CN112455498A - 一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法和装置，方法包括以下步骤：检测信号系统车载设备是否发生故障；获取信号系统车载设备的发生故障的时刻、位置信息，获取在车辆系统车载设备中的速度和采集点时间，通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移；最后得到当前时刻的位置信息；同时，本发明还利用了轨道交通列车的各个站点对列车位置进行位置校准，避免累计误差。与现有技术相比，本发明能够在信号系统故障下有效辅助运营人员了解列车位置信息，进行及时调度，并且调高行车调度的安全性和效率。

Description

一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法和装置
技术领域
本发明涉及轨道交通列车定位领域，尤其是涉及一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法和装置。
背景技术
近年来，随着各地城市轨道交通的发展，运营里程和速度不断提高，加之行车密度大、在线列车多、乘客人数多、现场情况复杂等特点，各类轨道交通紧急事件和安全事故不断增加。而其中信号系统是保障轨道交通运行安全和运行效率的核心控制系统，尽管其可靠性和可用性很高，但作为一个机电设备系统，故障在所难免。
目前，轨道交通行业的行车调度管理体系一般如下：当信号系统在发生故障情况下，转入以电话闭塞模式通过人工调度组织行车，由自动到人工状况下，行车调度员与值班员“看不到”列车位置，造成了视野盲区，有可能会出现行车调度员和行车值班员在未准确定位正线区间内全部列车位置的情况下，发布错误的电话闭塞命令，从而致使列车发生追尾碰撞事故。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法和装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，包括以下步骤：
检测步骤：检测信号系统车载设备是否发生故障，若是，则执行定位步骤；若否，则重复执行检测步骤；
定位步骤：获取信号系统车载设备发生故障的时刻t1，以及t1时刻的位置信息P1，获取在车辆系统车载设备中当前采样点时刻tn和当前速度Vn，同时获取车辆系统车载设备中记录的在t1时刻到tn时刻间的每个采样点的时刻t2～tn-1，以及每个采样点的时刻对应的速度V2～Vn-1；通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移Sn～1；最后得到当前时刻tn的位置信息Pn＝P1+Sn～1；
校准步骤：当检测到列车当前时刻速度为零后被执行，获取当前站点的ID信息；根据ID信息从储存的线路数据库中获取列车站点停靠位置信息；判断当前时刻的位置信息和列车站点停靠位置信息的差值的绝对值是否小于等于设定的差值阈值，若是，则采用列车站点停靠位置信息替代当前时刻的位置信息，完成校准。
进一步地，计算获取列车的故障后位移Sn-1的具体步骤为：
计算t1～tn时刻内，每相邻两个时刻的平均速度，计算表达式为：
V(n)～(n-1)＝(Vn+Vn-1)/2
计算每相邻两个时刻的位移，计算表达式为：
S(n)～(n-1)＝V(n)～(n-1)*(tn-tn-1)
将所有的相邻两个时刻的位移进行求合得到列车的故障后位移Sn～1。
进一步地，车辆系统车载设备中采样的刷新频率是100～150ms。
进一步地，校准步骤中，检测到列车开门后获取当前站点的ID信息。
进一步地，校准步骤中，差值阈值为30～50米。
一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，包括：
检测模块，用于检测信号系统车载设备是否发生故障，若是，则执行定位步骤；若否，则重复执行检测步骤；
定位模块，用于获取检测信号系统车载设备发生故障的时刻t1，以及t1时刻的位置信息P1，获取在车辆系统车载设备中当前采样点时刻tn和当前速度Vn，同时获取车辆系统车载设备中记录的在t1时刻到tn时刻间的每个采样点的时刻t2～tn-1，以及每个采样点的时刻对应的速度V2～Vn-1；通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移Sn～1；最后得到当前时刻tn的位置信息Pn＝P1+Sn～1；
校准模块，当检测到列车当前时刻速度为零后响应，用于获取当前站点的ID信息；根据ID信息从储存的线路数据库中获取列车站点停靠位置信息；判断当前时刻的位置信息和列车站点停靠位置信息的差值的绝对值是否小于等于设定的差值阈值，若是，则采用列车站点停靠位置信息替代当前时刻的位置信息，完成校准。
进一步地，计算获取列车的故障后位移Sn-1的具体步骤为：
计算t1～tn时刻内，每相邻两个时刻的平均速度，计算表达式为：
V(n)～(n-1)＝(Vn+Vn-1)/2
计算每相邻两个时刻的位移，计算表达式为：
S(n)～(n-1)＝V(n)～(n-1)*(tn-tn-1)
将所有的相邻两个时刻的位移进行求合得到列车的故障后位移Sn～1。
进一步地，车辆系统车载设备中采样的刷新频率是100～150ms。
