CN115465333B - 一种轨旁列车定位信息的安全编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种轨旁列车定位信息的安全编码方法，包括以下步骤：采用冗余编码方案，编制列车的线路位置编码信息；使用图像采集器识别轨旁的标识板上的编码串，校验后发给车载安全计算机；车载安全计算机对该编码串进行多通道冗余安全计算后，通过在位置数据库查表，得到该编码串对应的列车位置信息；最后根据所述通过查表确定的列车位置信息，更新列车的真实位置；该方法集冗余、反校验计算等多种手段，提高了位置计算的安全性，弥补了视觉识别的可靠性、安全性缺陷，提升了在使用图像采集技术进行基于轨旁设备的被动列车定位时的定位准确性。

Description

一种轨旁列车定位信息的安全编码方法

技术领域

本发明涉及列车定位领域，尤其涉及一种轨旁列车定位信息的安全编码方法。

背景技术

轨道交通信号系统中，列车定位技术极为关键，只有足够准确的列车定位，才能够精准对列车进行状态控制，确保行程安全。目前列车定位技术非常多，有基于车载的主动定位，如编码里程计列车定位技术、毫米波雷达技术，也有基于轨旁设备的被动定位，如图像采集定位。在采用图像采集技术定位时，图形的编码可靠性与校验方案显得尤为重要，因此，需要有一种安全可靠的安全编码技术，来提升图像采集定位的准确性与安全性，进而提升列车的定位精度与定位安全性。

发明内容

本发明的目的是设计一种安全可靠的安全编码技术，提升在使用图像采集技术进行基于轨旁设备的被动列车定位时的定位准确性与安全性。

为实现上述目的，本发明提出了一种轨旁列车定位信息的安全编码方法，包括以下步骤：

S1、采用冗余编码方案，编制列车的线路位置编码信息，形成位置编码串；

S2、将步骤S1中编制成的包括线路位置编码信息的位置编码串印刷成标识板，安装在轨旁轨枕上；

S3、在列车车体安装图像采集器，该图像采集器采集所述标识板上的编码串，并对该编码串进行初步的校验，校验通过后将识别到的编码串发送给车载安全计算机；

S4、车载安全计算机接收图像采集器发送来的编码串，并对该编码串进行多通道冗余安全计算后，通过在位置数据库查表，得到该编码串对应的列车位置信息；

S5、根据S4中通过查表确定的列车位置信息，更新列车的真实位置。

其中，所述位置编码串包括4部分，分别为头部编码识别区、第一部分编码区、第二部分编码区和第三部分编码区，分别用于标识编码、代表位置信息、验证位置信息、进行冗余校验。

其中，所述头部编码识别区为固定编码，该头部编码识别区为位置编码串的标识，用于确认该编码串为线路位置编码信息。

其中，所述第一部分编码区采用正32位编码，记作N，该第一部分编码区表示列车的位置信息。

其中，所述第二部分编码区为所述第一部分编码区的反码，记作M，M＝-N；所述第三部分编码区为第一部分编码区的循环冗余校验码，记作P，P＝CRC32(N)。

其中，在后续采集识别编码信息后，通过校验采集到的编码串的第二部分编码区是否为N的反码、第三部分编码区是否为N的循环冗余校验码，从而确定采集到的编码串是否为包含列车位置信息的编码串。

其中，所述图像采集器包括视频传感器和识别校验模块，所述视频传感器能够采集轨旁标识板上的图形表示的编码串，所述识别校验校验模块能够对图形表示的编码串进行识别以及初步校验。

其中，所述步骤S3进一步地包括以下步骤：

S31、所述图像采集器通过视频传感器采集轨旁标识板上的图形表示的编码串，并通过所述识别校验模块识别寻找编码串的头部编码识别区，判断该头部编码区的编码是否为设定的固定编码，若是，则继续下一步骤，若不是，则对下一组图形进行识别寻找；

