專利名稱：列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導航安全預(yù)警系統(tǒng)，特別涉及一種列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著鐵路的發(fā)展，速度越來越高，高速行駛帶來的問題也逐漸暴露出來，近幾年發(fā)生了多起因列車高速而發(fā)生的問題，這給人民的生命和國家的財產(chǎn)造成了巨大的損失，譬如2010年5月23日凌晨2時許，由上海開往桂林的K859次旅客列車發(fā)生脫軌事故，此次事故已造成19人死亡，重傷11人，輕傷60人，疏散了觀00多名旅客；2011年7月23日20 時27分，北京至福州的D301次列車行駛至溫州市雙嶼路段時，與杭州開往福州的D3115次列車追尾，造成D3115次列車2節(jié)車廂墜落橋下，另1節(jié)車廂懸掛半空，事故共造成34人死亡，191人受傷，12人情況危重。為此對于列車的實時動態(tài)導航監(jiān)控預(yù)警提出了更高要求， 如何做到對列車的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，避免列車脫軌和追尾的情況再度發(fā)生，需要一種列車導航監(jiān)控預(yù)警裝置來解決這些存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法。本發(fā)明的一個目的是提供一種對列車進行實時監(jiān)控的裝置，對列車的安全運行進行監(jiān)控。本發(fā)明的另一個目的是提供一種導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實時對列車的運行狀態(tài)進行分析并記錄。本發(fā)明的又一個目的是提供一種列車預(yù)警方法，對列車運行的情況進行監(jiān)測分析，提供實時運行信息，避免不必要的危險情況發(fā)生。為此，本發(fā)明公開了一種列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括導航監(jiān)控預(yù)警模塊，其包括慣性導航模塊、第一無線通信模塊和圖像處理模塊，所述第一無線通信模塊與所述慣性導航模塊連接，所述圖像處理模塊與所述慣性導航模塊連接；供電模塊，所述供電模塊與導航監(jiān)控預(yù)警模塊連接；監(jiān)控中心，其包括服務(wù)器和第二無線通信模塊，所述服務(wù)器通過第二無線通信模塊與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊中的第一無線通信模塊連接，以與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊實現(xiàn)無線通訊連接。優(yōu)選的是，所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，所述慣性導航模塊包括中央處理器、 陀螺儀和加速度計。優(yōu)選的是，所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，所述陀螺儀與所述中央處理器連接， 所述加速度計與所述中央處理器連接。一種列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、供電模塊為導航監(jiān)控預(yù)警模塊提供運行所需電能；步驟二、導航監(jiān)控預(yù)警模塊采用加速度計實時測量列車的加速度，采用陀螺儀實時采集列車運行過程中的姿態(tài)信息；步驟三、通過慣性導航算法把所采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，在中央處理器中進行計算得到列車運行的速度和列車的位置信息；步驟四、采用圖像處理模塊，采集列車運行過程中周圍物體的情況，來判斷列車運行前方是否有障礙物；步驟五、采用第一無線通信模塊，將步驟三和步驟四中采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給監(jiān)控中心；步驟六、監(jiān)控中心通過第二無線通信模塊對數(shù)據(jù)進行接收，然后進行分析后通過第二無線通信模塊將正確操作信息發(fā)送到列車。優(yōu)選的是，所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法中，步驟二中所述加速度計和陀螺儀中設(shè)置有異常狀態(tài)臨界值，如果所述加速度計和/或陀螺儀測量或采集到的數(shù)值超過異常狀態(tài)臨界值，則所述加速度計和/或陀螺儀向中央處理器發(fā)出故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號，所述中央處理器通過第一無線通信模塊將所述故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號傳送給監(jiān)控中心優(yōu)選的是，所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法中，步驟三中所述慣性導航算法是指1) 將采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息從載體坐標系轉(zhuǎn)換到導航坐標系，幻通過四元數(shù)算法， 解算得到列車運行過程中的橫滾角、俯仰角和方位角，幻通過加速度計算得到列車運行的速度，4)通過速度和橫滾角、俯仰角以及方位角角度和初始位置計算得到列車運行的位置。優(yōu)選的是，所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法中，所述異常狀態(tài)臨界值包括速度臨界值和橫滾角臨界值、俯仰角臨界值以及方位角角度臨界值。優(yōu)選的是，所述列車導航監(jiān)控預(yù)警方法中，所述監(jiān)控中心同時接收來自不同列車發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。