CN109642955A - 列车位置检测装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式的列车位置检测装置的铁路设计基准存储部预先存储列车行驶的线路的铁路设计基准。而且，位置检测部与经由接收天线从多个卫星接收位置测定用电波而检测列车的位置的动作并行地，根据来自自主导航传感器的输入信号，通过自主导航来检测列车的位置。此时，位置检测部在基于位置测定用电波的列车的位置的检测结果未满足铁路设计基准的情况下，利用基于自主导航的位置的检测结果来校正基于位置测定用电波的列车的位置的检测结果，所以当在列车的车辆中在车辆的认证后必须设置位置检测系统的情况下，即使是无法接收卫星的位置测定用电波的直接波的场所也能够抑制位置精度的下降。

Description

列车位置检测装置以及方法
技术领域
本发明的实施方式涉及列车位置检测装置以及方法。
背景技术
在将使用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)来进行列车的位置探测的位置探测系统设置于铁路车辆的情况下，无法将在车辆的认证时未装备的GNSS的接收天线装备于车辆的顶棚。
因此，在想要在车辆的认证后将位置探测系统导入的情况下，会将天线设置于室内，由于顶棚等障碍物而有可能会无法充分捕捉卫星。
作为结果，电波的接收状态变差，卫星数量不足的情况、受到反射波的影响而位置精度下降的情形较多。在车站，有顶棚的场所也多，所以基于卫星的位置精度变低的情形较多。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-294825号公报
发明内容
因此，在由于障碍物而无法充分捕捉卫星的场所、特别是车站、隧道等，无法接收卫星的位置测定用电波的直接波，无法得到足够的卫星数量和电波强度，从而位置精度下降。
因而，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供当在列车的车辆中在车辆的认证后必须设置位置检测系统的情况下，即使是无法接收卫星的位置测定用电波的直接波的场所也能够抑制位置精度的下降的列车位置检测装置以及方法。
实施方式的列车位置检测装置的铁路设计基准存储部预先存储列车行驶的线路的铁路设计基准。而且，位置检测部与经由接收天线从多个卫星接收位置测定用电波而检测列车的位置的动作并行地，根据来自自主导航传感器的输入信号，通过自主导航来检测列车的位置。
此时，位置检测部在基于位置测定用电波的列车的位置的检测结果未满足铁路设计基准的情况下，根据基于自主导航的位置的检测结果来校正基于位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果。
附图说明
图1是实施方式的列车位置检测系统的概要结构框图(俯视图)。
图2是列车位置检测装置的概要结构框图。
图3是列车位置检测装置中的GNSS位置测定用信号的处理流程图。
图4是仰角范围的设定的说明图。
图5是运算处理部中的整体处理流程图。
具体实施方式
接下来参照附图，说明实施方式。
[1]实施方式
图1是实施方式的列车位置检测系统的概要结构框图(俯视图)。
列车位置检测系统10具备：GNSS接收天线12，配置于列车11的顶头车辆11F以及尾部车辆11R的各个车辆，输出与位置测定用电波对应的GNSS(Global NavigationSatellite System)位置测定用信号；以及列车位置检测装置16，根据作为后述输入信号的GNSS位置测定用信号、方向信号、加速度信号、方位信号以及姿势信号来进行位置计算。
在此，列车11具备中间车辆11M。
图2是列车位置检测装置的概要结构框图。
如图2所示，方向传感器13、加速度传感器14、方位传感器15连接于列车位置检测装置16，上述方向传感器13作为陀螺仪传感器等而构成，检测列车11的移动方向，输出方向信号，上述加速度传感器14检测列车11的加速度，输出加速度信号，上述方位传感器15作为地磁传感器等而构成，检测列车11的方位或者列车11的姿势(倾斜度)，输出方位信号以及姿势信号。
而且，列车位置检测装置16具备：高频放大部21，进行经由GNSS接收天线12输入的GNSS位置测定用信号的高频放大；混频器23，与本机振荡器22生成的本振频率混合，变换为中频信号；中频放大部24，进行混频器23输出的中频信号的放大；A－D变换器25，进行中频放大部24输出的放大中频信号的模拟/数字变换；以及码相关部26，根据A－D变换器25的输出数据来进行C/A码的解调，并且进行本机振荡器22的控制。
