CN112389505A - 列车定位系统和列车定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车定位系统和列车定位方法，该系统包括：定位信标反光板，设置在列车轨道上，所述定位信标反光板包括携带信标标识信息的定位有效区域；激光雷达设备，安装在所述列车轨道上的有轨列车的底部，用于扫描所述定位信标反光板的定位有效区域，获取与所述信标标识信息相对应的目标定位信号，将所述目标定位信号发送给定位处理模块；定位处理模块，设置在所述有轨列车上，并与所述激光雷达设备相连，用于接收所述目标定位信号，基于所述目标定位信号进行列车定位。该列车定位系统和列车定位方法，可提高列车定位的准确率，减少大雾、雨水天气的影响，降低日常维护费用。

Description

列车定位系统和列车定位方法

技术领域

本发明涉及列车定位技术领域，尤其涉及一种列车定位系统和列车定位方法。

背景技术

城市轨道交通系统作为公共交通运输的主要力量，对改善城市拥堵，完善城市规划有重要作用。城市轨道交通系统为采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式，可有效缓解城市交通拥堵。该城市轨道交通系统具体包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和市域快速轨道系统，这些城市轨道交通系统均包括列车轨道和在列车轨道上的有轨列车。有轨列车在列车轨道上运行时，需使城市轨道交通系统上配备轨道交通定位系统，以实现列车准确定位。

当前轨道交通定位系统可采用应答器定位技术，具体是指在列车轨道上安装应答器，在有轨列车上安装与车载子系统相连的读写器，通过应答器与读写器的配合，以实现列车定位目的。该应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。即应答器上存储有地理位置信息，当有轨列车经过应答器时，读写器会读取应答器内部存储的地理位置信息，以使车载子系统基于读取到的地理位置信息实现列车定位。采用应答器定位技术进行信息传递是间断的，即有轨列车需到下一个信息点才能更新信息，需每隔一段距离布置一个应答器，应答器的灵敏度和布防密度对列车定位的精度有着至关重要的影响，并且应答器成本和施工成本较高。

当前轨道交通定位系统还可采用激光雷达车顶定位技术，在有轨列车的车顶布防激光雷达，激光雷达利用了TOF(Time of flight，飞行时间测距法)激光雷达的测距原理，通过电机带动激光雷达旋转，将激光脉冲不断投射到周围建筑物同时接收反射回的激光脉冲，将光速与飞行时间差相乘，求得雷达到相应障碍物的距离。TOF测距原理测距范围广，行成三维立体点云数据，通过与之前采集好的高精度地图相匹配，计算出自身所在的地理位置信息，属于相对定位技术。这种激光雷达车顶定位技术需配合成本较高的高精度地图，而且，环境变化时高精地图需要更新，导致整个定位方案成本较高；另外，激光雷达布置在车顶，影响美观，且容易受大雾、沙尘等恶劣环境影响定位精度。

当前轨道交通定位系统还可采用卫星定位技术，如全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，同时还必须知道用户钟差。GNSS通过接收机接收天上卫星发射的信号，根据信号发射和接收的时间差或者信号的载波相位来确定卫星和接收机之间的距离，计算出自身的经纬度信息，属于绝对定位技术。这种定位方式容易受建筑物遮挡而影响定位精度，甚至失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对当前轨道交通定位系统存在的定位精度不高的问题，提供一种列车定位系统和列车定位方法，可保证列车定位准确。

一种列车定位系统，包括：

定位信标反光板，设置在列车轨道上，所述定位信标反光板包括携带信标标识信息的定位有效区域；

激光雷达设备，安装在所述列车轨道上的有轨列车的底部，用于扫描所述定位信标反光板的定位有效区域，获取与所述信标标识信息相对应的目标定位信号，将所述目标定位信号发送给定位处理模块；

定位处理模块，与所述激光雷达设备相连，用于接收所述目标定位信号，基于所述目标定位信号进行列车定位。

优选地，所述定位处理模块为设置在有轨列车上的车载处理器。

优选地，所述定位信标反光板设置在所述列车轨道上与所述有轨列车相对的表面上，或者设置在所述列车轨道的内侧壁上。

优选地，所述列车轨道的两个所述内侧壁上相对设有至少一对所述定位信标反光板；

所述有轨列车的底部相对设有一对所述激光雷达设备。

优选地，所述定位信标反光板的上端靠近所述列车轨道的内侧壁，下端偏离所述列车轨道的内侧壁，使得所述定位信标反光板与所述列车轨道的内侧壁形成倾斜角。

优选地，所述定位信标反光板包括用于形成所述定位有效区域的高反射区和低反射区，用于在所述激光雷达设备扫描所述高反射区和所述低反射区时，基于所述高反射区和所述低反射区返回的激光能量差形成与所述信标标识信息相对应的所述目标定位信号。

