CN109080665A - 基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车定位方法，具体包括：车载ATO系统的电子地图数据以环线为单位进行配置；通过交叉感应环线获取列车所在环线，进行位置初始化；根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量；根据车载ATP的速度位置进行比较；通过交叉点信息进行列车位置校正；通过交叉点信息进行站台停车。采用本发明的方法实现列车位置校正使得定位精度大大提高，有利于实现列车站台精确停车。

Description

基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法

技术领域

本发明属于列车自动控制领域，尤其涉及一种基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法。

背景技术

MATC(磁浮列车自动控制)系统是基于通信的列车自动控制系统(ATC)，该系统主要由ATP(列车自动防护)子系统、ATO(列车自动运行)子系统、ATS(列车自动监督)子系统和CBI(计算机联锁)子系统组成。列车自动运行功能是MATC系统的关键技术。

现有技术中，车载ATO系统采用应答器进行列车定位，根据站台内安装的精确定位应答器进行站台精确停车。车载ATO根据接收到的应答器信息，结合车载电子地图数据，查找列车所在轨道信息，车载ATO通过两个连续接收到的应答器信息判断列车的行驶方向，然后，通过车载测速测距单元计算列车所在位置，车载ATO根据进路信息计算列车运行轨道信息，计算期望应答器和接收窗口，车载ATO接收到应答器后，判断当前应答器是否是期望应答器，并判断当前应答器是否在期望接收窗口内，如果是期望应答器且在期望应答器接收窗口内，车载ATO根据车载电子地图数据中应答器位置校正列车位置，否则不进行位置校正。

现有技术中，车载ATO系统根据站台内安装的精确定位应答器进行站台精确停车。车载ATO通过车载电子地图数据获取站台内应答器和停车点位置，车载ATO根据接收到的应答器进行列车位置校正，车载ATO接收到站台停车点前一个精确定位应答器，进行最后精确位置校正，车载ATO根据当前列车速度，距离停车点的距离，计算调整列车需要施加的制动级位，实现站台精确停车。

在上述的现有技术方案中，由于所使用的应答器的接收范围为3m，并且应答器处理单元在处理应答器数据存在延时，导致车载ATO对列车的位置校正误差较大，对站台精确停车影响较大。

针对上述缺点，本发明提供一种基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法，车载ATO接收交叉点的精度在厘米级别，且数据传输属于硬件电路，传输延时在毫秒级别，可提高车载ATO的位置校正精度，提高车载ATO站台精确停车精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于交叉感应环线交叉点信息的定位方法，基于交叉点定位的自动运行系统提高了列车位置校正精度，提高了列车舒适度和站台精确停车精度。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案。

一种列车定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、车载ATO系统的电子地图数据以环线为单位进行配置；

步骤S2、车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，进行位置初始化；

步骤S3、车载ATO根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量；

步骤S4、车载ATO根据车载ATP的速度位置进行比较，如果车载ATO与车载ATP的速度距离大于系统设定的阈值，车载ATO采用车载ATP的速度和位置数据；

步骤S5、车载ATO通过交叉点信息进行列车位置校正。

进一步地，根据所述的列车定位方法，其中，步骤S5通过交叉点进行列车位置校正，具体包括：

判断列车是否进入新环线，如果列车进入新环线，车载ATO通过车载电子地图获取本环线交叉点的位置信息，如果未进入新环线则不需重新获取交叉点位置信息；

车载ATO根据车载电子地图数据计算得到期望交叉点位置和接收窗口；

车载ATO通过交叉感应环线获取交叉点信息，并记录交差点的位置戳和时间戳；

车载ATO根据交叉点的位置戳和时间戳计算接收到交叉点时的接受位置；

车载ATO判断交叉点接收位置是否在期望交叉点的接收窗口内，如果在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO根据车载电子地图数据中交叉点的位置校正列车位置，如果不在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO不进行位置校正；

