CN114735049B - 一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于车辆运行管理领域，提供了一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统；通过接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置。利用激光雷达传感器激光测距的技术来实现磁浮列车的测速、测距和定位功能；可以根据地面障碍物参考点和定位辅助板获取到距离信息和编码信息，从而实现测速、测距和定位；有效的规避了磁浮车辆电磁干扰对测速及定位功能的影响，在低速进站时测量精度高。一套系统可以实现列车的测速、测距与定位功能，即提高了系统的可用性，又降低系统的复杂度。

Description

一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统

技术领域

本发明属于车辆运行管理领域，特别涉及一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统。

背景技术

磁浮的诸多优点近年来得到社会各界的广泛认可，从国家到地方政府相继出台和规划了大量磁浮线路，可以预见旅游景区+智慧磁浮旅游模式将在未来行业细分领域成为一种主流的系统模式得以迅速推广。由于磁浮车辆没有车轮并且车底电磁干扰大于传统轮轨车辆，所以磁浮车的测速和定位问题一直是困扰业界的难点。

目前国内已开通运营磁浮线路测速系统主要通过钢轨枕涡流传感器和雷达传感器等实现。涡流传感器测速技术存在定位不够精确（一般在25CM左右）特别是低速停车过程无法实现精确定位，同时由于电磁环境复杂造成系统运行不太稳定等问题。雷达测速容易受地面状况、天气影响，同时雷达的维护与校准困难；此外加速度计测速方式存在需要与线路的坡度弧度结合考虑调试较为复杂。

目前磁浮车辆的定位主要通过应答器或交叉感应环线的方式。两种定位系统在轮轨车辆都有成熟应用案例，但同样由于磁浮车辆的电磁干扰情况比轮轨车辆严重造成应答器无法正确接收，环线异常无法接收等情况出现。

发明内容

针对上述问题，一方面，本发明公开了一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，所述方法具体包括：

接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存。

进一步地，所述接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值；

将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值。

进一步地，所述根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值具体包括：

在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值；

根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度；

根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值。

进一步地，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

将当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值；

通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

进一步地，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值之后，所述方法还包括：

比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；

若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，列车在后退；

若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，列车在前进。

进一步地，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值之前，所述方法还包括：

根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

进一步地，所述定位辅助物为定位辅助板，所述定位辅助板上具有透光孔；每个所述定位辅助板上的透光孔数量或尺寸大小或形状不相同，所述透光孔的数量或尺寸大小或形状为定位辅助板的识别信息。

进一步地，所述定位辅助板上的透光孔为长方形，长方形宽度不小于3cm；将长方形透光孔在定位辅助板上进行偏移组合，形成编码信息，将每块定位辅助板独有的编码信息与每块定位辅助板的地理位置信息进行绑定。

另外一方面，本发明还公开了一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，所述系统包括：

测速模块，用于接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

定位模块，用于接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存。

进一步地，所述测速模块具体包括：

参考点数据接收子模块，用于接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

水平距离识别子模块，用于根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值；

运行速度分析子模块，用于将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值。

进一步地，所述水平距离识别子模块具体包括：

直线距离识别单元，用于在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值；

扫描角度确定单元，用于根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度；

水平距离分析单元，用于根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值。

进一步地，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

将当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值；

通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

进一步地，所述测速模块还包括：

水平距离值比较子模块，用于比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，列车在后退；若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，列车在前进。

进一步地，所述测速模块还包括：

合理区间预测子模块，用于根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

距离差判断子模块，用于判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

水平距离全检子模块，用于当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

轮询子模块，用于从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

循环计算子模块，用于当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

进一步地，所述定位辅助物为定位辅助板，所述定位辅助板上具有透光孔；每个所述定位辅助板上的透光孔数量或尺寸大小或形状不相同，所述透光孔的数量或尺寸大小或形状为定位辅助板的识别信息。

