CN114872763B - 一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，根据列车在电子地图中的当前位置和列车允许运行方向，进行应答器搜索，搜索出的结果放入信号点列表balise_list中，然后根据balise_list中的应答器在电子地图中的位置和列车在电子地图中的当前位置进行相对于应答器的列车位置计算；该方法可以在不动车的情况下，车载启机后直接给出列车相对于应答器的位置和方向，从而进行计算和上报，提高了铁路运营效率。

Description

一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法
技术领域
本发明涉及列车定位方法，具体涉及一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法。
背景技术
应答器设备是中国列车运行控制系统（CTCS-2/CTCS-3）中的重要组成部分，用于确定车载在线路中的精确位置，列车经过一组被标记为链接（Q_LINK=1）的应答器组，车载根据经过该应答器的位置、方向确定列车在线路中相对于该应答器的位置，用于车载线路里程、静态线路数据、动态线路数据和授权信息的计算，同时作为最近相关应答器组（LRBG）上报给无线闭塞中心（RBC）等无线设备。随着全球卫星导航系统（GNSS）特别是北斗卫星导航系统的日趋完善，列车的定位方式趋于多元化，在计算列车相对于LRBG的位置时，列车触发应答器后，即列车的应答器接收天线接收到应答器报文后，再针对该位置进行计算已经不是一种必需的途径。
目前大部分车载系统上电启机后，相对于应答器的列车位置是未知的，列车以某种模式运行，一段时间后，接收到线路上布置的实体应答器报文或触发了虚拟应答器，车载根据测速测距计算出相对于该应答器的列车位置，然后进行后续计算和上报。但是这种方法相对低效，车载启机后无法第一时间获得相对于应答器的列车位置，只能在运行一段时间后才能触发应答器，这段时间相对被浪费掉了。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算列车相对于应答器的位置的方法，主动计算相对于应答器的列车位置，提高运营效率。
为实现上述目的，本发明提一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：
S1、ATP获取基于卫星定位的列车位置、基于卫星定位的运行方向、电子地图状态和卫星稳定性信息，并判断上述信息是否满足应答器的搜索条件；
S2、根据基于卫星定位的列车位置，搜索生成应答器的信号点列表balise_list；
S3、选择信号点列表balise_list中的某一虚拟应答器或实体应答器，计算基于卫星定位的列车位置与该选定的应答器之间的相对位置，得出列车的LRBG以及列车相对于该LRBG的距离；
S4、根据计算得到的列车相对于所述选定LRBG的距离，计算所述LRBG在测速测距坐标系下的中心坐标；
S5、根据在测速测距坐标系下的LRBG的中心坐标和列车的走行坐标，计算列车相对于该LRBG的估计前端、最大安全前端、最小安全前端和最小安全尾端。
其中，所述步骤S2进一步的包括以下步骤：
S21、ATP从电子地图的数据库中获取所述基于卫星定位的列车位置当前所在车站的电子地图信息；
S22、确定搜索方向，沿搜索方向在所述车站的电子地图信息中找到列车前方或后方的所有实体应答器和虚拟应答器，生成信号点列表balise_list。
其中，所述车站的电子地图信息包括该车站的起终点位置信息、车站轨道划分信息和各轨道上的信号设备布置信息，所述信号设备布置信息以列表的方式存储。
其中，所述步骤S22进一步的包含以下步骤：
S221、根据列车的运行方向，确定搜索方向，可以选择列车的允许运行方向或者列车允许运行方向的反方向作为搜索方向；
S222、沿搜索方向，ATP在所述车站的电子地图信息中遍历所有信号点，找到搜索方向上的所有实体应答器和虚拟应答器，并建立信号点列表balise_list，将找到的所有应答器属性添加到所述信号点列表balise_list中。
其中，所述应答器属性包括应答器类型、应答器id、应答器所在站号、应答器所在轨道号和应答器所在轨道里程值。
其中，在所述车站的电子地图信息中沿搜索方向搜索应答器时，如果当需要跨越道岔进行搜索，首先需要结合道岔状态信息，确定道岔处于定位或者反位，再根据道岔允许列车行驶的方向的状态继续在线路上进行搜索。
其中，在所述车站的电子地图信息中沿搜索方向搜索应答器时，当需要跨越车站搜索，则根据站间的边界信息，确定搜索方向上的相邻车站站号，然后根据该相邻车站站号获取电子地图数据库中该相邻车站的电子地图信息，然后在该相邻车站的电子地图信息中继续进行搜索。