进而，列车位置检测装置16具备：运算处理部27，从码相关部26解调后的C/A码对导航消息数据进行解调，运算卫星的轨道运算以及卫星的位置，求出GNSS接收天线12的位置、即列车11的顶头车辆11F的位置、速度以及时刻或者尾部车辆11R的位置、速度以及时刻，并且根据输入的方向数据、加速度数据、方位数据以及姿势数据，求出列车11的顶头车辆11F的位置、速度、方位以及车辆的倾斜或者尾部车辆11R的位置、速度、方位以及车辆的倾斜，经由通信线，通知给列车控制装置；以及铁路设计基准数据库(DB)28，预先保存铁路的线路设计基准，作为数据库。
首先，说明发送列车位置检测装置16中的用于列车11的位置检测的位置测定用电波的卫星的选择方法。
在该情况下，列车位置检测系统10以关于构成列车11的顶头车辆11F以及尾部车辆11R之后追加地设置为前提，GNSS接收天线12例如设置于分别设置于顶头车辆11F以及尾部车辆11R的驾驶台的周边(例如，前窗的附近)。
在此，如图1所示，在沿着列车行进方向前进的列车11中，相对于设置于顶头车辆11F的驾驶台周边的GNSS接收天线12，来自行进方向前方(图1中，用虚线三角形表示)的位置测定用电波作为直接波而接收，但大量的反射波的卫星信号从顶头车辆11F的行进方向前方以外的周围(特别是车辆的左右方向)进入。
特别在为列车的情况下，不存在具有如突然转弯那样的曲率的弯道，所以在线路的前方，障碍物少。
相对于此，关于在线路上行驶的列车，左右的宽度即使比较窄也没有问题，所以来自位于周围的建筑物、墙壁的反射下的位置测定用电波入射的可能性高。
因而，在本实施方式中，仅选择能够接收直接波的卫星进行位置检测。
图3是列车位置检测装置中的GNSS位置测定用信号的处理流程图。
首先，列车位置检测装置16经由GNSS接收天线12从卫星接收位置测定用电波(步骤S11)。
列车位置检测装置16的运算处理部27针对每个卫星来判定位置测定用电波的电波强度，判别是否为预定的电波强度阈值以上，该预定的电波强度阈值是用于判别对于用于位置计算是否足够的阈值(步骤S12)。
在步骤S12的判别中，在小于预定的电波强度阈值的情况下(步骤S12；否)，该卫星的位置测定用电波不适于位置测定，所以运算处理部27将其去掉(步骤S13)。
在步骤S12的判别中，在为预定的电波强度阈值以上的情况下(步骤S12；是)，运算处理部27根据位置测定用电波所包含的历书数据，计算该卫星的当前位置处的大致的仰角(步骤S14)。
接下来，GNSS位置运算装置13的运算处理部27判别计算出的仰角是否包含于能够成为位置运算对象的预定的仰角范围内(步骤S15)。
图4是仰角范围的设定的说明图。
如图4所示，当相对于设置于车辆的驾驶室内的GNSS接收天线12而仰角过小(过于接近水平线)时，位置精度下降的可能性高，所以设定最小仰角θ1，并且设定与前窗(驾驶台前方的窗玻璃)FW的开口相匹配的最大仰角θ2。因而，以具有该最小仰角θ1～最大仰角θ2之间的仰角的卫星的位置测定用电波为位置运算对象。
在步骤S15的判别中，在计算出的仰角为能够成为位置运算对象的预定的仰角范围外的情况下(步骤S15；否)，该卫星的位置测定用电波不适于位置测定，所以运算处理部27将其去掉(步骤S13)，使处理转移到步骤S17。
在步骤S15的判别中，在计算出的仰角包含于能够成为位置运算对象的预定的仰角范围内的情况下(步骤S15；是)，被认为该卫星的位置测定用电波适于位置测定，所以运算处理部27将该卫星与位置测定用数据(例如，电波强度)形成组，追加到位置计算对象卫星的列表(步骤S16)。
接下来，运算处理部27判别关于与接收到的所有的卫星的位置测定用电波对应的GNSS位置测定用信号的处理是否完成(步骤S17)。
在步骤S17的判别中，在关于与接收到的所有的卫星的位置测定用电波对应的GNSS位置测定用信号的处理尚未完成的情况下(步骤S17；否)，运算处理部27使处理转移到步骤S12，以下进行同样的处理。
在步骤S17的判别中，在关于与接收到的所有的卫星对应的GNSS位置测定用信号的处理完成的情况下(步骤S17；是)，运算处理部27使用与追加到位置计算对象卫星的列表的卫星的位置测定用电波对应的GNSS位置测定用信号，计算列车的当前位置(步骤S18)。
具体而言，设置于顶头车辆11F的驾驶室的列车位置检测装置16的运算处理部27使用GNSS位置测定用信号来计算顶头车辆11F的当前位置，设置于尾部车辆11R的驾驶室的列车位置检测装置16的运算处理部27使用GNSS位置测定用信号来计算尾部车辆11R的当前位置。
GNSS位置测定用电波未必能够如上所述根据周围环境稳定地接收。
然而，在铁路中，根据车轮间的宽度(轨间)以及列车的行驶速度而确定线路的设置的设计基准。
具体而言，确定最小曲线半径(基于设计最高速度以及本线路、分路器附带曲线或者沿着站台的曲线中的任意一个)、缓和曲线、松弛、倾斜、坡度等铁路设计基准。
在此，铁路设计基准因车辆11(列车)的行驶速度不同而不同，所以依照检测到的车辆11的行驶速度而参照的铁路设计基准不同。