優(yōu)選的是，所述列車導航監(jiān)控預(yù)警方法中，所述監(jiān)控中心對來自不同列車的數(shù)據(jù)信息進行分析和保存。本發(fā)明公開的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法的有益效果1、采用慣性導航技術(shù)，有效解決了單獨使用GPS導航所存在的接收不到GPS信號， 或者GPS信號不好等缺陷。2、監(jiān)控中心對列車運行過程中的數(shù)據(jù)進行匯總記錄并存儲，然后對匯總的數(shù)據(jù)進行分析判斷，把正確的操作信息發(fā)送給列車，指導列車的正確運行，存儲的數(shù)據(jù)便于事后對列車的運行過程做出分析。3、通過對陀螺數(shù)據(jù)的分析和與系統(tǒng)初值的對比，可以發(fā)現(xiàn)列車運行過程中可能存在的危險，可以及時對列車進行預(yù)警，也便于事后對列車的運行情況進行分析。4、采用圖像識別技術(shù)，對列車運行的環(huán)境情況進行分析，有利于列車運行過程中避免危險狀況的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明列車導航監(jiān)控預(yù)警方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。如圖1所示，本發(fā)明的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其包括導航監(jiān)控預(yù)警模塊1，其包括慣性導航模塊4、第一無線通信模塊5和圖像處理模塊6，所述第一無線通信模塊5與所述慣性導航模塊4連接，所述圖像處理模塊6與所述慣性導航模塊4連接，所述慣性導航模塊4包括中央處理器7、陀螺儀8和加速度計9，所述陀螺儀8與所述中央處理器7連接，所述加速度計9與所述中央處理器7連接，所述慣性導航模塊4通過陀螺儀8和加速度計9采集列車運行的速度和姿態(tài)信息，輸出至中央處理器7， 所述中央處理器7對各種信息融合處理后，得到所述列車的位置和姿態(tài)信息，對位置信息的分析，實現(xiàn)了對列車的導航功能，對姿態(tài)信息的分析，實現(xiàn)對列車運行動態(tài)的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)列車運行中的動態(tài)運情況，對于中央處理器7處理得到的各種信息，系統(tǒng)可以通過第一無線通信模塊5，傳輸?shù)奖O(jiān)控中心3，實現(xiàn)跟監(jiān)控中心3的數(shù)據(jù)交互，通過第一無線通信模塊5列車能夠?qū)崟r得到周圍列車的運行情況，以避免發(fā)生碰撞或者追尾等危險，圖像處理模塊6是對列車周圍的運行環(huán)境進行圖像采集，通過圖像處理模塊6可以發(fā)現(xiàn)列車運行過程中周圍的物體情況，可以判斷列車周圍是否有障礙物，能夠及時使列車采取安全措施。供電模塊2，所述供電模塊2與導航監(jiān)控預(yù)警模塊1連接，所述供電模塊2為導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的運行提供電能。監(jiān)控中心3，其包括服務(wù)器10和第二無線通信模塊11，所述服務(wù)器10通過第二無線通信模塊11與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊2中的第一無線通信模塊5連接，以與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊2實現(xiàn)無線通訊連接，列車通過第一無線通信模塊5，實時把自身的相關(guān)數(shù)據(jù)， 發(fā)送到監(jiān)控中心3，監(jiān)控中心3可以及時匯總各個列車的運行情況，從而可以掌握所有列車的運行情況，同時通過采用第二無線通信模塊11，監(jiān)控中心3可以實時把跟本列車臨近的列車運行情況發(fā)送到列車上，從而使本列車做出有效判斷，以避免列車相撞或追尾，服務(wù)器 10對列車運行過程中的數(shù)據(jù)記錄存儲，以便于事后對列車的運行過程做出分析。一種列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其包括以下步驟步驟一、供電模塊為導航預(yù)警模塊提供運行所需電能；步驟二、導航預(yù)警模塊采用加速度計實時測量列車的加速度，采用陀螺儀實時采集列車運行過程中的姿態(tài)信息，所述加速度計和陀螺儀中設(shè)置有異常狀態(tài)臨界值，如果所述加速度計和/或陀螺儀測量或采集到的數(shù)值超過異常狀態(tài)臨界值，則所述加速度計和/ 或陀螺儀向中央處理器發(fā)出故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號，所述中央處理器通過第一無線通信模塊將所述故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號傳送給監(jiān)控中心，所述異常狀態(tài)臨界值包括速度臨界值和橫滾角臨界值、俯仰角臨界值以及方位角角度臨界值；步驟三、通過慣性導航算法把所采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，在中央處理器中進行計算，1)將采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息從載體坐標系轉(zhuǎn)換到導航坐標系，2)通過四元數(shù)算法，解算得到列車運行過程中的橫滾角、俯仰角和方位角，幻通過加速度計算得到列車運行的速度，4)通過速度和橫滾角、俯仰角以及方位角角度計算得到列車運行的位置，最后得到列車運行的速度和列車的位置信息；步驟四、采用圖像處理模塊，采集列車運行過程中周圍物體的情況，來判斷列車運行前方是否有障礙物，能夠及時使列車采取安全措施；步驟五、采用第一無線通信模塊，將步驟三和步驟四中采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過第二無線通信模塊同時接收來自不同列車發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并對接收的數(shù)據(jù)進行分析和保存，通過第二無線通信模塊將正確操作信息發(fā)送到列車，保存的數(shù)據(jù)信息以便于事后對列車的運行狀態(tài)進行分析。