优选地，所述高反射区包括平行间隔设置的至少两条高反射条，所述低反射区包括平行间隔设置的至少两个低反射条，所述高反射条和所述低反射条交错设置。

优选地，所述定位信标反光板包括第一反射底板和设置在所述第一反射底板上的第二反射图案层，所述第一反射底板和所述第二反射图案层，配合形成所述高反射区和所述低反射区。

优选地，所述激光雷达设备包括单线激光雷达设备或者多线激光雷达设备。

优选地，所述激光雷达设备包括激光发射机、光学接收机、激光处理器和角度调节机构；

所述角度调节机构与所述激光处理器、所述激光发射机和所述光学接收机相连，用于根据所述激光处理器的控制指令，调节所述激光发射机和所述光学接收机与所述定位信标反光板的角度；

所述激光处理器与所述激光发射机和所述光学接收机相连，用于控制所述激光发射机向定位信标反光板发送激光探测信号，获取所述光学接收机接收所述定位信标反光板反射回来的激光脉冲信号，基于所述激光脉冲信号获取与所述信标标识信息相对应的目标定位信号。

一种列车定位方法，包括：

接收有轨列车底部安装的激光雷达设备发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号，所述目标定位信号是所述激光雷达设备扫描设置在列车轨道上的定位信标反光板的定位有效区域后获取的信号；

基于所述目标定位信号查询系统数据库，获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息。

优选地，在所述获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息之后，所述列车定位方法还包括：

若所述目标定位信号的信号组数与所述有轨列车上设置的所述激光雷达设备的设备数量不相同，则基于所述列车定位信息，生成与所述定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

优选地，在所述获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息之后，所述列车定位方法还包括：

若接收到的每一组所述目标定位信号中的信号数量与所述激光雷达设备的激光线数不相同，则基于所述列车定位信息，生成与所述定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

优选地，在所述接收激光雷达设备发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号之前，所述列车定位方法还包括：

采集所述激光雷达设备与所述定位信标反光板之间的反射角度；

若所述反射角度不在预设角度范围内，则向所述激光雷达设备的激光处理器发送控制指令，以使所述激光处理器根据所述控制指令，控制角度调节机构调节激光发射机和光学接收机与所述定位信标反光板的角度。

上述列车定位系统和列车定位方法中，在有轨列车在列车轨道上时，有轨列车底部的激光雷达设备扫描列车轨道上的定位信标反光板，以获取与定位信标反光板上携带的信标标识信息相对应的目标定位信号，以使定位处理模块基于该目标定位信号进行列车定位，以保证定位精度，并降低定位成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一实施例中列车定位系统的一示意图；

图2示出本发明一实施例中列车定位系统的另一示意图；

图3示出本发明一实施例中列车定位系统的另一示意图；

图4示出本发明一实施例中列车定位系统的又一示意图；

图5示出本发明一实施例中定位信标反光板的一示意图；

图6示出本发明一实施例中激光雷达设备的一示意图；

图7示出本发明一实施例中列车定位方法的一流程图；

图8示出本发明一实施例中列车定位方法的另一流程图。

图中：10、定位信标反光板；11、高反射区；12、低反射区；20、激光雷达设备；21、激光发射机；22、光学接收机；23、激光处理器；24、角度调节机构；30、定位处理模块；40、列车轨道；50、有轨列车。

具体实施方式

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。

下面参考附图对本发明的实施例进行描述。参见图1，为本发明一实施例中的列车定位系统，该列车定位系统可应用在地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和市域快速轨道系统等城市轨道交通系统上，用于实现有轨列车50的精确定位。该列车定位系统具体包括定位信标反光板10、激光雷达设备20和定位处理模块30。

定位信标反光板10，设置在列车轨道40上，定位信标反光板10包括携带信标标识信息的定位有效区域。激光雷达设备20，安装在列车轨道40上的有轨列车50的底部，用于扫描定位信标反光板10的定位有效区域，获取与信标标识信息相对应的目标定位信号，将目标定位信号发送给定位处理模块30。定位处理模块30，设置在有轨列车50上，并与激光雷达设备20相连，用于接收目标定位信号，基于目标定位信号进行列车定位。

该定位信标反光板10是固定设置在列车轨道40上的用于反射激光的反光板。该定位有效区域是采用不同反射率材料制成的定位图案的区域，这些定位图案可通过软件预先定义其对应的信标标识信息，以便基于该信标标识信息进行定位。此处的信标标识信息是用于唯一识别某一定位信标反光板10的标识信息，这一标识信息与定位信标反光板10的定位有效区域内不同反射率材料制成的定位图案相对应。作为一个示例，若定位图案为条形码时，其所形成的定位图案对应的信标标识信息可以为条形码对应的二进制码。

