CN113063413B - 基于多传感器的隧道位置定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多传感器的隧道位置定位方法，在隧道中布设包括RFID、激光雷达、惯导三种传感器组成的传感器系统；对系统中各种传感器采集的数据进行融合修正；重复步骤，获得每时刻最终精确的隧道定位位置。本发明的方法采用了多传感器融合定位的技术，克服了单传感器精度低的缺点，对数据的融合修正，可以获取精度较高的隧道及线路位置，并提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通工程设计技术领域，具体涉及一种基于多传感器的隧道位置定位方法。
背景技术
现今城市轨道交通日益发展，地铁隧道是轨道交通的重要组成部分，地铁的规划设计、线路测量、工程实施等等，每个环节的实施都存在很多难点和问题，也非常考验工程技术人员。就传统的测量方式以及监测来看，不仅仅是难度大、耗时长，而且施工的过程当中还会出现很多未预料到的情况，影响地铁的正常施工和建设。因地铁施线路敷设方式多变、工地水文质条件复杂，地下建构筑物、管线管廊等勘测不准确、等诸多问题，在隧道施工及铺轨施工过程中若依靠人工去完成相关工作的监测测量，不仅效率低下而且不能保证测量误差及精度，同时需配备大量测量记录人员。
目前大多数测量设备系统仅能在距离较短的范围内进行有效定位。但对于长大隧道而言，由于测量过程中累计误差及图像识别模式特点原因，在里程数值积累较大时，曲线要素里程识别及线路纵向定位精度会变得较低，很难保证检测设备的定位里程与线路设计里程完全的吻合。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多传感器的隧道位置定位方法，克服了单传感器精度低的缺点，解决现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案为：
基于多传感器的隧道位置定位方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：在隧道中布设包括RFID、激光雷达、惯导三种传感器组成的传感器系统；
步骤2：对系统中各种传感器采集的数据进行融合修正；
步骤3：重复步骤1和2，获得每时刻最终精确的隧道定位位置。
步骤1中：
RFID依据线路设计里程布置在隧道内壁作为长距离定位纠偏及传感器；
惯导安装在小车上用于短距离定位；
激光雷达安装在小车上，激光雷达扫描方向为小车前进方向。
步骤1中：
RFID定位覆盖范围为500m一个，定位误差±1m；
激光雷达扫描范围30m～40m，距离测量误差±25mm；
惯导5m范围内，距离误差±5mm。
步骤2中，数据的融合修正过程为：
设RFID的最大误差为δRfid，激光雷达的最大误差为δL，以当前RFID位置作为起点，设起点位置为(x0，y0)，小车的速度为v0，激光雷达采集当前时刻隧道前进方向截面曲线数据；
以时间间隔dt作为每次小车上雷达与惯导数据的修正和融合的时间间隔，当间隔为dt时，激光雷达获取当前t1时刻时的隧道前进方向截面曲线；
计算惯导的前进距离Sg:
式中v0代表初始速度，a代表惯导测量得到的加速度；
另外，计算雷达前进的距离，利用前后雷达的三维信息进行配准获取雷达测量的前进距离：
Sl＝dist(FeaturePostion1-FeaturePostion0)
其中，FeaturePostion0和FeaturePostion1分别代表t0时刻和t1时刻雷达信息中的同一特征点，dist()代表距离测量函数；
再将两者距离进行对比，计算距离差值Diff：
Diff＝|Sg-Sl|。
式中Sg代表惯导测量得到的距离，Sl代表雷达测量的距离。
步骤2中：
如果Diff的值小于雷达的最大误差，则表明测量误差在雷达的误差范围内，同时认为惯导的数据更加真实可靠，因短距离时，惯导精度更高，最后将惯导的距离作为当前的距离；
如果Diff的值大于雷达的最大误差，则认为该段区间惯导误差较大，选取雷达测量距离作为当前距离；数学表达式如下：
步骤2中，判断是否接收到RFID信号，如果接收到RFID信号，则对当前位置与RFID距离信息进行融合并修正：
如果接收到RFID信号，则将当前的距离与两个RFID之间的距离SRFID进行比较，设RFID的最大误差为δRfid，如果当前累计的距离减去SRFID的差值小于δRfid那么这段区间的位置即为当前计算的累计距离的位置；如果差值大于δRfid则表明惯导加雷达测量的位置误差较大，那么当前位置即为RFID的位置。数学表达式如下：
DiffC＝|DRFID-Scurrent|