进一步地，所述定位辅助板上的透光孔为长方形，长方形宽度不小于3cm；将长方形透光孔在定位辅助板上进行偏移组合，形成编码信息，将每块定位辅助板独有的编码信息与每块定位辅助板的地理位置信息进行绑定。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法及系统，利用激光雷达传感器激光测距的技术来实现磁浮列车的测速、测距和定位功能；可以根据地面障碍物参考点和定位辅助板获取到距离信息和编码信息，从而实现测速、测距和定位；有效的规避了磁浮车辆电磁干扰对测速及定位功能的影响，在低速进站时测量精度高。本方案一套系统同时可以实现列车的测速、测距与定位功能，即提高了系统的可用性，又降低系统的复杂度，大大降低生产和维护成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的BTM接口配置图；

图2示出了本发明实施例中激光雷达传感器扫描形成的二维扫描面示意图；

图3示出了本发明实施例中激光雷达安装示意图；

图4示出了本发明实施例中磁浮轨排实物图；

图5示出了本发明实施例中激光扫描出的地面轨排轮廓图；

图6示出了本发明实施例中磁浮列车测速方法处理流程图；

图7示出了本发明实施例中速度分析示意图；

图8示出了本发明实施例中定位辅助板正视图；

图9示出了本发明实施例中定位辅助板安装使用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。

磁浮轨交系统由于通过电磁感应使车辆悬浮运行的技术特点，与轮轨车辆相比省去了车轮，并且增大了与轨道之间的电磁能量，这就对列车的测速测路和列车定位等提出的新的要求。国内已开通运营的磁浮线路普遍存在测速测距不够精确，定位设备干扰大等问题需要进一步解决使磁浮技术能得到更好的应用。

目前测速系统主要通过钢轨枕涡流传感器和雷达设备实现。涡流传感器测速一般在车辆前端部署4-6个传感器，传感器间距通常在25CM左右。传感器经过轨枕时检测到轨枕切面将感应出一个脉冲。通过前后安装的几个传感器发出脉冲的时间差就可以推算出列车的速度及位移等信息。测量精度主要体现在测距脉冲的距离间隔上，当测距脉冲的距离间隔越小测速测距的精度越高。此方法实施简单但测速精度在25CM左右。并且涡流传感器的电磁脉冲易受电磁扰动影响稳定性差。

雷达测速方法通过多普勒雷达设备进行测速，多普勒雷达由一个发射器和一个接收器组成。发射器不停的发送射频信号，地面环境不通导致返回的射频信号不同。雷达根据接收器接收到的回波频率计算出列车的运行速度，雷达测速对高速测量的结果精确，但容易受地面状况、天气影响，雷达的维护与校准困难，每列车需要上线进行静动调。

此外，还可采用加速度计等方法进行测速，加速度计是测量物体线加速度的仪器。根据列车加速或降速情况输出等比例加速信号，加速度计安装简单维护方便，但加速值需要与线路的坡度弧度等结合考虑才可计算出列车的实际加速状态。

如图1所示为BTM接口配置图，目前磁浮车辆的定位主要通过应答器方式和交叉感应环线方式。应答器方式主要通过在地面应答器和车载BTM系统组成，当车辆BTM天线通过应答器上方时激活应答器天线发送出对应的应答器报文。

车载系统接收到报文后可以根据报文中的定位编码确认出在车载地图中的准确位置；但由于磁浮车辆的电磁干扰情况比轮轨车辆严重造成应答器无法正确接收。

交叉感应环线定位原理是当车辆通过站台等特定位置的环线交叉点时，将在交叉点正上方收到感应脉冲信号，脉冲发送时刻车辆位置就可以定位到车载地图中的准确公里标。同应答器定位一样由于磁浮车辆的电磁干扰情况比轮轨车辆严重造成环线经常工作异常无法接收等情况出现。