其中，若搜索方向为列车允许运行方向的反方向，则根据生成的所述信号点列表balise_list更新列车运行时保存的最近应答器组。
其中，所述步骤S3进一步的包括以下步骤：
S31、在所述信号点列表balise_list中根据实际需要选定一个信号点作为列车位置的参照物，ATP判断当前该选定的信号点是否满足条件，即：该选定信号点是否为实体应答器或虚拟应答器；该应答器所在站号是否为列车当前所在站；该应答器所在轨道号是否和列车处于同一轨道；若选定的信号点不满足上述任一条件，则重新选定信号点重复上述判断；若满足上述所有条件，则将该应答器的id保存下来；
S32、根据所述选定的应答器的id，ATP从电子地图信息中得到该应答器的位置，并根据基于卫星定位的列车位置，计算列车与该选定的应答器的距离，该选定的应答器为列车的LRBG、计算得到的距离为列车相对于该LRBG的距离。
其中，步骤S4具体为：ATP从测速测距信号处理信息中获取列车的当前走行坐标的正常值，并考虑到误差，计算列车的走行坐标的高估值和低估值；并依据所述列车走行坐标的正常值和所述列车相对于LRBG的距离，计算该LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标。
其中，由于列车速度传感器的累计存在误差，ATP从测速测距信号处理信息中获取列车的当前走行坐标时，直接计算得到的为中心坐标正常值，在该正常值的数据上加一个误差为高估值，减一个误差为低估值。
其中，步骤S5具体为：在考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离的基础上，根据列车的走行坐标的正常值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标，计算得到列车相对于LRBG的估计前端；在考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离的基础上，根据列车的走行坐标高估值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标计算得到该列车相对于LRBG的最大安全前端；根据列车的走行坐标低估值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标计算得到该列车相对于LRBG的最小安全前端；根据所述列车的最小安全前端和列车车长，计算得到列车的最小安全尾端。
综上所述，本发明方法具有以下优点：
1.可以在不动车的情况下，车载启机后直接给出列车相对于应答器的位置和方向，从而进行计算和上报，例如在CTCS-3和CTCS-N体系中，上述方案可以在车载设备启动后直接通过无线闭塞中心（RBC）下发的移动授权（MA）转入完全模式，而不必要目视后经过实体应答器再转入完全模式，从而可以提高铁路运营效率，减少司机操作；
2.综合考虑了卫星定位坐标系和测速测距坐标系，可以适应大部分基于应答器坐标的定位方案，具有广泛的适应性；
3.可以计算卫星定位普遍能够触发的虚拟应答器，除此之外还可以计算通过应答器接收天线触发的实体应答器；
4.针对搜索方向、以及对应答器的类型与距离的要求，可以根据需要做出相应改变，方案更具灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法的步骤图；
图2为本发明实施例中balise_list的建立流程图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的图1～图2，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、ATP（列车自动保护系统）获取基于卫星定位的列车位置、基于卫星定位的运行方向、电子地图状态和卫星稳定性信息，并判断上述信息是否满足应答器的搜索条件；
具体的，ATP获取列车本地存储的电子地图，并通过无线通信和外部设备校验获取其状态信息，如果电子地图为有效状态则搜索继续；判断在该卫星的当前运行周期内，卫星定位和卫星方向是否可用，若可用，则列车上的卫星接收单元接收卫星发来的列车当前的经纬度信息，结合电子地图，ATP计算出列车当前在电子地图中的坐标位置和列车运行方向；ATP判断卫星在一定时间内的定位状态是否稳定，即卫星在当前周期内的定位状态是否持续性良好，如果稳定则搜索继续。
上述判断，若任何一条不满足继续搜索条件，则搜索停止，直至上述信息全部满足条件才能继续搜索。
S2、如图2所示，根据基于卫星定位的列车位置，ATP搜索生成应答器的信号点列表balise_list；