车载ATO如果没有在期望交叉点的接收窗口内接收到期望交叉点，车载ATO根据车载电子地图数据获取下一个期望交叉点位置和期望窗口。

进一步地，根据所述的列车定位方法，其中，步骤S1中的每个环线的电子地图数据具体包括但不限于以下信息中的一种或多种：

环线长度、限制速度、坡度、弯道、轨道属性、交叉点位置、停车点位置、道岔信息、环线之间的链接关系。

进一步地，根据所述的列车定位方法，其中，每个环线的电子地图数据在轨道上的轨道数据配置结构为：

{区域号，环线号，环线长度，线路限速，环线属性，{坡度[]，弯道[]，限速[]}，{交叉点[]，停车点[]},{道岔[]，偏移[]}，{轨道链接[]，轨道链接[]}，{信号机[]}，校验和}，其中，[]表示数组数据结构。

进一步地，根据所述的列车定位方法，其中，步骤S2车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，进行位置初始化，具体包括：

车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，根据预存的车载电子地图数据，获取当前环线的长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置；

根据车载测速测距单元的速度位置信息，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；

车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

进一步地，根据所述的列车定位方法，其中，步骤S3根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量，具体包括：

车载ATO判断列车是否进入新环线，如果列车未进入新环线，根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量，如果列车进入新环线，则根据ATO计算的前方环线信息，更新当前环线信息，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

进一步地，根据所述的列车定位方法，所述更新当前环线信息步骤中的所述当前环线信息包含以下信息中的一种或多种：当前环线的长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置。

进一步地，本发明还提供一种列车定位停车方法，具体包括：根据所述的列车定位方法对列车进行定位，还包括，

步骤S6、车载ATO通过交叉点信息进行站台停车。

进一步地，根据所述的列车定位停车方法，其中，步骤S6具体包括：车载ATO通过车载电子地图数据获取站台内交叉点和停车点位置，车载ATO根据接收到的交叉点进行列车位置校正；接收到站台停车点前一个交叉点后，进行最后位置校正，车载ATO根据当前列车速度，距离停车点的距离，计算调整列车需要施加的制动级位，实现站台精确停车。

进一步地，根据所述的列车定位停车方法，其中，每个环线的电子地图数据在停车站台上的停车点数据配置结构为：

{交叉点位置[]，特殊交叉点，停车点位置[]，校验和}。

进一步地，本发明还提供一种列车定位系统，包括：车载ATO，ATP主机，接口单元，测速单元，环线天线，车载环线通信单元，其中，车载ATO与ATP主机分别与接口单元、测速单元连接，环线天线与车载环线通信单元连接，车载通信单元与ATP主机连接，车载ATO采用所述的列车定位方法对列车进行定位。或根据所述的列车定位系统，车载ATO采用所述的列车定位停车方法对列车进行定位和停车。

进一步地，根据所述的列车定位系统，其中，测速单元包括传感器，测速单元所使用的传感器为接近式电磁传感器。

进一步地，根据所述的列车定位系统，其中，所述测速单元所使用的传感器为车辆安装的多个独立的磁感应传感器构成的传感器组。

应理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。除非明确指出，否则附图不应视为按比例绘制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同组件或步骤。在附图中：

图1是示出根据本发明基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法一种具体实施方式的流程图；

图2是示出根据本发明基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位停车方法一种具体实施方式的流程图；

图3是示出根据本发明一种具体实施方式的交叉点位置校正步骤的流程图；

图4是示出一种根据本发明车载ATC系统具体实施方式的示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本文所描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。在本说明书和附图中，将采用相同的附图标记表示大体上相同的元素和功能，且将省略对这些元素和功能的重复性说明。此外，为了清楚和简洁，可以省略对于本领域所熟知的功能和构造的说明。

图1示出根据本发明基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法一种具体实施方式的流程图。本实施例的列车运行定位方法可以用于MATC(磁浮列车自动控制)系统，以及其他单一类型的列车系统，例如城际铁路系统、高铁系统、普通列车系统、地铁系统等。本领域技术人员可以在理解本发明原理的基础上将本发明的控制方法应用于不同的列车运行控制系统。为实现本发明技术方案，以铺设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介，可以采用对称或非对称的铺设形式。交叉感应环线方式将其电缆环线铺设在线路中间，离机车底部的车载信号天线较近，传输数据时手的干扰较小，另外，利用其自身独有的通信载频也可以避免无线通信的干扰。

