安全、自主地确定列车在轨道上的位置信息的方法技术

提供一种安全、自主地确定列车在轨道上的位置信息的方法，列车的车载系统识别无源轨旁结构，车载系统通过第一定位阶段的第一传感器布置来确定无源轨旁结构的外观特征、相对于列车的当前距离和相对于列车的当前角度位置，车载系统存储地图数据库，第一定位阶段将由第一传感器布置测量的无源轨旁结构分配给记录在地图数据库中的无源轨旁结构，关于列车的第一位置信息从确定的当前距离和当前角度位置与通过第一定位阶段分配的无源轨旁结构的记录位置的比较来导出，关于列车的第二位置信息从由车载系统的第二定位阶段的第二传感器布置确定的卫星信号来导出，第一位置信息和第二位置信息经受数据融合，产生合并位置信息。

【技术实现步骤摘要】
安全、自主地确定列车在轨道上的位置信息的方法
本专利技术涉及一种安全确定列车在轨道上的位置信息的方法，其中，列车的车载系统识别轨旁结构(tracksidestructure)。
技术介绍
目前的技术是通过离散的位置信标和里程计来确定列车位置。这些位置信标的国家实施方式例如为ETCS(欧洲列车控制系统)标准化的欧洲应答器(EURO-Balise)。当铁路网络的轨道上运行列车时，运行机构所需的信息是每列列车在铁路网络中运行的当前位置。尤其是为了避免列车相撞，运行机构需要该信息。关于当前列车位置的信息也是自动化列车运行(“列车无人驾驶”)的关键。在ETCS中，列车位置信息是基于沿轨道安装的应答器。应答器是转发器(transponder)，其接收由安装在通过的列车上的车载系统的天线发射的无线电信号，并进而通过发射包含与列车运行相关的一些信息的无线电信号(例如，应答器识别码)来应答。应注意，一些类型的应答器具有它们自己的能量供应，而其他类型的应答器没有自己的能量供应，而是使用由安装在列车上的天线提供的能量。经过应答器的列车通过里程计计算自经过应答器后的行驶距离，并通过将列车的行驶距离与已知的应答器参考位置“相加”来确定其当前位置。每次经过新的应答器，列车的行驶距离的计数被重置。该过程需要在列车经过的整个轨道上安装有源轨旁结构，即，应答器。应答器在确定列车位置时作为有源部件，因为它们在接收到列车的触发无线电信号时会产生无线电信号应答(“技术反应”)；应注意的是，该有源部件独立于应答器的能量供应类型。因此，应答器需要专用的技术设备(特别是电子电路)，必须为每个应答器制造、安装和维护这些设备，这是繁琐和昂贵的，特别是如果铁路网扩大的话。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提供一种用于确定列车的位置信息的方法，该方法在安装和操作上不那么麻烦并且较便宜，但是与最新的列车定位方法相比提供了同等的安全水平。专利技术简要描述根据本专利技术，通过一种如开始介绍的方法实现该目的，其特征在于，轨旁结构包括无源轨旁结构，所述无源轨旁结构在被车载系统识别时是无源的，其中，车载系统通过车载系统的第一定位阶段的第一传感器布置来确定无源轨旁结构的外观特征、相对于列车的当前距离、和相对于列车的当前角度位置，其中，车载系统存储地图数据库，其中记录了无源轨旁结构的地理参考位置和外观特征，其中，第一定位阶段使用所确定的外观特征和所记录的外观特征，将第一传感器布置所测量的无源轨旁结构分配给记录在地图数据库中的无源轨旁结构，其特征在于，关于列车的第一位置信息从所确定的当前距离和当前角度位置与通过第一定位阶段分配的无源轨旁结构的记录位置的比较导出，其特征在于，关于列车的第二位置信息从车载系统的第二定位阶段的第二传感器布置所确定的卫星信号导出，并且其特征在于，第一位置信息和第二位置信息经受数据融合，产生关于列车的合并位置信息。通过卫星导航的列车定位，优选地与SBAS增强进行组合，提供一定的安全水平。独立地，基于成像方法的列车位置确定也提供了一定的安全水平。这两种技术的组合达到了很高的安全水平，特别是ETCS的安全水平，这是任何一种所述技术都不能依靠其自身实现的。作为对每个系统故障模式的缓解，可以应用监测方法来排除错误数据。对于统计可靠性模型，两个独立阶段的故障可能性可以相乘，表示两个系统同时出现故障。考虑适当的传感器和设备故障率，合并位置信息的故障可能性小于容许的危险率。因此，根据本专利技术的用于安全实现的主干是基于不同的、正交的传感器和不同的处理技术的两个独立的定位阶段。本专利技术允许自主确定列车在轨道上的位置信息。本专利技术不需要车载单元与有源轨旁结构(例如，应答器)的合作，只需要存在无源轨旁结构，所述无源轨旁结构仅必须将自身(特别是它们的外观)分别暴露于第一定位阶段或它们的第一传感器布置。更具体地，无源轨旁结构不需要包括专用技术设备(例如，电子电路)，例如，用于主动生成对车载单元系统的触发无线电信号的无线电信号应答。