一种基于轨道曲线特征的列车定位方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于轨道曲线特征的列车定位方法及系统，包括：获取列车在定位时的定位数据；对定位数据进行拟合，获取列车的拟合行驶轨迹；根据铁路轨道的电子地图，结合拟合行驶轨迹，确定列车的运行线路；基于投影法，根据定位数据在运行线路上的投影点，判断列车位于运行线路上的运行区段；确定列车位于运行线路的直线段，则利用直线投影法在运行线路上确定所述列车的定位，否则利用曲线拟合方法确定所述列车的定位。本发明专利技术实施例根据列车定位数据拟合出列车的行驶轨迹，并将该行驶轨迹与电子地图进行匹配，依次分析出待定位列车的运行线路、运行区段以及准确的定位位置，有效的提高了全线路的列车定位精度。

A train positioning method and system based on track curve characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨道曲线特征的列车定位方法及系统
本专利技术涉及铁路交通
，尤其涉及一种基于轨道曲线特征的列车定位方法及系统。
技术介绍
在列车运行系统中，实时获取精确的列车位置信息对于列车的安全行驶非常重要。列车位置是列车控制、路径诱导、紧急救援、出行信息服务、列车调度等各种应用的关键所在。目前，常用的列车定位方法有：基于速度编码器的里程累加定位方法、基于测速的定位方法、基于点式应答器的定位方法、基于车载列控里程信息的定位方法、基于卫星系统的定位方法、基于电子射频标签的定位方法等。但基于速度编码器和测速的方法会存在误差累积；基于点式应答器和电子射频标签的方法不能获取连续的列车位置信息；车载列控定位的数据传输距离受限；卫星系统的定位误差较大，尤其在隧道、山区等信号差的地方，甚至不能获取列车位置信息。甚至，现有技术中还采用组合定位的方式，即将上述几种定位方法进行组合，来弥补彼此之间的缺点，但是在隧道、山区等地方都存在定位误差大、定位精度弱的缺陷。因此，提供一种能够快速、精准的完成列车实时定位的方法，成为当前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于轨道曲线特征的列车定位方法及系统，用以解决现有技术中对于列车精准定位方面定位精度差，或者不能获取连续位置信息的缺陷。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于轨道曲线特征的列车定位方法，包括：获取列车在定位时的定位数据；对定位数据进行拟合，获取列车的拟合行驶轨迹；根据铁路轨道的电子地图，结合拟合行驶轨迹，确定所述列车的运行线路；基于投影法，根据定位数据在运行线路上的投影点，判断列车位于所述运行线路上的运行区段；确定列车位于运行线路的直线段，则利用直线投影法在运行线路上确定列车的定位。进一步地，在本专利技术实施例提供的基于轨道曲线特征的列车定位方法，还包括，在确定所述列车位于运行线路的非直线段，则利用曲线拟合法在运行线路上确定所述列车的定位。进一步地，上述对定位数据进行拟合，获取列车的拟合行驶轨迹，包括：利用三次B样条曲线对所述定位数据进行拟合，具体为：根据定位数据求解三次B样条曲线的控制顶点；利用三次B样条曲线模型拟合列车的行驶轨迹。进一步地，上述所述根据定位数据求解三次B样条曲线的控制顶点，包括：其中，Pi(i＝0，1，2…n+1)为控制顶点，Qi(i＝1，2，…n)为列车定位数据。进一步地，在上述利用三次B样条曲线模型拟合列车的行驶轨迹中，三次B样条曲线模型为：其中，Pi，3(u)为每段3次B样条曲线的控制顶点；Gi，3(u)是3次B样条曲线的基函数(i＝0、1、2、3)；G为3次B样条曲线的基函数矩阵；X、Y分别是每段3次B样条曲线控制顶点的坐标向量，(Xu，Yu)为3次B样条曲线上的点。进一步地，上述根据铁路轨道的电子地图，结合拟合行驶轨迹，确定列车的运行线路，包括：在铁路线路地图上，按照直线段-缓和曲线段-圆曲线段-缓和曲线段-直线段相循环的形式对铁路线路进行划分；利用三次多项式拟合所有缓和曲线段的坐标点，并利用圆曲线公式拟合所有圆曲线段的坐标点，获取电子地图曲线模型；以列车的行驶轨迹为中心，确定缓冲区域；确定位于缓冲区域内的候选线路，并将候选线路中的匹配度最大的一条候选线路设定为列车的运行线路。进一步地，上述确定位于缓冲区域内的候选线路，并将候选线路中的匹配度最大的一条候选线路设定为所述列车的运行线路，包括：确定缓冲区内只有一条候选线路，则将候选线路设为所述列车的运行线路；确定缓冲区内有多条候选线路，则计算每一条候选线路的匹配度，并将匹配度最大的一条候选线路设定为所述列车的运行线路；其中，计算每一条候选线路的匹配度的公式为：其中，fj是第j条候选线路的匹配度，σj为第j条候选线路与定位数据的偏离程度，ρj为第j条候选线路的方向变化与定位数据的方向变化之间的相关系数。进一步地，上述基于投影法，根据定位数据在运行线路上的投影点，判断列车位于所述运行线路上的运行区段，包括：根据定位数据，确定列车的运行方向以及列车定位坐标；根据运行方向，确定在电子地图上距离列车定位坐标前后方最近的前特征点和后特征点；确定前特征点为直缓点且后特征点为缓直点，则判断列车位于运行线路上的直线段上；否则，判断列车位于运行线路上的非直线段上。进一步地，上述利用直线投影法在所述运行线路上确定列车的定位，包括：通过列车定位坐标向前特征点和后特征点之间的连线作垂线，获取交点为定位数据在电子地图上的投影点；计算投影点的坐标(X2,Y2)：其中，(X1，Y1)为列车定位坐标，K1和K2为中间系数，(XZH，YZH)为前特征点的坐标，(XHZ，YHZ)为后特征点的坐标。进一步地，上述利用曲线拟合法在所述运行线路上确定列车的定位，包括：计算运行线路上每个点的斜率；确定运行线路上的点A的斜率偏差范围位于[-ξ，ξ]范围内，则将该点A设置为列车的定位点；其中，ξ为列车定位数据中的方向误差的反正切值。进一步地，上述利用三次多项式拟合所有缓和曲线段的坐标点，包括：建立缓和曲线段模型：Y＝a0+a1×X+a2×X2+a3×X3；利用最小二乘法获取缓和曲线段模型中的模型参数a0、a1、a2与a3的取值，包括：根据最小二乘法，获取模型参数a0、a1、a2与a3的均方误差：利用如下法方程：计算模型参数a0，a1，a2，a3，其中(Xm，Ym)为第m个列车定位点的坐标，A为m*4的系数矩阵，AT为矩阵A的转置矩阵。进一步地，上述利用圆曲线公式拟合所有圆曲线段的坐标点，包括：建立圆曲线段模型：(Xi-a)2+(Yi-b)2＝R2,(i＝1,2,...n)，其中，(a，b)为圆曲线段的圆心坐标，R为圆曲线段的圆半径；结合圆心坐标求解方程：计算圆心坐标(a，b)的值，并根据铁路线路地图获取R的取值，从而确定所述圆曲线段的坐标点。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于轨道曲线特征的列车定位系统，包括：参数获取单元、数据拟合单元、第一运算单元、第二运算单元和第三运算单元，其中：参数获取单元，用于获取列车在定位时的定位数据和铁路轨道的电子地图；数据拟合单元，用于对定位数据进行拟合，获取列车的拟合行驶轨迹；第一运算单元，用于根据列车所在的运行区间的电子地图，结合拟合行驶轨迹，确定列车的运行线路；第二运算单元，用于基于投影法，根据定位数据在运行线路上的投影点，判断列车位于运行线路上的运行区段；第三运算单元，用于确定列车是位于运行线路的直线段，则利用直线投影法在运行线路上确定列车的定位，否则利用曲线拟合法在运行线路上确定列车的定位。第三方面，本专利技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中处理器执行程序时实现如第一方面任一项所述基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，包括：/n获取列车在定位时的定位数据；/n对所述定位数据进行拟合，获取所述列车的拟合行驶轨迹；/n根据铁路轨道的电子地图，结合所述拟合行驶轨迹，确定所述列车的运行线路；/n基于投影法，根据所述定位数据在所述运行线路上的投影点，判断所述列车位于所述运行线路上的运行区段；/n确定所述列车位于所述运行线路的直线段，则利用直线投影法在所述运行线路上确定所述列车的定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，包括：
获取列车在定位时的定位数据；
对所述定位数据进行拟合，获取所述列车的拟合行驶轨迹；
根据铁路轨道的电子地图，结合所述拟合行驶轨迹，确定所述列车的运行线路；
基于投影法，根据所述定位数据在所述运行线路上的投影点，判断所述列车位于所述运行线路上的运行区段；
确定所述列车位于所述运行线路的直线段，则利用直线投影法在所述运行线路上确定所述列车的定位。