磁浮车辆测速定位问题的主要因素是车下复杂的电磁环境。而电磁环境对光的传输几乎无影响，因此本专利利用激光雷达传感器来实现磁浮列车的测速和定位功能。激光雷达传感器实现磁浮列车测速定位是利用脉冲时间飞行原理（TOF），通过激光雷达连续不停的发射扫描激光脉冲，由旋转光学机构将激光脉冲按一定角度间隔（角度分辨率）发射向扫描角度内的各个方向而形成一个径向坐标为基准的二维扫描面，如图2所示。二维扫描面由一组等间隔的扫描脉冲组成，每个扫描脉冲发出激光经地面障碍物反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到光电二极管上。光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，它检测出返回的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，激光雷达传感器依靠激光传输距离与传输时间成正比的特性就可检测出地面传感器特定角度距离内障碍物的精确位置。完成每路扫描脉冲一个周期的测量后就可得到每个角度激光雷达到障碍物的距离数据。

考虑到磁浮车辆和地面轨排部署的特性，在磁浮车头前端安装一台激光雷达就可实现测速和定位功能，如图3为激光雷达安装示意图。

在本发明专利的一种实施例中，一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，所述方法具体包括：

步骤100：接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

步骤200：接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存。

由于上述方法测量依据的是激光雷达传感器的光信号，因此可以完全规避掉电磁环境导致的涡流传感器，应答器、交叉感应环线等的测量干扰稳定性差的问题，如图4和图5，利用磁浮轨排上的工字梁做为障碍物参考点，当列车经过时将会扫描出地面障碍物的外形轮廓，根据每次扫描得到激光雷达传感器到地面相同参考点的水平距离与时间差，就可以计算出列车运行的精确位移和速度值。

在本发明的一种实施例中，如图6，步骤100：接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

步骤110：接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

步骤120：根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值len2；

步骤130：将当前水平距离值len2结合上一周期识别的前次水平距离值len1进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值V。

在本实施例的一种情况中，步骤120：根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值具体包括：

步骤121：在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值dis；

步骤122：根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度a；

步骤123：根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值len2。

如图7所示，每周期将接收到激光雷达（内置激光雷达传感器）在各个扫描角度收集到的激光雷达到障碍物间的距离数值dis。首先识别出每次扫描的各个轨枕的特征点（即参考点）。可选择轨枕最上端的端点为特征点，特征点处对应的激光雷达扫描角度为a。则计算出在水平方向上激光雷达与此轨枕端点的水平距离len数值，即len = dis*cos(a)。

在本实施例的一种情况中，步骤130：将当前水平距离值len2结合上一周期识别的前次水平距离值len1进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值V具体包括：

步骤131：将当前水平距离值len2与上一周期识别的前次水平距离值len1之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值V；

步骤132：通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

另外，步骤130：将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值之后，所述方法还包括：

步骤300：比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；

步骤310：若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，说明列车在后退；

步骤320：若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，说明列车在前进。当若当前水平距离值等于上一周期识别的前次水平距离值，说明列车停止不动。

示例性的，列车发生位移时，根据上一周期的水平距离值len1与本周期的水平距离值len2差值的绝对值除以两周期的时间差t1就可计算出列车的运行速度V，即：

V=abs(len1-len2)/t1（len1>len2时列车方向为前进，反之为后退）。

其中，abs(len1-len2)表示两个水平距离值之间差值的绝对值。

因此，通过累计每次计算的abs(len1-len2)的数值就可以得到列车行驶的累计距离值，实现测距功能。

在本发明的一种实施例中，需要注意的是当激光雷达跨过第一根轨枕，处于第一根轨枕和第二根轨枕之间的时候，可能会扫描识别到两个轨枕上的特征点，为避免出错，可根据上周期的速度值推算出len1与len2间差值的一个合理区间，找出两周期的所有轨枕特征点对应的水平距离值中差值在合理区间内的两个数据进行计算，其具体实现步骤如下：

步骤400：根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

步骤410：判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

步骤420：当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

步骤430：从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

步骤440：当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

在本发明的一种实施例中，所述定位辅助物可以是定位辅助板，所述定位辅助板上具有透光孔；每个所述定位辅助板上的透光孔数量或尺寸大小或形状不相同，所述透光孔的数量或尺寸大小或形状为定位辅助板的识别信息。