该定位信标反光板10上设有携带信标标识信息的定位有效区域，激光雷达设备20扫描定位信标反光板10的定位有效区域时，可接收到定位信标反光板10反射的与信标标识信息相对应的激光脉冲信号，以便基于该激光脉冲信号进行定位。可以理解地，定位信标反光板10可采用具有反光功能的板状结构，相比于应答器，其成本较低，且可有助于降低部署安装的工作量，以降低施工成本，而且可避免应答器的灵敏度对定位精度的局限性。

其中，激光雷达设备20是以发射激光来探测目标的位置、速度等特征量的设备。具体地，激光雷达设备20先向定位信标反光板10的定位有效区域发射激光探测信号，接收定位信标反光板10反射回来的激光脉冲信号，由于该定位有效区域是采用不同反射率材料制成的与信标标识信息相对应的定位图案对应的区域，使得定位有效区域不同位置反射的激光能量不相同，所形成的激光脉冲信号也不相同，该激光脉冲信号与信标标识信息相对应；再将激光脉冲信号处理成定位处理模块30可识别的目标定位信号，以使定位处理模块30根据目标定位信号识别相应的信标标识信息，从而基于该信标标识信息确定对应的列车定位信息，以达到列车定位目的。

本实施例中，激光雷达设备20安装在有轨列车50的底部，相比于安装在车顶的方式，使得激光雷达设备20进行定位过程中可避免受大雾、沙尘等恶劣环境对定位精度造成影响，也可以避免外界建筑物等遮挡物对定位精度的影响。而且，通过激光雷达设备20与定位信标反光板10配合定位，定位成本低，相对于采用成本较高且需实时更新的高精度地图，有助于降低定位成本。

该定位处理模块30是设置在有轨列车50上的用于进行信息处理的模块。该定位处理模块30与激光雷达设备20相连，可控制激光雷达设备20工作，并接收激光雷达设备20发送的目标定位信号，基于该目标定位信号识别相应的信标标识信息查询系统数据库，以获取与该信标标识信息相对应的位置坐标信息，以确定列车定位信息，从而进行列车定位。

在一种实施方式中，该定位处理模块30可以为单独设置的可基于接收到的目标定位信号进行列车定位处理的模块，该定位处理模块30可以设置在有轨列车50上，也可以设置在城市轨道交通系统的控制中心上，该定位处理模块30与有轨列车50上的车载处理器相连，可以根据定位处理模块30进行列车定位的定位结果控制有轨列车50工作。

在另一种实施方式中定位处理模块30可以为设置在有轨列车上的车载处理器，即车载处理器上集成有可基于接收到的目标定位信号进行列车定位处理的程序，以使车载处理器可自主进行列车定位，并根据列车定位的定位结果控制有轨列车50工作，如控制有轨列车50停车等。可以理解地，在定位处理模块50为车载处理器时，其根据定位结果控制有轨列车50工作过程中，可有效减少信号传输过程中的时延，提高工作控制的及时性，在一定程度上可保障有轨列车50的行车安全性。例如，在有轨列车50运行前方故障需要及时停车时，根据定位结果可精确确定有轨列车50距离故障点的距离并控制有轨列车50停车，提高停车控制的及时性，进而在一定程度上可保障有轨列车50的行车安全性。

本实施例所提供的列车定位系统中，在有轨列车50在列车轨道40上时，有轨列车50底部的激光雷达设备20扫描列车轨道40上的定位信标反光板10的定位有效区域，以获取与定位信标反光板10上携带的信标标识信息相对应的目标定位信号，以使定位处理模块30基于该目标定位信号进行列车定位，以保证定位精度并降低定位成本。定位信标反光板10相对于应答器的成本较低，且可有效避免应答器的灵敏度对定位精度的制约。激光雷达设备20设置在有轨列车50的底部，可避免外界环境及遮挡物对定位精度的影响，以保障定位精度。

在一实施例中，定位信标反光板10设置在列车轨道40上与有轨列车50相对的表面上。作为一个示例，如图1所示，在列车轨道40为凹槽形轨道时，则与有轨列车50相对的表面可以为凹槽形轨道的底部，即该定位信标反光板10可以设置在凹槽形轨道的底部，相应地，激光雷达设备20设置在有轨列车50底部上与定位信标反光板10在列车轨道40的位置相对应的位置。如定位信标反光板10设置在列车轨道40的底部中间位置，则激光雷达设备20设置在有轨列车50底部的中间位置，与定位信标反光板10相对设置，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，有助于提高定位精度。作为另一个示例，如图2所示，在有车轨道40为非凹槽形轨道时，则与有轨列车50相对应的表面为非凹槽形轨道的顶部，则该定位信标反光板可以设置在非凹槽形轨道的顶部，相应地，激光雷达设备20设置在有轨列车50底部上与定位信标反光板10在列车轨道40的位置相对应的位置，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，有助于提高定位精度。