本实施例列车定位方法具体包括：

步骤S1：数据配置。

车载ATO系统的电子地图数据以环线为单位进行配置。每个环线电子地图数据信息主要包含但不限于下述信息中的一种或多种：环线长度、限制速度、坡度、弯道、轨道属性、交叉点位置、停车点位置、道岔信息、环线之间的链接关系。

电子地图数据的配置分为轨道数据配置结构和停车点数据配置结构，其中，

轨道数据配置结构为：

{区域号，环线号，环线长度，线路限速，环线属性，{坡度[]，弯道[]，限速[]}，{交叉点[]，停车点[]},{道岔[]，偏移[]}，{轨道链接[]，轨道链接[]}，{信号机[]}，校验和}。

停车点数据配置结构为：

{交叉点位置[]，特殊交叉点，停车点位置[]，校验和}。

步骤S2：位置初始化

首先，车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，根据预存的车载电子地图数据，获取当前环线的数据信息，信息包括环线长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置；

其次，根据车载测速测距单元的速度位置信息，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；本发明中所述总位置为列车启动后的总走行距离。

再次，车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

步骤S3：持续更新列车所在位置

车载ATO判断列车是否进入新环线，如果列车未进入新环线，根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量；如果列车进入新环线，根据ATO计算的前方环线信息，更新当前环线信息，包含当前环线的长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；

车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

步骤S4：位置比较

车载ATO根据车载ATP的速度位置进行比较，如果车载ATO与车载ATP的速度距离大于系统设定的阈值，车载ATO采用车载ATP的速度和位置数据。

步骤S5：交叉点位置校正

车载ATO判断交叉点接收位置是否在期望交叉点的接收窗口内，如果在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO根据车载电子地图数据中交叉点的位置校正列车位置；如果不在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO不进行位置校正。

图2示出根据本发明基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位停车方法一种具体实施方式的流程图。

本实施例列车定位停车方法具体包括：

步骤S1-S5与前述列车定位方法步骤S1-S5相同，在此不在赘述，

还包括，步骤S6：站台精确停车

首先，车载ATO通过车载电子地图数据获取站台内交叉点和停车点位置，车载ATO根据接收到的交叉点进行列车精确位置校正；

其次，接收到站台停车点前一个交叉点后，进行最后精确位置校正，车载ATO根据当前列车速度，距离停车点的距离，计算调整列车需要施加的制动级位，实现站台精确停车。

电子地图数据在停车站台上的停车点数据配置结构为：

{交叉点位置[]，特殊交叉点，停车点位置[]，校验和}。

为了实现列车站台内精确停车，优选控制站台内环线精确交差点的安装误差为小于2cm，站台内交叉点的布置为不均匀布置，以防止交叉点的误判。

具体而言，所述步骤S1-S6的步骤，本领域技术人员可以根据本发明的原理对所述具体操作进行选择性设置，只要能够实现本发明的控制方法的原理即可。

图3示出根据本发明基于交叉感应环线交叉点信息的列车定位方法一种具体实施方式的位置校正步骤流程图。结合图2，根据交叉点信息进行位置校正的步骤，具体包括：

S5-1：判断列车是否进入新环线，如果列车进入新环线，车载ATO通过车载电子地图数据获取本环线交叉点的位置信息，如果未进入新环线则不需重新获取交叉点位置信息；

S5-2：车载ATO根据车载电子地图数据计算得到期望交叉点位置和接收窗口；

S5-3：车载ATO通过交叉感应环线获取交叉点信息，并记录交差点的位置戳和时间戳；

S5-4：车载ATO根据交叉点的位置戳和时间戳计算接收到交叉点时的精确接受位置；

S5-5：车载ATO判断交叉点接收位置是否在期望交叉点的接收窗口内，如果在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO根据车载电子地图数据中交叉点的位置校正列车位置，如果不在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO不进行位置校正；

