铁路车辆定位装置和系统的制作方法

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1.本技术涉及车辆定位技术领域，特别是涉及一种铁路车辆定位装置和系统。

背景技术：

2.随着卫星导航技术的发展，出现了gps(global positioning system，全球定位系统)，采用gps定位铁路车辆时，在隧道等存在覆盖物的情况下，然而，gps信号覆盖较差，在实际应用中，导致铁路车辆存在定位盲区；北斗卫星导航系统成为全球第一个实现三频发播的卫星导航系统，可以更准确掌握地面终端的位置信息，还具备了通讯功能。目前的卫星定位设备，主要采用gps结合glonass(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)、或gps结合北斗卫星导航系统为主，大部分不支持自主北斗卫星导航系统定位，同时存在功耗或体积问题，无法安装在铁路车辆上直接应用，整体功耗及精确的无法满足铁路车辆定位追踪要求，结构强度难以满足铁路车辆定位需求。
3.在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前的铁路车辆定位方式或者传统方法，存在功耗高等问题。

技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低功耗的铁路车辆定位装置和系统。
5.为了实现上述目的，一方面，本技术实施例提供了一种铁路车辆定位装置，包括：
6.定位模组，用于获取铁路车辆的位置数据；定位模组包括北斗定位模块和移动通信模块；
7.传感器模块，用于获取铁路车辆的环境数据；传感器模块包括温湿度传感器和振动传感器；
8.天线模块，与北斗定位模块和移动通信模块连接；
9.电源模块，包括电源管理模块和主电池组；电源管理模块与主电池组连接；主电池组与北斗定位模块、移动通信模块、温湿度传感器、振动传感器和天线模块分别连接；
10.控制模块，与北斗定位模块、移动通信模块、温湿度传感器、振动传感器、主电池组和电源管理模块分别连接；控制模块用于接收位置数据和环境数据，输出实时位置信息、地理信息和环境信息。
11.在其中一个实施例中，电源模块还包括分别连接主电池组和电源管理模块的预留电池组。
12.在其中一个实施例中，传感器模块还包括分别连接主电池组、控制模块的防拆传感器。
13.在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置安装于铁路车辆的车体侧下方。
14.在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置还包括用于修改工作参数或升级固件的预留接口。
15.在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置还包括用于与铁路车辆的车号绑定的手持机。
16.在一个实施例中，本技术提供了一种铁路车辆定位系统，包括如上述的铁路车辆定位装置。
17.在其中一个实施例中，还包括铁路车辆定位管理平台，铁路车辆定位管理平台与控制模块连接。
18.在其中一个实施例中，还包括私有云服务器，铁路车辆定位管理平台设置于私有云服务器中。
19.在其中一个实施例中，还包括安全平台，用于内外网数据转换；铁路车辆定位管理平台通过安全平台与铁路车辆定位装置通信。
20.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
21.通过结合北斗定位和移动通信定位，能够实现低功耗实时定位和数据传输，获取铁路车辆的准确实时位置、地理信息和环境信息，及时掌握铁路车辆的运行情况。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为一个实施例中铁路车辆定位装置的结构框图；
24.图2为一个实施例中4g通讯模块ec-25e的电路原理图；
25.图3为一个实施例中c70a/b支架的结构示意图；
26.图4为一个实施例中c80支架的结构示意图；
27.图5为一个实施例中铁路车辆定位系统的结构示意图。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
30.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
31.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可
