基于北斗的列車定位及監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

段瑞星 史揚(yáng) 陳悅 唐曉儀 龍章勇

摘要：該文介紹了北斗在鐵路列車定位及監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)將北斗定位、無線傳輸技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合。通過北斗系列的芯片，進(jìn)行定位、通過無線進(jìn)行信息的傳輸，實現(xiàn)對列車運(yùn)行位置的監(jiān)控，可以為未來鐵路事業(yè)的發(fā)展提供一套定位準(zhǔn)確、高精度、實時監(jiān)控的一套系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：北斗定位;無線傳輸;實時監(jiān)控

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0241-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1引言

2018年爆發(fā)的美國商務(wù)部向中興通訊公司發(fā)布出口禁令，中興通訊全線產(chǎn)品過多依賴美國芯片和光模塊廠商，而且沒有國產(chǎn)替代產(chǎn)品，中興通訊面臨生死攸關(guān)關(guān)頭。此事件也暴露出了，如果核心技術(shù)受制于人，對于國家安全也是一大潛在隱患。在國內(nèi)目前運(yùn)用比較廣泛的定位導(dǎo)航系統(tǒng)主要有兩種：一是美國的 GPS，二是中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。考慮到使用方便性，技術(shù)性，國家安全等各方面因素，選擇國產(chǎn)的北斗技術(shù)。并且目前我國北斗系統(tǒng)有了重大突破，精確度已經(jīng)到達(dá)1米，已經(jīng)超過市面上被廣泛應(yīng)用的美國GPS技術(shù)。設(shè)計一種基于北斗的列車定位及監(jiān)控系統(tǒng)，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)測定列車的位置，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將列車的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)視系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對列車的遠(yuǎn)程監(jiān)視管理，本文設(shè)計了基于北斗的列車定位及監(jiān)控系統(tǒng)，為列車定位與監(jiān)控提供了一套有效的解決方案，采用完全自主國產(chǎn)技術(shù)，有利于國家安全。

2系統(tǒng)的組成

一部分是車載定位終端，負(fù)責(zé)北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā);另一部分是列車定位;監(jiān)視軟件平臺，負(fù)責(zé)對列車位置的監(jiān)視管理。北斗定位模塊一對，一個負(fù)責(zé)接收北斗衛(wèi)星所發(fā)出的信息、轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信息;另一個負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)發(fā)的信息，轉(zhuǎn)發(fā)到無線接收轉(zhuǎn)發(fā)模塊和串口模塊，串口模塊負(fù)責(zé)連接到PC電腦終端上，用電子地圖進(jìn)行北斗定位，確定列車所在的位置。

3 主要功能的實現(xiàn)過程

3.1北斗定位模塊功能的實現(xiàn)

在定位方面，考慮到列車處于運(yùn)行狀態(tài)，會經(jīng)過隧道山洞、信號覆蓋差的地方，采用北斗ATK-S1216F8-BD-V1.1芯片，對裝有定位的列車進(jìn)行加強(qiáng)，確保列車經(jīng)過隧道山洞、信號覆蓋差的地方可以進(jìn)行準(zhǔn)確定位。運(yùn)用北斗ATK-S1216F8-BD-V1.1芯片進(jìn)行電路設(shè)計，做成一個簡單的定位模塊連接到運(yùn)行的列車上，這樣具有精度高、定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、方便快捷的特點。同時要注意連接列車后，所放的位置，北斗ATK-S1216F8-BD-V1.1芯片對溫度有要求，不適合放在溫度過高的地方。

3.2 無線模塊實現(xiàn)的功能

根據(jù)CC2530芯片所做的電路構(gòu)成了ZigBee無線串口模塊。CC2530芯片所以用于2.4G無線接收和發(fā)送，是一個收發(fā)數(shù)據(jù)透傳的無線串口模塊。具有UART通信、寬電壓輸入的優(yōu)點。本系統(tǒng)的無線模塊接收、轉(zhuǎn)發(fā)的原理是發(fā)送端（TX）通過杜邦線與北斗定位模塊的接收端（RX）連接，北斗定位模塊發(fā)送端（TX） 通過杜邦線與無線模塊的接收端（RX）連接，電源連接電源，GND連接GND。無線模塊經(jīng)過串口連接到PC電腦端，PC電腦端通過接收無線模塊發(fā)送來的信息，用電子地圖進(jìn)行北斗定位，確定列車所在的位置。

4 測試結(jié)果

4.1 無線串口模塊的調(diào)試

根據(jù)無線模塊的串口，與PC電腦端連接，在電腦上打開串口調(diào)試助手，對無線模塊進(jìn)行連接調(diào)試，確保無線模塊可以連接到PC電腦端，另一方面對無線模塊進(jìn)行供電、連同北斗定位模塊。

4.2 電子地圖定位顯示

將北斗定位模塊和無線串口模塊和PC電腦端連接好，確認(rèn)各個引腳連接正確，不存在接觸不良的情況，上電進(jìn)行測試。測試各個模塊的功能，串口是否已經(jīng)連接。最后在電子地圖上顯示所定位的位置，看是否能正確地位到模塊所在的位置，在地圖上能否顯示出來。

5 結(jié)論

綜上所述，本系統(tǒng)基本實現(xiàn)了所需要的功能，能實時監(jiān)控列車所處的位置，并通過無線傳輸?shù)姆绞剑l(fā)送到監(jiān)控端，有利于確定列車在運(yùn)行中所在的位置。北斗不單具有無源定位的能力，同時還具有實時通信的能力。但目前北斗系統(tǒng)主要用于軍用，鐵路方面、民用方面還存在很多的不成熟的地方。無線模塊采用CC2530芯片不適合長距離接收轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，下一步的研究計劃采用LTE-R通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線傳輸。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】