S21、ATP从电子地图的数据库中获取所述基于卫星定位的列车位置的当前所在车站的电子地图信息；所述车站包含一段列车运行线路的起点、终点以及起终点之间的轨道，每个列车位置均对应唯一的一个车站；所述车站的电子地图信息包括该车站的起终点位置信息、车站轨道划分信息和各轨道上的信号设备布置信息，所述信号设备布置信息以列表的方式存储。
S22、确定搜索方向，根据搜索方向在所述车站的电子地图信息中找到列车前方或后方的所有实体应答器和虚拟应答器，包括以下步骤；
S221、根据列车的运行方向，确定搜索方向：可以选择列车的允许运行方向作为搜索方向，也就是在基于卫星定位的列车位置的当前所在车站的电子地图信息中搜索列车运行前方的所有应答器，以计算列车相对于前方某一应答器的位置；也可以选择列车允许运行方向的反方向，也就是在所述车站的电子地图信息中搜索列车运行后方的应答器，以计算列车相对于后方某一应答器的位置。
所述列车运行方向包括上行和下行，若列车的允许运行方向为上行，则列车允许运行方向的反方向为下行。
S222、沿搜索方向，ATP在所述车站的电子地图信息中遍历所有信号点，找到搜索方向上的所有实体应答器和虚拟应答器，并建立信号点列表balise_list，将找到的所有应答器属性添加到所述信号点列表balise_list中。
所述应答器属性包括应答器类型、应答器id（网络识别码）、应答器所在站号、应答器所在轨道号和应答器所在轨道里程值。
其中，如果需要跨越道岔进行搜索，首先需要结合道岔状态信息，确定道岔处于定位或者反位（定位是道岔常用的位置，一般直线开为定位；反位是道岔不常用的位置，一般曲线开为反位，经过道岔时，列车行驶的轨道可能会发生改变），再根据道岔允许列车行驶的方向继续在线路上进行搜索；如果需要跨越车站搜索，则根据站间的边界信息，确定搜索方向上的相邻车站站号，然后根据该相邻车站站号获取电子地图数据库中该相邻车站的电子地图信息，然后在该相邻车站的电子地图信息中继续进行搜索。
更多的，在CTCS（中国列车控制系统）中，列车在运行过程中会保存最后经过的8组应答器；若搜索方向为列车允许运行方向的反方向，则搜索生成的信号点列表balise_list中的应答器均在列车后方，此时根据所述信号点列表balise_list更新列车运行时保存的8组应答器。
S3、根据S2中基于卫星定位的列车位置以及搜索生成的信号点列表balise_list，根据具体情况选择信号点列表balise_list中的某一虚拟应答器或实体应答器，计算所述基于卫星定位的列车位置与该选定应答器的相对位置，得出列车的LRBG（最近相关应答器组）以及列车相对于该LRBG的距离，具体包括以下步骤：
S31、在所述信号点列表balise_list中根据实际需求选定一个信号点作为列车位置的参照物（根据实际场景设立信号点的选择条件，例如，若规定选定的信号点必须为反向出站应答器，则在信号点列表balise_list中随机挑选一个反向出站应答器作为列车位置的参照物）；ATP判断当前该选定的信号点是否满足作为列车位置的参照物的条件，即：该选定信号点是否为实体应答器或虚拟应答器；该应答器所在站号是否为列车当前所在站；该应答器所在轨道号是否和列车处于同一轨道。
如果该选定的信号点满足上述作为列车位置的参照物的条件，即该信号点为实体应答器或虚拟应答器、该应答器所在站号是列车当前所在站、该应答器所在轨道号和列车处于同一轨道，则将该应答器的id保存下来；若选定的信号点不满足上述条件，则根据信号点的选择条件再随机选择信号点列表balise_list中的另一信号点重复上述判断过程，直至选定的信号点满足作为列车位置的参照物的条件，此时将该信号点（应答器）的id保存下来。
S32、根据所述选定的应答器的id，ATP从电子地图信息中得到该应答器的位置，并根据基于卫星定位的列车位置，计算列车与该选定的应答器的距离，该选定的应答器即为列车的LRBG、计算得到的距离为列车相对于该LRBG的距离。
S4、获取列车的走行坐标的正常值、高估值和低估值，并根据S3计算得到的列车相对于所述选定LRBG的距离，计算所述LRBG在测速测距坐标系下的中心坐标，以及列车相对于该LRBG的运行方向；
具体的，ATP从测速测距信号处理信息中获取列车的当前走行坐标的正常值，并考虑到列车速度传感器的误差，在所述走行坐标的正常值的数据上加一个误差得到列车的走行坐标高估值、减一个误差得到列车的走行坐标低估值；并依据列车走行坐标的正常值和所述列车相对于LRBG的距离，计算得到该LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标。最后结合车站的电子地图信息，确定列车相对于该LRBG的运行方向。
所述测速测距处理信息根据列车速度传感器的信号计算得来，所述列车速度传感器的信号在开机后从0开始累计；但由于列车速度传感器的累计存在误差，因此列车走行坐标需要计算高估值和低估值。
