CN1926020A - 沿特定路线移动的物体的定位方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定沿已知路线移动的物体、更具体地讲诸如列车的车辆的位置的方法，其包括以下步骤：以第一置信区间确定所述物体的绝对位置，以第二置信区间确定所述物体的相对位置，从所述第一和第二置信区间中选择较小的置信区间，借助于与所述较小的置信区间相对应的位置来确定所述物体的方位和/或位置。

Description

沿特定路线移动的物体的定位方法和系统
技术领域
本发明涉及一种可靠确定沿由定位装置所知的路线而移动的物体的位置的方法。
术语“路线”是指由任意且可变横截面的管状表面所限定的空间的一部分，车辆被严格限定在其中移动。在不考虑该管的横截面情况下，本发明给出了将移动物体的经度、纬度和高度的联系起来的两个途径。
本发明更具体地讲涉及确定行驶在确切路径已知的铁轨上的列车位置的方法。
本发明涉及针对铁路运输安全而确定车辆的方位和/或位置的方法。其涉及能够以准同步的方式并且以给定的概率确定在已知路线上移动的车辆，或者更具体地讲确定该车辆在某一路段上不出现的区域。
背景技术
铁路信号操作中，必须确保前面的列车已经驶离特定路段，也就是所述路段处于闲置状态，后面的列车才允许驶入该路段。为了实现该目的，必须以预定的、极小的误差量(例如10-9的数量级并且优选10-12数量级的最大误差级别)来确定没有列车存在而可停靠的区域，且每次反复计算中都要进行确定。
公知的是，为了检测列车，用轨道侧检测装置(跟踪电路、计轴器、…)来确定车辆、更具体地讲列车的精确位置。
还公知的是，使用车载列车定位系统用于故障安全的列车控制。这些列车定位系统是基于车载传感器(车轮传感器、雷达、…)的，这些车载传感器参照由轨道侧安装的信标(或等效装置)所具体量化的轨道侧方位而给出列车的相对位置。由于所应用的传感器的特性所以必需这些轨道侧的基准点，以便允许重设由列车定位系统所积累的、关于时间(雷达)和/或距离(车轮传感器)的误差。
这些解决方案对列车控制/指令系统的寿命周期成本有很重要的影响：
轨道侧检测系统需要巨大的购置成本、安装成本和维修成本，这是由于要安装设备的数量和它们由电缆与互锁系统的连接情况；
现有的基于车轮传感器和/或雷达传感器的车载解决方案也要求巨大的购置成本、安装成本和维修成本，主要是由于它们的位置，因为它们都是安装在机车下方。
车辆的位置可以借助于诸如GPS、GLONASS和未来的伽利略卫星导航系统的GNSS(全球导航卫星系统)利用卫星通信系统确定。专利公开文献WO 02/03094公开了一种可靠确定沿已知路线移动的优选车辆的物体位置的方法。该方法利用列车的确定轨迹而实现在安全性、实用性和准确性三者之间的最佳折衷。但是，该系统不能提供例如在车站或交叉口附近所需的更高的精度。
专利公开文献EP-B-0825418公开了利用多个传感器确定列车的位置。间隔来自于包括信标和GPS的多个传感器的、关于位置和误差的数据被用于确定列车的位置。然而，该系统采用涉及包括积分在内的多种运算的计算。因此，其被认为是复杂的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和装置，其允许确定在已知路线上移动的物体、更具体地讲诸如列车的车辆的可靠方位和/或位置。
术语“可靠方位”是指在这样一种区域外的列车的方位或更确切地讲不存在性，其具有小于10-9并优选达到10-12的误差级别，其中所述区域在每次计算中都重新限定。
本发明的另一个目的是提高列车的定位精度，并且提高诸如铁路线的路线的吞吐能力。
本发明的其它目的是改善列车控制/指令系统的寿命周期成本，减少安装在机车下方的装置的数量，减少沿轨道安装的装置的数量。
本发明涉及与铁路运输安全有关的、用于确定在已知路线上移动的物体、更具体地讲诸如列车的车辆的方位和/或位置的方法。该方法包含以下步骤：
以第一置信区间确定物体的绝对位置，
以第二置信区间确定物体的相对位置，
从所述第一和第二置信区间中选择较小的置信区间，
借助于与所述较小的置信区间相对应的位置来确定所述物体的方位和/或位置。
优选地，所述绝对位置通过铁路安全定位方法(railway-safepositioning method)确定，该方法包含对可能的轨迹进行数字测绘，以及至少一个卫星通信接收器，例如GNSS接收器或等效装置。
在优选的实施例中，所述相对位置通过以下方式被计算出来，即通过检测信标的存在，并且通过针对所述信标的方位而积分所述物体的速度。
优选地，所述速度是通过GNSS多普勒信号计算得到的。
在典型实施例中，所述绝对位置的第一置信区间为50米的级别。
在本发明的另一个目的中还涉及实施前述方法的定位装置。
附图说明
图1示出了使用本发明的列车。
图2是示出了本发明的原理的曲线图。
具体实施方式
将参照在轨道上行驶的列车来说明本发明，但应该理解的是，在权利要求书的范围内本发明可以推广。
图1示出了行驶在轨道上的列车。轨道被划分成多个路段，当列车驶出某一路段时，另一个列车才被允许进入该路段。因此，需要确定列车的位置。
根据铁路安全规定，该位置是以称为置信区间(confidenceinterval)的绝对误差长度来确定的。这意味着列车处在具有小于10-9并且优选小于10-12的误差概率的置信区间内。置信区间越小，则另一个列车就可越早使用该路段。因而，提高了线路/轨道的吞吐量。
列车装有绝对定位系统(APDS)。所述APDS包括对可能的轨迹进行数字测绘的装置，以及至少一个GNSS接收器或者等效装置。APDS允许以大约50米的置信区间确定列车的位置。这可以通过应用专利公开文献WO 02/03094中所述的方法实现。
列车还装有相对定位系统(RPDS)。所述RPDS包括用于检测沿轨道的信标的存在的装置。在检测到信标时，RPDS计算出列车相对于信标位置的位置，其具有例如大约5米的置信区间。信标的位置可以由信标自身发送，或者存储在列车可使用的数据库中。RPDS还包括测量列车速度的装置。这些装置可例如是APDS的GNSS装置，允许由GNSS多普勒信号确定速度。
相对位置是由RPDS通过针对信标的位置积分列车的速度而计算得到的。刚经过信标时非常小的置信区间随着列车的移动由于误差的积累而增大。
APDS和RPDS是车载定位系统的一部分。根据本发明的方法，车载定位系统确定列车的位置。
图2示出了本发明的原理。图中显示了轨道上行驶的列车位置的置信区间与列车行驶距离的关系。第一曲线(‘APDS’)示出了APDS的置信区间。在该实例中，所述置信区间为大约50米。第二曲线(‘RPDS’)示出了RPDS的置信区间。当经过第一信标时，例如所述置信区间为1至5米。在列车继续行驶时，置信区间由于误差积累而增加，直至遇到另一个信标。
本发明的方法包括根据以下步骤来确定列车的位置：每次列车遇到信标时，车载定位系统以信标增广(augmented)的方式操作，采用RPDS；信标位置被用作为基准，并且实际的列车位置针对该信标通过积分列车的速度而计算得到。在由这种方式所提供的精度低于由APDS所提供的精度时，或换句话说，在RPDS提供的置信区间超出APDS可实现的置信区间时，车载定位系统利用信标增广模式信息停止，并且转换成使用APDS。然后，该车载定位系统保持在APDS模式下操作，直至遇到下一个信标。
结果，列车的位置以由图2中的‘优化’曲线所示的置信区间而被确定。
本发明允许通过将信标安放在所需的地方、例如车站或者轨道的交叉口附近而以很高的精度确定列车的位置，并且在不需要这种很高的精度的情况下，可以不使用信标而以较好的精度确定列车的位置。

