无缝列车定位方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无缝列车定位方法和系统，其中无缝列车定位方法，包括：采集实时数据；数据解析：将所述实时数据进行解析，得到三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据；惯导数据消噪：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行消噪处理，得到三轴陀螺仪数据的消噪信号；列车姿态解算：基于解析得到的所述三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据进行列车姿态解算，得到列车姿态信息；惯导解算：基于所述消噪信号、解析得到的所述三轴加速度计数据和所述列车姿态信息，计算列车实时的速度信息和位置信息；数据融合:对列车实时的速度信息和位置信息进行修正。达到提高列车定位可靠性与安全性的目的。

【技术实现步骤摘要】
无缝列车定位方法及其系统
本专利技术涉及列车定位领域，具体地，涉及一种无缝列车定位方法及其系统。
技术介绍
列车速度与位置信息是列控系统的主要研究对象，其测量误差将直接影响到列车安全防护距离，追踪间隔，闭塞控制方式等等，误差过大将直接触动列车制动，影响列车效率和乘客舒适度，严重时甚至危及列车驾驶安全，随着我国铁路运输行业的快速发展，现有的列车定位方式已难以满足高速列车运行控制系统的需求。目前，现有的列车定位方法主要有以下几种：里程计、查询应答器、多普勒雷达和轨道电路。其中里程计成本低，位置通过速度积分获得，存在误差积累；多普勒雷达主要用于测速，精度较高，但测量精度受车速影响较大，成本也较高；查询应答器和轨道电路需要在地面上大量铺设应答器与轨道电路用以消除定位累积误差，同时需要在列车上增加相应的接收装置，需要大量的成本，且地面设备需要定期维修，维修工程量大，效率低。近年来，卫星导航定位技术逐渐在列车定位领域研究与应用，卫星导航定位技术具有全天候，连续、实时、长期精度高的优点，可以提供列车的精确定位，然而卫星信号容易受到环境的干扰而导致定位精度迅速下降，因此只以卫星作为定位的信息源，安全性与可靠性不足。惯性导航具有不依赖外界环境完全自主性工作，导航信息完整(姿态、速度、位置)、动态性与连续性好等的特点，可以短时间内提供高精度的定位信息，但惯性导航需要列车的初始信息，定位误差随时间发散，因此两种导航方式组合可以达到优缺互补，因此卫星和惯导是目前应用最为广泛的组合导航方式之一。卫星和惯导列车定位系统精度主要依赖于卫星信号，当卫星良好时，系统能长时间不间断的输出高精度的定位数据，为列车的安全驾驶等提供可靠的位置信息，而当卫星信号不好，比如列车经过城市，森林等有高楼或者树木遮挡的地方，有多径效应导致卫星定位效果存在较大误差，影响系统输出，甚至在山洞，隧道等环境下卫星完全失锁时，此时系统输出由惯性测量单元采集数据后解算输出，由于惯性测量单元的误差积累，使得系统的输出精度逐渐下降，而在山洞、隧道等卫星失锁的环境正是事故多发的地区，因此在这些环境下，可靠准确的列车位置信息对于列车的安全驾驶更为重要，而卫星和惯导系统在卫星信号不好时的定位误差问题也极大的限制了其使用范围。因此，保证了卫星失锁情况下列车的定位误差不发散，也就意味着提高了列车定位系统的可靠性与安全性。惯性测量单元的输出通常存在输出噪声大，随机漂移误差大的问题，使得有用信息通常淹没在噪声中无法辨别，这在卫星失锁依靠纯惯导进行解算时对速度与位置的影响十分大，长时间甚至导致结果发散。有关惯性测量单元消噪的方法得到研究，比如陀螺消噪方法，该方法利用改进的AR模型建立了陀螺仪的误差模型，采用自适应卡尔曼滤波方法对陀螺仪进行消噪，但基于模型的消噪方法需要对陀螺输出进行去除周期项与趋势项的平稳化处理，滤波模型的初始参数难以确定，导致这类方法的消噪性能受建立的误差模型与滤波初始参数的影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种无缝列车定位方法及其系统，至少部分的解决现有技术中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无缝列车定位方法，包括：采集实时数据；数据解析：将所述实时数据进行解析，得到三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据；惯导数据消噪：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行消噪处理，得到三轴陀螺仪数据的消噪信号；列车姿态解算：基于解析得到的所述三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据进行列车姿态解算，得到列车姿态信息；惯导解算：基于所述消噪信号、解析得到的所述三轴加速度计数据和所述列车姿态信息，计算列车实时的速度信息和位置信息；数据融合:对列车实时的速度信息和位置信息进行修正。优选的，所述采集实时数据时，对同一数据同时采集两次，从而得到第一采集数据和第二采集数据，所述第一采集数据和第二采集数据中的信息完全相同，然后对所述第一采集数据依次进行数据解析，惯导数据消噪，列车姿态解算，惯导解算以及数据融合处理后得到第一输出信号，对所述第二采集数据依次进行数据解析，惯导数据消噪，列车姿态解算，惯导解算以及数据融合处理后得到第二输出信号。优选的，所述惯导数据消噪，包括：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行EMD分解；将EMD分解得到的各阶本征模函数分类为：噪声主导的本征模函数、混合噪声与信息的本征模函数和信息本征模函数；对所述混合噪声与信息的本征模函数进行消噪；信号重构，将信息本征模函数和经过消噪的各阶混合噪声与信息的本征模函数用于信号重构，得出消噪信号。