监控系统的结构如图 1 1 所示列车通过配 备的 GPS 接收机获取当前的位置 时间等信息 并把列车当前运行的状态 信息通过 GSM 通信链路向监控中心站发送列车当前位置和状态信息 在监 控中心站 接收机接收各次列车或各子监控中心的信息 有系统监控软件 对信息进行处理 通过通信控制器送往电子地图 显示监控区域各次列车 的运行轨迹 系统由监控软件实现状态监控 并可利用 GSM 对各次列车进 行调度指挥 这样就实现了对各次列车的定位监控管理 列车定位监 控系统的功能 1 列车车次 地点位置信息的实时数据传输 2 调度指令 机车报告信息的短数据传输 专业

14、专注 图 1 1 列车运行定位系统示意图 3 机车工况 运况信息的长数据传输 4 调度选站呼 全呼机车 并可向机车发通告 5 机车紧急呼叫调度并通话 6 监控中心可以对全局或全国围的所有运行列车进行监控和调度 1 2 31 2 3 列车运行定位系统的组成列车运行定位系统的组成 1 车载设备构成 GPS 列车监控系统的车载设备包括定位装置 数据传输装置 显示 语音接口等 如图 1 2 其功能主要是传输列车车次 位置实时信息 列 车状况 机车工况等数据信息 在电子地图上显示本次列车的实际位置和 相关参数 到达下一车站时 可提示司机与车站联系 图 1 2 车载设备组成 2 列车定位技术实现 列车定位

15、装置采用 GPS 差分技术和 INU Ini tial Navigating Unit 组合的方法 GPS 差分技术的精度可以达到 10m 由车载设备接 专业 专注 收 GPS 卫星发来的信号并解算出定位信息 INU 此处为角速度传感器 陀螺仪和车速传感器 的信号能够保证定位的连续性 使得 GPS 接受基因 卫星跟踪不到或卫星数不够时系统仍能定位 GPS 接收机和 INU 工作完全 是自动切换 利用 INU 进行航位推算以 GPS 的定位数据作为起始位置 航位推算的基本原理如图 1 3 所示由于列车的运动可以看作是在二维平面 X Y 上的运动 如果已知列车的起始位置和初始方位角 与北向的夹 角

16、 顺时针为正 再通过实时测量列车行驶的距离和方位角的变化 就 可以推算出列车下一时刻的位置 图 1 3 航位推算图 数据传输装置利用 GSM 和 GSM MODEM 组合的方式 实现短信息的安 全 可靠传输 显示器用于显示对列车导航的相关信息 语音接口实现监 控中心与司机或列车长进行通话 3 定位系统的通信组网 我国目前已建成了覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网 是我国公众 陆地移动通信网的主要方式 它提供多种业务 主要有话音业务 短消息 业务 数据业务等 选择那一种业务传送 GPS 列车定位数据对整个系统的 性能有很大的关系 在列车运行定位系统中选择了它的短消息 数据业务 GSM 的短消息业务分为两种 点对点短消息业务和短消息小区广播业务 点对点短消息业务能够使 GSM 数字移动通信网的用户可以发出或接收长度 有限 不超过 140 个字节 的数字或文字消息 并且短消息的收发不影响 通话 可以保证列车运行时的数话兼容 短消息业务可以使网络端知道被 叫方是否已经收到短消息 如果传送失败 被叫方没有回答确切消息 网 络一侧会保留所传的消息 一旦网络发现被叫方能被叫通时 消息能被重 发以