CN109975851A - 一种列车线路故障点精确定位方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种列车线路故障点精确定位方法与系统，方法为列车线路检测和惯性测量开启，检测卫星信号有效性，若有效，惯性测量数据和卫星数据融合优化，输出经纬度和速度信息，若无效，惯性测量数据和轮对数据融合优化，输出经纬度和速度信息，列车控制系统依据速度信息输出公里标信息，而后经纬度信息、速度信息、公里标信息和故障信息叠加存储传输；系统包括导航计算机、卫星导航系统、惯性测量单元、列车线路检测系统、列车控制系统和存储单元，卫星导航系统与惯性测量单元均与导航计算机连接，导航计算机与列车控制系统连接，导航计算机与列车控制系统均与存储单元连接，存储单元与列车线路检测系统连接，适用性强、精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道线路检测技术领域，具体涉及一种列车线路故障精确定位方法与系统。
背景技术
现今的轨道线路检测技术，如轨道探伤列车线路检测系统、弓网状态列车线路检测系统在检测到轨道线路故障点后，必须准确地给出故障点坐标等相关信息，检测才具有意义。轨道线路检测故障定位的方法有多种，如采用车载列车控制系统的公里标信息进行故障定位，或者采用多普勒雷达、激光测距及无线射频技术的多重信息融合定位技术。
然而，基于列车控制系统的公里标信息的故障定位方法，由于测速传感器的精度、轮对的空转轮滑问题和速度与时间积分累积误差使得公里标定位的精确度不高，多普勒雷达、激光测距机无线射频技术的多重信息融合定位技术，因其安装成本较高，受外界环境影响较严重，具有实用性较低的缺点。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种列车线路故障精确定位方法与系统，具有精度高、适用性强的优点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种列车线路故障点精确定位方法，它包括如下步骤：
步骤一：列车线路检测系统开启故障检测，同时，惯性测量单元进行惯性测量，导航计算机实时检测当前列车的卫星信号，判断卫星信号状态是否有效；若有效，则转入步骤二，若无效则转入步骤四；
步骤二：卫星信号有效，导航计算机采集惯性测量单元数据和卫星信号数据，并将卫星信号数据进行同步处理；
步骤三：导航计算机以同步后的卫星信号数据作为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤四：卫星信号无效，导航计算机采集惯性测量单元数据和列车控制系统输出的轮对速度数据，并将轮对速度信息进行同步处理；
步骤五：导航计算机以同步后的轮对速度信息为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤六：导航计算机将精确的速度信息反馈给列车控制系统，列车控制系统输出与精确速度信息相对应的公里标信息；
步骤七：列车将公里标信息、精确经纬度信息和故障信息叠加存储传输，以便故障点的分析和查询。
所述步骤一中的惯性测量为列车惯性空间中六个自由度运动信息的测量，所述六个自由度运动信息包括三维角运动和三维线运动。
所述步骤二和步骤四中的同步处理包括数据协议解析、数据格式转化以及数据信息时间同步和数据信息预处理。
所述步骤三和步骤五中融合优化估计为卡尔曼滤波优化，所述卡尔曼滤波优化为根据导航状态方程和外部观测量，计算出最精确的经纬度信息和速度信息。
一种存储介质，所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令，所述指令用于执行所述方法。
一种列车线路故障点精确定位系统，它包括导航计算机、卫星导航系统、惯性测量单元、列车线路检测系统、列车控制系统和存储单元，所述卫星导航系统的输出端与惯性测量单元的输出端均与导航计算机连接，所述导航计算机的输入输出端与列车控制系统输出输入端双向连接，所述导航计算机的输出端与列车控制系统的输出端均与存储单元连接，所述存储单元与列车线路检测系统的输出端连接。
所述导航计算机包括数据通讯同步模块、捷联惯性解算模块和信息融合滤波模块，所述数据同步通讯模块与捷联惯性解算模块均与信息融合滤波模块连接。
所述数据同步通讯模块与卫星导航系统的输出端连接，所述捷联惯性解算模块与惯性测量单元的输出端连接，所述信息融合滤波模块的输出端与列车控制系统的输入端连接，所述列车控制系统的输出端与数据通讯同步模块连接。
所述惯性测量单元为MEMS惯性测量、光纤惯性测量或激光测量单元的任意一种。
所述存储单元包括位置与故障信息叠加单元和存储传输模块，所述故障信息叠加单元的输出端与存储传输模块连接。