式中DiffC为两个RFID之间的距离与当前计算得到的该段距离的距离差的绝对值，SCurrent为最终计算得到的位置。
本发明具有以下优点：
本发明的方法采用了多传感器融合定位的技术，克服了单传感器精度低的缺点，可以获取精度较高的隧道及线路位置，并提高了工作效率。
附图说明
图1是传感器分布图；
图2是误差修正算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种基于多传感器的隧道位置定位方法，主要利用RFID、激光雷达、惯导三种传感器相互融合来进行定位。
首先，传感器的构成如下，RFID依据线路设计里程布置在隧道内壁作为长距离定位纠偏及传感器，惯导安装在小车上用于短距离定位。激光雷达安装在小车上，激光雷达扫描方向为小车前进方向。安装示意图如附图1所示。
其次，本系统采用多传感器融合集成技术，系统各传感器的技术参数及指标为：
RFID定位覆盖范围为500m一个，定位误差±1m；
激光雷达扫描范围30m～40m，距离测量误差±25mm；
高精度惯导5m范围内，距离误差±5mm；
数据融合修正算法流程图如附图2所示：
设RFID的最大误差为δRfid，雷达的最大误差为δL，
1)以当前RFID位置作为起点，设起点位置为(x0，y0)，小车的速度为v0，激光雷达采集当前时刻隧道前进方向截面曲线数据。
2)以时间间隔dt作为每次小车上雷达与惯导数据的修正和融合的时间间隔，当间隔为dt时，激光雷达获取当前t1时刻时的隧道前进方向截面曲线。
计算惯导的前进距离Sg：
式中v0代表初始速度，a代表惯导测量得到的加速度。
另外，计算雷达前进的距离(利用前后雷达的三维信息进行配准获取雷达测量的前进距离)：
Sl＝dist(FeaturePostion1-FeaturePostion0)
其中，FeaturePostion0，FeaturePostion1分别代表t0时刻和t1时刻雷达信息中的同一特征点，dist()代表距离测量函数。
再将两者距离进行对比，计算距离差值：
Diff＝|Sg-Sl|
式中Sg代表惯导测量得到的距离，Sl代表雷达测量的距离。
再者，进行误差修正：如果Diff的值小于雷达的最大误差，则表明测量误差在雷达的误差范围内，同时认为惯导的数据更加真实可靠，因短距离时，惯导精度更高，最后将惯导的距离作为当前的距离。如果Diff的值大于雷达的最大误差则认为该段区间惯导误差较大，选取雷达测量距离作为当前距离。数学表达式如下：
另外，判断系统是否接收到RFID信号，如果接收到RFID信号，则对当前位置与RFID距离信息进行融合并修正。
如果接收到RFID信号，则将当前的距离与两个RFID之间的距离SRFID进行比较。设RFID的最大误差为δRfid，如果当前累计的距离减去SRFID的差值小于δRfid那么这段区间的位置即为当前计算的累计距离的位置；如果差值大于δRfid则表明惯导加雷达测量的位置误差较大，那么当前位置即为RFID的位置。数学表达式如下：
DiffC＝|DRFID-Scurrent|
式中DiffC为两个RFID之间的距离与当前计算得到的该段距离的距离差的绝对值，SCurrent为最终计算得到的位置。
最后，依次类推，重复迭代以上步骤，可获得每时刻最终精确的隧道定位位置。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.基于多传感器的隧道位置定位方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：在隧道中布设包括RFID、激光雷达、惯导三种传感器组成的传感器系统；
步骤2：对系统中各种传感器采集的数据进行融合修正；
步骤3：重复步骤1和2，获得每时刻最终精确的隧道定位位置；
步骤2中，判断是否接收到RFID信号，如果接收到RFID信号，则对当前位置与RFID距离信息进行融合并修正：
如果接收到RFID信号，则将当前的距离与两个RFID之间的距离SRFID进行比较，设RFID的最大误差为δRfid，如果当前累计的距离减去SRFID的差值小于δRfid那么这段区间的位置即为当前计算的累计距离的位置；如果差值大于δRfid则表明惯导加雷达测量的位置误差较大，那么当前位置即为RFID的位置，数学表达式如下：
DiffC＝|DRFID-Scurrent|
式中DiffC为两个RFID之间的距离与当前计算得到的被测量区间的距离差的绝对值，SCurrent为最终计算得到的位置；
步骤2中，数据的融合修正过程为：
设RFID的最大误差为δRfid，激光雷达的最大误差为δL，以当前RFID位置作为起点，设起点位置为(x0，y0)，小车的速度为v0，激光雷达采集当前时刻隧道前进方向截面曲线数据；