因而，在本实施方式中，判别使用GNSS位置测定用信号而得到的车辆11的移动轨迹是否脱离依照铁路的设计基准而得到的信息、即是否是根据铁路的设计基准而得到的移动轨迹，在根据GNSS位置测定用信号而得到的本车辆的移动轨迹为相对于铁路的设计基准设想之外的移动轨迹的情况下，位置运算精度下降，按照基于自主导航的本车辆位置校正根据GNSS位置测定用信号而得到的本车辆位置。
图5是运算处理部中的整体处理流程图。
以下，参照图5，说明实施方式的动作。
首先，运算处理部27使用经由GNSS接收天线12输入的GNSS位置测定用信号，依照图3所示的GNSS位置测定用信号的处理流程图而进行位置测量，计算列车的当前位置(步骤S21)。
然后，将依次计算出的当前位置作为移动轨迹数据来存储。
接着，运算处理部27基于根据GNSS位置测定用信号而得到的移动轨迹数据，检测车辆11的移动轨迹的直线性以及旋转半径(步骤S22)。
接着，运算处理部27关于根据GNSS位置测定用信号而得到的移动轨迹数据，参照铁路设计基准数据库28(步骤S23)。
与上述步骤S21～步骤S23的处理并行地，运算处理部27基于被输入的方向数据、加速度数据、方位数据以及姿势数据，根据自主导航方式来进行车辆11的位置、速度、移动方向以及姿势测量(步骤S24)。
接着，运算处理部27根据被输入的方向数据、加速度数据、方位数据以及姿势数据来计算移动轨迹数据，关于计算出的移动轨迹数据，参照铁路设计基准数据库28(步骤S25)。
由此，运算处理部27根据步骤S23的参照结果，判别根据GNSS位置测定用信号而得到的移动轨迹数据是否为铁路设计基准内、即是否满足铁路设计基准(步骤S26)。
具体而言，判别曲线半径是否满足与车辆11的速度相应的最小曲线半径、视为与缓和曲线对应的线路是否满足预定的铁路设计基准等。
在步骤S26的判别中，在根据GNSS位置测定用信号而得到的移动轨迹数据为铁路设计基准内的情况下(步骤S26；是)，运算处理部27直接采用根据GNSS位置测定用信号而得到的位置测量结果(步骤S30)。
然后，运算处理部27使处理再次转移到步骤S21、步骤S24，以下，同样地进行位置测量处理。
在步骤S26的判别中，在根据GNSS位置测定用信号而得到的移动轨迹数据为铁路设计基准外的情况、即未满足铁路设计基准的情况下(步骤S26；否)，运算处理部27判别作为在步骤S24的处理中求出的利用自主导航方式测量的关于位置、速度、移动方向以及姿势的测量结果的移动轨迹数据是否为铁路设计基准内、即是否满足铁路设计基准(步骤S27)。
具体而言，运算处理部27判别曲线半径是否满足与车辆11的速度相应的最小曲线半径、视为与缓和曲线对应的线路是否满足预定的铁路设计基准、是否根据曲线设置有对应的倾斜、是否检测到满足预定的铁路设计基准的坡度等。
在步骤S27的判别中，在作为在步骤S24的处理中求出的利用自主导航方式测量的关于位置、速度、移动方向以及姿势的测量结果的移动轨迹数据为铁路设计基准外、即未满足铁路设计基准的情况下(步骤S27；否)，被认为基于GNSS的位置测量结果的可靠性比基于自主导航方式的位置测量结果高，所以运算处理部27直接采用根据GNSS位置测定用信号而得到的位置测量结果(步骤S30)。
然后，运算处理部27使处理再次转移到步骤S21、步骤S24，以下同样地进行位置测量处理。
另一方面，在步骤S27的判别中，在作为在步骤S24的处理中求出的利用自主导航方式测量的关于位置、速度、移动方向以及姿势的测量结果的移动轨迹数据为铁路设计基准内、即满足铁路设计基准的情况下(步骤S27；是)，运算处理部27用基于自主导航方式的位置测量结果校正基于GNSS的位置测量结果(步骤S28)，将校正后的结果用作基于GNSS的位置测量结果(步骤S29)。
作为具体的校正方法，关于基于GNSS的位置测量结果，能够用基于自主导航方式的位置测量结果置换未满足铁路设计基准的区间的基于GNSS的位置测量结果来用作位置测量结果，或者将对两个位置测量结果简单地进行平均而得到的结果用作位置测量结果，或者根据与铁路设计基准之差的大小对各个位置测量结果进行加权而将进行了加权平均的结果用作位置测量结果。
如以上说明，根据本实施方式，在得到未满足预定的铁路设计基准的基于GNSS的位置测量结果的情况下，根据基于自主导航方式的位置测量结果来校正位置测量结果，所以能够提高位置测量结果的精度，更准确地确定列车位置。
[2]实施方式的变形例
在上述实施方式中，构成为在基于GNSS的位置测量结果未满足预定的铁路设计基准的情况下，每次都根据基于自主导航方式的位置测量结果来校正位置测量结果，但线路设置于预定的位置，所以基本上每次在同样的场所，基于GNSS的位置测量结果不满足预定的铁路设计基准的可能性高。