进一步地，校准模块中，检测到列车开门后获取当前站点的ID信息。
进一步地，校准模块中，差值阈值为30～50米。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本方明提供了一种在现有信号系统发生故障情况下，进行临时列车定位的方法和装置。本发明通过列车上原有的车辆系统车载设备获取信息，结合信号系统故障前最后一刻发来的列车位置信息对列车进行估算定位，充分利用了车辆系统车载设备中的现有信息，无需增加新的列车定位信息采集冗余设备；同时本发明还利用了轨道交通列车的各个站点对列车位置进行校准，避免累计误差，提高定位进度。因此，通过本发明能够在信号系统故障下有效辅助运营人员了解列车位置信息，进行及时调度，并且调高行车调度的安全性和效率。
2、本发明具有良好的兼容性，可完全融入既有人工电话闭塞法的流程，可以有效结合各种应急管理规定及预案，辅助既有人工电话闭塞组织行车，提高应急处理效率，提高安全保障。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法。现有的轨道交通列车通常是采用信号设备对列车位置进行定位，其对应的设备为信号系统车载设备、信号系统应答器询问器和天线等。在列车上已有的车辆系统车载设备包括系统速度传感器和加速度计等，用于对列车进行行驶时实时控制，并不参与列车定位。本实施例的整体构思为在信号系统故障或瘫痪情况下，通过使用既有信号系统故障前最后一刻发来的列车位置信息，再加上已有的车辆系统车载设备的速度传感器及加速度计提供的列车速度、方向信息计算列车移动位移，并且结合列车站点的位置信息进行校准，从而能够在信号系统故障下有效辅助运营人员了解列车位置信息，进行及时调度，并且调高行车调度的安全性和效率。如图1所示，本实施例具体包括以下步骤：
一、检测步骤：检测信号系统车载设备是否发生故障，若是，则执行定位步骤；若否，则重复执行检测步骤。
二、定位步骤：
获取检测信号系统车载设备发生故障的时刻t1，以及t1时刻的位置信息P1，获取在车辆系统车载设备中当前采样点时刻tn和当前速度Vn，同时获取车辆系统车载设备中记录的在t1时刻到tn时刻间的每个采样点的时刻t2～tn-1，以及每个采样点的时刻对应的速度V2～Vn-1；通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移Sn～1；最终得到当前时刻tn的位置信息Pn＝P1+Sn～1。
计算获取列车的故障后位移Sn-1的步骤为：
(1)计算t1～tn时刻内，每相邻两个时刻的平均速度，计算表达式为：
V2～1＝(V2+V1)/2；
V3～2＝(V3+V2)/2；
V4～3＝(V4+V3)/2；
……
V(n)～(n-1)＝(Vn+Vn-1)/2；
(2)计算每相邻两个时刻的位移，计算表达式为：
S2～1＝V2～1*(t2-t1)；
S3～2＝V3～2*(t3-t2)；
S4～3＝V4～3*(t4-t3)；
……
S(n)～(n-1)＝V(n)～(n-1)*(tn-tn-1)；
(3)将所有的相邻两个时刻的位移进行求合得到列车的故障后位移Sn～1：
Sn～1＝S2～1+S3～2+S4～3+……+S(n)～(n-1)。
在定位步骤中，车辆系统车载设备中采样的刷新频率一般是100～150ms，本实施例中采用128ms，因此t2＝t1+128ms、t3＝t2+128ms、t4＝t3+128ms。
定位计算整体构思如下：
假设检测到信号系统车载设备在t1时刻故障，以信号系统发送来的t1时刻列车位置信息P1为基础，使用车辆系统车载设备上已有采集的方向、时间、速度继续计算列车位移。t1时刻的列车速度为V1，t2时刻的列车速度为V2。由于t1到t2时刻之间，列车速度一直在变化，为了减少速度误差带来的列车定位误差，采用取t1时刻的速度V1和t2时刻的速度V2的平均值V2～1作为计算列车位移的输入值，这样以取速度平均值的方法减少了列车定位误差。通过时间、速度计算得出列车的移动位移后，即可得到列车位置Pn等于位置P1加上列车移动位移S。其中列车位置信息P1对应线路物理公里数，可从通过线路数据库预先储存在车辆系统车载设备中。
三、校准步骤：
定位步骤中虽然通过以取速度平均值的方式减少了列车定位误差，让列车定位更加精准，但还需要采用校准方式消除累计误差，进一步精确列车位置。当列车定位装置收到车辆系统车载设备发送来的校准信息时，列车定位装置通过查询已在自身存储的线路数据库，校准到精确位置。校准步骤如下：
当检测到列车当前时刻速度为零后被执行，获取当前站点的ID信息；其中，获取当前站点的ID信息的优选为检测到列车开门后获取当前站点的ID信息，可以确保列车到达站点。
根据ID信息从储存的线路数据库中获取列车站点停靠位置信息；
判断当前时刻的位置信息和列车站点停靠位置信息的差值的绝对值是否小于等于设定的差值阈值，若是，则采用列车站点停靠位置信息替代当前时刻的位置信息，完成校准。差值阈值为一般为30～50米，优选50米。
综上所述：本实施例能够在信号系统故障或瘫痪情况下，通过使用既有信号系统故障前最后一刻发来的列车位置信息，再加上既有车辆系统的速度传感器及加速度计提供的列车速度、方向信息计算列车移动位移，最后根据列车到站后的速度为0、车门开启、报站等信息校准列车位置，从而实现实时计算列车位置及运行轨迹。
