CN113954921A - 一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，包括以下步骤：步骤一：列车上配置惯性导航模块，该模块输出三轴加速度至列车定位模块；步骤二：ATS系统输出列车进站信息至列车定位模块；步骤三：列车定位模块利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析，输出列车位置信息至地铁轨道线路无线环境监测系统。
Description
技术领域
本发明属于列车定位技术领域，涉及一种惯性导航列车定位方法，具体涉及一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法。
背景技术
地铁轨道线路无线环境监测系统，通过实时测量的无线环境数据，可以完成无线设备状态异常监测和无线信号干扰测量及定位。无线环境数据包括列车位置数据和无线信号特征数据。
卫星导航系统具有实现全球、全天候、高精度的导航等优点；但卫星导航系统容易受到周围环境的影响，例如树木楼房等，造成多路径效应，使得定位结果精度降低甚至丢失，尤其是在隧道环境中，卫星导航系统基本无法使用。
列车自动监控系统(ATS)是一个综合的行车指挥调度控制系统，它提供列车定位能力，但定位精度不高，不能满足地铁轨道线路无线环境监测系统的高精度列车位置定位需求。
中国发明专利《一种基于GPS定位的车站乘客引导系统》(申请号：CN201810325532.0，公开号：CN108492597A)，该发明公开了一种基于GPS定位的车站乘客引导系统，包括：主控制器，分别与所述主控制器电性连接的采集模块、显示模块、语音模块和GPS定位模块，所述采集模块包括：光电传感器信号采集单元、乘客票务信息采集单元，所述显示模块电连接到多个液晶显示屏，所述语音模块电连接到多个扬声器，所述GPS定位模块能够自动识别乘客坐标、候车室坐标，并能够引导乘客进入对应的候车室。通过上述方式，本发明基于GPS定位模块，通过识别乘客坐标、候车室坐标，能够自动引导乘客进入对应的候车室，同时通过光电传感器能够精确获得列车进站信息，该系统集成度高，引导信息的时效性高、准确性高。
上述发明主要应用于乘客在车站的位置定位，而本发明主要应用于地铁轨道线路的列车位置定位。列车车站环境与列车轨道线路环境完全不同，同时GPS技术也无法实现列车在隧道环境中的位置定位，所以上述发明不适用于地铁轨道全线路的列车位置定位。
中国专利《一种用于车站的列车运行监控系统》(申请号：CN201910789446.X，公开号：CN110466568A)，该发明公开了一种用于车站的列车运行监控系统，包括轨道感知子系统，轨道感知子系统包括临近设置在进站轨道旁和出站轨道旁的用于感应监测列车通过的车轮感应装置，车轮感应装置感应的车轮运行信号通过线路汇接到临近的感应控制箱，基于对车轮运行信号的计算处理对应得到列车进站信息和列车出站信息，再通过有线通信或无线通信方式通信连接到到网络交换机，再由网络交换机传输到监控子系统，由监控子系统根据所述列车进站信息和列车出站信息对列车进出站进行监控管理。另外还包括道岔状态监测子系统、轨迹监控子系统、视频监控子系统，由此可以对进出站的列车运行进行实时的、高准确度的监控，提高了监控的准确度、安全性和时效性。
该专利主要技术方案：一种用于车站的列车运行监控系统，其特征在于，包括轨道感知子系统，所述轨道感知子系统包括临近设置在进站轨道旁和出站轨道旁的用于感应监测列车通过的车轮感应装置，所述车轮感应装置包括临近铁轨设置的电感式接近传感器，所述车轮感应装置感应的车轮运行信号通过线路汇接到临近的感应控制箱，所述感应控制箱基于对车轮运行信号的计算处理对应得到列车进站信息和列车出站信息，所述感应控制箱通过有线通信或无线通信方式通信连接到网络交换机，再由网络交换机传输到监控子系统，由监控子系统根据所述列车进站信息和列车出站信息对列车进出站进行监控管理；还包括轨迹监控子系统，所述轨迹监控子系统包括沿车站内轨道近旁敷设的振动感应光纤，以及与所述振动感应光纤连接的光纤探测主机，所述光纤探测主机又进一步接入到监控子系统；通过该列车轨迹监测子系统对进站和出站的列车轨迹进行监测，当列车运行时对所在轨道旁的光纤产生振动效应，由此光纤探测主机监测到受到振动效应影响的光纤所在位置，对应得到列车整体车厢全部所在的位置，随着列车运行，对应监测到的列车位置也会变化，由此实时监测列车在车站内的运行轨迹；还包括视频监控子系统，所述视频监控子系统中的摄像头对进站列车和出站列车进行视频拍摄，对应的视频信号传输到监控子系统，所述监控子系统进一步与来自所述轨道感知子系统的列车进站信息和列车出站信息进行核验。
道岔状态监测子系统，所述道岔状态监测子系统包括设置在道岔旁、用于监测道岔位置和密贴状况的道岔状态监测传感器，所述道岔状态监测传感器也与感应控制箱相连接，获得的监测信号被感应控制箱接收，然后再通过网络交换机将监测信号传输给监控子系统。
车轮感应装置包括固定铁轨轨底的底面夹持件，以及将传感器临近铁轨轨腰侧面固定的侧面夹持件，所述底面夹持件和侧面夹持件固定连接；所述底面夹持件包括第一固定块和第二固定块，所述第一固定块和第二固定块设置在所述铁轨的轨底两侧，并通过在铁轨下方穿过的螺杆连接，所述螺杆通过螺母将所述第一固定块和第二固定块卡紧固定在所述铁轨轨底的两侧；所述第一固定块和第二固定块呈L型板状，均具有竖直部和横向部，所述横向部卡接在所述铁轨轨底的两侧面上。
