[發(fā)明專利]基于列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110365615.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113298113B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸德彪;張濤;蔡伯根;王劍;上官偉;劉江;姜維;江舒嫻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06V10/764
• 分類(lèi)號(hào): G06V10/764;G06V20/13;G06F16/215
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位定位觀測(cè)的軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法，包括1.將鐵路場(chǎng)景分為5類(lèi)，構(gòu)建每種鐵路場(chǎng)景的特征向量，組成遮擋場(chǎng)景特征模型庫(kù)；2.采集多模衛(wèi)星定位接收機(jī)輸出的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以歷元為單位進(jìn)行存儲(chǔ)，得到觀測(cè)數(shù)據(jù)集；3.對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，得到清洗后的觀測(cè)數(shù)據(jù)集；4.構(gòu)建對(duì)應(yīng)場(chǎng)景區(qū)段下的關(guān)鍵參數(shù)集合；5.構(gòu)建場(chǎng)景區(qū)段特征向量；6.利用DTW算法將場(chǎng)景區(qū)段特征向量與模型庫(kù)中的特征向量進(jìn)行匹配，確定鐵路全線場(chǎng)景分布情況。本發(fā)明不需要開(kāi)展專門(mén)的列車(chē)運(yùn)行環(huán)境場(chǎng)景采集。列車(chē)運(yùn)行的隨機(jī)性不影響數(shù)據(jù)采集過(guò)程和結(jié)果。5類(lèi)場(chǎng)景間差異大，列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中衛(wèi)星定位接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)均能落入5類(lèi)場(chǎng)景中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于衛(wèi)星導(dǎo)航的列車(chē)定位領(lǐng)域，具體說(shuō)是基于列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)鐵路運(yùn)輸高度發(fā)展，在支撐鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的眾多技術(shù)中，位置服務(wù)起到越來(lái)越重要的作用，尤其是在對(duì)安全苛求的列車(chē)運(yùn)行控制、調(diào)度指揮、安全預(yù)警等面向安全的應(yīng)用中，要求準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)掌握列車(chē)位置與運(yùn)行狀態(tài)，并提供“故障-安全”服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)因其全球性、高精度、全天候等優(yōu)勢(shì)引入列車(chē)定位系統(tǒng)中減少列車(chē)定位對(duì)地面設(shè)備的依賴，具有低成本和高自主等優(yōu)勢(shì)。

鐵路線路地域跨度大，沿線環(huán)境復(fù)雜多變，高山、隧道、路塹等環(huán)境會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生遮擋、反射等效應(yīng)，導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中衛(wèi)星定位可用性及精度不一。衛(wèi)星定位接收機(jī)周?chē)h(huán)境開(kāi)闊、遮擋少時(shí)，衛(wèi)星受遮擋和反射少，衛(wèi)星定位精度高；接收機(jī)周?chē)艿铰穳q、高山等遮擋時(shí)，衛(wèi)星受遮擋和反射較嚴(yán)重，導(dǎo)致衛(wèi)星定位性能和精度下降，甚至部分區(qū)域出現(xiàn)無(wú)法定位的情況，給列車(chē)定位安全帶來(lái)極大地威脅。

目前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路領(lǐng)域尚未給出定位性能標(biāo)準(zhǔn)，尤其是近地表由于周?chē)h(huán)境影響導(dǎo)致的性能降級(jí)水平。因此急需從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能指標(biāo)出發(fā)，分析軌道沿線環(huán)境場(chǎng)景特征，進(jìn)行環(huán)境分類(lèi)，結(jié)合列車(chē)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的環(huán)境特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)基于衛(wèi)星導(dǎo)航的列車(chē)定位性能評(píng)估。

綜上所述，軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法是列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位性能評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)，準(zhǔn)確劃分軌道沿線定位場(chǎng)景有助于有效評(píng)定基于衛(wèi)星導(dǎo)航的列車(chē)定位精度，推進(jìn)建立相關(guān)定位性能指標(biāo)體系。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行場(chǎng)景分類(lèi)，為后續(xù)定位性能指標(biāo)評(píng)定提供依據(jù)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種基于列車(chē)車(chē)載衛(wèi)星定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的軌道沿線環(huán)境分類(lèi)方法，包括：

S1.根據(jù)鐵路沿線環(huán)境遮擋特征，將鐵路場(chǎng)景分為5類(lèi)，構(gòu)建每種鐵路場(chǎng)景的特征向量，組成遮擋場(chǎng)景特征模型庫(kù)γ；

S2.采集列車(chē)車(chē)載多模衛(wèi)星定位接收機(jī)輸出的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)以歷元為單位進(jìn)行存儲(chǔ)，得到觀測(cè)數(shù)據(jù)集Ψ；

S3.根據(jù)判定指標(biāo)對(duì)步驟S2得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)集Ψ進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，將清洗后的數(shù)據(jù)重新排列，得到清洗后的觀測(cè)數(shù)據(jù)集Ψ_cleaned；

S4.根據(jù)電子軌道地圖將鐵路沿線場(chǎng)景劃分為若干等間距場(chǎng)景區(qū)段，對(duì)每個(gè)場(chǎng)景區(qū)段的所有歷元的衛(wèi)星信息進(jìn)行提取，構(gòu)建對(duì)應(yīng)場(chǎng)景區(qū)段下的關(guān)鍵參數(shù)集合；

S5.根據(jù)步驟S4中的關(guān)鍵參數(shù)集合，在每個(gè)場(chǎng)景區(qū)段中劃分方位角區(qū)域并提取可見(jiàn)衛(wèi)星的可見(jiàn)高度角截止角，構(gòu)建場(chǎng)景區(qū)段特征向量；

S6.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法將步驟S5中的場(chǎng)景區(qū)段特征向量與步驟S1中的遮擋場(chǎng)景特征模型庫(kù)γ進(jìn)行匹配，確定每個(gè)場(chǎng)景區(qū)段的類(lèi)型，辨識(shí)出鐵路場(chǎng)景，從而確定鐵路全線的場(chǎng)景分布情況。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S1中，5類(lèi)鐵路場(chǎng)景包括：無(wú)遮擋場(chǎng)景、兩側(cè)淺度遮擋場(chǎng)景、一側(cè)深度遮擋場(chǎng)景、兩側(cè)深度遮擋場(chǎng)景和全遮擋場(chǎng)景；每種鐵路場(chǎng)景的特征向量的構(gòu)建方法為：