包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
32.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
33.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
34.需要说明的是，目前主要的卫星定位技术主要有：全球导航卫星系统(glonass)、全球定位系统(global positioning system，gps)、伽利略卫星导航系统(galileo satellite navigation system)和北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system，bds)；其中，glonass存在如下问题：
①
glonass工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只12颗；
②
glonass用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重；
③
glonass采用频分多址(frequency division multiple access，fdma)，用户接收机中频率综合器复杂；
④
对gps/glonass兼容接收机，需解决两系统的时间和坐标系统问题；gps在接收到四颗卫星的定位信号的情况下，可以进行误差为5米以内的定位；然而，gps受天气和位置的影响较大，当天气不佳时、或者处于高架桥或树荫下，或者在高楼的旁边角落、地下车库或露天的下层车库等情况下，gps的定位会受到相当大的影响，甚至无法进行定位；
35.伽利略卫星导航系统可以发送实时的高精度定位信息，能够在许多特殊情况下提供服务，若提供服务失败可以在几秒钟内通知客户。与gps相比，伽利略卫星导航系统更先进也更可靠。一般gps只能发现地面大约10米长的物体，而伽利略卫星导航系统能发现1米长的目标。
36.北斗卫星导航系统是全球第一个实现三频发播的卫星导航系统，其优势是可以更准确掌握地面终端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等没有网络的地方，装有北斗系统终端的手机、车船等就可定位自己的位置，并能够向外界发布短报文信息。北斗卫星导航系统的定位功能可以快速确定用户所在地的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息；通过采用北斗卫星导航系统，用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信；此外，北斗卫星导航系统中心控制系统定时播发授时信息，可以为定时用户提供时延修正值。北斗三号将定位范围缩小到厘米的级别；从用户等效测距误差(user equivalent range error，uere)来看，当uere为1米时，bds-3系统全球定位精度预计在1.3～2.7米，水平定位精准度预计在0.7～1.5米，高程定位精度预计在1.1～2.4米。除了导航以外，北斗卫星导航系统还具有能够提供星基增强、精密定位、短报文通信、国际搜救服务能力、已提供地基增强完全服务能力等优势。此外，北斗芯片和设备终端比gps在一定区域更具性价比。
37.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
38.在一个实施例中，如图1所示，本技术实施例提供了一种铁路车辆定位装置，包括：
39.定位模组110，用于获取铁路车辆的位置数据；定位模组110包括北斗定位模块112和移动通信模块114；
40.具体的，通过定位模组110的北斗定位模块112和移动通信模块114，可以实现卫星与移动通信双定位；北斗定位模块112可以采用air530模块实现定位。移动通信模块114可以采用5g/4g/3g/2g的通信方式；可以采用系统设计、低功耗芯片、改良电池管理等辅助降低5g/4g/3g/2g通信的功耗；移动通信模块114可以采用lte(long term evolution，长期演进)通信模块；
41.在一些示例中，air530为功耗极低的双模定位模块，在super-e模式下仅12mw功耗，参数具体如下表所示；lte通信模块可以为lte ag35(一种车规级lte通信模块)；在一些示例中，定位模组110还可以支持gps定位，并且可以在北斗定位和gps定位之间灵活切换。
