(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510942250.1
(22)申请日 2015.12.16
B61L 23/00(2006.01)
B61H 7/02(2006.01)
(71)申请人郑州北斗七星通讯科技有限公司
地址450001 河南省郑州市高新区长椿路
11号Y06幢1单元3层2号
(72)发明人魏银库 施泳 潘继民 李民宗
常雪景 付明霞 陈永
(74)专利代理机构郑州天阳专利事务所(普通
合伙) 41113
代理人
聂孟民
(54)发明名称
一种北斗智能铁路实时监控可视化
管理系统
(57)摘要
本发明涉及北斗智能铁路实时监控
可视化管理系统，可有效解决的智能可
测量相结合的定位交互连接，监控中心
通过4G 通信网分别与北斗高精度作业设备、北斗
定位和惯性测量相结合的定位及北斗基
站进行通信连接，北斗与北斗高精度作业设
备、北斗定位和惯性测量相结合的定位
通过无线通信与北斗卫星连接；本发明利用北斗
地基增强系统，定位精度可达30cm，同时增加铁
鞋自身的IMU 定位，确保卫星信号被严重遮挡时
的高精度定位，有效杜绝了铁路车辆溜逸事故的
发生，既提高了系统的可靠性，又降低了系统的成
本开销。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 105398474 A 2016.03.16
C N 105398474
A
1.一种北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，包括北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位（4）和监控中心（5），北斗高精度作业设备（3）与北斗定位和惯性测量相结合的定位（4）交互连接，监控中心（5）通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位（4）及北斗（2）进行通信连接，北斗（2）与北斗高精度作业设备（3）、北斗定位和惯性测量相结合的定位（4）通过无线通信与北斗卫星（1）连接；
所述的北斗高精度作业设备结构是，由壳体及控制电路构成，控制电路是由第一单片机（3-1）、北斗高精度定位模块（3-2）、第一通信模块（3-4）、语音模块（3-5）、红外探头（3-6）、天线（3-3）、IC卡读卡器（3-7）和电源（3-8）构成，第一单片机（3-1）、北斗高精度定位模块（3-2）、第一通信模块（3-4）、语音模块（3-5）和电源（3-8）置于壳体内，天线（3-3）位于壳体上顶部，IC卡读卡器（3-7）置于壳体侧面，红外探头（3-6）在壳体的前端，第一单片机（3-1）分别同北斗高精度定位模块（3-2）、第一通信模块（3-4）、语音模块（3-5）、红外探头（3-6）和电源（3-8）相连，IC卡读卡器（3-7）经通讯插口与第一单片机（3-1）相连，北斗高精度定位模块（3-2）同置于壳体上部外的天线（3-3）相连，构成铁鞋北斗高精度定位结构； 所述的北斗定位和惯性测量相结合的定位结构是，包括铁鞋体和铁鞋体上装的北斗定位控制器，北斗定位控制器固定在铁鞋体上，北斗定位控制器是由盒体及盒体内的控制电路构成，控制电路是由第二单片机（4-1）、北斗定位模块（4-2）、IMU模块（4-3）、超声波测距模块（4-4）、红外收发器（4-5）、第二通信模块（4-6）和电池（4-7）构成，第二单片机（4-1）分别与北斗定位模块（4-2）、IMU模块（4-3）、超声波测距模块（4-4）、红外收发器（4-5）、第二通信模块（4-6）和电池（4-7）相连，构成铁鞋定位控制结构；
北斗高精度作业设备是基于北斗卫星和北斗地基增强原理的差分高精度RTK接收终端，通过非接触方式与铁鞋交换信息，进而把作业设备的高精度位置信息注入到铁鞋对铁鞋进行位置标定，并通过语音模块
（3-5）报读铁鞋的安装状态，安装状态包括安装成功、铁鞋姿态不正确、铁鞋方向不正确、铁鞋安装不到位的信息，提醒进行相关操作，确保铁鞋使用安全；北斗定位和惯性测量相结合的定位感测铁鞋的平衡度、铁鞋在股道上的位移量和铁鞋的姿态变化，通过机控确保铁鞋安装到位；监控中心构建铁路站场股道地图，并实现铁鞋标定位置与作业股道的位置匹配，实时跟踪铁鞋工作状态和所在位置，实现铁鞋作业管理的可视化监控。
2.根据权利要求1所述的北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，所述的第一单片机为STM32F4芯片，北斗高精度定位模块采用北斗高精度RTK定位模块，天线为北斗全向螺旋天线，第一通信模块为4G通信模块，语音模块为语音输出模块MX6005-16P型，红外探头包括红外发射器和红外接收器，IC卡读卡器为非接触IC卡读卡器。
3.根据权利要求1所述的北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，所述的第二单片机为32位单片机，红外收发器型号为TFBS4650-TR1，第二通信模块为WiFi/3G/4G通信模块。
4.根据权利要求1所述的北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，所述的北斗定位模块为北斗单点定位模块，实现铁鞋离开股道后的跟踪定位。
5.根据权利要求1所述的北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，所述的IMU模块为6轴惯性测量芯片，实现卫星信号被严重遮挡情况时车辆溜逸的位移检测，根据三轴加速度的测值解
算出铁鞋的俯仰角和横滚角来感测铁鞋的平衡度，以及根据铁鞋上锁后三轴陀螺仪与三轴加速度的测值来感测铁鞋的姿态变化。
6.根据权利要求1所述的北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，其特征在于，所述的超声波测距模块为超声波测距传感器，判断铁鞋是否插入到位及铁鞋方向是否正确。