第一固定块和第二固定块的所述竖直部均开设有供所述螺杆穿过的过孔，所述过孔口径略大于所述螺杆的外径，所述螺杆两端均设置有螺母将所述第一固定块和第二固定块紧固在所述铁轨轨底两侧。
车轮感应装置在车站的每一个道岔处分别设置在对应道岔附近的三股轨道上。
列车进站信息包括列车进站速度信息，所述列车进站速度信息通过测量相邻两个车轮运行信号的脉冲时间间隔Δt，并根据对应相邻两个车轮中心之间的距离Δl，得到列车进站的实时速度为v＝Δl/Δt。
列车进站信息包括列车节数信息，先统计车轮运行信号的脉冲总数，再识别出每一节车厢对应的脉冲序号，将同属于一节车厢的脉冲序号划分为一组，则划分后对应得到的组数即为列车节数。
上述发明通过在列车轨道线路部署车轮感应装置，来实现列车在车站的位置定位。该发明如果应用于地铁轨道线路的列车位置定位，则需要在轨道线路沿线部署大量的车轮感应装置，存在设备数量大，投入成本大，设备维护量大的难题，所以上述发明不适用于地铁轨道全线路的列车位置定位。
上述发明均不具备地铁轨道全线路的列车位置定位能力，无法满足地铁轨道线路无线环境监测系统的列车高精度定位需求。
因此，亟需研究一种高效、准确的列车定位方法，用于满足地铁轨道线路无线环境监测系统的高精度列车位置定位需求。
发明内容
本发明的目的在于，一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，用于列车轨道全线路位置定位，以克服现有技术所存在的不足。
本发明的目的是实现轨道交通复杂环境下的列车高精度定位能力，满足地铁轨道线路无线环境监测系统的列车高精度定位需求。
本发明通过在列车上配置惯性导航模块，同时采用ATS系统提供的列车进站信息辅助训练的方法，可以实现地铁复杂环境下的列车位置高精度定位。
本发明列车定位流程详见图1列车定位流程。
本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：
本发明一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，包括以下步骤：
步骤一：在列车上配置惯性导航模块，该模块输出三轴加速度至列车定位主模块；
其中，步骤一所述惯性导航模块包括三轴加速度计，可以检测列车在导航坐标系中独立三轴的加速度信号。
步骤二：ATS系统输出列车进站信息至列车定位模块；
其中，步骤二所述列车进站信息包括：列车车辆编码、列车进站时间、列车位置信息。
步骤三：列车定位模块利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析，输出列车位置信息至地铁轨道线路无线环境监测系统。
其中，步骤三所述利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析过程如下：
(1)以列车站点位置作为计算列车行驶里程的起点。
根据列车进站信息，标记列车所在的站名和位置，从当前车站位置开始将里程计为0。
(2)基于三轴加速度计算列车行驶的里程，计算过程如下:
通过加速度的两次积分得到列车行驶的里程：加速度对时间的一次积分得到每一时间切片的瞬时速度，再用得到的速度对时间的一次积分得到每一时间切片的里程。
(3)基于列车行驶的里程计算列车行驶线路上的位置数据，计算过程如下：
假设列车从A站点驶向B站点。通过地图可知，A站点的经纬度为(lngA,latA)，B站点的经纬度为(lngB,latB)，A站点和B站点之间的里程表示为SAB。将A站点和B站点之间的里程s等分为n个线段，等分点K1,K2,…,K(n-1)表示为KX,x＝1,2,…,(n-1)。
KX点的经度：(lngB-lngA)*x/n+lngA
KX点的纬度：(latB-latA)*x/n+latA
A站点和KX点之间的里程表示为SAKX：s*x/n
将步骤(2)计算出的每一时间切片的列车行驶里程，与地图上A站点和KX点之间的里程SAKX相比较，当列车行驶里程与地图上的某个SAKX大小一致时，则可以将列车定位到相应的KX点，KX点的经纬度信息即为列车在该时间切片的位置信息。
本发明用于地铁轨道全线路的列车位置定位，通过在列车上配置惯性导航模块，同时采用列车进站信息辅助训练的方法，可以实现列车位置高精度定位。本发明定位精度为3％，即列车行驶100米，定位误差为3米。
本发明的关键点：
惯性导航定位技术虽然不受环境影响，但是惯性导航是一个随着时间误差不断累加的导航定位技术，本发明采用列车进站信息进行列车位置修正，实现复杂环境下的列车高精度定位。
本发明的有益效果：
本发明利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位，主要用于地铁轨道线路无线环境在线监测系统中的列车位置高精度定位；也可以实现列车在隧道环境中的位置定位，本发明适用于地铁轨道全线路的列车位置定位。
本发明经过实践验证，可以准确地生成列车连续的运动轨迹，实现地铁复杂环境下的列车高精度定位。本发明避免了：投入大量设备数量大，投入成本大，设备维护量大的难题。
附图说明
图1列车定位流程。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1列车定位流程。如图1所示，一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，包括以下步骤：