[0042][0043]
在一些示例中，移动通信模块114可以包括具有接收功能的lte-fdd/lte tdd/wcdma/gsm无线通信模块，例如，4g通讯模块ec-25e；4g通讯模块ec-25e可以提供lte-fdd、lte-tdd、dc-hspa+、hspa+、hsdpa和hsupa的数据连接；并且支持wcdma、edge和gprs网络，可在无3g和4g网络的偏远地区正常工作。
[0044]
在一些示例中，4g通讯模块ec-25e的参数包括：工作电压范围为3.3v～4.3v；典型工作电压为3.8v；支持lte、wcdma、td-scdma、cdma和gsm等接口标准；支持多种网络协议；支持短消息服务(sms)；支持at命令；支持usim/sim卡；支持pcm、usb、wlan、sgmii、串口等接口；支持主天线接口、rx分集天线接口和gnss天线接口；工作温度范围为-40℃～+85℃；4g
通讯模块ec-25e的电路原理图如图2所示。
[0045]
传感器模块120，用于获取铁路车辆的环境数据；传感器模块120包括温湿度传感器122和振动传感器124；
[0046]
具体的，温湿度传感器122可以输出铁路车辆定位装置的内外湿度；振动传感器124可以用于监测铁路车辆的动/静状态；在一些示例中，传感器模块120还可以包括加速度传感器；
[0047]
在其中一个实施例中，传感器模块120还包括分别连接主电池组144、控制模块150的防拆传感器。
[0048]
具体的，铁路车辆定位装置处于拆机状态时，例如，被打开外壳或被拆除时，防拆传感器输出信号用于防拆报警；在一些示例中，防拆传感器输出信号至蜂鸣器报警；
[0049]
天线模块130，与北斗定位模块112和移动通信模块114连接；
[0050]
具体的，天线模块130包括射频天线；在一些示例中，天线模块130包括gsm(global system for mobile communications，全球移动通信系统)天线和北斗天线；
[0051]
电源模块140，包括电源管理模块142和主电池组144；电源管理模块142与主电池组144连接；主电池组144与北斗定位模块112、移动通信模块114、温湿度传感器122、振动传感器124和天线模块130分别连接；
[0052]
具体的，电源管理模块142可以包括库仑计；库仑计与主电池组144连接，可以输出当前电池电量；电源模块140可以包括电源转换元件，用于转换电压；
[0053]
在一些示例中，主电池组144可以采用防爆电池；
[0054]
在其中一个实施例中，电源模块140还包括分别连接主电池组144和电源管理模块142的预留电池组。
[0055]
具体的，预留电池组可以用于应急，可以向主电池组供电，也可以向铁路车辆定位装置的各模块独立供电；在一些示例中，预留电池组可以采用防爆电池。
[0056]
控制模块150，与北斗定位模块112、移动通信模块114、温湿度传感器122、振动传感器124、主电池组144和电源管理模块142分别连接；控制模块150用于接收位置数据和环境数据，输出实时位置信息、地理信息和环境信息。
[0057]
具体的，控制模块150可以包括cpu和flash存储器；cpu可以用于向北斗定位模块112、移动通信模块114、温湿度传感器122、振动传感器124和电源管理模块142输出工作逻辑指令，例如，向电源管理模块142输出工作逻辑指令以减少电能消耗；cpu可以接收位置数据、时间数据、温度数据、识读数据、加速度数据、电池电压/电量数据等；
[0058]
在一些示例中，cpu可以为sam l21微控制器，例如，saml21j18b嵌入式单片机；saml21j18b嵌入式单片机的电压工作范围宽(1.8v～4.2v)；工作温度范围为-40℃～+105℃；具有较低的功耗，其中，运行模式下为35ua/mhz，标准休眠模式(带rtc时钟)下为1.11ua；内核时钟范围为32khz～32mhz；rtc时钟为32.768khz；采用256k rom和40k ram；可连接timer、wdt、16bit adc、16bit dac、i2c、spi、usart、usb2.0 lcd driver、64个io等外设。
[0059]
本技术通过结合北斗定位和移动通信定位，能够实现低功耗实时定位和数据传输，获取铁路车辆的准确实时位置、地理信息和环境信息，及时掌握铁路车辆的运行情况。
[0060]