S5-6：车载ATO如果没有在期望交叉点的接收窗口内接收到期望交叉点，车载ATO根据车载电子地图数据获取下一个期望交叉点位置和期望窗口。

图4示出了一种根据本发明车载ATC系统具体实施方式的示意图。

该具体实施方式的列车定位系统，包括：车载ATO，ATP主机，接口单元，测速单元，环线天线，车载环线通信单元，其中，车载ATO与ATP主机分别与接口单元、测速单元连接，环线天线与车载环线通信单元连接，车载通信单元与ATP主机连接，所述车载ATO采用上述任一种列车定位方法对列车进行定位。所述车载ATO也可以采用上述的任一种列车定位停车方法对列车进行定位停车。

以MATC车载ATC系统为例进行进一步说明。MATC车载ATC系统包括，ATO(AutomaticTrain Operation列车自动运行)子系统，ATP(Automatic Train Protection列车自动防护)子系统。ATO、ATP与地面ATS(Automatic Train Supervision列车自动监控)三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。HMI设备为系统提供对外的交互接口，供司机观察，作为司机操作的依据。ATO子系统主要由轨旁设备和车载设备两部分组成。ATO系统具有一个双向通信系统，通过车载ATO天线和地面ATO环线，使列车经控制中心与车站的ATS系统连接，接受控制命令(如列车的运行调整、目的地的变更命令等)，实现列车的最佳运营控制，完成程序停车、运行图和时刻表调整、轨旁/列车数据交换、目的地和进路控制等ATO功能。ATO系统具有精确定位停车系统，为列车提供精确的位置信息，并使列车实现精确停车。

MATC系统利用交叉感应环线进行双向通信，基于交叉感应环线通信的通信方式满足磁浮以及较恶劣无线电磁环境下可靠的双向通信的要求，抗干扰能力强，既能满足车地双向通信的要求，也能满足列车定位的要求，环线的交叉点可以实现位置校正。对轮轨铁路来说弥补了数字轨道电路不能传输车对地信息的不足，对中低速磁浮和单轨列车来说能起到数字轨道电路的通信和定位作用。根据磁悬浮列车的特点，利用电磁脉冲传感器实现测速测距，MATC的测速单元所使用的传感器为接近式电磁传感器，该传感器在附近有金属物和无金属物是输出不同的电平；测速单元所用传感器为车辆安装的多个独立的磁感应传感器构成的传感器组，例如为车辆安装的6个独立的磁感应传感器构成的传感器组，车辆运行过程中，磁感应传感器依次划过金属轨枕，产生脉冲信号输出，测速单元获取所有磁感应传感器输出的脉冲信号，计算后得出当前车辆运行的速度值。车载ATO利用CAN总线通信从SDU实时获取当前列车运行速度和距离，实时更新列车位置。

ATO系统基于交叉感应环线进行车地通信和定位进而控制列车自动运行，完成对列车的启动、加速、巡航、惰行和制动的控制，实现列车的自动驾驶，并能够根据ATS的指令，实现区间运行时间的调整功能，同时发送人机显示相应的信息提示司机实现安全运行。从而提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高运输能力和服务质量。

需要说明的是，本说明书中所使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而非意在对本发明进行限制。除非上下文另外明确指出，否则如本文中所使用的单数形式的“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应该理解的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求书的范围。

Claims (13)

1.一种列车定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、车载ATO系统的电子地图数据以环线为单位进行配置；