在电子地图信息中规定了每个应答器相对列车运行的方向：若某个应答器的规定信息为上行-正向，代表列车上行经过该应答器时是正向通过的该应答器，下行即为反向通过该应答器；若某个应答器的规定信息为下行-正向，代表列车下行经过该应答器时是正向通过的该应答器，上行即为反向通过该应答器。根据列车的运行方向和选定LRBG的规定信息，可以确定该列车相对于该LRBG的运行方向，该运行方向用于列车向RBC等地面设备报告位置时使用。
进一步的，还可以计算列车定位的坐标精度，该坐标精度用于判断应答器是否超窗；所述坐标精度为：应答器接收天线接收应答器报文信息时，使用当时的列车坐标作为应答器的打点位置，但是该过程是需要时间的，因此应答器的打点位置与列车的实际位置是存在误差的，所述坐标精度即是对该误差的补偿；在本发明方法中，由于列车的定位无需经过应答器天线接收应答器报文来确定，因此坐标精度为0。
S5、根据在测速测距坐标系中LRBG的中心坐标和列车的走行坐标，计算列车相对于该LRBG的估计前端、最大安全前端、最小安全前端和最小安全尾端；
所述列车相对于LRBG的估计前端根据列车的走行坐标正常值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标计算差值得到；由于搜索应答器时根据的是基于卫星定位的列车位置，因此在计算列车相对于LRBG的估计前端时，要考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离：首先根据列车的走行坐标正常值和卫星天线到列车车头端的距离计算列车车头端的坐标正常值，再计算列车车头端的坐标正常值与LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标的坐标差。
在考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离的基础上，即根据列车的走行坐标高估值和卫星天线到列车车头端的距离计算列车车头端的坐标高估值，再计算列车车头端的坐标高估值与LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标之间的坐标差，得到该列车相对于LRBG的最大安全前端；根据列车的走行坐标低估值和卫星天线到列车车头端的距离计算列车车头端的坐标低估值，再计算列车车头端的坐标低估值与LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标之间的坐标差，得到该列车相对于LRBG的最小安全前端；在所述列车的最小安全前端的基础上，减去列车车长，即可得到列车的最小安全尾端。
本发明方法中，步骤S2为，根据基于卫星定位的列车位置，ATP搜索生成应答器的信号点列表balise_list，以及，步骤S221为，根据列车的运行方向，确定搜索方向，本领域技术人员均知，无需列车运行，即可确定所述基于卫星定位的列车位置、搜索方向以及应答器的信号点列表balise_list，并且，本方法中的其他步骤也无需限定列车处于运行状态，因此，可以毫无疑义的得出，本发明方法，可在列车不动车，即保持静止的情况下，基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，可以在不动车的情况下，车载启机后直接给出列车相对于应答器的位置和方向，包括以下步骤：
S1、ATP获取基于卫星定位的列车位置、基于卫星定位的运行方向、电子地图状态和卫星稳定性信息，并判断上述信息是否满足应答器的搜索条件；
S2、根据基于卫星定位的列车位置，在电子地图中搜索生成应答器的信号点列表balise_list；
S3、选择信号点列表balise_list中的某一虚拟应答器或实体应答器，计算基于卫星定位的列车位置与该选定的应答器之间的相对位置，得出列车的LRBG以及列车相对于该LRBG的距离；
S4、根据计算得到的列车相对于所述选定LRBG的距离，计算所述LRBG在测速测距坐标系下的中心坐标；
S5、根据在测速测距坐标系下的LRBG的中心坐标和列车的走行坐标，计算列车相对于该LRBG的估计前端、最大安全前端、最小安全前端和最小安全尾端；
所述步骤S2进一步的包括以下步骤：
S21、ATP从电子地图的数据库中获取所述基于卫星定位的列车位置当前所在车站的电子地图信息；
S22、确定搜索方向，沿搜索方向在所述车站的电子地图信息中找到列车前方或后方的所有实体应答器和虚拟应答器，生成信号点列表balise_list；
所述步骤S22进一步的包含以下步骤：
S221、根据列车的运行方向，确定搜索方向，可以选择列车的允许运行方向或者列车允许运行方向的反方向作为搜索方向；
