基于速度加权滤波的列车实时定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度加权滤波的列车实时定位方法，包括位置数据采集、坐标投影、数据预处理和速度加权滤波步骤。本发明专利技术通过GPS定位装置，在列车本身定位效果较差的情况下，采用速度幅值加权滤波和速度方位加权滤波实时获取和修正列车位置信息。本发明专利技术简单易实现，在保证列车安全性能的前提下，针对列车的运行特性和GPS的测量精度，提高列车定位的准确性和可靠性，对于由GPS自身无规律的漂移和抖动现象所引起的定位精度问题有较好的改善。

Real time train positioning method based on speed weighted filtering

【技术实现步骤摘要】
基于速度加权滤波的列车实时定位方法
本专利技术涉及交通运输及控制
，特别是一种基于速度加权滤波的列车实时定位方法。
技术介绍
当前，对于列车定位一般选择在车轮上安装转速计的方式，通过计量轮子的转动周期从而求得当前速度和位置信息。但这种方式定位也会因为轮子打滑、空转、磨损、变形的影响，在测量的过程中存在累计误差和一定偏差，且这种计量方法是以保证列车安全运营为目的而设计，只给出了里程、速率等重要指标随时间的变化趋势，在进行列车能耗指标随里程、海拔等因素的变化规律时，单单靠转速计的数据不能满足研究的需求，需要融合更多的测速测距传感器。GPS(全球定位系统)可以满足上述要求，不仅可以满足高采样率的问题，而且每次采集的数据类型包括经度、维度、速度、状态等数据，其充足的数据量和数据类型完全满足能耗和电能质量分析的要求。但由于列车安全性能的不断加强，车体的屏蔽作用以及车内电磁脉冲干扰的影响使得应用传统GPS技术对高速列车定位时会出现误差大、定位不准确等问题，表现在列车静止时会出现较低速度和经纬度变化、由GPS采集的数据不光滑等反常现象。因此，在利用GPS采集的速度和位置信息时，需要对其进行滤波处理以保证定位准确可靠。在实际应用中采用单纯的滤波效果往往不好，需要结合列车的运行特性对滤波算法进行修正，如高铁行进过程中方位变化不会超过30°，GPS对速度低于0.5km/h就会失效等限制条件，这就对列车实时定位方法提出了新的可行路径。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于速度加权滤波的列车实时定位方法。基于速度加权滤波的列车实时定位方法，包括：步骤1：按照时间间隔T实时采集列车的GPS数据，包括经度信息loni、纬度信息lati和状态信息Statei，i为序号；其中，当GPS闭锁时Statei＝1，当GPS失锁时Statei＝0；步骤2：将获得的球面坐标系投影到UTM直角坐标系；其中，横轴位置为UTMEi＝f(loni,lati)，纵轴位置为UTMNi＝g(loni,lati)；形成观测向量VIEWi＝(UTMEi,UTMNi)；步骤3：若Statei＝0，令置信因子Ks＝1，否则Ks＝0；步骤4：通过速度加权滤波对列车实时定位，包括4.1令初始状态向量STA1＝(STAE1,STAN1)，STA2＝(STAE2,STAN2)，其中，初始水平状态位置STAE1＝UTME1，STAE2＝UTME2，初始垂直状态位置STAN1＝UTMN1，STAN2＝UTMN2；令初始滤波向量Xkf1＝(POSE1,SPDE’1,POSN1,SPDN’1)，Xkf2＝(POSE2,SPDE’2,POSN2,SPDN’2)，其中，初始水平滤波位置POSE1＝UTME1，POSE2＝UTME2；初始水平滤波速度SPDE’1＝0，SPDE’2＝0；初始垂直滤波位置POSN1＝UTMN1，POSN2＝UTMN2；初始垂直滤波速度SPDN’1＝0，SPDN’2＝0；建立速度变化方向先验值CHA，初始CHA＝1；速度方位先验值PHA，初始初始状态加权系数Ksf＝0.5；令i＝3；4.2计算先验水平滤波速度SPDEi＝(UTMEi-UTMEi-1)/T，先验垂直滤波速度SPDNi＝(UTMNi-UTMNi-1)/T；4.3计算先验速度幅值4.4对先验速度幅值SPDi赋予速度加权系数Kvf，具体为：4.4.1若SPDi＜0.5，令Kvf＝0.01，否则继续；4.4.2计算速度变化方向后验值CHA’,CHA’＝sign(SPDi-SPDi-1)；若SPDi＜5且CHA×CHA’＜0，则令Kvf＝0.1且将CHA’替换为CHA，否则令Kvf＝1；4.5更新当前状态向量STAi＝(STAEi,STANi)，其中，STAEi＝STAEi-1+Kvf×T×SPDEi-1，STANi＝STANi-1+Kvf×T×SPDNi-1；4.6利用状态加权系数Ksf和置信因子Ks修正水平滤波位置和垂直滤波位置，即POSEi＝KsKsfSTAEi+(1-KsKsf)UTMEi，POSNi＝KsKsfSTANi+(1-KsKsf)UTMNi；4.7修正水平滤波速度和垂直滤波速度，即SPDE’i＝(POSEi-POSEi-1)/T，SPDN’i＝(POSNi-POSNi-1)/T；4.8计算速度方位后验值PHA’，4.9如速度方位先验值PHA和速度方位后验值PHA’的差值的绝对值大于则令Xkfi＝Xkfi-1；否则合成滤波向量Xkfi，Xkfi＝(POSEi,SPDE’i,POSNi,SPDN’i)，并将PHA’替换为PHA；4.10更新状态加权系数Ksf，具体为：4.10.1计算观测向量VIEWi和水平滤波位置POSEi-1、垂直滤波位置POSNi-1的欧式距离dvp，4.10.2计算观测向量VIEWi和VIEWi-1的欧式距离dvv，4.10.3更新状态加权系数Ksf，Ksf＝dvv/(dvp+dvv)；4.11输出滤波向量Xkfi；令i＝i+1，返回步骤4.2。本专利技术通过GPS定位装置，在列车本身定位效果较差的情况下，采用速度幅值加权滤波和速度方位加权滤波实时获取和修正列车位置信息。本专利技术简单易实现，在保证列车安全性能的前提下，针对列车的运行特性和GPS的测量精度，提高列车定位的准确性和可靠性，对于由GPS自身无规律的漂移和抖动现象所引起的定位精度问题有较好的改善。附图说明图1是本专利技术的整体流程图。图2是速度加权滤波策略具体流程图。图3是对不同等级速度加权系数Kvf的确定流程图。图4是根据列车速度方向的变化对滤波向量Xkf进行校验的流程图。图5是观测向量和滤波向量相关性关系的确认方法图。图6是GPS漂移现象加权滤波前后对比图。图7是GPS抖动现象加权滤波前后对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进一步说明。图1是本专利技术的整体流程图，主要包括数据采集、坐标投影和速度加权滤波模块。具体实施步骤为：(1)位置数据采集：将车载式测速模块固定在高速列车GPS信号较好的区域并开始本次任务，以T的采样间隔对列车的经度信息loni、纬度信息lati和状态信息Statei进行实时采集，i为序号；其中GPS闭锁时，Statei＝1，GPS失锁时，Statei＝0；(2)坐标投影：将GPS系统获得的球面坐标系投影到UTM直角坐标系，横轴位置为UTMEi＝f(loni,lati)、纵轴位置为UTMNi＝g(loni,lati)，并形成观测向量VIEWi＝(UTMEi,UTMNi)。(3)数据预处理：判断步骤(1)检测的运行信息Statei，若Statei＝0，则实测位置信息是不可信的，记置信因子Ks＝1，否则Ks＝0；(4)速度加权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于速度加权滤波的列车实时定位方法，其特征在于，包括：/n步骤1：按照时间间隔T实时采集列车的GPS数据，包括经度信息lon