以时间间隔dt作为每次小车上雷达与惯导数据的修正和融合的时间间隔，当间隔为dt时，激光雷达获取当前t1时刻时的隧道前进方向截面曲线；
计算惯导的前进距离Sg:
式中v0代表初始速度，a代表惯导测量得到的加速度；
另外，计算雷达前进的距离，利用前后雷达的三维信息进行配准获取雷达测量的前进距离：
Sl＝dist(FeaturePostion1-FeaturePostion0)
其中，FeaturePostion0和FeaturePostion1分别代表t0时刻和t1时刻雷达信息中的同一特征点，dist()代表距离测量函数；
再将两者距离进行对比，计算距离差值Diff：
Diff＝|Sg-Sl|
式中Sg代表惯导测量得到的距离，Sl代表雷达测量的距离；
步骤2中：
如果Diff的值小于雷达的最大误差，则表明测量误差在雷达的误差范围内，同时认为惯导的数据更加真实可靠，因短距离时，惯导精度更高，最后将惯导的距离作为当前的距离；
如果Diff的值大于雷达的最大误差，则认为被测量区间惯导误差较大，选取雷达测量距离作为当前距离；数学表达式如下：
2.根据权利要求1所述的基于多传感器的隧道位置定位方法，其特征在于：
步骤1中：
RFID依据线路设计里程布置在隧道内壁作为长距离定位纠偏及传感器；
惯导安装在小车上用于短距离定位；
激光雷达安装在小车上，激光雷达扫描方向为小车前进方向。
3.根据权利要求2所述的基于多传感器的隧道位置定位方法，其特征在于：
步骤1中：
RFID定位覆盖范围为500m一个，定位误差±1m；
激光雷达扫描范围30m～40m，距离测量误差±25mm；
惯导5m范围内，距离误差±5mm。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102069824A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-05-25 | 北京交通大学 | 轨道交通车辆的定位装置和方法 |
| KR20160084067A (ko) * | 2015-01-05 | 2016-07-13 | 동서대학교산학협력단 | Rfid를 이용한 레일 기반 전동이동장치의 위치 파악 및 그 위치에 따른 콘텐츠 운영 시스템 |
| CN208155322U (zh) * | 2018-01-25 | 2018-11-27 | 山东鲁能智能技术有限公司 | 一种轨道式隧道巡检机器人定位系统 |
| CN110687564A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 中科凯普（天津）卫星导航通信技术有限公司 | 一种基于rfid的列车隧道内高精度定位系统 |
| CN211809637U (zh) * | 2019-12-28 | 2020-10-30 | 陈金胜 | 一种基于多传感器信息融合的列车定位装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102069824A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-05-25 | 北京交通大学 | 轨道交通车辆的定位装置和方法 |
| KR20160084067A (ko) * | 2015-01-05 | 2016-07-13 | 동서대학교산학협력단 | Rfid를 이용한 레일 기반 전동이동장치의 위치 파악 및 그 위치에 따른 콘텐츠 운영 시스템 |
| CN208155322U (zh) * | 2018-01-25 | 2018-11-27 | 山东鲁能智能技术有限公司 | 一种轨道式隧道巡检机器人定位系统 |
| CN110687564A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 中科凯普（天津）卫星导航通信技术有限公司 | 一种基于rfid的列车隧道内高精度定位系统 |
| CN211809637U (zh) * | 2019-12-28 | 2020-10-30 | 陈金胜 | 一种基于多传感器信息融合的列车定位装置 |
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| 刘小磊等.ＲFID 技术在列车高精度定位中的应用.《都市快轨交通》.2017,第30卷(第3期),第107-111页. * |
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