CN110509958A - 轨道交通定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供轨道交通定位系统及方法，系统包括：设于车头的定位标签和测速雷达；设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口且设有已知坐标第一天线和第二天线的定位基站；定位基站采集定位标签的脉冲信息，基于UWB测得定位标签与第一、二天线的第一、二距离，将第一、二距离和定位基站的标识发给车载终端；车载终端当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时利用测速雷达获取当前列车位置坐标，当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，利用测速雷达获取当前列车位置坐标，同时根据第一、二天线的坐标和第一、二距离获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对当前列车位置坐标进行校准。可利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置定位。

Description

轨道交通定位系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通定位系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，轨道交通技术也在飞速的发展，轨道交通对于现代人们的出行也越来越重要。

目前，对于轨道交通列车的定位主要有信标定位、卫星、计轴或者轨道电路等技术方案。

信标定位，信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。信标类似于非接触式IC(集成电路)卡，在列车经过信标所在位置时，车载天线发射的电磁波激励信标工作，并传递绝对位置信息给列车。城市轨道交通系统中所使用的信标大部分为无源信标，安装在轨道沿线。信标的作用是为列车提供精确的绝对位置参考点。由于信标提供的位置精度很高，达厘米量级，常用信标作为修正列车实际运行距离的手段。

卫星定位，包括北斗/GPS(全球定位系统)等无线电导航系统。卫星作为最早应用于导航定位系统的高新技术，有着在全球范围内、在任意时刻、任意气象条件下为用户提供连续不断的高精度三维位置、速度和时间信息的特点。采用GPS定位时只需要在机车上安装接收机即可，但在周围阻挡物多的地方列车的定位精度会受到影响。

轨道电路或计轴定位原理，在线路设计时，根据用户对列车运行密度的要求，将整个线路分割成若干个轨道区段，并对所有轨道区段进行统一编号。对线路地形及线路设备进行数字化描述后形成线路地图，贮存在轨旁和/或车载计算机中。列车在线路中运行时，其所在的轨道电路/计轴会给出占用指示，对占用状态的连续跟踪，也就实现了对列车在线路中所处位置的连续跟踪。

但是，采用信标定位技术的信息传递是间断的，即当列车从一个信息点获得地面信息后，要到下一个信息点才能更新信息，若其间地面情况发生变化，就无法立即将变化的信息实时传递给列车，因此，信标定位技术往往作为其它定位技术的补充手段。与信标类似，采用轨道电路或计轴定位也只能确定列车所在区域，定位精度一般在几百米甚至几公里，不能确定列车精确位置。采用卫星定位面临以下问题，1)在卫星能见度低的区域(如隧道)、多径反射严重区域(如城市高楼区)以及电磁干扰严重区域，卫星信号接收不良时的定位问题；2)高精度定位区域，如道岔区段、站台精确停车时，由于卫星定位技术的固有定位误差，如何进行精确位置修正的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种轨道交通定位系统及方法。

本发明实施例提供一种轨道交通定位系统，包括：定位标签、测速雷达、定位基站和列车的车载终端；

所述定位标签和测速雷达均设于轨道列车车头上，所述定位标签，用于间隔发送设定频率的脉冲信息；所述测速雷达，用于测量列车行驶速度；

所述定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口，所述定位基站上设有已知坐标的第一天线和第二天线；当所述定位基站设于车站出口时，所述第一天线与所述第二天线平行于轨道方向；当所述定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁时，所述第一天线与所述第二天线平行于道岔正位方向；

所述定位基站，用于采集列车行驶在所述定位基站的有效范围内的所述脉冲信息；根据所述脉冲信息，基于超宽带技术UWB测定所述定位标签与所述第一天线的第一距离、所述定位标签与所述第二天线的第二距离；将所述第一距离、第二距离和定位基站的标识发送给所述车载终端；

所述车载终端，用于当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标；当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

可选地，所述测速雷达包括：毫米波雷达；

所述毫米波雷达，具体用于

将前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

可选地，根据接收的所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

可选地，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

可选地，所述测速雷达包括：毫米波雷达。

可选地，所述系统还包括：监控服务器；

所述车载终端，还用于将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器，用于基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。

本发明实施例提供一种轨道交通定位方法，基于上述轨道交通定位系统，包括：

定位基站采集列车行驶在所述定位基站的有效范围内的所述脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于超宽带技术UWB测定所述定位标签与所述第一天线的第一距离、所述定位标签与所述第二天线的第二距离，将所述第一距离、第二距离和定位基站的标识发送给列车的车载终端；