用于本专利技术方法的无源轨旁结构可以包括，例如，铁轨基础设施元件，包括信号灯和标志、建筑物、特别是火车站、或桥梁，特别是跨越轨道的桥梁，或信号桅杆、或交叉道路、或交通标志或道岔(switch)。第一定位阶段(包括第一阶段传感器布置)，其基于识别沿着轨道的所述无源轨旁结构并将它们与存储在车载单元的地图数据库中的记录的(已知的或预期的)无源轨旁结构进行比较，提供环境定位信息。第二定位阶段(包括第二阶段传感器布置)，其基于卫星信号，特别是由GPS、Galileo、GLONASS和/或北斗卫星广播的导航轨道数据以及码和载波测距信号，提供大地测量定位信息。通过在数据融合中使用信息的两个片段，实现了合并位置信息的特定高完整性水平，并将其输出到列车管理系统或列车控制系统。(第一、第二或合并)位置信息通常包括以大地测量坐标表示的(最佳估计)位置和/或自最后一个参考点(可以是特定无源轨旁结构的记录位置)起沿轨道行驶的距离，并且通常包括对应的置信度指示，并且通常还包括带姿态角(航向、横摇、俯仰)的列车定向。第一位置信息通常由记录的无源结构的地理位置以及对于一个或多个无源结构的测量距离和角度关系来计算。通常，第一传感器布置确定在一定距离(即，当列车仍远离所述结构所述距离时)处的无源轨旁结构，并且通过测量的距离和角度关系(例如，仰角和方位角)，与存储的地图数据库中的对应分配的无源轨旁结构的记录的地理位置一起，可以计算列车位置信息。在最简单的情况下，数据融合(或数据合并)包括比较第一位置信息和第二位置信息的差异，并且如果相互偏差小于阈值水平(通常是统计确定的)，则更准确的位置信息被用作合并位置信息(通常是第一位置信息)。如果相互偏差达到或高于阈值水平，则将更可靠的信息用作合并位置信息(通常是第二位置信息)。本专利技术的优选变体本专利技术方法的优选变体提供：合并位置信息还包括合并的列车速度，并且优选地进一步包括对应的速度置信区间和速度角分量，例如，上、北、东，第一传感器布置和/或第二传感器布置包括一个或多个惯性单元、多普勒雷达系统或里程表，第一位置信息和第二位置信息分别包括第一列车速度和第二列车速度，数据融合包括确定合并的列车速度。列车速度是对于运行机构和列车自主运行的有价值的信息。速度可以从列车位置的近期历史(其是第一和第二位置信息的一部分)中导出。惯性单元可以确定加速度。多普勒雷达可以直接访问速度。里程表允许确定行驶距离，并且里程表测量的近期历史也允许确定列车速度。惯性单元、多普勒雷达和/或里程表的传感器结果可以用于数据交叉检查，从而提高数据完整性。进一步优选的变体是，其中第一传感器布置包括一个或多个光学成像传感器，特别是视频传感器和/或LIDAR传感器，优选地，其中，第一传感器布置进一步包括一个或多个惯性单元、雷达系统或里程表。光学成像传感器允许在高水平细节上对周围环境进行廉价且无害的观测，因此有可能高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于安全确定列车(58)在轨道上的位置信息的方法，/n其中，所述列车(58)的车载系统(1)识别轨旁结构，/n其特征在于，所述轨旁结构包括无源轨旁结构(56，56a-56e)，所述无源轨旁结构在它们被所述车载系统(1)识别时是无源的，/n其中，所述车载系统(1)通过所述车载系统(1)的第一定位阶段(50)的第一传感器布置(60)来确定所述无源轨旁结构(56，56a-56e)的外观特征、相对于所述列车(58)的当前距离(93)和相对于所述列车(58)的当前角度位置(94，95)，/n其中，所述车载系统(1)存储地图数据库(10)，在所述地图数据库(10)中记录了所述无源轨旁结构(56，56a-56e)的地理参考位置(100)和外观特征，/n其中，所述第一定位阶段(50)利用所确定的外观特征和所记录的外观特征，来将由所述第一传感器布置(60)测量的无源轨旁结构(56，56a-56e)分配(14；29，28)给记录在所述地图数据库(10)中的无源轨旁结构(56，56a-56e)，/n其特征在于，关于所述列车(58)的第一位置信息(52)从所确定的当前距离(93)和当前角度位置(94，95)与通过所述第一定位阶段(50)分配的无源轨旁结构(56，56a-56e)的记录位置(100)的比较来导出(14；30)，/n其特征在于，关于所述列车(58)的第二位置信息(54)从由所述车载系统(1)的第二定位阶段(51)的第二传感器布置(61)确定的卫星信号来导出，/n并且其特征在于，所述第一位置信息(52)和所述第二位置信息(54)经受数据融合(19)，产生关于所述列车(58)的合并位置信息(55)。/n...