【技术特征摘要】
1.基于速度加权滤波的列车实时定位方法，其特征在于，包括：
步骤1：按照时间间隔T实时采集列车的GPS数据，包括经度信息loni、纬度信息lati和状态信息Statei，i为序号；其中，当GPS闭锁时Statei＝1，当GPS失锁时Statei＝0；
步骤2：将获得的球面坐标系投影到UTM直角坐标系；其中，横轴位置为UTMEi＝f(loni,lati)，纵轴位置为UTMNi＝g(loni,lati)；形成观测向量VIEWi＝(UTMEi,UTMNi)；
步骤3：若Statei＝0，令置信因子Ks＝1，否则Ks＝0；
步骤4：通过速度加权滤波对列车实时定位，包括
4.1令初始状态向量STA1＝(STAE1,STAN1)，STA2＝(STAE2,STAN2)，其中，初始水平状态位置STAE1＝UTME1，STAE2＝UTME2，初始垂直状态位置STAN1＝UTMN1，STAN2＝UTMN2；令初始滤波向量
Xkf1＝(POSE1,SPDE’1,POSN1,SPDN’1)，
Xkf2＝(POSE2,SPDE’2,POSN2,SPDN’2)，其中，初始水平滤波位置POSE1＝UTME1，POSE2＝UTME2；初始水平滤波速度SPDE’1＝0，SPDE’2＝0；初始垂直滤波位置POSN1＝UTMN1，POSN2＝UTMN2；
初始垂直滤波速度SPDN’1＝0，SPDN’2＝0；建立速度变化方向先验值CHA，初始CHA＝1；速度方位先验值PHA，初始初始状态加权系数Ksf＝0.5；令i＝3；
4.2计算先验水平滤波速度SPDEi＝(UTMEi-UTMEi-1)/T，先验垂直滤波速度SPDNi＝(UTMNi-UTMNi-1)/T；
4.3计算先验速度幅值
4.4对先验速度幅值SPDi赋予速度加权系...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，钟玄，朱君，周春华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51