[發明專利]基于列車車載衛星定位觀測數據的軌道沿線環境分類方法

有效

• 申請號: 202110365615.4
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113298113B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 陸德彪;張濤;蔡伯根;王劍;上官偉;劉江;姜維;江舒嫻
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06V10/764
• 分類號: G06V10/764;G06V20/13;G06F16/215
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

1.一種基于列車車載衛星定位觀測數據的軌道沿線環境分類方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.根據鐵路沿線環境遮擋特征，將鐵路場景分為5類，構建每種鐵路場景的特征向量，組成遮擋場景特征模型庫γ；

S2.采集列車車載多模衛星定位接收機輸出的觀測數據，采集的觀測數據以歷元為單位進行存儲，得到觀測數據集Ψ；

S3.根據判定指標對步驟S2得到的觀測數據集Ψ進行數據清洗，將清洗后的數據重新排列，得到清洗后的觀測數據集Ψ_cleaned；

S4.根據電子軌道地圖將鐵路沿線場景劃分為若干等間距場景區段，對每個場景區段的所有歷元的衛星信息進行提取，構建對應場景區段下的關鍵參數集合；

S5.根據步驟S4中的關鍵參數集合，在每個場景區段中劃分方位角區域并提取可見衛星的可見高度角截止角，構建場景區段特征向量；

S6.基于動態規劃算法將步驟S5中的場景區段特征向量與步驟S1中的遮擋場景特征模型庫γ進行匹配，確定每個場景區段的類型，辨識出鐵路場景，從而確定鐵路全線的場景分布情況；

步驟S1中，5類鐵路場景包括：無遮擋場景、兩側淺度遮擋場景、一側深度遮擋場景、兩側深度遮擋場景和全遮擋場景；每種鐵路場景的特征向量的構建方法為：

S11.方位角間隔為1°，無遮擋場景的高度角均設為15°；

S12.方位角間隔為1°，全遮擋場景的高度角均設為90°；

S13.方位角間隔為1°，兩側淺度遮擋場景、一側深度遮擋場景和兩側深度遮擋場景的0°至90°方位角對應的高度角構造方程為：

其中，ele_i表示每個方位角對應的高度角，ele_max表示衛星高度角的最大值，θ_i表示方位角；

根據場景的對稱性構造出0°至360°方位角對應的高度角，作為每種鐵路場景的特征向量；

S14.五類鐵路場景的特征向量組成遮擋場景特征模型庫γ；

步驟S2中，所述觀測數據包括列車定位位置P(x_long,y_lat)、可見衛星數SVnum、衛星高度角EL、衛星的方位角AZ和衛星信號信噪比SNR；

步驟S3中，所述數據清理方法具體為：

S31.設置判定指標C1:給定的歷元下所有觀測數據為空，若符合判定指標C1，則視為無效數據，將該歷元的觀測數據剔除；

S32.設置判定指標C2:SVnum_i＜4，若符合判定指標C2，則視作無效定位，將該歷元的觀測數據篩除；

S33.設置判定指標C3：SNR＜20，若符合判定指標C3，則將該歷元的該顆衛星的觀測數據篩除；

步驟S4中，所述關鍵參數集合的構建方法具體為：

S41.根據列車運行的電子軌道地圖，按照環境變化需求等分成若干場景區段Piece_k，以每5米作為一個場景區段，從起始點開始進行編號k＝1，2，…,k,…,O，O為總場景區段數，其中第k個場景區段的中間點P_ref|k設置為定位參考點；

S42.遍歷所有有效歷元的觀測數據，對第i個有效歷元的觀測數據，提取對應的列車定位位置P_i(x_long|i,y_lat|i)以及其對應的投影地理坐標M_i，找到距離M_i最近的P_ref|k點，則該歷元的觀測數據對應第k個場景區段；

S43.提取每個場景區段內所有歷元的清洗后的觀測數據，構建對應場景區段下的關鍵參數集合Ω_i：

Ω_i＝{SV_i,{EL_ij,AZ_ij,SNR_ij|j＝1,2,…SV_i}}；

步驟S5中，構建場景區段特征向量的具體過程為：

S51.劃分天空圖方位角區域；

只對30°～330°方位角范圍內的衛星進行提取，根據等分原則將天空圖方位角按照每個區域角度范圍為α，將天空圖劃分為SP＝300°/α個方位角區域，每一個方位角區域用h表示，h＝1,2,…,SP；根據環境刻畫需求，取值為α＝30°，故SP＝10；

S52.確定各方位角區域的高度角截止角β_h；

給定方位角區域h內所有可見衛星數目記為由此確定該方位角區域內的可見高度角截止角β_h：

(1)若第h個方位角區域無可見衛星，視為該方位角區域內衛星信號被完全遮擋，則可見高度角截止角β_h＝90°；

(2)若第h個方位角區域僅一顆可見衛星，該可見衛星的衛星高度角視為該方位角區域的遮擋閾值，當且僅當衛星高度角大于遮擋閾值的衛星信號才能被接收機接收，則可見高度角截止角β_h＝EL_ij；

(3)若第h個方位角區域有不止一顆可見衛星，衛星編號為j，該方位角區域的遮擋閾值取所有可見衛星的衛星高度角的最小值，則可見高度角截止角

S53.構建場景區段特征向量

根據上述計算得到10個方位角區域內的場景區段特征向量Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_k10}，其中，β_kh表示第k個場景區段的高度角截止角；對每個方位角區域以1°為間隔進行劃分，每個方位角區域內的所有方位角對應的高度角截止角均等于β_k1，得到一個長度為300的場景區段特征向量。

2.如權利要求1所述的基于列車車載衛星定位觀測數據的軌道沿線環境分類方法，其特征在于，步驟S6具體為：

(1)用歐式距離計算出每個場景區段特征向量Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_k10}和遮擋場景特征模型庫Υ中每個特征向量的點對點的距離，構成歐式距離表D；

(2)找出歐式距離表D中的最短路徑；

(3)根據最短路徑計算Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_kSP}與遮擋場景特征模型庫Υ的動態規劃算法距離；

(4)根據動態規劃算法距離，找到最匹配的鐵路場景的特征向量，確定每個場景區段的類型；

(5)根據每個場景區段的類型，辨識出鐵路場景，從而確定鐵路全線的場景分布情況。