当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标；

当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

可选地，所述测速雷达包括：毫米波雷达；

相应地，所述获取所述测速雷达测量的列车行驶速度为获取毫米波雷达测量的列车行驶速度，其中，毫米波雷达测量列车行驶速度包括：

毫米波雷达将列车行驶前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

可选地，根据接收的所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

可选地，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

可选地，所述方法还包括：

所述车载终端将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。

本发明实施例提供的轨道交通定位系统及方法，通过定位基站采集列车行驶在定位基站的有效范围内的列车车头上的定位标签发送的脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于UWB(超宽带技术)测定定位标签与定位基站上的第一天线的第一距离、定位标签与定位基站上的第二天线的第二距离，将第一距离、第二距离和定位基站的标识发给列车的车载终端，当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准，由此，能够利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置的定位，以降低成本、达成较高的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明一实施例提供的一种轨道交通定位系统示意图；

图2为本发明实施例提供的获取定位标签的坐标的原理示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种轨道交通定位方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种轨道交通定位系统示意图，如图1所示，本实施例的轨道交通定位系统，包括：定位标签1、测速雷达2、定位基站3和列车的车载终端(图中未示出，设于轨道列车上)；

所述定位标签1和测速雷达2均设于轨道列车车头上，所述定位标签1，用于间隔发送设定频率的脉冲信息；所述测速雷达2，用于测量列车行驶速度；

所述定位基站3设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口，所述定位基站3上设有已知坐标的第一天线31和第二天线32；当所述定位基站3设于车站出口时，所述第一天线31与所述第二天线32平行于轨道方向；当所述定位基站3设于道岔出口正位方向轨道旁时，所述第一天线31与所述第二天线32平行于道岔正位方向；

所述定位基站3，用于采集列车行驶在所述定位基站3的有效范围内的所述脉冲信息；根据所述脉冲信息，基于UWB(超宽带技术)测定所述定位标签1与所述第一天线31的第一距离、所述定位标签1与所述第二天线32的第二距离；将所述第一距离、第二距离和定位基站3的标识发送给所述车载终端；

所述车载终端，用于当列车行驶在所述定位基站3的有效范围之外时，获取所述测速雷达2测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标；当列车驶入所述定位基站3的有效范围内时，获取所述测速雷达2测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站3的标识，从本地电子地图中获取第一天线31的坐标和第二天线32的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线31的坐标和第二天线32的坐标，获取当前定位标签1的坐标，利用当前定位标签1的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

本实施例中，在本实施例中，UWB技术是一种基于无线脉冲到达时差的测距定位技术，通过三角定位原理来确定目标对象的精确坐标，通过在需要定位的区域安装定位基站，目标对象安装定位标签，实现对目标对象的定位。

UWB测距使用TOF测距方法，TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT，接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT，那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF＝(TTOT-TTAT)/2。然后TTOF与电磁波传播速度C的乘积为发送端与接收端之间的距离。

可以理解的是，本实施例定位基站3的布置密度只存在关键节点上，例如车站的出口和道岔的出口，在定位基站的有效范围内可以校准列车的定位信息，并且实现对列车的持续定位，当前区域不存在定位基站3或者超出了定位基站3的有效范围时，利用测速雷达2测量的列车行驶速度，使用速度积分进行定位，定位基站3的布置可以保障速度积分只需要在简单的直线路线进行工作，区分道岔位置前进方向或者列车进站的定位则利用定位基站3的UWB技术校准列车的定位信息。

可以理解的是，当列车启动驶出车站时，根据车站出口安装的定位基站3进行位置初始化，得到列车的初始位置和前进方向，其中，前进方向可根据测速雷达2测速结果判断。然后根据测速雷达2测量的速度信息进行速度积分定位，计算得到最新的列车位置的坐标。在使用速度积分定位一段时间后进入道岔或者车站位置时再次进入定位基站3的有效范围内，通过定位基站3校准列车的定位信息，获得准确的列车前进方向或者高精度定位信息，并校准速度积分定位的累计误差。在驶出定位基站3覆盖区域后会再次进行速度积分定位，如此反复，通过UWB定位与速度定位的结合实现了列车位置的定位。