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括導航監(jiān)控預(yù)警模塊，其包括慣性導航模塊、第一無線通信模塊和圖像處理模塊，所述第一無線通信模塊與所述慣性導航模塊連接，所述圖像處理模塊與所述慣性導航模塊連接；供電模塊，所述供電模塊與導航監(jiān)控預(yù)警模塊連接；監(jiān)控中心，其包括服務(wù)器和第二無線通信模塊，所述服務(wù)器通過第二無線通信模塊與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊中的第一無線通信模塊連接，以與所述導航監(jiān)控預(yù)警模塊實現(xiàn)無線通訊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性導航模塊包括中央處理器、陀螺儀和加速度計。
3.如權(quán)利要求2所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述陀螺儀與所述中央處理器連接，所述加速度計與所述中央處理器連接。
4.一種列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、供電模塊為導航監(jiān)控預(yù)警模塊提供運行所需電能；步驟二、導航監(jiān)控預(yù)警模塊采用加速度計實時測量列車的加速度，采用陀螺儀實時采集列車運行過程中的姿態(tài)信息；步驟三、通過慣性導航算法把所采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，在中央處理器中進行計算得到列車運行的速度和列車的位置信息；步驟四、采用圖像處理模塊，采集列車運行過程中周圍物體的情況，來判斷列車運行前方是否有障礙物；步驟五、采用第一無線通信模塊，將步驟三和步驟四中采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給監(jiān)控中心；步驟六、監(jiān)控中心通過第二無線通信模塊對所述數(shù)據(jù)進行接收，然后經(jīng)過分析后通過第二無線通信模塊將正確操作信息發(fā)送到列車。
5.如權(quán)利要求4所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，步驟二中所述加速度計和陀螺儀中設(shè)置有異常狀態(tài)臨界值，如果所述加速度計和/或陀螺儀測量或采集到的數(shù)值超過異常狀態(tài)臨界值，則所述加速度計和/或陀螺儀向中央處理器發(fā)出故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號，所述中央處理器通過第一無線通信模塊將所述故障預(yù)警信號或損傷預(yù)警信號傳送給監(jiān)控中心。
6.如權(quán)利要求5所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，步驟三中所述慣性導航算法是指1)將采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息從載體坐標系轉(zhuǎn)換到導航坐標系，幻通過四元數(shù)算法，解算得到列車運行過程中的橫滾角、俯仰角和方位角，幻通過加速度計算得到列車運行的速度，4)通過速度和橫滾角、俯仰角以及方位角角度和初始位置計算得到列車運行的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，所述異常狀態(tài)臨界值包括速度臨界值和橫滾角臨界值、俯仰角臨界值以及方位角角度臨界值。
8.如權(quán)利要求4所述列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，所述監(jiān)控中心同時接收來自不同列車發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。
9.如權(quán)利要求8所述列車導航監(jiān)控預(yù)警方法，其特征在于，所述監(jiān)控中心對來自不同列車的數(shù)據(jù)信息進行分析和保存。
全文摘要
一種列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其包括導航監(jiān)控預(yù)警模塊，其包括慣性導航模塊、無線通信模塊和圖像處理模塊；供電模塊，供電模塊與導航監(jiān)控預(yù)警模塊連接；監(jiān)控中心，其包括服務(wù)器和無線通信模塊，服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與導航監(jiān)控預(yù)警模塊連接。其預(yù)警方法是導航預(yù)警模塊采用加速度計實時測量列車的加速度，采用陀螺儀實時采集列車運行過程中的姿態(tài)信息；通過慣性導航算法把所采集到的加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，在中央處理器中進行計算得到列車運行的速度和列車的位置信息；采用圖像處理模塊，采集列車運行過程中周圍物體的情況，來判斷列車運行前方是否有障礙物。本發(fā)明的列車導航監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)能有效防止列車脫軌或相撞等異常事情的發(fā)生。
文檔編號B61L23/00GK102556122SQ201210016000
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者張衛(wèi)國 申請人:張衛(wèi)國