在另一实施例中，定位信标反光板10设置在列车轨道40的内侧壁上，相应地，激光雷达设备20设置在有轨列车50底部的与内侧壁相对的一侧。作为一个示例，定位信标反光板10设置在列车轨道40的右侧壁上，则激光雷达设备20设置在有轨列车50底部的左侧，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，从而有助于提高定位精度。作为另一个示例，定位信标反光板10设置在列车轨道40的左侧壁上，则激光雷达设备20设置在有轨列车50底部的右侧，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，从而有助于提高定位精度。作为又一个示例，如图3所示，在列车轨道40的左侧壁和右侧壁上各设有一个定位信标反光板10，则在有轨列车50底部的右侧和左侧各设有一个激光雷达设备20，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，从而有助于提高定位精度，并可实现冗余定位，保障有轨列车50定位的准确性。

可以理解地，定位信标反光板10设置在列车轨道40的内侧壁上，可有助于避免云雨、灰尘等遮挡定位信标反光板10，从而影响定位精度。

在另一实施例中，如图3所示，列车轨道40的两个内侧壁上相对设有至少一对定位信标反光板10；相应地，有轨列车50的底部相对设有一对激光雷达设备20。即列车轨道40的左侧壁和右侧壁的相对位置上各设有一个定位信标反光板10，相应地，有轨列车50底部相对位置的左侧和右侧上各设有一个激光雷达设备20。本实施例中，有轨列车50左侧的激光雷达设备20与列车轨道40右侧壁上的定位信标反光板10相对设置，以使有轨列车50左侧的激光雷达设备20可获取列车轨道40右侧壁上的定位信标反光板10对应的信标标识信息对应的目标定位信号。相应地，有轨列车50右侧的激光雷达设备20与列车轨道40左侧壁上的定位信标反光板10相对设置，以使有轨列车50右侧的激光雷达设备20可获取列车轨道40左侧壁上的定位信标反光板10对应的信标标识信息对应的目标定位信号。

这两个定位信标反光板10设置在列车轨道40的相对位置，使得两个定位信标反光板10所携带的信标标识信息对应的同一地点，以实现对同一地点的冗余定位，避免任一定位信标反光板10被遮挡或者因其他突发原因，导致无法获取与其信标标识信息对应的目标定位信号，仍可实现精确定位，提高系统的冗余性。

在一实施例中，定位信标反光板10的上端靠近列车轨道40的内侧壁，下端偏离列车轨道40的内侧壁，使得定位信标反光板10与列车轨道40的内侧壁形成倾斜角。定位信标反光板10向下倾斜并与列车轨道40的内侧壁上形成一倾斜角，有助于调节定位信标反光板10反射激光的反射角度，以便提高定位精确性。作为一个示例，如图3所示，可以采用三角形固定架将定位信标反光板10固定在列车轨道40的内侧壁上，使得定位信标反光板10的上端靠近列车轨道40的内侧壁，下端偏离列车轨道40的内侧壁，以使定位信标反光板10与列车轨道40的内侧壁形成倾斜角A。

在一实施例中，如图5所示，定位信标反光板10包括用于形成定位有效区域的高反射区11和低反射区12，用于在激光雷达设备20扫描高反射区11和低反射区12时，基于高反射区11和低反射区12返回的激光能量差形成与信标标识信息相对应的目标定位信号。

其中，高反射区11是采用高反射率材料制成的区域，如采用激光反射率达到90％的高反射率材料制成高反射区11。低反射区12是采用低反射率材料制成的区域，如采用激光反射率为10％的低反射率材料制成低反射区12。例如，该高反射区11可以为但不限于采用镜面银和抛光氧化镜面铝等高反射率材料制成的区域，这些高反射率材料的反射率为90％以上。相应地，该低反射区12可以为但不限于采用微粒晶粒(如尖晶石粒子)或有机硅树脂、聚氨酯树脂和有机氟树脂等低反射率材料制成的区域，这些低反射率材料的反射率在10％以下，使得高反射区11与低反射区12之间的反射率相关较大。

由于高反射区11和低反射区12的反射率不同，使高反射区11和低反射区12依据特定规则分布时，激光探测信号照射到高反射区11和低反射区12时，通过高反射区11和低反射区12反射形成的激光能量之间存在激光能量差，这一激光能量差与高反射区11和低反射区12之间分布位置相对应，可用于反映特定的信标标识信息。激光雷达设备20可基于获取到的激光能量差形成一激光脉冲信号，再对该激光脉冲信号进行处理，以获取与信标标识信息相对的数字信号，该数字信号具体为与信标标识信息相对应的目标定位信号。激光雷达设备20将激光脉冲处理成数字信号的过程采用现有技术即可实现，在此不一一赘述。