本发明提供一种列车线路故障精确定位方法与系统，利用卫星导航模式、惯性与轮对信息组合模式，保障列车无论是在隧道、山谷、树林等复杂环境，还是在上下坡、雨雪冰易出现轮对空转轮滑的情况下，都能够输出精确的位置信息，并且精确的速度信息再次反馈给列车控制系统，保证列车控制系统在空转轮滑发生的的情况下，也能够精确的计算列车运行的公里标信息。
所述列车线路故障精确定位方法提供的列车线路故障定位信息中包括公里标信息、经纬度信息，能够满足铁路局工务段现有的管理方式，同时还能够提供绝对位置信息，以及配合GIS地图实现现场故障位置的快速确认，极大程度的保证了管理的便捷性、定位的准确性、维修的快速性、安装成本和方式的可控性。
此外，通过列车控制系统获取速度传感器的原始数据，不用在列车上新增速度传感器，降低安装成本，同时导航计算机输出的速度信息反馈至列车控制系统，增加列车控制系统的测速精度，从而满足公里标计算的精度。
本发明的组合定位的方式不受外部环境的干扰，充分利用了惯性技术的自主性、隐蔽性、高频输出的特点，经纬度坐标输出具有平滑性、连续性、高精度。
附图说明
图1 是列车线路故障点精确定位的流程图。
图2是列车线路故障点精确定位系统的框图结构。
图3 是导航计算机内部模块结构与外部系统的连接关系图。
其中，附图标记说明如下：
1.卫星导航系统，2.导航计算机，3.列车线路检测系统，4.位置与故障信息叠加单元，5.存储单元，6.存储传输，7.列车控制系统，8.惯性测量单元，9.数据通讯同步模块，10.信息融合滤波模块，11.捷联惯性解算模块。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施实例仅仅是本发明一部分实施实例，而不是全部的实施实例，基于本发明的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施实例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种列车线路故障点精确定位方法，它包括如下步骤：
步骤一：列车线路检测系统开启故障检测，同时，惯性测量单元进行惯性测量，导航计算机实时检测当前列车的卫星信号，判断卫星信号状态是否有效；若有效，则转入步骤二，若无效则转入步骤四；
步骤二：卫星信号有效，导航计算机采集惯性测量单元数据和卫星信号数据，并将卫星信号数据进行同步处理；
步骤三：导航计算机以同步后的卫星信号数据作为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤四：卫星信号无效，导航计算机采集惯性测量单元数据和列车控制系统输出的轮对速度数据，并将轮对速度信息进行同步处理；
步骤五：导航计算机以同步后的轮对速度信息为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤六：导航计算机将精确的速度信息反馈给列车控制系统，列车控制系统输出与精确速度信息相对应的公里标信息；
步骤七：列车将公里标信息、精确经纬度信息和故障信息叠加存储传输，以便故障点的分析和查询。
所述步骤一中的惯性测量为列车惯性空间中六个自由度运动信息的测量，所述六个自由度运动信息包括三维角运动和三维线运动。
所述步骤二和步骤四中的同步处理包括数据协议解析、数据格式转化以及数据信息时间同步和数据信息预处理。
所述步骤三和步骤五中融合优化估计为卡尔曼滤波优化，所述卡尔曼滤波优化为根据导航状态方程和外部观测量，计算出最精确的经纬度信息和速度信息。
一种存储介质，所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令和数据、所述指令和数据用于执行所述方法，所述数据包括导航计算机采集的原始GNSS信息、惯性测量信息、导航结果合故障位置数据。
如图2所示，一种列车线路故障点精确定位系统，它包括导航计算机2、卫星导航系统1、惯性测量单元8、列车线路检测系统3、列车控制系统7和存储单元5，所述卫星导航系统1的输出端与惯性测量单元8的输出端均与导航计算机2连接，所述导航计算机2的输入输出端与列车控制系统7输出输入端双向连接，所述导航计算机2的输出端与列车控制系统7的输出端均与存储单元5连接，所述存储单元5与列车线路检测系统3的输出端连接。
如图3所示，所述导航计算机2包括数据通讯同步模块9、捷联惯性解算模块11和信息融合滤波模块10，所述数据同步通讯模块9与捷联惯性解算模块11均与信息融合滤波模块10连接。
所述数据同步通讯模块9与卫星导航系统1的输出端连接，所述捷联惯性解算模块11与惯性测量单元8的输出端连接，所述信息融合滤波模块10的输出端与列车控制系统7的输入端连接，所述列车控制系统7的输出端与数据通讯同步模块连接。
所述列车控制系统7的型号为LKJ-15S、LKJ-2000或ATP200/300中的任意一种。
所述导航计算机2，实现导航系统信息获取、惯性测量单元信息获取、捷联导航计算及信息融合处理，并输出所需导航信息。