对于列车的定位，当激光雷达在扫描参考点的时候，利用激光雷达可以扫描一个平面的特性，在其检测的平台下面放上一块有缺口的定位辅助板（如图8所示），当激光投射到实体板上与投射到缺口上的激光测出的距离值不相同，可以计算出每个缺口的长度len-q和实体部分的长度len-s。将有不同缺口特征的定位辅助板部署在地面的精确位置处，通过激光雷达就可以实现车辆的精确定位功能。

雷达投射激光两点间的夹角可以达到0.08度。在雷达与定位辅助板间距为1米时，静止时在定位辅助板的附近定位精度可以小至2mm。所以可以非常精确的识别出定位辅助板上的厘米级的开孔长度信息。激光雷达传感器通过定位辅助板时激光传播示意图如图9所示。二维激光雷达的扫描频率可以达到600HZ，每组会扫描840个角度点数据点。每两个相邻扫描点时间间隔大约为1.98μs。100km/h的列车在此间隔内的走行距离为0.055mm。因此，定位辅助板最小表示单元宽度大于1cm时，列车速度对宽度测量的影响可以忽略不计。

在本实施例的一种情况中，所述定位辅助板上的透光孔为长方形，长方形宽度不小于3cm；将长方形透光孔在定位辅助板上进行偏移组合，形成编码信息，将每块定位辅助板独有的编码信息与每块定位辅助板的地理位置信息进行绑定。

定位辅助板最小表示单元选定为3cm。列车到达定位辅助板上方时，可以精确的扫描出板上缺口宽度信息。通过将测速辅助板中透光孔的位置进行偏移组合改造为定位辅助板，车载设备就可以通过激光雷达传感器接收到含有一定编码信息的脉冲。利用这些编码信息就可以与线路中的绝对位置进行绑定起到定位的作用。由于定位辅助板一个编码信息长3cm（宽度为3cm的透光孔之间距离也为3cm），在90cm长的板内就可以发送30位编码。

激光雷达传感器的弱点在于容易受到漂浮障碍物影响，激光的头需要保持清洁。为此可在最前端磁头前方增加防护板用于遮挡列车运行中的飞浮障碍物，并定期对激光头进行清洁。

为了使上述方法能够顺利执行，对应的设计出用于搭载执行一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法的系统，所述系统包括：

测速模块，用于接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

定位模块，用于接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存。

在本发明的一种实施例中，所述测速模块具体包括：

参考点数据接收子模块，用于接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

水平距离识别子模块，用于根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值；

运行速度分析子模块，用于将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值。

在本实施例的一种情况中，所述水平距离识别子模块具体包括：

直线距离识别单元，用于在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值；

扫描角度确定单元，用于根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度；

水平距离分析单元，用于根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值。

在本实施例的一种情况中，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

将当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值；

通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

在本发明的一种实施例中，所述测速模块还包括：

水平距离值比较子模块，用于比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，列车在后退；若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，列车在前进。

在本发明的一种实施例中，所述测速模块还包括：

合理区间预测子模块，用于根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

距离差判断子模块，用于判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

水平距离全检子模块，用于当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

轮询子模块，用于从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

循环计算子模块，用于当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

本发明的优势在于利用激光雷达传感器激光测距的技术来实现磁浮列车的测速、测距和定位功能；可以根据地面障碍物参考点和定位辅助板获取到距离信息和编码信息，从而实现测速、测距和定位；有效的规避了磁浮车辆电磁干扰对测速及定位功能的影响，在低速进站时测量精度高。本方案一套系统同时可以实现列车的测速、测距与定位功能，即提高了系统的可用性，又降低系统的复杂度，大大降低生产和维护成本。

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。

Claims (12)

