[發明專利]長大隧道環境下基于分簇無線傳感網絡的列車定位方法

有效

• 申請號: 201710271452.7
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107094288B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 李翠然;謝健驪
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/40;H04W64/00;H04W84/18;H04L29/08
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 劉洪京

本發明公開了一種長大隧道環境下基于分簇無線傳感網絡的列車定位方法，包括以下步驟：S1、對隧道水平分割后展開其上半平面，建立三維隧道和展開的二維平面間的空間映射關系，以展開的上半平面作為WSN部署的目標平面；S2、在所映射的二維平面上劃分正方形網格，依據網格部署WSN節點；S3、對列車運行速度、多普勒頻移及無線收、發傳輸時延差進行參數估計；S4、列車位置估算。本發明通過建立三維隧道與二維平面的映射關系，以二維映射平面為目標平面，進行合理的WSN節點部署以及有效的參數估計、優化機制，切實解決了長大隧道內如何部署WSN，以及如何利用WSN對高速行進的列車進行精確定位的技術難題。

技術領域

本發明屬于列車定位技術領域，涉及基于無線傳感網絡的列車定位方法，具體指鐵路長大隧道環境下基于分簇無線傳感網絡的列車定位方法。

背景技術

近年來，隨著我國已投入使用的或正在修建、計劃修建的高鐵隧道數量的增多，長大隧道及特長隧道的存在也越來越普遍。隧道內列車定位在高鐵運行中的作用主要體現在以下2個方面：（1）地面控制中心根據列車的位置信息，進行間隔控制，保證追蹤運行的列車的安全間隔；（2）車載設備獲得列車的位置和速度信息，可以根據速度-模式曲線進行控制，與僅根據速度進行的階梯控制相比，可避免列車的多次制動，提高運行效率。高鐵作為現代化的智能系統，如何精確地檢測列車位置以完成對列車運行等進行控制是鐵路智能運輸系統的核心內容。

然而長大隧道（長度為公里級）內的列車定位研究尚處于起步階段。由于GPS在隧道內無法實施定位，造成定位盲區，所以長大隧道內列車定位的技術手段主要采取有線方式，包括軌道電路定位、里程計定位、查詢-應答器定位、交叉感應回線定位等，它們普遍存在定位精度不高、不能實時連續定位以及設置軌旁設備引起的維護成本高等弊端。

無線傳感器網絡（WSN）具有費用低、覆蓋廣、易于部署維護等特點，是一種可用于實時列車定位與跟蹤的解決方案。目前學者對WSN定位算法已經做出了很多研究，然而在長大隧道內如何部署WSN，以及如何利用WSN對高速列車進行精確定位仍然面臨諸多技術難題，本發明針對這些難題做出了創新性的研究。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種長大隧道環境下基于分簇無線傳感網絡的列車定位方法，通過建立三維隧道與二維平面的映射關系，以二維映射平面為目標平面，進行合理的WSN節點部署以及有效的參數估計、優化機制，切實解決了長大隧道內如何部署WSN，以及如何利用WSN對高速行進的列車進行精確定位的諸多技術難題。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種長大隧道環境下基于分簇無線傳感網絡的列車定位方法，包括以下步驟：

S1、對隧道水平分割后展開其上半平面，在實際的三維隧道和展開的二維平面間建立空間映射關系，并以展開的上半平面作為隧道無線傳感網絡WSN部署的目標平面；

S2、在所映射的二維平面上劃分正方形網格，并依據劃分的網格部署無線傳感網節點；定義普通節點、簇頭節點和匯聚節點3種WSN節點；其中，普通節點負責執行目標節點的方位角測量和接收來自目標節點的信息；簇頭節點負責與本簇內的普通節點通信，以及與相鄰的簇頭節點通信；匯聚節點負責接收來自簇頭節點的多跳定位信息，并將此信息傳輸至隧道外的接收設備；

S3、針對列車高速運行和無線收、發傳輸時延差會導致目標節點位置估計出現偏移，對列車運行速度、多普勒頻移及無線收、發傳輸時延差進行參數估計；

S4、利用上述估計后的參數構建偏移前、后的列車位置估算坐標之間的函數關系，以最小二乘法LS為優化工具，得到校正后的列車位置。