所述数据通讯同步模块9，用于处理接收的辅助导航系统的信息，并按照系统需求进行数据协议的解析，数据格式的转化，对辅助导航信息的数据进行预处理，作为导航定位系统的观测量，进行信息融合使用；
所述捷联惯性导航系统解算模块11，根据惯性测量单元8陀螺及加速度计的测量信息，依据导航姿态更新方程、速度更新方程、位置更行方程进行导航参数的递推运算；
所述信息融合滤波模块10采用卡尔曼滤波原理实现，通过捷联惯性解算模块11的导航信息与辅助导航系统导航系统，经信息融合滤波模块输出最优的导航信息，信息融合滤波模块10根据辅助导航信息状态及有效性标志，择优选择观测量进行组合导航解算；
所述导航计算机2输出的速度信息可以反馈给车载列车控制系统，有效减小空转轮滑造成公里标计算误差。
所述惯性测量单元8为MEMS惯性测量、光纤惯性测量或激光测量单元的任意一种。惯性测量单元8优选为MEMS惯性测量，包括三轴正交安装的陀螺仪和三轴正交安装的加速度计，以测量列车在惯性空间的六个自由度的运动信息，即列车的三维角运动和三维线运动。三维角运动进行列车姿态信息的更新，三维线运动进行列车速度和位置的更新。
所述存储单元5包括位置与故障信息叠加单元4和存储传输模块6，所述故障信息叠加单元4的输出端与存储传输模块6连接。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种列车线路故障点精确定位方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一：列车线路检测系统开启故障检测，同时，惯性测量单元进行惯性测量，导航计算机实时检测当前列车的卫星信号，判断卫星信号状态是否有效；若有效，则转入步骤二，若无效则转入步骤四；
步骤二：卫星信号有效，导航计算机采集惯性测量单元数据和卫星信号数据，并将卫星信号数据进行同步处理；
步骤三：导航计算机以同步后的卫星信号数据作为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤四：卫星信号无效，导航计算机采集惯性测量单元数据和列车控制系统输出的轮对速度数据，并将轮对速度信息进行同步处理；
步骤五：导航计算机以同步后的轮对速度信息为观测量，与惯性测量单元数据进行融合优化估计后，输出精确的经纬度信息和速度信息，而后转入步骤六；
步骤六：导航计算机将精确的速度信息反馈给列车控制系统，列车控制系统输出与精确速度信息相对应的公里标信息；
步骤七：列车将公里标信息、精确经纬度信息和故障信息叠加存储传输，以便故障点的分析和查询。
2.根据权利要求1所述的列车线路故障点精确定位方法，其特征在于：所述步骤一中的惯性测量为列车惯性空间中六个自由度运动信息的测量，所述六个自由度运动信息包括三维角运动和三维线运动。
3.根据权利要求1所述的列车线路故障点精确定位方法，其特征在于：所述步骤二和步骤四中的同步处理包括数据协议解析、数据格式转化以及数据信息时间同步和数据信息预处理。
4.根据权利要求1所述的列车线路故障点精确定位方法，其特征在于：所述步骤三和步骤五中融合优化估计为卡尔曼滤波优化，所述卡尔曼滤波优化为根据导航状态方程和外部观测量，计算出最精确的经纬度信息和速度信息。
5.一种存储介质，其特征在于：所述存储器上存储有能够被处理器执行的指令，所述指令用于执行如权利要求1~4任一项所述的方法。
6.一种包含有权利要求5所述的存储介质的列车线路故障点精确定位系统，其特征在于：它包括导航计算机、卫星导航系统、惯性测量单元、列车线路检测系统、列车控制系统和存储单元，所述卫星导航系统的输出端与惯性测量单元的输出端均与导航计算机连接，所述导航计算机的输入输出端与列车控制系统输出输入端双向连接，所述导航计算机的输出端与列车控制系统的输出端均与存储单元连接，所述存储单元与列车线路检测系统的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的列车线路故障点精确定位系统，其特征在于：所述导航计算机包括数据通讯同步模块、捷联惯性解算模块和信息融合滤波模块，所述数据同步通讯模块与捷联惯性解算模块均与信息融合滤波模块连接。
8.根据权利要求7所述的列车线路故障点精确定位系统，其特征在于：所述数据同步通讯模块与卫星导航系统的输出端连接，所述捷联惯性解算模块与惯性测量单元的输出端连接，所述信息融合滤波模块的输出端与列车控制系统的输入端连接，所述列车控制系统的输出端与数据通讯同步模块连接。
9.根据权利要求6所述的列车线路故障点精确定位系统，其特征在于：所述惯性测量单元为MEMS惯性测量、光纤惯性测量或激光测量单元的任意一种。
10.根据权利要求6所述的列车线路故障点精确定位系统，其特征在于：所述存储单元包括位置与故障信息叠加单元和存储传输模块，所述故障信息叠加单元的输出端与存储传输模块连接。
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