CN114407981A - 一种自适应调整的列车辅助定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应调整的列车辅助定位方法及系统，其定位系统包括原始车载定位系统和辅助定位系统，所述原始车载定位系统包括测速传感器和信标读取设备，车载信号系统安全计算机根据从测速传感器和信标读取设备获取的信息进行列车位置计算，所述辅助定位系统包括惯性测量模块、误差校准模块，所述惯性测量模块采用惯性计算算法进行列车位置计算，所述误差校准模块将惯性测量模块的列车定位结果与原始列车定位系统的定位结果进行比较，并根据比较结果对惯性计算算法进行自适应优化调整。本发明定位精度较高、可靠性较好，极大地提高了无人驾驶列车的定位可靠性。

Description

一种自适应调整的列车辅助定位方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及列车定位技术。

背景技术

对于轨道交通行车组织与调度，实时、准确地获取列车在线路上的位置是保证行车安全，提高行车效率的前提。目前，常用的列车定位技术包括测速传感器、信标、雷达、GPS等，单一的定位技术存在较多局限性，例如测速传感器存在累计误差，且易受打滑空转的影响；信标定点特性无法实现连续定位；雷达在低速运行场景下误差较大；GPS因受接收卫星限制无法使用于隧道及其他受遮挡的场景。因此，逐渐出现了多种传感器组合使用的方法，较为广泛使用地例如“速度传感器+信标”，通过读取轨旁信标获得位置数据，对比轨道数据库得到列车当前的绝对位置；通过速度传感器实时计算列车位移，从而计算得到列车的实时位置。

然而，随着无人驾驶技术对列车定位性能的要求日益增加，特别是车载信号系统故障，定位模块无法使用时，如何进行应急定位对于提高救援疏散有着重要作用。惯性测量模块IMU能够独立提供高精度的列车定位，但是存在累计误差随时间累积的问题，并且无法靠自身提高绝对定位精度。现在存在使用GPS卫星定位与IMU结合来增强系统的可靠性，但是该方法较高依赖于GPS信号，对于轨道交通列车特别是地铁列车，线路场景多为地下隧道，因此并不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种自适应调整的列车辅助定位系统及方法，提高无人驾驶列车的定位精度和定位可靠性，满足无人驾驶列车救援疏散的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供了一种自适应调整的列车组合定位系统，包括原始车载定位系统和辅助定位系统，所述原始车载定位系统包括测速传感器和信标读取设备，车载信号系统安全计算机根据从测速传感器和信标读取设备获取的信息进行列车位置计算，所述辅助定位系统包括惯性测量模块、误差校准模块，所述惯性测量模块采用惯性计算算法进行列车位置计算，所述误差校准模块将惯性测量模块的列车定位结果与原始列车定位系统的定位结果进行比较，并根据比较结果对惯性计算算法进行自适应优化调整。

优选的，在列车的头端和尾端均配置有一组原始车载定位系统与辅助定位系统。若信标读取设备故障，惯性测量模块独立进行列车定位。

另外一方面，提供了一种自适应调整的列车定位方法，包括如下步骤：

列车进入运营后，惯性测量模块进行初始化；

惯性测量模块自主计算获取列车的位置、速度、方向信息；

当判断原始车载定位系统可用时，误差校准模块将惯性测量模块计算的位置与原始车载定位系统计算的精确位置进行误差对比，修正惯性计算公式；

当判断原始车载定位系统不可用时，惯性测量模块独立进行位置信息计算，若信标读取设备仍健康，则读取信标结合轨道数据库对惯性测量模块计算定位进行二次校准；若信标读取设备也故障，则惯性测量模块基于优化后的位置推演算法，独立进行列车定位。

基于上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明定位精度较高、可靠性较好。在原始车载定位系统健康时，I MU设备可通过对比其计算位置结果进行自身惯性计算算法的调整，不断提高在同一条线路上的定位精度。在原始车载定位系统故障时，若信标读取单元良好，可结合信标读取模块实现连续的、高可靠的列车定位；若信标读取单元故障，IMU可基于优化后的惯性计算公式进行位置推演，独立进行高准确度的列车定位。此种策略极大地提高了无人驾驶列车的定位可靠性，可满足紧急远程人工驾驶，自动运行至救援疏散区域等功能，提升轨道交通应急处置效率，减少经济损失。

2、本发明的辅助定位系统可单独使用。在原始列车定位设备故障时，由于IMU的位置推演算法已进行自适应调整，基于优化后的定位算法，可以作为独立的定位系统运行，获取列车准确位置，满足一定范围内的无人驾驶列车应急定位。同时，针对CBTC人工驾驶项目，在人工介入下，可满足运营紧张情况下，原始定位故障的列车继续上线运营。

3、本发明对既有系统改造较小。在车体上加装IMU设备及若干通信线缆，即可实现在原始车载定位系统失效情况下的辅助应急定位功能，对车辆改造小，并且无需增加轨旁设备，可适用于较多既有的地铁线路。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种自适应调整的列车组合定位系统的结构示意图；

