[發明專利]基于軌道幾何特征信息匹配的列車精密定位方法和系統

有效

• 申請號: 201710608518.7
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107402006B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 陳起金;牛小驥;張提升;周禹昆;房博樂;劉經南
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

本發明公開了基于軌道幾何特征信息匹配的列車精密定位方法和系統，所述方法包括：S1對定位數據和軌道幾何狀態參數數據進行時間同步；S2根據IMU數據進行慣性導航解算；S3對慣性導航結果和軌道里程數據進行融合解算，推算里程推算值；S4基于時間關聯性，給軌道幾何狀態參數數據賦予里程推算值，獲得軌道幾何狀態參數序列；S5將軌道幾何狀態參數序列與預設的里程相關的軌道幾何狀態參數序列相關匹配，得到匹配里程值；S6對里程推算值和匹配里程值進行組合處理，得最優里程估計值。本發明以軌道幾何狀態參數為特征信號，通過將特征信號與預設的里程相關的軌道幾何狀態參數序列進行相關匹配，實現分米級甚至厘米級的列車定位精度。

技術領域

本發明屬于鐵路列車、機車定位領域，涉及一種基于軌道幾何特征信息匹配的列車精密定位方法與系統。

背景技術

列車定位是運行控制和隨車狀態檢測的基礎，其精度和可靠性是確定列車安全防護距離的重要因素，關乎列車的運行間隔，影響軌道交通系統的效率和調度。精確確定列車的位置對于推動列車運行控制系統的研究，優化軌道交通的運營效率，以及軌道交通系統的發展具有重大意義，所以列車精密定位技術一直以來備受重視。

列車的定位本質上是一維定位，即確定列車所在的里程標和軌道占用識別。列車定位的方法和設備較多，可歸納如下：

1)基于軌道電路的列車定位方法。

基于軌道電路的列車定位是一種粗精度檢測列車位置的方式，可確定列車所在的大致區段，定位精度取決于軌道電路的長度。該方法不夠精確，且無法構成移動閉塞。

2)基于速度或里程傳感器、查詢應答器及其組合的列車定位方法。

這是應用最為廣泛的一種列車定位方法，主要通過速度傳感器測量前進速度，轉換成前進距離，或者直接通過里程計或編碼器測量前進距離；累加到初始里程上得到任意時刻列車的里程標，實現列車定位功能。該方法的優勢是簡單直接，因此被廣泛采用。該方法的缺陷在于里程定位誤差隨行走距離累加，主要由輪軌間的空轉和滑行、速度測量誤差和里程計的比例因子誤差等因素造成。因此，里程累積里程定位常常需要與其它定位手段(例如里程查詢應答器)配合使用來探測、識別和校正里程累計誤差。對于空轉和滑行誤差的補償問題，由于測速輪對在空轉和滑行階段中的運動復雜和非線性，很難提高補償算法的性能。因此，即便是里程計與查詢應答器組合使用，也難實現穩定可靠的米級精度。

3)基于GNSS或GNSS/INS組合導航技術的列車定位方法。

GNSS或GNSS/INS可以實時提供列車在全球坐標系下的大地坐標，然后通過與預設電子地圖進行匹配，來獲取列車的里程信息，其工作原理類似于普通的車載導航。電子地圖中存儲了包含鐵路里程標與大地坐標(或其它坐標形式的三維坐標)之間的對應關系的地圖數據庫。車載GNSS或者GNSS/INS組合導航系統實時輸出位置坐標測量值，并與預設的電子地圖進行匹配或者投影到軌道中線的方式計算出軌道的里程位置。這種方法的定位精度取決于GNSS和電子地圖的自身精度。為了提高GNSS的定位精度需要采用基于偽距或載波的差分GNSS技術，這就要求在沿線布設大量的GNSS基站(局域差分，地基增強CORS，星基增強)，并與車載GNSS接收機建立數據鏈路，布設成本高。另一方面，GNSS信號容易受到干擾和遮擋，例如在高邊坡、隧道和車站等場景中。

純GNSS進行列車定位的完好性和可靠性較弱。現在常用GNSS/INS組合來增強系統的可靠性，但是由于慣導是一種自主推算定位技術，并不能提高絕對定位精度。目前為止，即使采用差分GNSS/INS，要實現幾米的定位精度也存在諸多困難。

4)基于地圖匹配的列車定位方法。