本发明实施例提供的轨道交通定位系统，通过定位基站采集列车行驶在定位基站的有效范围内的列车车头上的定位标签发送的脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于UWB(超宽带技术)测定定位标签与定位基站上的第一天线的第一距离、定位标签与定位基站上的第二天线的第二距离，将第一距离、第二距离和定位基站的标识发给列车的车载终端，当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准，由此，能够利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置的定位，以降低成本、达成较高的定位精度。从而便于为对列车的自动控制、安全防护、远程监控提供列车位置信息。本实施例能够实现轨道交通线路上列车的连续的高精确度的定位，提供一种应急的定位方式，与传统系统完全不同的设备和网络架构与较高的定位精度，可以保证在信号系统故障的情况下，仍旧提供定位信息进行列车的运行控制、安全防护。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述根据接收的所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

可以理解的是，在本实施例中，可参考图2，图2中，A点为第一天线，B点为第二天线，第一天线的坐标为(Xa，Ya)，第二天线的坐标为(Xb，Yb)，C点为定位标签，以AB所在直线为直角边、以AC作为斜边，做直角三角形ADC，直角三角形ADC的高为h，直角三角形ADC的面积为S。在本实施例中，第一距离为AC，第二距离为BC，第三距离为AB，AC和BC可以根据上述实施例介绍的UWB技术的原理计算得到，也是已知的；需要根据上述已知信息求取C点的坐标(Xc，Yc)。

然后，根据(海伦公式)(p＝(AB+AC+BC)/2)

h＝2S/AB

Xc＝Xa+AD

Yc＝Ya+h

由此，可求得C点的坐标(Xc，Yc)。本实施例能够获取当前定位标签1的坐标(Xc，Yc)。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，可以包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

可以理解的是，由于本实施例将定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口，所以本实施例利用所述测速雷达2测量的列车行驶速度进行速度积分定位的全部是单线区间，其中，速度积分方式：位移＝速度×速度周期(也就是，雷达的工作周期)的积分，因此根据所述位移和列车驶出定位基站3的有效范围时的列车位置可以直接计算当前列车位置坐标。

在具体应用中，所述测速雷达2可以为毫米波雷达；

所述毫米波雷达，可具体用于

将前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

下面对毫米波雷达的测速原理进行具体说明。在自车行驶过程中，毫米波雷达将发送频率为30-300GHz的电磁波，并接收电磁波打在障碍物上所反射的回波。

毫米波雷达的数据采集模块将获取毫米波雷达发送的电磁波和反射的回波信息，并利用电磁波在空间传播遇到运动目标时产生多普勒效应来计算检测物体相对于自身的速度。原理为：毫米波雷达发射的电磁波(频率为f₀)遇到运动目标时将产生的回波信号，频率为f₀±f_d，其中f_d为多普勒频率，它与检测物体的径向速度v_r的关系为其中，c为光速，一般c＞＞v_r。由此得其中，λ₀＝c/f₀为发射电磁波得波长。可知若利用时域法和频域法测得f_d，即可求出检测物体速度v_r。检测到的物体中包含移动物体和静止物体(如马路、路灯、树等)。

毫米波雷达的数据处理模块统计将处理这些已探测到的物体速度样本信息，步骤如下：

步骤一：设某个时刻可分别检测到n个物体的速度样本：v₁，v₂…v_n。

步骤二：由于实际测量的物体速度会产生误差，因此利用DBSCAN聚类算法将速度相近的样本统计为一簇，具体统计方式如下：

选择聚类算法的邻域半径eps和最小包含点数minPts；

任选一个未被访问的雷达检测点开始，将该点确定为核心点；

计算核心点的邻域半径内所有雷达检测点是否满足第一公式：

α[(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²]+β(v_i-v₀)²＜eps² (1)

其中，x₀、y₀和v₀为核心点的x、y坐标值和速度，x_i、y_i和v_i为核心点领域内点的x、y坐标值和速度，α和β分别为坐标值权重和速度权重；

若满足上述第一公式的领域点个数大于minPts，则建立簇类X_i，将该核心点的邻域半径内的所有点迹加入到簇类X_i中；

分别将簇类X_i中的每个雷达检测点作为核心点，将其邻域半径内的未被标记为噪声或者未归入某个簇类的点加入到簇类X_i中；

重新选择未被访问的雷达检测点，直到每个有效点迹都已被标记为噪声或者归入某个簇类中；设可聚类为m个簇：X1，X₂…X_m；

统计每个簇中包含的样本数量为num(X_j)，取样本数量最多的一个簇作为静止物体，即若有num(X_j)＝max[num(X₁)，num(X₂)…num(Xm)]，即认为X_j为静止物体簇。

