GPS技术在机车头灯自动寻迹中的应用

　　首先，线路数据采用分段处理的方法。在给定区间［a,b］上的一个划分：a=x0＜x1＜L＜xn=b。已知函数f(x)在点xj上的函数值为f(xj)=yj (j=0,1,L,n)，其中x代表纬度，y代表经度。存在分段函数

　　函数S(x)就是f(x)样条插值函数，根据样条插值函数f(x)满足以下条件：

　　① 插值条件和函数连续条件，S(xj)=yj,S(xj+0)=S(xj-0);
　　② n-1个内结点处的一阶导数连续，S′（xj+0)=S′(xj-0);
　　③ n-1个内结点处的二阶导数连续，S″(xj+0)=S″(xj-0);
　　④ 自然边界条件，S″(x0)=0, S″(xn)=0。可求出分段函数S(x)，也就是优化轨迹曲线。

　　然后，根据分段函数S(x)，在给定的区间［a,b］上均匀取点，一般保证每相邻两点之间的距离小于二分之一的GPS精度，形成该段线路离散GIS地图数据库。在不同的分段上重复使用这个算法，计算所有的分段，形成完整的GIS参考地图。

2.3.3 微控制器控制过程

机车头灯自动寻迹系统软件总流程图如图3所示。

　　该系统控制软件以μCOSII嵌入式实时操作系统为平台，嵌入式操作系统μCOSII是一个公开源代码的占先式多任务的微内核RTOS，其性能和安全性可以与商业产品竞争，具有可移植性、可裁剪性、可剥夺性等优点［4］。

　　在嵌入式操作系统μCOSII中，首先进行系统的初始化，开定时器，开串口中断，并进行相应的I/O设置。然后，加载2个主要的任务。任务1串口接收程序，负责实时接收JupiterGPS接收机发来的RMC数据，并提取经度（Long）、纬度（Lat）和速度（velocity）数据，通过信号量的方式，发送给任务2。任务2控制算法程序进行路径比较、弯道判断和旋转角度计算，得出结果发送至控制命令，驱动电气控制模块，进而驱动步进电机旋转。

图3机车头灯自动寻迹系统软件总流程图

结语

　　笔者已研制出了实验系统，并且针对定位精度要求高、响应时间要求快这两个关键问题提出了相应的解决方案，通过一年多的试运行，取得了良好的实验效果。

　　随着GPS定位技术的日益成熟，定位精度日益提高，在不久的将来，作为独立于铁路信号系统的GPS列车定位系统对高速列车的安全将起着重大作用。未来GPS技术在铁路上必将大有作为。