本实施例充分利用既有信号系统、车辆系统车载设备(速度及加速度传感器)，不需增加新的列车位置信息采集设备就能实现容错的列车定位方法。不需占用过多既有资源，投资少，实施周期短，后期维护简单方便，是一种非常好的信号系统故障下的容错的列车定位方法，具有重要意义。
本实施例可在信号系统所有故障下，包括ATP(列车自动防护系统)故障、ATO(列车自动运行系统)故障、ATS(列车自动监视系统)故障、信号系统车载设备故障、信号系统车地无线通信故障、ZC(区域控制器)故障、联锁故障、人工电话闭塞等情况下，实时计算列车位置及运行轨迹及。
本实施例具有良好的兼容性，并完全遵守既有人工电话闭塞法的流程，可以有效结合各种应急管理规定及预案，辅助既有人工电话闭塞组织行车，提高应急处理效率，提高安全保障。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测步骤：检测信号系统车载设备是否发生故障，若是，则执行定位步骤；若否，则重复执行检测步骤；
定位步骤：获取信号系统车载设备发生故障的时刻t1，以及t1时刻的位置信息P1，获取在车辆系统车载设备中当前采样点时刻tn和当前速度Vn，同时获取车辆系统车载设备中记录的在t1时刻到tn时刻间的每个采样点的时刻t2～tn-1，以及每个采样点的时刻对应的速度V2～Vn-1；通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移Sn～1；最后得到当前时刻tn的位置信息Pn＝P1+Sn～1；
校准步骤：当检测到列车当前时刻速度为零后被执行，获取当前站点的ID信息；根据ID信息从储存的线路数据库中获取列车站点停靠位置信息；判断当前时刻的位置信息和列车站点停靠位置信息的差值的绝对值是否小于等于设定的差值阈值，若是，则采用列车站点停靠位置信息替代当前时刻的位置信息，完成校准。
2.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，其特征在于，计算获取列车的故障后位移Sn-1的具体步骤为：
计算t1～tn时刻内，每相邻两个时刻的平均速度，计算表达式为：
V(n)～(n-1)＝(Vn+Vn-1)/2
计算每相邻两个时刻的位移，计算表达式为：
S(n)～(n-1)＝V(n)～(n-1)*(tn-tn-1)
将所有的相邻两个时刻的位移进行求合得到列车的故障后位移Sn～1。
3.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，其特征在于，车辆系统车载设备中采样的刷新频率是100～150ms。
4.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，其特征在于，校准步骤中，检测到列车开门后获取当前站点的ID信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位方法，其特征在于，校准步骤中，差值阈值为30～50米。
6.一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测信号系统车载设备是否发生故障，若是，则执行定位步骤；若否，则重复执行检测步骤；
定位模块，用于获取检测信号系统车载设备发生故障的时刻t1，以及t1时刻的位置信息P1，获取在车辆系统车载设备中当前采样点时刻tn和当前速度Vn，同时获取车辆系统车载设备中记录的在t1时刻到tn时刻间的每个采样点的时刻t2～tn-1，以及每个采样点的时刻对应的速度V2～Vn-1；通过上述时刻以及对应的速度计算获取列车的故障后位移Sn～1；最后得到当前时刻tn的位置信息Pn＝P1+Sn～1；
校准模块，当检测到列车当前时刻速度为零后响应，用于获取当前站点的ID信息；根据ID信息从储存的线路数据库中获取列车站点停靠位置信息；判断当前时刻的位置信息和列车站点停靠位置信息的差值的绝对值是否小于等于设定的差值阈值，若是，则采用列车站点停靠位置信息替代当前时刻的位置信息，完成校准。
7.根据权利要求6所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，其特征在于，计算获取列车的故障后位移Sn-1的具体步骤为：
计算t1～tn时刻内，每相邻两个时刻的平均速度，计算表达式为：
V(n)～(n-1)＝(Vn+Vn-1)/2
计算每相邻两个时刻的位移，计算表达式为：
S(n)～(n-1)＝V(n)～(n-1)*(tn-tn-1)
将所有的相邻两个时刻的位移进行求合得到列车的故障后位移Sn～1。
8.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，其特征在于，车辆系统车载设备中采样的刷新频率是100～150ms。
9.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，其特征在于，校准模块中，检测到列车开门后获取当前站点的ID信息。
10.根据权利要求1所述的一种基于车辆系统车载设备的轨道交通列车定位装置，其特征在于，校准模块中，差值阈值为30～50米。
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