例如，当有轨列车50在列车轨道40上行驶时，有轨列车50底部的激光雷达设备20向列车轨道40上的定位信标反光板10发射激光探测信号，定位信标反光板10接收到该激光后，由于高反射区11和低反射区12的反射率不同，在高反射区11的激光能量被大量反射，在低反射区12的激光能量被大量吸收，从而使得激光雷达设备20接收到高反射区11和低反射区12的激光能量存在较大的激光能量差，形成激光脉冲信号，使得激光雷达设备20内部的激光处理电路获取到变化的电压，经过激光处理电路进行处理，以获取与信标标识信息相对应的目标定位信号，从而有助于定位处理模块30进行列车定位识别。

在一实施例中，定位信标反光板10上的高反射区11和低反射区12可以采用高反射材料的高反射板和低反射材料的低反射板按特定规则拼接而成，如将高反射板和低反射板拼接成条形码的定位图案，以形成高反射区11和低反射区12，使得所拼接形成的条形码的定位图案与该定位信标反光板10所携带的信标标识信息相匹配，从而利用该信标标识信息进行有轨列车50的精确定位。

在一实施例中，定位信标反光板10包括第一反射底板和设置在第一反射底板上的第二反射图案层，第一反射底板和第二反射图案层，配合形成高反射区11和低反射区12。作为一个示例，该第一反射底板是采用高反射材料制成的设置在底层的反光板；相应地，第二反射图案层是采用低反射材料制成的携带信标标识信息的定位图案的涂层或者膜结构。作为另一个示例，该第一反射底板是采用低反射材料制成的设置在底层的反光板；相应地，第二反射图案层是采用高反射材料制成的携带信标标识信号的定位图案的涂层或者膜结构。本实施例，可采用将第二反射图案层印刷在第一反射底板上的方式，以第一反射底板和第二反射图案层形成高反射区11和低反射区12，使其制作过程更简单方便，有助于降低成本。

在一实施例中，高反射区11包括平行间隔设置的至少两条高反射条，低反射区12包括平行间隔设置的至少两个低反射条，高反射条和低反射条交错设置。作为一个示例，如图5所示，在将第二反射图案层印刷在第一反射底板上，形成高反射区11和低反射区12时，高反射区11上形成平行间隔设置的至少两个高反射条，低反射区12上形成平行间隔设置的至少两个低反射条，使得高反射条和低反射条之间交错设置形成类似条形码的定位图案。可以理解地，至少两个高反射条的宽度可以相同也可以不相同，相应地，至少两个低反射条的宽度可以相同也可以不相同。可以理解地，高反射条和低反射条交错设置，可使相邻的高反射条和低反射条之间的反射率不同，在激光雷达设备20扫描到定位信标反光板10时，高反射条和低反射条之间形成激光能量差，从而形成不同的激光脉冲信号，以便进行定位。

在一实施例中，如图6所示，激光雷达设备20包括激光发射机21、光学接收机22、激光处理器23和角度调节机构24。角度调节机构24与激光处理器23、激光发射机21和光学接收机22相连，用于根据激光处理器23的控制指令，调节激光发射机21和光学接收机22与定位信标反光板10的角度。激光处理器23与激光发射机21和光学接收机22相连，用于控制激光发射机21向定位信标反光板10发送激光探测信号，获取光学接收机22接收定位信标反光板10反射回来的激光脉冲信号，基于激光脉冲信号获取与信标标识信息相对应的目标定位信号。

可以理解地，在有轨列车50在列车轨道40上运行之前，可以预先采集激光雷达设备20与定位信标反光板10之间的反射角度，若反射角度不在预设角度范围内，则定位处理模块30可以向激光处理器23发送用于实现角度调节的控制指令，激光处理器23可以根据定位处理模块30的控制指令，控制角度调节机构24调节激光发射机21与定位信标反光板10之间的角度，并调节光学接收机22与定位信标反光板10的角度，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，有助于提高定位精度。

在调节角度完成之后，通过激光发射机21将电脉冲转换成光脉冲，以形成激光束并发射到定位信标反光板10上，该激光束即为激光探测信号。光学接收机22接收定位信标反光板10返回的光脉冲，该光脉冲即为激光脉冲信号；并将光脉冲还原形成电脉冲，以获取与定位信标反光板10对应的信标标识信息相对应的目标定位信号，以便进行列车定位。