图2为本发明的自适应调整方法示意图；

图3为本发明的辅助定位系统的结构示意图；

图4为本发明实现列车辅助定位的具体过程流程图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明基于现有的“速度传感器+信标”定位方案，结合惯性测量单元IMU，提供一种可自适应调整的列车高精度辅助定位方法及系统。

实施例一

如图1和图2所示，一种自适应调整的列车组合定位系统，包括原始车载定位系统和辅助定位系统，所述原始车载定位系统包括测速传感器(OPG)和信标读取设备(BTM天线和BTM主机)，车载信号系统安全计算机根据从测速传感器和信标读取设备获取的信息进行列车位置计算，所述辅助定位系统包括惯性测量模块(IMU)、误差校准模块，所述惯性测量模块采用惯性计算算法进行列车位置计算，所述误差校准模块将惯性测量模块的列车定位结果与原始列车定位系统的定位结果进行比较，并根据比较结果对惯性计算算法进行自适应优化调整。

其中，原始车载定位系统以及辅助定位系统中的惯性测量模块(IMU)属于既有设备，其工作原理不再赘述。所述误差校准模块采用卡尔曼滤波实现，在列车运行过程中，用原始和辅助定位系统输出的位置和速度信息的差值作为测量值，经卡尔曼滤波，估计辅助定位系统的固有位置和速度误差，然后对惯导系统进行反馈校正，至于惯导系统进行的反馈校正方法，也可以参考现有技术。

进一步的，在列车的头端和尾端均配置有一组原始车载定位系统与辅助定位系统。

实施例二

一种自适应调整的列车定位方法，如图2所示，在列车原始定位系统可用时，IMU实时进行列车位置解算，并与原始定位系统计算的列车精确位置进行误差分析，经由误差校准模块对惯性计算算法进行自适应优化调整，实现更高精度的列车位置推算。

如图3所示，辅助定位系统主要包括初始化模块、数据采集模块、IMU惯性计算模块、数据处理与校准模块。在作为后备定位方案时，IMU经过初始化后，采集列车所在线路的信息，自主解算得到列车的位置，若信标读取模块可用，则可结合信标模块来进行二次校准定位：IMU实时输出列车累计位移，若读取到信标，则利用信标内包含的轨道信息重置位移，并基于该准确位置信息重新累计位移并输出；若信标读取模块故障，则IMU得到的列车位置经由数据处理模块，自主得到列车的实时位置信息，支持列车继续运行。

如图4所示，列车辅助定位系统的工作流程为：列车进入运营后，IMU进行初始化，自主计算获取列车的位置、速度、方向信息，当判断原始车载定位系统可用时，IMU将其计算的位置与车载定位系统计算的精确位置进行误差对比，修正惯性计算公式。

当判断原始车载定位系统不可用时，IMU将独立进行位置信息计算，若信标读取设备仍健康，则可读取信标结合轨道数据库对IMU计算定位进行二次校准，实现长距离持续精确定位；若信标读取设备也故障，则IMU可基于前期优化后的惯性计算公式进行位置推演，独立实现高准确度的列车定位，支持原始定位系统故障列车继续使用辅助定位系统运行至救援疏散区域，提高应急处置效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (4)

1.一种自适应调整的列车组合定位系统，其特征在于，包括原始车载定位系统和辅助定位系统，所述原始车载定位系统包括测速传感器和信标读取设备，车载信号系统安全计算机根据从测速传感器和信标读取设备获取的信息进行列车位置计算，所述辅助定位系统包括惯性测量模块、误差校准模块，所述惯性测量模块采用惯性计算算法进行列车位置计算，所述误差校准模块将惯性测量模块的列车定位结果与原始列车定位系统的定位结果进行比较，并根据比较结果对惯性计算算法进行自适应优化调整。

2.根据权利要求1所述的一种自适应调整的列车定位系统，其特征在于，在列车的头端和尾端均配置有一组原始车载定位系统与辅助定位系统。

3.根据权利要求1所述的一种自适应调整的列车定位系统，其特征在于，若信标读取设备故障，惯性测量模块独立进行列车定位。

4.一种自适应调整的列车定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

列车进入运营后，惯性测量模块进行初始化；

惯性测量模块自主计算获取列车的位置、速度、方向信息；

当判断原始车载定位系统可用时，误差校准模块将惯性测量模块计算的位置与原始车载定位系统计算的精确位置进行误差对比，修正惯性计算公式；

当判断原始车载定位系统不可用时，惯性测量模块独立进行位置信息计算，若信标读取设备仍健康，则读取信标结合轨道数据库对惯性测量模块计算定位进行二次校准；若信标读取设备也故障，则惯性测量模块基于优化后的位置推演算法，独立进行列车定位。

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