步骤一：列车上配置惯性导航模块，该模块输出三轴加速度至列车定位模块；
其中，步骤一所述惯性导航模块包括三轴加速度计，可以检测列车在导航坐标系中独立三轴的加速度信号。
步骤二：ATS系统输出列车进站信息至列车定位模块；
其中，步骤二所述列车进站信息包括：列车车辆编码0503、列车进站时间2021/11/3 13:42:02、列车位置信息经度121.297，纬度31.2675。
步骤三：列车定位模块利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析，输出列车位置信息至地铁轨道线路无线环境监测系统。
其中，步骤三所述利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析过程如下：
(1)以列车站点位置作为计算列车行驶里程的起点。
根据列车进站信息，当前车站为上海地铁封浜车站，从当前车站位置开始将里程计为0。
(2)基于三轴加速度计算列车行驶的里程，计算过程如下:
通过加速度的两次积分得到列车行驶的里程：加速度对时间的一次积分得到每一时间切片的瞬时速度，再用得到的速度对时间的一次积分得到每一时间切片的里程。
(3)基于列车行驶的里程计算列车行驶线路上的位置数据，计算过程如下：
列车从上海地铁封浜车站驶向乐秀路车站。通过地图可知，乐秀路车站经度121.31382，纬度31.265353，两个车站之间的里程为1620米。
将两个站点之间的线路按5米等分为324个线段，等分点K1,K2,…,K323表示为KX,x＝1,2,…,323。
KX点的经度：(121.31382-121.297)*x/324+121.297
KX点的纬度：(31.265353-31.2675)*x/324+31.2675
封浜地铁车站与等分点KX之间的里程表示为SAKX。
将步骤(2)计算出的每一时间切片的列车行驶里程，与地图上封浜车站和KX点之间的里程SAKX相比较，当列车行驶里程与地图上的某个SAKX大小一致时，则可以将列车定位到相应的KX点，KX点的经纬度信息即为列车在该时间切片的位置信息。
列车定位结果示例如下：
表1列车定位结果示例
本发明实施案例主要优点是可以实现在复杂环境下的列车高精度导航定位，支持在高架下，高楼林立，树木遮挡，隧道等环境下的地铁列车高精度导航定位。
本实施例的结论为先利用惯性导航信号进行列车位置分析，再利用列车进站信息进行列车位置修正，可以实现地铁复杂环境下的列车高精度定位。本发明定位精度为3％，即列车行驶100米，定位误差为3米。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。
Claims (4)
1.一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：列车上配置惯性导航模块，该模块输出三轴加速度至列车定位模块；
步骤二：ATS系统输出列车进站信息至列车定位模块；
步骤三：列车定位模块利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析，输出列车位置信息至地铁轨道线路无线环境监测系统。
2.根据权利要求1所述的一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，其特征在于：步骤一，惯性导航模块包括三轴加速度计提供检测列车在导航坐标系中独立三轴的加速度信号。
3.根据权利要求1所述的一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，其特征在于：步骤二，列车进站信息包括：列车车辆编码、列车进站时间、列车位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种利用列车进站信息辅助训练的惯性导航定位方法，其特征在于：步骤三，利用三轴加速度和列车进站信息进行联合分析过程如下：
(1)以列车站点位置作为计算列车行驶里程的起点；
根据列车进站信息，标记列车所在的站名和位置，从当前车站位置开始将里程计为0；
(2)基于三轴加速度计算列车行驶的里程，计算过程如下:
通过加速度的两次积分得到列车行驶的里程：加速度对时间的一次积分得到每一时间切片的瞬时速度，再用得到的速度对时间的一次积分得到每一时间切片的里程；
(3)基于列车行驶的里程计算列车行驶线路上的位置数据，计算过程如下：
假设列车从A站点驶向B站点；通过地图可知，A站点的经纬度为(lngA,latA)，B站点的经纬度为(lngB,latB)，A站点和B站点之间的里程表示为SAB；将A站点和B站点之间的里程s等分为n个线段，等分点K1,K2,…,K(n-1)表示为KX,x＝1,2,…,(n-1)；
KX点的经度：(lngB-lngA)*x/n+lngA
KX点的纬度：(latB-latA)*x/n+latA
A站点和KX点之间的里程表示为SAKX：s*x/n
将步骤(2)计算出的每一时间切片的列车行驶里程，与地图上A站点和KX点之间的里程SAKX相比较，当列车行驶里程与地图上的某个SAKX大小一致时，则可以将列车定位到相应的KX点，KX点的经纬度信息即为列车在该时间切片的位置信息。
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