在一实施例中，如图1-图3所示，激光雷达设备20可以为单线激光雷达设备。该单线激光雷达设备具体为可发射一线激光束的设备。例如，在定位信标反光板10的高反射区11和低反射区12之间形成有类似条形码的定位图案对应的定位有效区域，单线雷达设备所发射的一线激光束需照射在定位信标反光板10的定位有效区域时，才可获取具有激光能量差的激光脉冲信号，以便利用这一激光脉冲信号进行列车定位。

在另一实施例中，激光雷达设备20可以为多线激光雷达设备，如图4右侧的激光雷达设备20。该多线激光雷达设备具体为可发射至少两线激光束的设备包括但不限于本实施例中的三线激光雷达设备。三线激光雷达设备可同时发射三线激光束的设备，其所发射的三线激光束相互平行。例如，三线激光雷达设备所发出的三线激光束均照射在定位信标反光板10的定位有效区域时，则三线激光雷达设备可获取三个具有激光能量差的激光脉冲信号，形成三个与信标标识信息相对应的目标定位信号，以便利用这三个目标定位信号进行冗余定位。例如，在定位有效区域由上而下形成有顶部区域、中部区域和底部区域，则三线激光雷达设备所发射的三线激光束分别照射在顶部区域、中部区域和底部区域，以形成三个与信标标识信息相对应的目标定位信号，实现冗余定位，保证定位准确性。

在一种具体实施方式中，可在列车轨道40上与有轨列车50相对的表面上或者一内侧壁上设有一个定位信标反光板10，相应在有轨列车50上设有与该定位信标反光板10相配合的一个单线激光雷达设备，从而实现列车定位，以使所形成的列车定位系统的成本较低。

在另一具体实施方式中，可在列车轨道40的两个内侧壁上相对设有一对定位信标反光板10，相应在有轨列车50上设有与该定位信标反光板10相配合的一对单线激光雷达设备，从而实现单重冗余定位，在兼顾定位成本的同时，保证定位准确性。

在一种具体实施方式中，可在列车轨道40上与有轨列车50相对的表面上或者一内侧壁上设有一定位信标反光板10，相应在有轨列车50上设有与该定位信标反光板10相配合的一多线激光雷达设备，从而实现单重冗余定位，在兼顾定位成本的同时，保证定位准确性

在另一具体实施方式中，可在列车轨道40的两个内侧壁上相对设有一对定位信标反光板10，相应在有轨列车50上设有与该定位信标反光板10相配合的一对多线激光雷达设备，从而实现双重冗余定位，保证定位准确性。

本发明实施例还提供的列车定位方法，该列车激光雷达方法应用在上述实施例的列车定位系统中，该列车定位系统包括定位信标反光板10、激光雷达设备20和定位处理模块30，激光雷达设备20和定位处理模块30通过网络进行通信，用于实现定位信号处理。可提高列车定位的准确率，减少大雾、雨水天气的影响，降低日常维护费用。如图7所示，本发明实施例还提供了一种列车定位方法，包括定位处理模块30执行的如下步骤：

S601：接收有轨列车底部安装的激光雷达设备发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号，目标定位信号是激光雷达设备扫描设置在列车轨道上的定位信标反光板的定位有效区域后获取的信号。

如上述实施例所示，激光雷达设备20均设置在有轨列车50，并与定位处理模块30相连，而定位信标反光板10设置在列车轨道40上，而激光雷达设备20安装在有轨列车50的底部，在有轨列车50在列车轨道40上运行时，有轨列车50底部的激光雷达设备20扫描其所经过的定位信标反光板10的定位有效区域，以获取与定位信标反光板10上携带的信标标识信息相对应的目标定位信号，该目标定位信号与信标标识信息相对应，可以用于唯一识别其对应的定位信标反光板10。激光雷达设备20将所获取的目标定位信号发送给定位处理模块30，以使定位处理模块30接收到相应的目标定位信号

S602：基于目标定位信号查询系统数据库，获取与目标定位信号相对应的列车定位信息。

其中，系统数据库是用于存储存储反光板位置数据的数据库。每一反光板位置数据与一定位信标反光板10相匹配，具体包括该定位信标反光板10对应的信标标识信息与对应的位置坐标信息。可以理解地，在将定位信标反光板10安装到列车轨道40上时，可基于定位信标反光板10对应的信标标识信息和对应的位置坐标信息形成反光板位置数据，并存储到系统数据库中。在列车定位过程中，定位处理模块30在接收到激光雷达设备20发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号后，对该目标定位信号进行解码，以获取其中的信标标识信息，再基于该信标标识信息查询系统数据库，获取与该信标标识信息相对应的位置坐标信息，以确定该定位信标反光板10的位置，以达到对有轨列车50进行精确定位的目的。