在一些示例中，铁路车辆定位装置可以包括复合电容和计时模块；
[0061]
在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置安装于铁路车辆的车体侧下方。
[0062]
具体的，铁路车辆定位装置可以采用支架的方式进行安装，支架可以安装在车体侧下方框架上；在一些示例中，支架不明显突出于车体侧面，支架可以采用螺栓及焊接结合的方式进行固定，确保牢靠不脱落；定位装置可以采用螺丝固定在支架上。
[0063]
在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置还包括用于与铁路车辆的车号绑定的手持机。
[0064]
具体的，安装手持机在焊接前完成设备与车号绑定并激活；手持机可以采用lora(long range radio，远距离无线电)通信；
[0065]
在一些示例中，安装可以包括：安装铁路车辆定位装置到对应车型的支架(分为c70a/b及c80两种支架，根据车型选择)，如图3和图4所示，分别为c70a/b支架和c80支架的结构示意图；打开手持机输入车号信息，并扫描装置二维码，拍摄车号照片后提交；将安装好装置的支架焊接到对应车型的指定位置。
[0066]
在其中一个实施例中，铁路车辆定位装置还包括用于修改工作参数或升级固件的预留接口。
[0067]
具体的，预留接口可以支持nb-iot(narrow band internet of things，窄带物联网)扩展；nb-iot具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。nb-iot使用license频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存；可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、便于升级网络。
[0068]
在一些示例中，在同样的频段下，基于4.5g的蜂窝iot比现有网络增益20db，覆盖面积扩大10倍；基于4.5g的蜂窝iot的一个扇区可支持10万个联接；基于4.5g的蜂窝iot的功耗仅为2g的1/10，终端模块的待机时间可长达10年；基于4.5g的蜂窝iot联接所收集的数据可以直接上传云端。
[0069]
在一些示例中，铁路车辆定位装置除射频天线部分外，其余均采用金属外壳设计，安装于不易被破坏位置，能够适应户外的高低温、振动碰撞等恶劣环境；不同车型配置的铁路车辆定位装置可以采用同样的外壳。
[0070]
在一些示例中，铁路车辆定位装置的防护等级可以采用ip67标准，即防护灰尘吸入(整体防止接触，防护灰尘渗透)；防护短暂浸泡(防浸)；铁路车辆定位装置可以采用抗冲击工艺，使铁路车辆定位装置能够经受住货物运输及搬运中的剧烈振动；可以采用内部温度隔离以在暴晒、严寒等恶劣的天气状况下正常工作；可以采用的耐腐防潮封装；可以采用贴片式sim卡以避免sim长期振动导致接触不良。
[0071]
在一个实施例中，本技术提供了一种铁路车辆定位系统，包括如上述的铁路车辆定位装置。
[0072]
在其中一个实施例中，还包括铁路车辆定位管理平台，铁路车辆定位管理平台与控制模块150连接。
[0073]
具体的，铁路车辆定位管理平台可以为部署在铁路车辆公司内网的基于gis(geographic information system，地理信息系统)的地面软件系统，整个系统可以基于云计算(例如，私有云)技术进行架构，分为物理资源层、iaas(infrastructure as a service，基础设施即服务)服务层、pass(platform as a service，平台即服务)服务层、业务应用层和综合运维平台；
[0074]
其中，物理资源层可以包括为计算、存储、网络等所需的服务器、存储等硬件设备；iaas服务层基于物理资源实现资源池化，并向上提供资源调度的接口；paas服务层在iaas之上构建paas平台的运行环境，应用运行的中间件接入到这个运行环境中，平台向上提供服务调用的接口，比如应用服务器、数据库服务器、bi、地图服务器等；业务应用层直接调用paas层暴露的服务接口实现服务调用，同时应用运行在平台提供的应用引擎中，由平台为应用提供统一的运行环境，保证迁移的环境一致性，业务应用可以用于门户、追踪管理等；综合运维平台对整个平台结构统一监控管理，对接各个服务层暴露的监控接口。
[0075]
在其中一个实施例中，还包括私有云服务器，铁路车辆定位管理平台设置于私有云服务器中。