S222、沿搜索方向，ATP在所述车站的电子地图信息中遍历所有信号点，找到搜索方向上的所有实体应答器和虚拟应答器，并建立信号点列表balise_list，将找到的所有应答器属性添加到所述信号点列表balise_list中。
2.如权利要求1所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，所述车站的电子地图信息包括该车站的起终点位置信息、车站轨道划分信息和各轨道上的信号设备布置信息，所述信号设备布置信息以列表的方式存储。
3.如权利要求2所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，所述应答器属性包括应答器类型、应答器id、应答器所在站号、应答器所在轨道号和应答器所在轨道里程值。
4.如权利要求3所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，在所述车站的电子地图信息中沿搜索方向搜索应答器时，当需要跨越道岔进行搜索，首先需要结合道岔状态信息，确定道岔处于定位或者反位，再根据道岔允许列车行驶的方向继续在线路上进行搜索。
5.如权利要求3所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，在所述车站的电子地图信息中沿搜索方向搜索应答器时，当需要跨越车站搜索，则根据站间的边界信息，确定搜索方向上的相邻车站站号，然后根据该相邻车站站号获取电子地图数据库中该相邻车站的电子地图信息，然后在该相邻车站的电子地图信息中继续进行搜索。
6.如权利要求2所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，若搜索方向为列车允许运行方向的反方向，则根据生成的所述信号点列表balise_list更新列车运行时保存的最近应答器组。
7.如权利要求1所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步的包括以下步骤：
S31、在所述信号点列表balise_list中根据实际需要选定一个信号点作为列车位置的参照物，ATP判断当前该选定的信号点是否满足条件，即：该选定信号点是否为实体应答器或虚拟应答器；该应答器所在站号是否为列车当前所在站；该应答器所在轨道号是否和列车处于同一轨道；若选定的信号点不满足上述任一条件，则重新选定信号点重复上述判断；若满足上述所有条件，则将该应答器的id保存下来；
S32、根据所述选定的应答器的id，ATP从电子地图信息中得到该应答器的位置，并根据基于卫星定位的列车位置，计算列车与该选定的应答器的距离，该选定的应答器为列车的LRBG、计算得到的距离为列车相对于该LRBG的距离。
8.如权利要求1所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，步骤S4具体为：ATP从测速测距信号处理信息中获取列车的当前走行坐标的正常值，并考虑到误差，计算列车的走行坐标的高估值和低估值；并依据所述列车走行坐标的正常值和所述列车相对于LRBG的距离，计算该LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标。
9.如权利要求8所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，由于列车速度传感器的累计存在误差，ATP从测速测距信号处理信息中获取列车的当前走行坐标时，直接计算得到的为中心坐标正常值，在该正常值的数据上加一个误差为高估值，减一个误差为低估值。
10.如权利要求1所述的一种基于卫星定位确定列车相对于应答器的位置的方法，其特征在于，步骤S5具体为：在考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离的基础上，根据列车的走行坐标的正常值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标，计算得到列车相对于LRBG的估计前端；
在考虑到列车的卫星天线到列车车头端的距离的基础上，根据列车的走行坐标高估值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标计算得到该列车相对于LRBG的最大安全前端；
根据列车的走行坐标低估值和LRBG在测速测距坐标系中的中心坐标计算得到该列车相对于LRBG的最小安全前端；
根据所述列车的最小安全前端和列车车长，计算得到列车的最小安全尾端。
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