S32、所述识别校验模块识别并记录编码串的第一部分编码区的信息N；

S33、所述识别校验模块识别并记录编码串的第二部分编码区的信息M；

S34、所述识别校验模块判断M是否为N的反码，若不是，则返回S31，识别下一组图形，若是，则继续下一步骤；

S35、所述识别校验模块识别并记录编码串的第三部分编码区的信息P；

S36、所述识别校验模块判断P是否为N的循环冗余校验码，若等于，则初步校验通过，进行下一步骤，若不等于，则返回S31，进行下一组图形的识别；

S37、图像采集器将识别记录下的编码串Sn(N、M、P)发送给车载安全计算机。

其中，所述步骤S4进一步的包括以下步骤：

S41、所述车载安全计算机包括多个通道，每个通道都对所述编码串Sn(N、M、P)进行安全计算校验，并在位置数据库中查找对应的列车位置信息；

S42、对比每个通道安全计算校验而查找到的编码串Sn(N、M、P)对应的列车位置信息是否完全一致，若完全一致，则该列车位置信息即为最终的可靠的通过图像定位得到的列车位置信息；若不一致，则返回步骤S3。

其中，对于车载安全计算机的每个通道，执行步骤S41，所述步骤S41进一步的包括以下步骤：

S411、判断N是否等于-M，如果不等，则丢弃该组编码串数据并退出本次计算，回到步骤S3；如果相等，则继续下一步骤；

S412、判断P是否等于CRC32(N)，若等于，则编码串Sn(N、M、P)通过了该通道的安全计算校验，继续下一步骤；若不等于，则返回步骤S3；

S413、根据所述编码串Sn(N、M、P)，在存储的列车位置数据库中查找，确定列车位置信息S。

其中，所述列车位置数据库中存储有线路上的所有编码串与列车位置信息的对应关系；当线路更换后，相应地对位置数据库进行调整。

其中，所述步骤S5进一步的包括以下步骤：

S51、假设T0时刻列车的位置信息为S0；在T1时刻，使用列车自主定位方法结合S0确定列车在T1时刻的第一位置信息Sa；采用步骤S3-S4，计算列车在T1时刻的第二位置信息Sx；在T2时刻，使用列车自主定位方法结合S0确定列车在T2时刻的第三位置信息Sb；采用步骤S3-S4，计算列车在T2时刻的第四位置信息Sy；

S52、判断所述第一位置信息Sa、第二位置信息Sx、第三位置信息Sb和第四位置信息Sy是否满足约束条件，所述约束条件为：

T0＜T1＜T2且T2-T0＜60S；

|Sy-Sx|≥0且|Sx-S0|≥0；

||Sy-Sx|-|Sa-Sb||＜0.5；

若上述所有约束条件均满足，则在T2时刻将列车的定位信息修正为Sy；若没有满足上述所有约束条件，则重新运行步骤S3至S5，直至符合上述约束条件。

其中，在列车刚刚启动时，需要对列车车体的多个部分的位置进行计算验证，步骤如下：应用所述步骤S3和S4的图像采集识别过程与车载安全计算机处理过程对列车车体的4个以上的部位同时进行位置信息的确定；若选定的部位的位置信息的前后顺序与其实际位置的前后顺序一致，且任意两个部位的位置差小于列车的长度，则表示此时应用本方法步骤S3和S4得到的列车位置信息可靠，可执行S5更新列车的真实位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本方法采用的安全校验不完全依赖于图像采集器，降低了对图像采集器的安全性要求；

2、本方法中，采用图像采集器进行初步的数据有效性计算，经过校验的数据才会发送给车载安全计算机，图像采集器不会真实计算也无法计数列车的位置信息。

3、本方法中车载安全计算机收到图像采集器的信息会进行三部分编码信息的安全计算，计算通过后，通过匹配位置数据库才能得到列车的位置信息；位置数据库可以根据线路的变化及时调整，这样可以避免轨旁的更换，降低了系统的维护成本；方案实施造价较低，维护相对简单。

4、本方法采用位置编码、多通道图像采集冗余、反校验计算等多种手段提高位置计算的安全性，弥补了视觉识别的可靠性、安全性缺陷。

附图说明

图1为本发明一种轨旁列车定位信息的安全编码方法的步骤示意图；

图2为本发明一种轨旁列车定位信息的安全编码方法的线路位置编码信息示意图；

图3为本发明一种轨旁列车定位信息的安全编码方法中图像采集器的识别流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的图1～图3，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，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

一种轨旁列车定位信息的安全编码方法，通过将线路位置信息进行编码，并将编码成的图形置于轨旁，供列车设备采集、识别从而确定列车位置，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1、采用冗余编码方案，编制线路位置编码信息；

对线路位置进行编码是列车安全定位的一个技术关键，本发明采用黑白条纹编制线路位置编码信息，形成位置编码串，即如图2所示的图形，并规定黑色条纹表示1信息，白色条纹表示0信息。