[0076]
在其中一个实施例中，还包括安全平台，用于内外网数据转换；铁路车辆定位管理平台通过安全平台与铁路车辆定位装置通信。
[0077]
在一些示例中，如图5所示，铁路车辆安装有铁路车辆定位装置，铁路车辆定位装置通过gps/bd模块和4g/3g/2g模块分别与通信服务器连接，通信服务器通过安全平台与内网的私有云服务器连接；内网的私有云服务器与内网的多个业务终端连接。
[0078]
在一些示例中，铁路车辆定位管理平台可以接收铁路车辆定位装置的内外湿度，确认铁路车辆定位装置的工作环境；可以获取铁路车辆的动/静状态；能够及时掌握铁路车辆运行情况，比如位置、铁路车辆编组、铁路车辆走形公里、铁路车辆停放位置、铁路车辆历史运行轨迹等。
[0079]
本技术通过低功耗实时定位和数据上传和安全导入，实现铁路车辆的实时追踪；通过实时掌握铁路车辆分布及运用状态，有助于调度铁路车辆，特别是突发情况的针对性应急处理；同时铁路车辆定位管理平台可结合车辆管理信息，实时掌握装车、卸车车站的车辆数量，为组织装卸车、加快车辆周转、提高车辆利用率、缩短铁路车辆周转时间提供信息支撑，为编制铁路车辆调度计划、合理调整车流提供可靠数据依据。
[0080]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0081]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0082]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种铁路车辆定位装置，其特征在于，包括：定位模组，用于获取铁路车辆的位置数据；所述定位模组包括北斗定位模块和移动通信模块；传感器模块，用于获取铁路车辆的环境数据；所述传感器模块包括温湿度传感器和振动传感器；天线模块，与所述北斗定位模块和所述移动通信模块连接；电源模块，包括电源管理模块和主电池组；所述电源管理模块与所述主电池组连接；所述主电池组与所述北斗定位模块、所述移动通信模块、所述温湿度传感器、所述振动传感器和所述天线模块分别连接；控制模块，与所述北斗定位模块、所述移动通信模块、所述温湿度传感器、所述振动传感器、所述主电池组和所述电源管理模块分别连接；所述控制模块用于接收所述位置数据和所述环境数据，输出实时位置信息、地理信息和环境信息。2.根据权利要求1所述的铁路车辆定位装置，其特征在于，所述电源模块还包括分别连接所述主电池组和所述电源管理模块的预留电池组。3.根据权利要求1所述的铁路车辆定位装置，其特征在于，所述传感器模块还包括分别连接所述主电池组、所述控制模块的防拆传感器。4.根据权利要求1所述的铁路车辆定位装置，其特征在于，所述铁路车辆定位装置安装于铁路车辆的车体侧下方。5.根据权利要求1所述的铁路车辆定位装置，其特征在于，所述铁路车辆定位装置还包括用于修改工作参数或升级固件的预留接口。6.根据权利要求1至5任一项所述的铁路车辆定位装置，其特征在于，所述铁路车辆定位装置还包括用于与铁路车辆的车号绑定的手持机。7.一种铁路车辆定位系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的铁路车辆定位装置。8.根据权利要求7所述的铁路车辆定位系统，其特征在于，还包括铁路车辆定位管理平台，所述铁路车辆定位管理平台与所述控制模块连接。9.根据权利要求8所述的铁路车辆定位系统，其特征在于，还包括私有云服务器，所述铁路车辆定位管理平台设置于所述私有云服务器中。10.根据权利要求7至9任一项所述的铁路车辆定位系统，其特征在于，还包括安全平台，用于内外网数据转换；所述铁路车辆定位管理平台通过所述安全平台与所述铁路车辆定位装置通信。

技术总结

本申请涉及一种铁路车辆定位装置和系统。装置包括：定位模组，用于获取铁路车辆的位置数据；定位模组包括北斗定位模块和移动通信模块；传感器模块，用于获取铁路车辆的环境数据；传感器模块包括温湿度传感器和振动传感器；天线模块，与北斗定位模块和移动通信模块连接；电源模块，包括电源管理模块和主电池组；电源管理模块与主电池组连接；控制模块，与北斗定位模块、移动通信模块、温湿度传感器、振动传感器、主电池组和电源管理模块分别连接；控制模块用于接收位置数据和环境数据，输出实时位置信息、地理信息和环境信息。本申请能够获取铁路车辆的准确实时位置、地理信息和环境信息，及时掌握铁路车辆的运行情况。及时掌握铁路车辆的运行情况。及时掌握铁路车辆的运行情况。