将X_j簇中速度样本取均值设为 即为静止物体速度；

由于检测到的静止物体速度是相对自车的速度，因此自车速度为

进一步地，在上述实施例的基础上，本实施例所述轨道交通定位系统还可以包括：监控服务器；

所述车载终端，还可用于将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器，可用于基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。

这样，本实施例能够实现对列车在轨道线路的位置进行监控。

本发明实施例提供的轨道交通定位系统，能够利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置的定位，以降低成本、达成较高的定位精度。从而便于为对列车的自动控制、安全防护、远程监控提供列车位置信息。本实施例能够实现轨道交通线路上列车的连续的高精确度的定位，提供一种应急的定位方式，与传统系统完全不同的设备和网络架构与较高的定位精度，可以保证在信号系统故障的情况下，仍旧提供定位信息进行列车的运行控制、安全防护。

图3示出了本发明一实施例提供的一种轨道交通定位方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的轨道交通定位方法，包括：

S1、定位基站采集列车行驶在所述定位基站的有效范围内的所述脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于超宽带技术UWB测定所述定位标签与所述第一天线的第一距离、所述定位标签与所述第二天线的第二距离，将所述第一距离、第二距离和定位基站的标识发送给列车的车载终端。

需要说明的是，本实施例的轨道交通定位方法，基于上述实施例的轨道交通定位系统。

本实施例中，在本实施例中，UWB技术是一种基于无线脉冲到达时差的测距定位技术，通过三角定位原理来确定目标对象的精确坐标，通过在需要定位的区域安装定位基站，目标对象安装定位标签，实现对目标对象的定位。

UWB测距使用TOF测距方法，TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT，接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT，那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF＝(TTOT-TTAT)/2。然后TTOF与电磁波传播速度C的乘积为发送端与接收端之间的距离。

本步骤利用UWB技术，可测得所采集的脉冲信息对应的定位标签与第一天线的第一距离、定位标签与第二天线的第二距离。

S2、当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标。

S3、当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

可以理解的是，第一天线的坐标和第二天线的坐标是已知的，本实施例所述车载终端可以根据定位基站发送的定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标。

可以理解的是，在列车行驶在定位基站的有效范围内时，根据连续的UWB的测距信息，可以连续的对定位标签进行定位。

可以理解的是，本实施例定位基站的布置密度只存在关键节点上，例如车站的出口和道岔的出口，在定位基站的有效范围内可以校准列车的定位信息，并且实现对列车的持续定位，当前区域不存在定位基站或者超出了定位基站的有效范围时，利用测速雷达测量的列车行驶速度，使用速度积分进行定位，定位基站的布置可以保障速度积分只需要在简单的直线路线进行工作，区分道岔位置前进方向或者列车进站的定位则利用定位基站的UWB技术校准列车的定位信息。

可以理解的是，当列车启动驶出车站时，根据车站出口安装的定位基站进行位置初始化，得到列车的初始位置和前进方向，其中，前进方向可根据测速雷达测速结果判断。然后根据测速雷达测量的速度信息进行速度积分定位，计算得到最新的列车位置的坐标。在使用速度积分定位一段时间后进入道岔或者车站位置时再次进入定位基站的有效范围内，通过定位基站校准列车的定位信息，获得准确的列车前进方向或者高精度定位信息，并校准速度积分定位的累计误差。在驶出定位基站覆盖区域后会再次进行速度积分定位，如此反复，通过UWB定位与速度定位的结合实现了列车位置的定位。

本发明实施例提供的轨道交通定位方法，通过定位基站采集列车行驶在定位基站的有效范围内的列车车头上的定位标签发送的脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于UWB(超宽带技术)测定定位标签与定位基站上的第一天线的第一距离、定位标签与定位基站上的第二天线的第二距离，将第一距离、第二距离和定位基站的标识发给列车的车载终端，当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，车载终端获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准，由此，能够利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置的定位，以降低成本、达成较高的定位精度。从而便于为对列车的自动控制、安全防护、远程监控提供列车位置信息。本实施例能够实现轨道交通线路上列车的连续的高精确度的定位，提供一种应急的定位方式，与传统系统完全不同的设备和网络架构与较高的定位精度，可以保证在信号系统故障的情况下，仍旧提供定位信息进行列车的运行控制、安全防护。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述根据接收的所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