步骤S2、车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，进行位置初始化；

步骤S3、车载ATO根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量；

步骤S4、车载ATO根据车载ATP的速度位置进行比较，如果车载ATO与车载ATP的速度距离大于系统设定的阈值，车载ATO采用车载ATP的速度和位置数据；

步骤S5、车载ATO通过交叉点信息进行列车位置校正。

2.根据权利要求1所述的列车定位方法，其中，步骤S5通过交叉点进行列车位置校正，具体包括：

判断列车是否进入新环线，如果列车进入新环线，车载ATO通过车载电子地图获取本环线交叉点的位置信息，如果未进入新环线则不需重新获取交叉点位置信息；

车载ATO根据车载电子地图数据计算得到期望交叉点位置和接收窗口；

车载ATO通过交叉感应环线获取交叉点信息，并记录交差点的位置戳和时间戳；

车载ATO根据交叉点的位置戳和时间戳计算接收到交叉点时的接受位置；

车载ATO判断交叉点接收位置是否在期望交叉点的接收窗口内，如果在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO根据车载电子地图数据中交叉点的位置校正列车位置，如果不在期望交叉点的接收窗口内，车载ATO不进行位置校正；

车载ATO如果没有在期望交叉点的接收窗口内接收到期望交叉点，车载ATO根据车载电子地图数据获取下一个期望交叉点位置和期望窗口。

3.根据权利要求1所述的列车定位方法，其中，步骤S1中的每个环线的电子地图数据具体包括但不限于以下信息中的一种或多种：

环线长度、限制速度、坡度、弯道、轨道属性、交叉点位置、停车点位置、道岔信息、环线之间的链接关系。

4.根据权利要求5所述的列车定位方法，其中，每个环线的电子地图数据在轨道上的轨道数据配置结构为：

{区域号，环线号，环线长度，线路限速，环线属性，{坡度[]，弯道[]，限速[]}，{交叉点[]，停车点[]},{道岔[]，偏移[]}，{轨道链接[]，轨道链接[]}，{信号机[]}，校验和}。

5.根据权利要求1所述的列车定位方法，其中，步骤S2车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，进行位置初始化，具体包括：

车载ATO通过交叉感应环线获取列车所在环线，根据预存的车载电子地图数据，获取当前环线的长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置；

根据车载测速测距单元的速度位置信息，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；

车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

6.根据权利要求1所述的列车定位方法，其中，步骤S3根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量，具体包括：

车载ATO判断列车是否进入新环线，如果列车未进入新环线，根据车载测速测距单元的速度位置信息，持续更新列车的总位置及当前环线的位置偏移量，如果列车进入新环线，则根据ATO计算的前方环线信息，更新当前环线信息，计算列车的总位置及当前环线的位置偏移量；车载ATO根据交叉感应环线获取当前进路代码，根据进路代码，结合预存的车载电子地图数据，获取道岔直向或侧向状态，计算列车前方环线信息。

7.根据权利要求8所述的列车定位方法，所述更新当前环线信息步骤中的所述当前环线信息包含以下信息中的一种或多种：当前环线的长度、坡度、弯道、限制速度、交叉点位置、停车点位置。

8.一种列车定位停车方法，根据权利要求1-7任一所述的列车定位方法对列车进行定位，还包括，

步骤S6、车载ATO通过交叉点信息进行站台停车。

9.根据权利要求8所述的列车定位停车方法，其中，步骤S6具体包括：车载ATO通过车载电子地图数据获取站台内交叉点和停车点位置，车载ATO根据接收到的交叉点进行列车精确位置校正；接收到站台停车点前一个交叉点后，进行最后位置校正，车载ATO根据当前列车速度，距离停车点的距离，计算调整列车需要施加的制动级位，实现站台停车。

10.根据权利要求8-9任一所述的列车定位停车方法，其中，每个环线的电子地图数据在停车站台上的停车点数据配置结构为：

{交叉点位置[]，特殊交叉点，停车点位置[]，校验和}。

11.一种列车定位系统，包括：车载ATO，ATP主机，接口单元，测速单元，环线天线，车载环线通信单元，其中，车载ATO与ATP主机分别与接口单元、测速单元连接，环线天线与车载环线通信单元连接，车载通信单元与ATP主机连接，车载ATO采用权利要求1-10中任一所述的方法对列车进行定位。

12.根据权利要求11所述的列车定位系统，其中，测速单元包括传感器，测速单元所使用的传感器为接近式电磁传感器。

13.根据权利要求12所述的列车定位系统，其中，所述测速单元所使用的传感器为车辆安装的多个独立的磁感应传感器构成的传感器组。