1.一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述方法具体包括：

接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存；

所述接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值；

将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值；

所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值之前，所述方法还包括：

根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值具体包括：

在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值；

根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度；

根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值。

3.根据权利要求1所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

将当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值；

通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

4.根据权利要求1所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值之后，所述方法还包括：

比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；

若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，列车在后退；

若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，列车在前进。

5.根据权利要求1所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述定位辅助物为定位辅助板，所述定位辅助板上具有透光孔；每个所述定位辅助板上的透光孔数量或尺寸大小或形状不相同，所述透光孔的数量或尺寸大小或形状为定位辅助板的识别信息。

6.根据权利要求5所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位方法，其特征在于，所述定位辅助板上的透光孔为长方形，长方形宽度不小于3cm；将长方形透光孔在定位辅助板上进行偏移组合，形成编码信息，将每块定位辅助板独有的编码信息与每块定位辅助板的地理位置信息进行绑定。

7.一种基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述系统包括：

测速模块，用于接收激光雷达传感器检测到的参考点数据，分析参考点数据得出列车运行的累计距离和当前运行速度值；

定位模块，用于接收激光雷达传感器获取的定位辅助物的识别信息，根据定位辅助物的识别信息确定列车当前所处位置；不同定位辅助物安装在列车运行轨迹不同位置处，将每个定位辅助物的识别信息与精确的地理位置信息对应保存；

所述测速模块具体包括：

参考点数据接收子模块，用于接收激光雷达传感器周期性检测到的参考点数据；

水平距离识别子模块，用于根据当前周期接收的参考点数据，识别参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值；

运行速度分析子模块，用于将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值；

所述测速模块还包括：

合理区间预测子模块，用于根据前次周期中分析得到的列车前次运行速度值，预测当前距离差值的绝对值合理区间；

距离差判断子模块，用于判断根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值是否落在合理区间内；

水平距离全检子模块，用于当根据两个周期参考点数据分析出的当前距离差值的绝对值没有落在合理区间内，说明两个周期内识别的参考点不止一个，分析两个周期内参考点距离激光雷达传感器的所有水平距离值；

轮询子模块，用于从得出的所有水平距离值中任选两个处于不同周期内的水平距离值进行距离差值的绝对值计算，并判断计算出的距离差值的绝对值是否处于合理区间内；

循环计算子模块，用于当计算出的距离差值的绝对值不处于合理区间内，重新选择计算，直到找出两个处于不同周期内的水平距离值之间的距离差值的绝对值处于合理区间内为止。

8.根据权利要求7所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述水平距离识别子模块具体包括：

直线距离识别单元，用于在当前周期接收的参考点数据中，识别出每次扫描的参考点以及参考点距离激光雷达传感器的直线距离值；

扫描角度确定单元，用于根据识别出的参考点，确定参考点对应的激光雷达传感器的扫描角度；

水平距离分析单元，用于根据扫描角度和直线距离值得到参考点距离激光雷达传感器的当前水平距离值。

9.根据权利要求7所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述将当前水平距离值结合上一周期识别的前次水平距离值进行分析比较，得到列车运行的累计距离和当前运行速度值具体包括：

将当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值之间的距离差值的绝对值除以两周期之间的时间差值，计算出列车当前运行速度值；

通过累计每次计算得出的距离差值的绝对值，计算出列车运行的累计距离。

10.根据权利要求7所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述测速模块还包括：

水平距离值比较子模块，用于比较当前水平距离值与上一周期识别的前次水平距离值的大小；若当前水平距离值大于上一周期识别的前次水平距离值，列车在后退；若当前水平距离值小于上一周期识别的前次水平距离值，列车在前进。

11.根据权利要求7所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述定位辅助物为定位辅助板，所述定位辅助板上具有透光孔；每个所述定位辅助板上的透光孔数量或尺寸大小或形状不相同，所述透光孔的数量或尺寸大小或形状为定位辅助板的识别信息。

12.根据权利要求11所述的基于激光雷达的磁浮列车测速定位系统，其特征在于，所述定位辅助板上的透光孔为长方形，长方形宽度不小于3cm；将长方形透光孔在定位辅助板上进行偏移组合，形成编码信息，将每块定位辅助板独有的编码信息与每块定位辅助板的地理位置信息进行绑定。