可以理解的是，在本实施例中，可参考图2，图2中，A点为第一天线，B点为第二天线，第一天线的坐标为(Xa，Ya)，第二天线的坐标为(Xb，Yb)，C点为定位标签，以AB所在直线为直角边、以AC作为斜边，做直角三角形ADC，直角三角形ADC的高为h，直角三角形ADC的面积为S。在本实施例中，第一距离为AC，第二距离为BC，第三距离为AB，AC和BC可以根据上述实施例介绍的UWB技术的原理计算得到，也是已知的；需要根据上述已知信息求取C点的坐标(Xc，Yc)。

然后，根据(海伦公式)(p＝(AB+AC+BC)/2)

h＝2S/AB

Xc＝Xa+AD

Yc＝Ya+h

由此，可求得C点的坐标(Xc，Yc)。本实施例能够获取当前定位标签1的坐标(Xc，Yc)。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，可以包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

可以理解的是，由于本实施例将定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口，所以本实施例利用所述测速雷达测量的列车行驶速度进行速度积分定位的全部是单线区间，其中，速度积分方式：位移＝速度×速度周期(也就是，雷达的工作周期)的积分，因此根据所述位移和列车驶出定位基站的有效范围时的列车位置可以直接计算当前列车位置坐标。

在具体应用中，所述测速雷达可以为毫米波雷达；

相应地，所述获取所述测速雷达测量的列车行驶速度为获取毫米波雷达测量的列车行驶速度，其中，毫米波雷达测量列车行驶速度可以包括：

毫米波雷达将列车行驶前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

下面对毫米波雷达的测速原理进行具体说明。在自车行驶过程中，毫米波雷达将发送频率为30-300GHz的电磁波，并接收电磁波打在障碍物上所反射的回波。

毫米波雷达的数据采集模块将获取毫米波雷达发送的电磁波和反射的回波信息，并利用电磁波在空间传播遇到运动目标时产生多普勒效应来计算检测物体相对于自身的速度。原理为：毫米波雷达发射的电磁波(频率为f₀)遇到运动目标时将产生的回波信号，频率为f₀±f_d，其中f_d为多普勒频率，它与检测物体的径向速度v_r的关系为其中，c为光速，一般c＞＞v_r。由此得其中，λ₀＝c/f₀为发射电磁波得波长。可知若利用时域法和频域法测得f_d，即可求出检测物体速度v_r。检测到的物体中包含移动物体和静止物体(如马路、路灯、树等)。

毫米波雷达的数据处理模块统计将处理这些已探测到的物体速度样本信息，步骤如下：

步骤一：设某个时刻可分别检测到n个物体的速度样本：v₁，v₂…v_n。

步骤二：由于实际测量的物体速度会产生误差，因此利用DBSCAN聚类算法将速度相近的样本统计为一簇，具体统计方式如下：

选择聚类算法的邻域半径eps和最小包含点数minPts；

任选一个未被访问的雷达检测点开始，将该点确定为核心点；

计算核心点的邻域半径内所有雷达检测点是否满足第一公式：

α[(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²]+β(v_i-v₀)²＜eps² (1)

其中，x₀、y₀和v₀为核心点的x、y坐标值和速度，x_i、y_i和v_i为核心点领域内点的x、y坐标值和速度，α和β分别为坐标值权重和速度权重；

若满足上述第一公式的领域点个数大于minPts，则建立簇类X_i，将该核心点的邻域半径内的所有点迹加入到簇类X_i中；

分别将簇类X_i中的每个雷达检测点作为核心点，将其邻域半径内的未被标记为噪声或者未归入某个簇类的点加入到簇类X_i中；

重新选择未被访问的雷达检测点，直到每个有效点迹都已被标记为噪声或者归入某个簇类中；设可聚类为m个簇：X₁，X₂…X_m；

统计每个簇中包含的样本数量为num(X_i)，取样本数量最多的一个簇作为静止物体，即若有num(X_j)＝max[num(X₁)，num(X₂)…num(Xm)]，即认为X_j为静止物体簇。

将X_j簇中速度样本取均值设为 即为静止物体速度；

由于检测到的静止物体速度是相对自车的速度，因此自车速度为

进一步地，在上述实施例的基础上，本实施例所述轨道交通定位方法还可以包括：

所述车载终端将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。

这样，本实施例能够实现对列车在轨道线路的位置进行监控。

本发明实施例提供的轨道交通定位方法，能够利用UWB定位与速度定位结合实现列车位置的定位，以降低成本、达成较高的定位精度。从而便于为对列车的自动控制、安全防护、远程监控提供列车位置信息。本实施例能够实现轨道交通线路上列车的连续的高精确度的定位，提供一种应急的定位方式，与传统系统完全不同的设备和网络架构与较高的定位精度，可以保证在信号系统故障的情况下，仍旧提供定位信息进行列车的运行控制、安全防护。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轨道交通定位系统，其特征在于，包括：定位标签、测速雷达、定位基站和列车的车载终端；