2.根据权利要求1所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，还包括：确定所述列车位于所述运行线路的非直线段，则利用曲线拟合法在所述运行线路上确定所述列车的定位。


3.根据权利要求2所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，所述对所述定位数据进行拟合，获取所述列车的拟合行驶轨迹，包括：利用三次B样条曲线对所述定位数据进行拟合，具体为：
根据所述定位数据求解所述三次B样条曲线的控制顶点；
利用三次B样条曲线模型拟合列车的行驶轨迹。


4.根据权利要求3所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，在所述根据所述定位数据求解所述三次B样条曲线的控制顶点，包括：



其中，Pi(i＝0，1，2…n+1)为控制顶点，Qi(i＝1，2，…n)为列车定位数据。


5.根据权利要求4所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，在所述利用三次B样条曲线模型拟合列车的行驶轨迹中，所述三次B样条曲线模型为：









其中，Pi，3(u)为每段3次B样条曲线的控制顶点；Gi，3(u)是3次B样条曲线的基函数(i＝0、1、2、3)；G为3次B样条曲线的基函数矩阵；X、Y分别是每段3次B样条曲线控制顶点的坐标向量，(Xu，Yu)为3次B样条曲线上的点。


6.根据权利要求2所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，所述铁路轨道的电子地图，结合所述拟合行驶轨迹，确定所述列车的运行线路，包括：
在铁路轨道的电子地图上，按照直线段-缓和曲线段-圆曲线段-缓和曲线段-直线段相循环的形式对铁路线路进行划分；利用三次多项式拟合所有缓和曲线段的坐标点，并利用圆曲线公式拟合所有圆曲线段的坐标点，所述电子地图包含与每个铁路线路相对应的电子地图曲线；
以所述列车的行驶轨迹为中心，确定缓冲区域；
确定位于所述缓冲区域内的候选线路，并将所述候选线路中的匹配度最大的一条候选线路设定为所述列车的运行线路。


7.根据权利要求6所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，所述确定位于所述缓冲区域内的候选线路，并将所述候选线路中的匹配度最大的一条候选线路设定为所述列车的运行线路，包括：
确定所述缓冲区内只有一条候选线路，则将所述候选线路设为所述列车的运行线路；
确定所述缓冲区内有多条候选线路，则计算每一条候选线路的匹配度，并将匹配度最大的一条候选线路设定为所述列车的运行线路；
所述计算每一条候选线路的匹配度的公式为：





8.根据权利要求6所述的基于轨道曲线特征的列车定位方法，其特征在于，所述基于投影法，根据所述定位数据在所述运行线路上的投影点，判断所述列车位于所述运行线路上的运行区段，包括：
根据所述定位数据，确定列车的运行方向以及列车定位坐标；
根据所述运行方向，确定在所述运行线路的电子地图上距离所述列车定位坐标前后方最近的前特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：封博卿，王遥遥，李聪旭，刘国梁，王英杰，王虎，刘文斌，罗年有，孙慧，秦健，王建伟，蒋丽丽，刘阳学，潘佩芬，崔梦真，贺晗，孙苗苗，杨峰雁，魏小娟，李芳，刘默涵，刘唯佳，舒心，陶涛，赵晶，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京经纬信息技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11