基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法及系统，所述定位方法利用车载GPS、北斗及惯性导航定位系统测量的导航定位坐标确定初步定位坐标；实时采集环境区域图像及测量车辆距离环境标志物的距离，识别环境区域图像中环境标志物的位置坐标；利用测量的距离和环境标志物的位置坐标，计算修正初步定位坐标得到精准轨道车辆定位坐标，实时更新轨道车辆的位置信息。并通过自定义协议的10Gbits实时工业以太网传输定位与图像数据，提高多源信息融合处理速度。本发明专利技术能够自主完成轨道车辆厘米级高精度实时定位，减少轨旁设备，解决轨道车辆无卫星信号覆盖导航定位盲区，提高轨道车辆的定位精度、定位实时性及车辆环境适应性。辆环境适应性。辆环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法及系统


[0001]本专利技术属于轨道交通
，涉及轨道车辆定位技术，具体地说，涉及一种基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法及系统。

技术介绍

[0002]轨道车辆定位技术在整个轨道交通领域起着重要的作用，尤其是随着基于通信的轨道车辆控制系统(简称：CBCT)技术在我国轨道交通中的广泛应用与发展，对轨道车辆的定位精度与实时性提出了更高的要求。轨道车辆位置和速度信息是移动闭塞、轨道车辆运行控制系统的重要参数，精准的轨道车辆位置和速度信息能有效地提高行车效率和安全系数。
[0003]传统的轨道定位技术主要是采用人工对标、记轴器、轨道电路、辅助修正等。高铁及城际列车主要采用轨道电路、应答器及车轮速度传感器的形式进行定位，地铁、轻轨、有轨电车等列车采用信标+车轮速度传感器的形式进行定位。随着定位技术的发展，卫星定位导航技术也逐渐应用到轨道车辆中，目前全球导航卫星系统GNSS有美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的Galileo系统，中国的北斗系统等。但使用卫星定位系统也存在一定的问题，如使用普通GPS模式定位时，定位误差能达到米级，且GPS信号受美国军方控制，在特殊时期美国完全可以根据需要随意更改系统的精度和可用性，甚至关闭信号。而当车辆进入卫星信号较差路段(比如隧道内)时，卫星定位信号容易丢失，从而失去定位信息。目前，国内外对轨道定位技术进行了一些研究，以解决轨道车辆的高精度定位问题。例如：
[0004]授权公告号为CN104076382B的中国专利公开了一种基于多源信息融合的车辆无缝定位方法，该方法采用卡尔曼滤波器对基于超带宽的短距离高精度无线信息、BDS+GPS的双模GNSS定位信息、SINS+CAN融合推算航位信息三类不同信号源定位数据不断融合、逐步求精，并对定位结果进行反馈、校正，实现车辆的高精度、无缝定位。
[0005]公开号CN111267912A的中国专利申请公开了一种基于多源信息融合的列车定位方法和系统，其中，基于多源信息融合的列车定位方法包括：获取定位信息，所述定位信息包括卫星定位信息、通信基站的定位信息、列车行进的里程信息和列车运动状态信息；基于所述列车运动状态信息对所述列车行进的里程信息进行校准，得到校准后的列车行进的里程信息；将所述卫星定位信息、通信基站的定位信息和校准后的列车行进的里程信息两两融合，得到三组融合后的位置信息，对三组融合后的位置信息进行处理得到列车的定位信息。
[0006]公开号为CN111071304A的中国专利申请公开了一种基于卫星的轨道车辆车载测速定位系统及方法，其中，定位系统包括卫星定位接收机、轮速传感器和车载主机，所述的卫星定位接收机负责接收空中的卫星信号，进行差分修正并输出速度及位置信息；所述的轮速传感器安装在车辆的行走轴上，负责测量车轮的转动角度，并且通过周期性采样获得车轮旋转角速度，再通过车轮直径换算得到车辆行驶速度；所述的车载主机负责接收卫星定位接收机和轮速传感器的数据并进行处理，最后输出测速定位结果。该定位方法采用车
载卫星和轮轴传感器并行处理数据，提高定位精度。
[0007]授权公告号为CN106767853B的中国专利公开了一种基于多信息融合的无人驾驶车辆高精度定位方法，可以应用在无人驾驶车辆的环境感知和智能决策当中。该方法利用离线地图和在线感知信息的配合实现高精度实时定位。离线地图记录无人驾驶车辆行驶区域的道路交通信息。在线感知信息包括车道线和道路边界。无人驾驶车辆在地图区域中行驶时，根据惯性组合导航系统给出的定位信息确定车辆的大概位置，获取位置附近的局部地图，通过车载传感器检测车辆前方的车道线和车辆两边的道路边界，确定车辆与车道线及道路边界的相对位置，对比车辆在地图中的位置，计算偏差，修正定位误差，实现高精度定位。
[0008]此外，授权公告号为CN111114593B的中国专利公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、系统及方法，该方法通过监测设置在地铁线路轨旁固定位置的二维码图像信标，计算视觉定位信息。公开号为CN110765224A的中国专利申请公开了一种电子地图的处理方法、车辆视觉重定位的方法和车载设备，车辆视觉重定位的方法，该方法对于具有字符语义唯一性的场景，通过识别场景图像中的字符，并将字符和多个关键特征的全局坐标插入到电子地图中，通过识别图像中的字符，匹配预先插入的字符，实现重定位。公开号为CN111624593A的中国专利申请公开了一种用于轨道车辆的定位系统和定位方法，融合多种定位技术对轨道车辆进行定位。授权公告号为CN109446973B的中国专利公开了一种基于深度神经网络图像识别的车辆定位方法，以及该深度神经网络的训练方法，该方法中，图像样本采集过程在不同光照及天气条件下的多个时段内进行，且在车辆前进方向和与前进方向垂直的方向上每隔一定角度拍摄一张采样图像。