所述位置编码串包括4部分，如图2所示，依次为头部编码识别区(图中未示出)、第一部分编码区、第二部分编码区和第三部分编码区，分别用于标识编码、代表位置信息、验证位置信息、进行冗余校验。

所述头部编码识别区为固定编码，包括三个部分，依次为固定编码11、固定编码10、固定编码10，该头部编码识别区为所述位置编码串的标识，用于确认该位置编码串代表线路位置编码信息。

所述第一部分编码区采用正32位编码，记作N；由于2的32次幂为4294967296，若定位精度为厘米级，使用正32位的编码对线路位置进行编码，理论上可满足4万公里铁路线路里程的定位需求，足够一个城市的轨道交通系统使用。需要说明的是，原则上，该第一部分编码区不代表线路的里程信息，只作为位置信息。

所述第二部分编码区采用第一部分编码区的反码，记作M，用于进行编码信息校验，具体的，M＝-N；所述第三部分编码区为第一部分编码区的循环冗余校验码P，具体的，P＝CRC32(N)。

在后续采集识别编码信息后，通过校验采集到的编码串的第二部分编码区是否为N的反码、第三部分编码区是否为N的循环冗余校验码，从而确定采集到的编码串是否为包含列车位置信息的编码串，从而提高基于图像识别进行列车定位的效率。

S2、将步骤S1中编制成的包括线路位置编码信息的位置编码串印刷成标识板，对应安装在轨旁轨枕上。

S3、在列车车体安装图像采集器，所述图像采集器包括视频传感器和内部的识别校验模块，所述视频传感器能够采集轨旁标识板上的图形，所述识别校验模块能够对图形表示的编码串进行识别以及初步校验，如图3所示，具体包括以下步骤：

S31、所述图像采集器通过视频传感器收集轨旁标识板上的图形，即编码串，并通过识别校验模块识别寻找编码串的头部编码识别区，寻找到头部编码识别区后，判断该头部编码区的编码是否为111010，若是，则继续下一步骤，若不是，则继续对下一组图形进行识别寻找；

S32、图像采集器的识别校验模块识别并记录编码串的第一部分编码区的信息N；

S33、图像采集器的识别校验模块识别并记录编码串的第二部分编码区的信息M；

S34、图像采集器的识别校验模块判断M是否为N的反码，即M是否等于-N，如果不是，则说明该编码串不是线路位置编码信息，图形识别错误，需回到S31，进行下一组图形的识别；如果M是N的反码，则继续下一步骤；

S35、图像采集器的识别校验模块识别并记录编码串的第三部分编码区的信息P；

S36、图像采集器的识别校验模块判断P是否为N的循环冗余校验码，即P是否等于CRC32(N)，若等于，则初步校验通过，该标识板上的图形代表的编码串为线路位置编码信息，继续下一步骤；若不等于，则返回S31，进行下一组图形的识别；

S37、图像采集器将识别记录下的编码串Sn(N、M、P)发送给车载安全计算机，供车载安全计算机确定列车位置信息。

S4、车载安全计算机接收图像采集器发送来的编码串Sn(N、M、P)，并对该编码串Sn(N、M、P)进行冗余安全计算后，通过查表得到位置数据库中的列车位置信息；

S41、为了保证列车通过图像识别从而定位列车的正确性，车载安全计算机内设置了双通道，分别为第一通道和第二通道，对所述编码串Sn(N、M、P)进行双通道的安全计算校验，对于每个通道，进一步的包括以下步骤：

S411、判断N是否等于-M，如果不等，则丢弃该组编码串并退出本次计算，回到步骤S3；如果相等，则继续下一步骤；

S412、判断P是否等于CRC32(N)，若等于，则编码串Sn(N、M、P)通过了该通道的安全计算校验；若不等于，则回到步骤S3，继续下一图形的识别；

S413、根据所述编码串Sn(N、M、P)，在车载安全计算机存储的列车位置数据库中查找，确定列车位置信息S；

所述列车位置数据库中存储有线路上的所有编码串与列车位置信息的对应关系，因此可根据编码串确定列车位置信息；当线路更换后，还可相应地对位置数据库进行及时调整，从而避免轨旁标识板的更换。