本实施例所提供的列车定位方法中，定位处理模块30可接收有轨列车50底部的激光雷达设备20扫描列车轨道40上的定位信标反光板10的定位有效区域所获取的信标标识信息相对应的目标定位信号，以使定位处理模块30基于该目标定位信号进行列车定位，以保证定位精度并降低定位成本。定位信标反光板10相对于应答器的成本较低，且可有效避免应答器的灵敏度对定位精度的制约。激光雷达设备20设置在有轨列车50的底部，可避免外界环境及遮挡物对定位精度的影响，以保障定位精度。

在一实施例中，在步骤S602之后，即在获取与目标定位信号相对应的列车定位信息之后，列车定位方法还包括：若目标定位信号的信号组数与有轨列车上设置的激光雷达设备的设备数量不相同，则基于列车定位信息，生成与定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

本实施例中，定位处理模块30可以接收到一个激光雷达设备20发送的一组目标定位信号，此时，目标定位信号的信号组数为一个；也可以接收到两个激光雷达设备20发送的两组目标定位信号，此时，目标定位信号的信号组数为两个。例如，为确保激光雷达设备20能扫描到定位信标反光板10，可在有轨列车50底部左右两边分别设有一对激光雷达设备20，相应地，列车轨道40的两个内侧壁相对设有至少一对定位信标反光板10，有轨列车50经过定位信标反光板10时，有轨列车50底部上的两个激光雷达设备20可同时发射一个激光探测信号，使得两个激光雷达设备20可分别接收到一个激光脉冲信号并发送给定位处理模块30；此时，若接收到两组目标定位信号，则表明两个定位信标反光板10和两个激光雷达设备20都正常工作；若只接收到一个或零个目标定位信号，则表明其中某个定位信标反光板10出现异常，比如定位信标反光板10遭遮挡或磨损等。此时定位处理模块30基于列车定位信息，生成与定位信标反光板10相对应的检修提醒信息，以便及时维修相应的定位信标反光板10，从而避免被遮挡或磨损的定位信标反光板10影响列车定位的准确性。

在一实施例中，即在获取与目标定位信号相对应的列车定位信息之后，列车定位方法还包括：若接收到的每一组目标定位信号中的信号数量与激光雷达设备的激光线数不相同，则基于列车定位信息，生成与定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

可以理解地，定位处理模块30可以接收到一个激光雷达设备20发送的一组目标定位信号，此时，目标定位信号的信号组数为一个；也可以接收到两个激光雷达设备20发送的两组目标定位信号，此时，目标定位信号的信号组数为两个。若激光雷达设备20为单线激光雷达设备时，该单线激光雷达设备所发送的每一组目标定位信号中的信号数量为一个；若激光雷达设备20为多线激光雷达设备时，该多线激光雷达设备所发送的每一组目标定位信号的信号数量为多个。

为了提高列车获取定位信息的准确率，可在有轨列车50底部设有多线激光雷达设备，如三线激光雷达设备，而列车轨道40的内侧壁上设有的定位信标反光板10，在有轨列车50经过定位信标反光板10对应的位置时，三线激光雷达设备发射三条激光束扫描定位信标反光板10，若可以接收到三个基于激光能量差形成的与信标标识信息相对应的目标定位信号，则此时一组目标定位信号内的信号数量为三个，则表示三线激光雷达设备和定位信标反光板10都正常工作；若接收到的一组目标定位信号中的信号数量少于三，则表示定位信标反光板10出现异常，比如定位信标反光板10遭遮挡或磨损等。此时定位处理模块30基于列车定位信息，生成与定位信标反光板10相对应的检修提醒信息，以便及时维修相应的定位信标反光板10，从而避免被遮挡或磨损的定位信标反光板10影响列车定位的准确性。

在一实施例中，如图8所示，在接收安装在有轨列车底部的激光雷达设备发送的目标定位信号之前，列车定位方法还包括：

S701：采集激光雷达设备与定位信标反光板之间的反射角度；

S702：若反射角度不在预设角度范围内，则向激光雷达设备的激光处理器发送控制指令，以使激光处理器根据控制指令，控制角度调节机构调节激光发射机和光学接收机与定位信标反光板的角度。

其中，预设角度范围为系统预先设置的可使反射效果较好的角度范围。例如，为保证激光雷达设备20能够充分扫描定位信标反光板10，激光雷达设备20发射的激光束应与定位信标反光板10的平面尽量垂直，即反射角度应为90°左右，比如85°～95°；若采集到的反射角度不在预设角度范围内，则定位处理模块30向激光雷达设备20的激光处理器23发送用于实现角度调节的控制指令，以便基于该控制指令实现角度控制。具体地，激光处理器23在接收到定位处理模块30发送的控制指令之后，可控制角度调节机构24调节激光发射机21与定位信标反光板10的角度，和/或调节光学接收机22与定位信标反光板10的角度，从而保证后续激光雷达设备20扫描定位信标反光板10时，以保证准确接收到定位信标反光板10反射的激光脉冲信号，有助于提高定位精度。