所述定位标签和测速雷达均设于轨道列车车头上，所述定位标签，用于间隔发送设定频率的脉冲信息；所述测速雷达，用于测量列车行驶速度；

所述定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁和车站出口，所述定位基站上设有已知坐标的第一天线和第二天线；当所述定位基站设于车站出口时，所述第一天线与所述第二天线平行于轨道方向；当所述定位基站设于道岔出口正位方向轨道旁时，所述第一天线与所述第二天线平行于道岔正位方向；

所述定位基站，用于采集列车行驶在所述定位基站的有效范围内的所述脉冲信息；根据所述脉冲信息，基于超宽带技术UWB测定所述定位标签与所述第一天线的第一距离、所述定位标签与所述第二天线的第二距离；将所述第一距离、第二距离和定位基站的标识发送给所述车载终端；

所述车载终端，用于当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标；当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

2.根据权利要求1所述的轨道交通定位系统，其特征在于，所述测速雷达包括：毫米波雷达；

所述毫米波雷达，具体用于

将前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

3.根据权利要求1所述的轨道交通定位系统，其特征在于，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

4.根据权利要求1所述的轨道交通定位系统，其特征在于，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

5.根据权利要求1所述的轨道交通定位系统，其特征在于，所述系统还包括：监控服务器；

所述车载终端，还用于将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器，用于基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。

6.一种轨道交通定位方法，基于权利要求1-5任一项所述的轨道交通定位系统，其特征在于，包括：

定位基站采集列车行驶在所述定位基站的有效范围内的所述脉冲信息，根据所述脉冲信息，基于超宽带技术UWB测定所述定位标签与所述第一天线的第一距离、所述定位标签与所述第二天线的第二距离，将所述第一距离、第二距离和定位基站的标识发送给列车的车载终端；

当列车行驶在所述定位基站的有效范围之外时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标；

当列车驶入所述定位基站的有效范围内时，获取所述测速雷达测量的列车行驶速度，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，同时根据所述定位基站的标识，从本地电子地图中获取第一天线的坐标和第二天线的坐标，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，利用当前定位标签的坐标对所获取的当前列车位置坐标进行校准。

7.根据权利要求6所述的轨道交通定位方法，其特征在于，所述测速雷达包括：毫米波雷达；

相应地，所述获取所述测速雷达测量的列车行驶速度为获取毫米波雷达测量的列车行驶速度，其中，毫米波雷达测量列车行驶速度包括：

毫米波雷达将列车行驶前方的多个物体作为检测点，获取多个检测点相对于列车的速度；

利用DBSCAN聚类算法，将相对于列车的速度相近的检测点分为一簇；

统计每个簇内包含检测点的数量，将簇内包含检测点的数量最多的一簇作为静止物体；

获取作为静止物体的簇内各检测点相对于列车的速度的平均值，作为静止物体相对于列车的速度；

将所述静止物体相对于列车的速度的相反数作为列车行驶速度。

8.根据权利要求6所述的轨道交通定位方法，其特征在于，根据所述第一距离、第二距离、第一天线的坐标和第二天线的坐标，获取当前定位标签的坐标，包括：

以所述第一天线、第二天线所在直线为直角边，以当前定位标签与所述第一天线的连线作为斜边，做直角三角形，所述第一距离大于所述第二距离；

基于所述第一距离、第二距离以及所述第一天线与所述第二天线间的第三距离，通过海伦公式和三角公式，获得直角三角形中两条直角边的长；

基于所述第一天线的坐标，获取当前定位标签的坐标。

9.根据权利要求6所述的轨道交通定位方法，其特征在于，根据所述列车行驶速度进行速度积分定位，获取当前列车位置坐标，包括：

根据所述列车行驶速度和所述测速雷达的工作周期，获得当前列车位置坐标相对于列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标的位移；

根据列车驶出所述定位基站的有效范围时的列车位置坐标和所述位移，获取当前列车位置坐标。

10.根据权利要求6所述的轨道交通定位方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述车载终端将获取的当前列车位置坐标发送给所述监控服务器；

所述监控服务器基于所述当前列车位置坐标，对列车在轨道线路的位置进行监控。