上述步骤S411-S413的过程，可以采用如下的代码：

S42、对每个通道执行S41，将通过第一通道和第二通道查找到的列车位置信息S进行对比，若完全一致，则该列车位置信息S为最终的、可靠的通过图像定位得到的列车位置信息；若不一致，则回到步骤S3，进行下一组图形的识别校验。

需要说明的是，虽然本实施例采用的车载安全计算机中设置有第一通道和第二通道，但也可设置更多的通道，使得结果更加可靠。

S5、根据S4中确定的列车位置信息S，更新列车的真实位置；

为了保证列车定位的可靠性和安全性，获得列车的初始化位置信息尤其关键，因此在使用本发明更新列车的真实位置之前，需要在列车刚刚启动时，应用本方法对列车车体的多个部分的位置进行计算验证。

具体的，选定列车车体的4个以上的部位，应用步骤S3和S4的图像采集识别过程与车载安全计算机处理过程对该些部位同时进行位置信息的确定；若选定的部位的位置信息的前后顺序与其实际位置的前后顺序一致，且任意两个部位的位置差小于列车的长度，则表示应用步骤S1-S4得到的列车位置信息可靠，可应用本方法更新列车的真实位置。

比如，按照列车的行驶方向或者反方向，依次选择列车尾部的两个部位和列车头部的两个部位，经过步骤S3和S4处理后得到4个位置信息，依次为S1、S2、S3、S4；对该些列车位置信息进行判断，若符合：S1＜S2＜S3＜S4或S4＜S3＜S2＜S1，且|S3-S1|≥L_车同时|S4-S2|≥L_车，则表示此时的列车位置信息可靠。

所述更新列车的真实位置的步骤具体如下：

S51、假设T0时刻列车的位置信息为S₀，该S₀为经过持续修正后的列车位置信息；

在T1时刻，结合雷达、编码里程计等部件使用现有技术中的常用的列车自主定位方法结合S₀确定列车在T1时刻的第一位置信息Sa；采用步骤S3-S4，计算列车在T1时刻的第二位置信息Sx；

在T2时刻，结合雷达、编码里程计等部件使用现有技术中的常用的列车自主定位方法结合S₀确定列车在T2时刻的第三位置信息Sb；采用步骤S3-S4，计算列车在T2时刻的第四位置信息Sy；

S52、判断所述第一位置信息Sa、第二位置信息Sx、第三位置信息Sb和第四位置信息Sy是否满足约束条件，所述约束条件为：

1)、T0＜T1＜T2且T2-T0＜60S；

2)、|Sy-Sx|≥0且|Sx-S₀|≥0；

3)、||Sy-Sx|-|Sa-Sb||＜0.5

当所述第一位置信息Sa、第二位置信息Sx、第三位置信息Sb和第四位置信息Sy满足上述所有约束条件时，在T2时刻将列车的定位信息修改为Sy；若没有满足上述所有约束条件，则丢弃第二位置信息Sx和第四位置信息Sy，重新运行步骤S3至S5，直至符合上述约束条件。

在列车运行过程中，持续使用S51-S52对列车自主定位位置Sb进行修正，从而持续提升列车定位精度。

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 (12)

1.一种轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用冗余编码方案，编制列车的线路位置编码信息，形成位置编码串；

S2、将步骤S1中编制成的包括线路位置编码信息的位置编码串印刷成标识板，安装在轨旁轨枕上；

S3、在列车车体安装图像采集器，该图像采集器采集所述标识板上的编码串，并对该编码串进行初步的校验，校验通过后将识别到的编码串发送给车载安全计算机；

S4、车载安全计算机接收图像采集器发送来的编码串，并对该编码串进行多通道冗余安全计算后，通过在位置数据库查表，得到该编码串对应的列车位置信息；

S5、根据S4中通过查表确定的列车位置信息，更新列车的真实位置；

其中，在列车刚刚启动时，需要对列车车体的多个部分的位置进行计算验证，步骤如下：应用所述步骤S3和S4的图像采集识别过程与车载安全计算机处理过程对列车车体的4个以上的部位同时进行位置信息的确定；若选定的部位的位置信息的前后顺序与其实际位置的前后顺序一致，且任意两个部位的位置差小于列车的长度，则表示此时应用本方法步骤S3和S4得到的列车位置信息可靠，可执行S5更新列车的真实位置。

2.如权利要求1所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述位置编码串包括4部分，分别为头部编码识别区、第一部分编码区、第二部分编码区和第三部分编码区，分别用于标识编码、代表位置信息、验证位置信息、进行冗余校验。