优选的，所述对所述混合噪声与信息的本征模函数进行消噪，包括：计算每个混合噪声与信息的本征模函数中本征模函数的VisuShrink阈值与SUREShrink阈值；基于VisuShrink阈值与SUREShrink阈值确定模糊区域；使用隶属函数值对所述模糊区域内的所有系数进行消减。优选的，所述VisuShrink阈值为基于噪声方差和信号长度计算得出的。优选的，所述噪声方差是将混合噪声与信息的本征模函数中各个本征模函数的系数进行取中值运算后再除以0.6745得到的。优选的，所述列车姿态解算，具体为：当卫星信号良好时，对卫星RTK数据中的水平速度信息通过三角反正切函数计算得到列车的航向角，通过三轴陀螺仪数据和三轴加速度计数据得到列车的水平姿态角；在卫星信号失锁时，通过对三轴陀螺仪数据和三轴加速度计数据计算得到列车的姿态角。优选的，所述对卫星RTK数据中的水平速度信息通过三角反正切函数计算得到列车的航向角，具体为：以北偏东方向为正，卫星信号良好时航向角的计算公式为：yaw＝arctan(vSE/vSN)，其中，yaw表示列车的航向角，vSE表示卫星东向速度，vSN表示卫星北向速度，arctan表示反正切运算。优选的，还包括，对第一输出信号和第二输出信号进行比较，如果第一输出信号和第二输出信号是一致的，则将第一输出信号和第二输出信号取平均值，如果第一输出信号和第二输出信号不一致，则发送报警信息。同时本技术方案还公开了一种无缝列车定位系统，运行本技术方案所述的方法，包括，数据采集模块、数据融合模块、卫星RTK定位基站模块、数据输出模块、电源模块、计算模块和惯性测量单元，所述惯性测量单元和卫星RTK定位基站模块的输出信号依次经数据采集模块、数据融合模块和数据输出模块后输入至计算模块，所述电源模块分别与数据采集模块、数据融合模块和数据输出模块电连接。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的技术方案，通过惯导数据消噪、列车姿态解算、惯导解算和数据融合等步骤，提高了惯性导航(惯导)的定位精度，从而达到提高列车定位可靠性与安全性的目的。并具有以下效果：1、本专利技术提出的无缝列车定位方法不仅能够在卫星信号良好的情况下获得准确的列车位置信息，而且能够在卫星信号异常的条件下提供较高精度的列车定位结果。2、本专利技术采用基于EMD分解的模糊阈值陀螺消噪算法适用于非线性非平稳的信号处理，能够有效减小陀螺仪输出噪声，将有用的信号从噪声中分离出来。3、本专利技术提出的无缝列车定位系统，采用两套完全相同的系统同时工作，利用冗余的信息提高了卫星和惯导列车定位系统列车定位的可靠性与安全性。4、本专利技术提出的列车定位系统各模块之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无缝列车定位方法，其特征在于，包括：采集实时数据；数据解析：将所述实时数据进行解析，得到三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据；惯导数据消噪：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行消噪处理，得到三轴陀螺仪数据的消噪信号；列车姿态解算：基于解析得到的所述三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据进行列车姿态解算，得到列车姿态信息；惯导解算：基于所述消噪信号、解析得到的所述三轴加速度计数据和所述列车姿态信息，计算列车实时的速度信息和位置信息；数据融合:对列车实时的速度信息和位置信息进行修正。

【技术特征摘要】
1.一种无缝列车定位方法，其特征在于，包括：采集实时数据；数据解析：将所述实时数据进行解析，得到三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据；惯导数据消噪：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行消噪处理，得到三轴陀螺仪数据的消噪信号；列车姿态解算：基于解析得到的所述三轴陀螺仪数据、三轴加速度计数据和卫星RTK数据进行列车姿态解算，得到列车姿态信息；惯导解算：基于所述消噪信号、解析得到的所述三轴加速度计数据和所述列车姿态信息，计算列车实时的速度信息和位置信息；数据融合:对列车实时的速度信息和位置信息进行修正。2.根据权利要求1所述的无缝列车定位方法，其特征在于，所述采集实时数据时，对同一数据同时采集两次，从而得到第一采集数据和第二采集数据，所述第一采集数据和第二采集数据中的信息完全相同，然后对所述第一采集数据依次进行数据解析，惯导数据消噪，列车姿态解算，惯导解算以及数据融合处理后得到第一输出信号，对所述第二采集数据依次进行数据解析，惯导数据消噪，列车姿态解算，惯导解算以及数据融合处理后得到第二输出信号。3.根据权利要求1所述的无缝列车定位方法，其特征在于，所述惯导数据消噪，包括：对解析得到的所述三轴陀螺仪数据进行EMD分解；将EMD分解得到的各阶本征模函数分类为：噪声主导的本征模函数、混合噪声与信息的本征模函数和信息本征模函数；对所述混合噪声与信息的本征模函数进行消噪；信号重构，将信息本征模函数和经过消噪的各阶混合噪声与信息的本征模函数用于信号重构，得出消噪信号。4.根据权利要求3所述的无缝列车定位方法，其特征在于，所述对所述混合噪声与信息的本征模函数进行消噪，包括：计算每个混合噪声与信息的本征模函数中本征模函数的VisuShrink阈值与SUREShrink阈值；基于VisuShrink阈值与SUREShrink阈值确定模糊区域；使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光武，杨菊花，李文元，邢东峰，王迪，李鹏，张琳婧，程鉴皓，石建强，司涌波，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62