Claims (10)

1.一种确定沿已知路线移动的物体、更具体地讲诸如列车的车辆的位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以第一置信区间确定所述物体的绝对位置，
以第二置信区间确定所述物体的相对位置，
从所述第一和第二置信区间中选择较小的置信区间，
借助于与所述较小的置信区间相对应的位置来确定所述物体的方位和/或位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝对位置通过铁路安全定位方法确定，该方法包含对可能的轨迹进行数字测绘，以及至少一个卫星通信接收器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星通信接收器是GNSS接收器。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述相对位置通过以下步骤被计算出来，即检测信标的存在，并且针对所述信标的方位而积分所述物体的速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述速度是通过GNSS多普勒信号计算得到的。
6.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述置信区间以10-9、优选10-12级别的误差概率确定所述物体的位置。
7.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述绝对位置的第一置信区间为50米的级别。
8.一种确定沿已知路线移动的物体、更具体地讲诸如列车的车辆的位置的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括绝对定位系统以及相对定位系统；所述绝对定位系统产生第一置信区间，并且包括对可能的轨迹进行数字测绘的装置，和至少一个卫星通信接收器；所述相对定位系统产生第二置信区间，并且包括检测沿所述路线安置的信标的存在的装置。
9.根据权利要求8所述的定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括用于从所述第一和第二置信区间中选择出较小置信区间的装置，而且根据权利要求1至6任一所述的方法确定所述物体的方位和/或位置。
10.根据权利要求8或9所述的定位装置，其特征在于，所述卫星通信接收器是GNSS接收器。
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