一种北斗智能铁路实时监控可视化管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及铁路，特别是一种北斗智能铁路实时监控可视化管理系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着铁路运输向着快捷、安全及高效的方向发展，对铁路作业的自动化和安全性提出了更高的要求，车站是铁路运输的基层生产单位，防溜工作是车站行车管理工作中的重中之重。据统计，在铁路生产事故中，由于列车溜逸往往造成车辆脱线、颠覆、冲突等重大恶果，所以防溜工作出现问题导致的生产事故中有相当大比例为重大安全事故。[0003] 目前，传统防溜作业的管理主要是依靠作业人员的互动和频繁的现场查看，铁路运输安全《技规》中明确规定：对停留车辆、作业车辆等无动力车辆（车列）必须采取防溜逸措施，并要求有关值班人员必须定时巡视检查，以确保防溜装置作用完好，并
已成为铁路运输安全规定中卡死制度之一。但由于铁路站场点多线长、人少面广，人工管理劳动强度大，作业随意性大，实际作业流程与作业标准相差较远，以致在停车时忘记放置铁鞋造成溜逸事故，或者在已经开车的状态下没有取走铁鞋造成车辆脱轨事故。同时，因为国内大多数车站为非封闭站场，防溜设备的设置一般在线路尽头的道岔区，在缺乏有效现场监控的条件下，经常发生已经设置好的防溜设备因闲杂人员的移动导致防溜作业失效，造成严重的安全隐患。如何从根本上对站场车辆防溜工作进行有效的监控管理，是当前铁路安全管理工作中亟待解决的问题之一。
[0004] 北斗卫星定位技术经过多年发展，已在导航、测绘等多个领域得到了广泛应用，已成为一项成熟的技术。目前，我国大部分省份已经建成北斗高精度地基增强网，北斗定位精度将直接从米级提高到亚米级、厘米级，为实时监控管理提供了可靠的技术支持。但如何把北斗定位技术应用到的管理中，至今未见有行之有效设备的公开报导。
发明内容
[0005] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种北斗智能铁路实时监控可视化管理系统，可有效解决的智能可视化管理，保证铁鞋使用安全和交通安全的问题。
[0006] 本发明解决的技术方案是，包括北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量（IMU）相结合的定位和监控中心，北斗高精度作业设备与北斗定位和惯性测量相结合的定位交互连接，
监控中心通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位及北斗进行通信连接，北斗与北斗高精度作业设备、北斗定位和惯性测量相结合的定位通过无线通信与北斗卫星连接；
所述的北斗高精度作业设备结构是，由壳体及控制电路构成，控制电路是由第一单片机、北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块、红外探头、天线、IC卡读卡器和电源构成，第一单片机、北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块和电源置于壳体内，天线位
于壳体上顶部，IC卡读卡器置于壳体侧面，红外探头在壳体的前端，第一单片机分别同北斗高精度定位模块、第一通信模块、语音模块、红外探头和电源相连，IC卡读卡器经通讯插口与第一单片机相连，北斗高精度定位模块同置于壳体上部外的天线相连，构成铁鞋北斗高精度定位结构；
所述的北斗定位和惯性测量相结合的定位结构是，包括铁鞋体和铁鞋体上装的北斗定位控制器，北斗定位控制器固定在铁鞋体上，北斗定位控制器是由盒体及盒体内的控制电路构成，控制电路是由第二单片机、北斗定位模块、IMU模块、超声波测距模块、红外收发器、第二通信模块和电池构成，第二单片机分别与北斗定位模块、IMU模块、超声波测距模块、红外收发器、第二通信模块和电池相连，构成铁鞋定位控制结构；
北斗高精度作业设备是基于北斗卫星和北斗地基增强原理的差分高精度RTK接收终端，通过非接触方式
与铁鞋交换信息，进而把作业设备的高精度位置信息注入到铁鞋对铁鞋进行位置标定，并通过语音模块报读铁鞋的安装状态，安装状态包括安装成功、铁鞋姿态不正确、铁鞋方向不正确、铁鞋安装不到位的信息，提醒进行相关操作，确保铁鞋使用安全；北斗定位和惯性测量相结合的定位感测铁鞋的平衡度、铁鞋在股道上的位移量和铁鞋的姿态变化，通过机控确保铁鞋安装到位；监控中心构建铁路站场股道地图，并实现铁鞋标定位置与作业股道的位置匹配，实时跟踪铁鞋工作状态和所在位置，实现铁鞋作业管理的可视化监控。
[0007] 本发明利用北斗地基增强系统，通过增设北斗高精度作业设备对铁鞋的初始位置进行精确定位，定位精度可达30cm，同时增加铁鞋自身的IMU定位，确保卫星信号被严重遮挡时的高精度定位。整套系统采用人工作业、机器监视、多冗余信息互确认控制方式，有效杜绝了铁路车辆溜逸事故的发生，且北斗定位和IMU定位方式优势互补，既提高了系统的可靠性，又降低了系统的成本开销，有巨大的经济和社会效益。
附图说明
[0008] 图1为本发明的系统结构图。
[0009] 图2为本发明的工作流程图。
[0010] 图3为本发明的北斗高精度作业设备控制电路框示图。
[0011] 图4为本发明北斗定位和惯性测量相结合的定位的控制电路框示图。
具体实施方式
[0012] 以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0013] 由图1-4所示，本发明包括北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量（IMU）相结合的定位4和监控中心5，北斗高精度作业设备3与北斗定位和惯性测量相结合的定位4交互连接，监控中心5通过4G通信网分别与北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量相结合的定位4及北斗2进行通信连接，北斗基2站与北斗高精度作业设备3、北斗定位和惯性测量相结合的定位4通过无线通信与北斗卫星1连接；
所述的北斗高精度作业设备结构是，由壳体及控制电路构成，控制电路是由第一单片机3-1、北斗高精度定位模块3-2、第一通信模块3-4、语音模块3-5、红外探头3-6、天线
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