[0009]上述各方法目前均存在局限性，尤其是在定位实时性和精度上，大多仅利用卫星组合导航定位，基于图像识别的方法主要在车站中识别停车标志及二维码、RFID信标等，虽然在一定程度上提高了定位精度，但目前的图像识别方法依赖轨道设备，不仅成本高，可靠性差，且未考虑对轨道两侧环境标志物的物理坐标进行实时采集、识别与修正，仍存在定位实时性差、定位精度相对较低的问题。由于轨道车辆运行环境比较复杂，单独依靠一种测速定位技术很难获得高精度、实时的轨道车辆位置和速度信息，因此，研究多信息融合技术以提高轨道车辆的实时精准定位具有重要的意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有存在的实时性差、定位精度低等上述问题，提供一种基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法及系统，能够自主完成轨道车辆厘米级高精度的实时定位，减少轨旁设备，解决轨道车辆过隧道等无卫星信号覆盖导航定位盲区，提高轨道车辆的定位精度、定位实时性及车辆环境适应性。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其具体步骤为：
[0012]初步定位坐标获取步骤：根据车载GPS定位系统、北斗定位系统及惯性导航定位系统实时采集的三组导航定位坐标的均值、标准差确定初步定位坐标；
[0013]环境图像及距离获取步骤：实时拍摄白天和夜晚的环境区域图像，实时测量轨道车辆距离环境标志物的距离；
[0014]环境标志物位置识别步骤：识别环境区域图像中环境标志物的位置坐标；
[0015]位置修正步骤：利用测量的距离和环境标志物的位置坐标，计算修正初步定位坐标得到精准轨道车辆定位坐标；计算修正初步定位坐标得到精准轨道车辆定位坐标的具体步骤为：
[0016]设位置点A为初步定位坐标(x1,y1)的坐标点，位置点B为环境标志物的位置坐标(x2,y2)的坐标点，轨道车辆的实际位置点为C点，其坐标为(x3,y3)；位置点B与位置点C的距离为S1，即环境图像及距离获取步骤中测量的距离；
[0017]利用两点距离公式求出位置点A与位置点B之间的距离S2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，其具体步骤为：初步定位坐标获取步骤：根据车载GPS定位系统、北斗定位系统及惯性导航定位系统实时采集的三组导航定位坐标的均值、标准差确定初步定位坐标；环境图像及距离获取步骤：实时拍摄环境区域图像，实时测量轨道车辆距离环境标志物的距离；环境标志物位置识别步骤：识别环境区域图像中环境标志物的位置坐标；位置修正步骤：利用测量的距离和环境标志物的位置坐标，计算修正初步定位坐标得到精准轨道车辆定位坐标；计算修正初步定位坐标得到精准轨道车辆定位坐标的具体步骤为：设位置点A为初步定位坐标(x1,y1)的坐标点，位置点B为环境标志物的位置坐标(x2,y2)的坐标点，轨道车辆的实际位置点为C点，其坐标为(x3,y3)；位置点B与位置点C的距离为S1，即环境图像及距离获取步骤中测量的距离；利用两点距离公式求出位置点A与位置点B之间的距离S2，表示为：利用余弦定理根据公式(2)求出位置点A与位置点C的距离为S3，及在电子地图上需要修正的距离，公式(2)表示为：式中，α为距离S1与距离S2之间的角度，由电子地图与惯性导航定位系统测得；利用联立方程组求得位置点C的坐标值x3与y3，联立方程组表示为：由公式(3)求得的位置点C的坐标(x3,y3)即为修正得到的精准轨道车辆定位坐标；位置更新步骤：周期性重复上述步骤，实时更新轨道车辆的位置信息。2.如权利要求1所述的基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，还包括数据传输步骤：将初步定位坐标、环境区域图像及测量的距离采用自定义协议的10Gbits实时工业以太网传输至车载控制器终端。3.如权利要求2所述的基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，数据传输步骤中，数据传输的具体步骤为：对初步定位坐标、环境区域图像及测量的距离进行数据格式转化与打包，转换为统一格式的十六进数据；将统一格式的十六进数据采用自定义协议的10Gbits实时工业以太网传输至车载控制器终端。4.如权利要求2或3所述的基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，所述自定义协议采用的数据帧结构大小为1500字节结构，该数据帧结构包括2字节的起始位、6字节的目的地址、6字节的源地址、2字节的类型、2字节的标志位、1474字节的数据位、2字节的长度位、4字节的校验位、2字节的结束位；其中，1474字节的数据位包括100字节的车载GPS定位数据、100字节的北斗定位数据、150字节的惯性导航定位数据、100字节的距
离数据及1024字节的环境区域图像数据。5.如权利要求2所述的基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，还包括数据预处理步骤，其具体步骤为：对环境区域图像进行数据清洗；对清洗后的环境区域图像进行图像畸变校正、图像滤波、图像增强及边缘检测处理；对环境区域图像中环境标志物所在区域进行切割。6.如权利要求1或2或5所述的基于环境图像识别修正的轨道车辆实时定位方法，其特征在于，初步定位坐标获取步骤中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜杰伟，展旭和，张涛，金泰木，赵明花，
申请(专利权)人：国家高速列车青岛技术创新中心，
类型：发明
国别省市：