上述列车定位系统中的各个设备中的接收器、处理器可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个步骤对应的操作。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种列车定位系统，其特征在于，包括：

定位信标反光板，设置在列车轨道上，所述定位信标反光板包括携带信标标识信息的定位有效区域；

激光雷达设备，安装在所述列车轨道上的有轨列车的底部，用于扫描所述定位信标反光板的定位有效区域，获取与所述信标标识信息相对应的目标定位信号，将所述目标定位信号发送给定位处理模块；

定位处理模块，与所述激光雷达设备相连，用于接收所述目标定位信号，基于所述目标定位信号进行列车定位。

2.如权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述定位处理模块为设置在有轨列车上的车载处理器。

3.如权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述定位信标反光板设置在所述列车轨道上与所述有轨列车相对的表面上，或者设置在所述列车轨道的内侧壁上。

4.如权利要求3所述的列车定位系统，其特征在于，所述列车轨道的两个所述内侧壁上相对设有至少一对所述定位信标反光板；

所述有轨列车的底部相对设有一对所述激光雷达设备。

5.如权利要求3所述的列车定位系统，其特征在于，所述定位信标反光板的上端靠近所述列车轨道的内侧壁，下端偏离所述列车轨道的内侧壁，使得所述定位信标反光板与所述列车轨道的内侧壁形成倾斜角。

6.如权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述定位信标反光板包括用于形成所述定位有效区域的高反射区和低反射区，用于在所述激光雷达设备扫描所述高反射区和所述低反射区时，基于所述高反射区和所述低反射区返回的激光能量差形成与所述信标标识信息相对应的所述目标定位信号。

7.如权利要求6所述的列车定位系统，其特征在于，所述高反射区包括平行间隔设置的至少两条高反射条，所述低反射区包括平行间隔设置的至少两个低反射条，所述高反射条和所述低反射条交错设置。

8.如权利要求6所述的列车定位系统，其特征在于，所述定位信标反光板包括第一反射底板和设置在所述第一反射底板上的第二反射图案层，所述第一反射底板和所述第二反射图案层，配合形成所述高反射区和所述低反射区。

9.如权利要求1-8任一项所述的列车定位系统，其特征在于，所述激光雷达设备包括单线激光雷达设备或者多线激光雷达设备。

10.如权利要求1所述的列车定位系统，其特征在于，所述激光雷达设备包括激光发射机、光学接收机、激光处理器和角度调节机构；

所述角度调节机构与所述激光处理器、所述激光发射机和所述光学接收机相连，用于根据所述激光处理器的控制指令，调节所述激光发射机和所述光学接收机与所述定位信标反光板的角度；

所述激光处理器与所述激光发射机和所述光学接收机相连，用于控制所述激光发射机向定位信标反光板发送激光探测信号，获取所述光学接收机接收所述定位信标反光板反射回来的激光脉冲信号，基于所述激光脉冲信号获取与所述信标标识信息相对应的目标定位信号。

11.一种列车定位方法，其特征在于，包括：

接收有轨列车底部安装的激光雷达设备发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号，所述目标定位信号是所述激光雷达设备扫描设置在列车轨道上的定位信标反光板的定位有效区域后获取的信号；

基于所述目标定位信号查询系统数据库，获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息。

12.如权利要求11所述的列车定位方法，其特征在于，在所述获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息之后，所述列车定位方法还包括：

若所述目标定位信号的信号组数与所述有轨列车上设置的所述激光雷达设备的设备数量不相同，则基于所述列车定位信息，生成与所述定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

13.如权利要求11所述的列车定位方法，其特征在于，在所述获取与所述目标定位信号相对应的列车定位信息之后，所述列车定位方法还包括：

若接收到的每一组所述目标定位信号中的信号数量与所述激光雷达设备的激光线数不相同，则基于所述列车定位信息，生成与所述定位信标反光板相对应的检修提醒信息。

14.如权利要求11所述的列车定位方法，其特征在于，在所述接收激光雷达设备发送的与信标标识信息相对应的目标定位信号之前，所述列车定位方法还包括：

采集所述激光雷达设备与所述定位信标反光板之间的反射角度；

若所述反射角度不在预设角度范围内，则向所述激光雷达设备的激光处理器发送控制指令，以使所述激光处理器根据所述控制指令，控制角度调节机构调节激光发射机和光学接收机与所述定位信标反光板的角度。

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