3.如权利要求2所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述头部编码识别区为固定编码，该头部编码识别区为位置编码串的标识，用于确认该编码串为线路位置编码信息。

4.如权利要求2所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述第一部分编码区采用正32位编码，记作N，该第一部分编码区表示列车的位置信息。

5.如权利要求4所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述第二部分编码区为所述第一部分编码区的反码，记作M，M=-N；所述第三部分编码区为第一部分编码区的循环冗余校验码，记作P，P=CRC32（N）。

6.如权利要求4所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，在后续采集识别编码信息后，通过校验采集到的编码串的第二部分编码区是否为N的反码、第三部分编码区是否为N的循环冗余校验码，从而确定采集到的编码串是否为包含列车位置信息的编码串。

7.如权利要求1所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述图像采集器包括视频传感器和识别校验模块，所述视频传感器能够采集轨旁标识板上的图形表示的编码串，所述识别校验模块能够对图形表示的编码串进行识别以及初步校验。

8.如权利要求7所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述步骤S3进一步地包括以下步骤：

S31、所述图像采集器通过视频传感器采集轨旁标识板上的图形表示的编码串，并通过所述识别校验模块识别寻找编码串的头部编码识别区，判断该头部编码区的编码是否为设定的固定编码，若是，则继续下一步骤，若不是，则对下一组图形进行识别寻找；

S32、所述识别校验模块识别并记录编码串的第一部分编码区的信息N；

S33、所述识别校验模块识别并记录编码串的第二部分编码区的信息M；

S34、所述识别校验模块判断M是否为N的反码，若不是，则返回S31，识别下一组图形，若是，则继续下一步骤；

S35、所述识别校验模块识别并记录编码串的第三部分编码区的信息P；

S36、所述识别校验模块判断P是否为N的循环冗余校验码，若等于，则初步校验通过，进行下一步骤，若不等于，则返回S31，进行下一组图形的识别；

S37、图像采集器将识别记录下的编码串Sn（N、M、P）发送给车载安全计算机。

9.如权利要求8所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述步骤S4进一步的包括以下步骤：

S41、所述车载安全计算机包括多个通道，每个通道都对所述编码串Sn（N、M、P）进行安全计算校验，并在位置数据库中查找对应的列车位置信息；

S42、对比每个通道安全计算校验而查找到的编码串Sn（N、M、P）对应的列车位置信息是否完全一致，若完全一致，则该列车位置信息即为最终的可靠的通过图像定位得到的列车位置信息；若不一致，则返回步骤S3。

10.如权利要求9所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，对于车载安全计算机的每个通道，执行步骤S41，所述步骤S41进一步的包括以下步骤：

S411、判断N是否等于-M，如果不等，则丢弃该组编码串数据并退出本次计算，回到步骤S3；如果相等，则继续下一步骤；

S412、判断P是否等于CRC32（N），若等于，则编码串Sn（N、M、P）通过了该通道的安全计算校验，继续下一步骤；若不等于，则返回步骤S3；

S413、根据所述编码串Sn（N、M、P），在存储的列车位置数据库中查找，确定列车位置信息S。

11.如权利要求10所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述列车位置数据库中存储有线路上的所有编码串与列车位置信息的对应关系；当线路更换后，相应地对位置数据库进行调整。

12.如权利要求10所述的轨旁列车定位信息的安全编码方法，其特征在于，所述步骤S5进一步的包括以下步骤：

S51、假设T0时刻列车的位置信息为S₀；在T1时刻，使用列车自主定位方法结合S₀确定列车在T1时刻的第一位置信息Sa；采用步骤S3-S4，计算列车在T1时刻的第二位置信息Sx；在T2时刻，使用列车自主定位方法结合S₀确定列车在T2时刻的第三位置信息Sb；采用步骤S3-S4，计算列车在T2时刻的第四位置信息Sy；

S52、判断所述第一位置信息Sa、第二位置信息Sx、第三位置信息Sb和第四位置信息Sy是否满足约束条件，所述约束条件为：

T0< T1< T2且T2-T0< 60S；

|Sy-Sx|≥0且|Sx-S0|≥0;

||Sy-Sx|-|Sa-Sb||<0.5；

若上述所有约束条件均满足，则在T2时刻将列车的定位信息修正为Sy；若没有满足上述所有约束条件，则重新运行步骤S3至S5，直至符合上述约束条件。