因而，还能够构成为在列车在根据过去的校正历史利用基于自主导航方式的位置测量结果而校正位置测量结果后的场所运行的情况下，根据过去的列车的行驶历史，检测到达该场所的情况，在该场所根据基于自主导航方式的位置测量结果来校正位置测量结果。
在上述实施方式中，未考虑轨间，但在相同的车辆在轨间被变更的区间行驶的情况下，铁路设计基准会因轨间不同而不同。
因而，能够构成为在铁路设计基准数据库28中预先存储与多个轨间对应的铁路设计基准，在根据基于GNSS的位置测量结果或者根据用基于自主导航方式的位置测量结果校正基于GNSS的位置测量结果后的结果而检测出车辆11移动到轨间被变更的区间的情况下，变更要参照的铁路设计基准，依照对应的轨间的铁路设计基准而同样地进行处理。
通过这样构成，从而即使在轨间在运行区间的中途不同的情况下，也能够用基于自主导航方式的位置测量结果正确地校正基于GNSS的位置测量结果，提高位置测量结果的精度，能够更准确地确定列车位置。
列车位置检测系统10(的列车位置检测装置16)为利用具备MPU等控制装置、以及ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM等存储装置等的通常的计算机的硬件结构。
由本实施方式的列车位置检测装置执行的程序也可以以能够安装的形式或者能够执行的形式的文件的方式记录于CD－ROM、USB存储器等半导体存储器装置、柔性光盘(FD)、CD－R、DVD(Digital Versatile Disk，数字通用光盘)等能够由计算机读取的记录介质而被提供。
另外，也可以构成为将由本实施方式的列车位置检测装置执行的程序保存于与因特网等网络连接的计算机上，通过经由网络进行下载而提供。另外，也可以构成为经由因特网等网络提供或者分发由本实施方式的列车位置检测装置执行的程序。
另外，也可以构成为将本实施方式的列车位置检测装置的程序预先安装到ROM等而提供。
说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，未意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式被实施，能够在不脱离发明的要旨的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、要旨，并且包含于权利要求书所记载的发明和与其等同的范围。

Claims (6)

1.一种列车位置检测装置，经由接收天线从多个卫星接收位置测定用电波来检测列车的位置，其中，所述列车位置检测装置具备：
铁路设计基准存储部，预先存储所述列车行驶的线路的铁路设计基准；以及
位置检测部，根据来自自主导航传感器的输入信号，通过自主导航来检测所述列车的位置，
所述位置检测部在基于所述位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果未满足所述铁路设计基准的情况下，利用基于所述自主导航的位置的检测结果来校正基于所述位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果。
2.根据权利要求1所述的列车位置检测装置，其中，
所述位置检测部在所述列车的位置的检测结果未满足所述铁路设计基准的情况、且基于所述自主导航的位置的检测结果满足所述铁路设计基准的情况下
利用基于所述自主导航的位置的检测结果来校正基于所述位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果。
3.根据权利要求1所述的列车位置检测装置，其中，
所述位置检测部依照所述列车的速度来参照对应的所述铁路设计基准。
4.根据权利要求1所述的列车位置检测装置，其中，
所述位置检测部根据过去的列车的行驶历史，检测到达列车的位置的检测结果不满足所述铁路设计基准的场所的情况，在该场所利用基于自主导航方式的位置测量结果来校正位置测量结果。
5.根据权利要求1所述的列车位置检测装置，其中，
所述来自自主导航传感器的输入信号包括方向信号、加速度信号、方位信号或者姿势信号。
6.一种由列车位置检测装置执行的方法，所述列车位置检测装置具有预先存储列车行驶的线路的铁路设计基准的铁路设计基准存储部，所述列车位置检测装置检测所述列车的位置，所述方法具备：
经由接收天线从多个卫星接收位置测定用电波，检测所述列车的位置的过程；
根据来自自主导航传感器的输入信号，通过自主导航来检测所述列车的位置的过程；以及
在基于所述位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果未满足所述铁路设计基准的情况下，利用基于所述自主导航的位置的检测结果来校正基于所述位置测定用电波的所述列车的位置的检测结果的过程。
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