【技术特征摘要】
20190412 EP 19168971.01.一种用于安全确定列车(58)在轨道上的位置信息的方法，
其中，所述列车(58)的车载系统(1)识别轨旁结构，
其特征在于，所述轨旁结构包括无源轨旁结构(56，56a-56e)，所述无源轨旁结构在它们被所述车载系统(1)识别时是无源的，
其中，所述车载系统(1)通过所述车载系统(1)的第一定位阶段(50)的第一传感器布置(60)来确定所述无源轨旁结构(56，56a-56e)的外观特征、相对于所述列车(58)的当前距离(93)和相对于所述列车(58)的当前角度位置(94，95)，
其中，所述车载系统(1)存储地图数据库(10)，在所述地图数据库(10)中记录了所述无源轨旁结构(56，56a-56e)的地理参考位置(100)和外观特征，
其中，所述第一定位阶段(50)利用所确定的外观特征和所记录的外观特征，来将由所述第一传感器布置(60)测量的无源轨旁结构(56，56a-56e)分配(14；29，28)给记录在所述地图数据库(10)中的无源轨旁结构(56，56a-56e)，
其特征在于，关于所述列车(58)的第一位置信息(52)从所确定的当前距离(93)和当前角度位置(94，95)与通过所述第一定位阶段(50)分配的无源轨旁结构(56，56a-56e)的记录位置(100)的比较来导出(14；30)，
其特征在于，关于所述列车(58)的第二位置信息(54)从由所述车载系统(1)的第二定位阶段(51)的第二传感器布置(61)确定的卫星信号来导出，
并且其特征在于，所述第一位置信息(52)和所述第二位置信息(54)经受数据融合(19)，产生关于所述列车(58)的合并位置信息(55)。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述合并位置信息(55)还包括合并的列车速度，并且优选地进一步包括对应的速度置信区间和速度角分量，诸如上、北、东，
其特征在于，所述第一传感器布置(60)和/或所述第二传感器布置(61)包括一个或多个惯性单元(9；12，16；26，27，85，86)、多普勒雷达系统(8)或里程表(7)，并且其特征在于，所述第一位置信息(52)和所述第二位置信息(54)分别包括第一列车速度和第二列车速度，
并且其特征在于，所述数据融合(19)包括确定所述合并的列车速度。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述第一传感器布置(60)包括一个或多个光学成像传感器(5，6；11)，特别是视频传感器(24)和/或LIDAR传感器(25)，优选地，其中，所述第一传感器布置(60)进一步包括一个或多个惯性单元(9；12，16；26，27)、雷达系统(8)或里程表(7)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述第二传感器布置(61)包括一个或多个GNSS-SBASRX传感器(83，84，15)，并且优选地，其中，所述第二传感器布置(61)进一步包括一个或多个惯性单元(9；16；85，86)、雷达系统(8)或里程表(7)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述第一定位阶段(50)包括至少两个具有单独的第一传感器子布置(71，72)的独立定位链(73，74)，每个定位链(73，74)为相应的无源轨旁结构(56，56a-56e)提供独立的一组外观特征、当前距离(93)和当前角度位置(94，95)，
其中，对于每个组，对记录的无源轨旁结构(56，56a-56e)进行单独的分配(29，28)，并导出独立的第一阶段位置子信息(75，76)，
并且其特征在于，所述第二定位阶段(51)包括至少两个具有单独的第二传感器子布置(77，78)的独立定位链(79，80)，每个定位链(77，78)提供关于所述列车(58)的独立的第二阶段位置子信息(81，82)，
特别是其中，每个链(3，74，79，80)包括检测链故障模式的监测功能(88，90)。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据融合(19)包括：第一步骤，其中单独地将每一个定位阶段(50，51)的位置子信息(75，76，81，82)进行融合或合并(30，22)，以获得所述第一位置信息和所述第二位置信息(52，54)；第二步骤，其中将所述第一位置信息和第二位置信息(52，54)进行融合(19)，以获得所述合并位置信息(55)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于位置确定(14；30)的无源轨旁结构(56，56a-56e)被选择为使得通过所述第一传感器布置(60)测量的无源轨旁结构(56，56a-56e)到记录的无源轨旁结构(56，56a-56e)的分配(14；29，28)以高于预定阈值的置信度完...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·卡尔贝勒，哈拉尔德·鲍尔，皮埃尔·勒·马格特，
申请(专利权)人：泰雷兹管理与服务德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE