CN111114593A - 基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、***及方法，属于铁路技术领域，解决现有列车定位***依赖轨旁设备的问题；装置包括惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息；视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息；数据处理设备，用于接收惯导设备和视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各阶段进行辅助控制。本发明避免相同原理和特性的定位设备造成的共因失效，防止定位精度传递过程中的放大问题以及下级设备失效对上级设备定位精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及铁路技术领域，尤其是一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、***及方法。
背景技术
目前，由于地铁无法使用GPS或北斗等卫星定位***，地铁列车的定位***主要依赖于车载设备和轨旁设备，现有地铁列车定位***框图如图1所示：
车载设备主要包括：应答器接收设备、数据处理设备、速度传感器(速传)、速度数据处理设备、ATP(automatic train protection，列车自动保护***)。
轨旁设备：应答器。应答器安装于轨道旁边，位置固定，为列车绝对定位依据。当列车通过时应答器会自动发送定位报文，根据报文内容不同和实际列车定位要求，分为：出库应答器、区间运行应答器、进站应答器、停车到位应答器等。
应答器接收设备安装于列车上，采用双裕度设计方案，其中应答器接收设备1、2和数据处理A、B为双机热备份，且应答器在轨道安装时位置固定。***正常时，ATP采集应答器接收设备1、2和数据处理A、B上报数据，其中1路出现故障时，列车降级使用。即同一时刻，ATP必须采集到两路绝对定位信息，否则列车降级使用。
由于应答器成本较高且无需时刻明确列车绝对定位信息，因此应答器的埋设在轨道中是分区间的。而速度传感器就是两组应答器之间的区间定位传感器。列车ATP通过采集速传数据与时间的乘积得到区间的列车定位，采用双裕度设计。通过速度实现的定位信息存在一定误差(±5％)，列车通过应答器后对速度上报的定位信息进行重新标定。
这种严重依赖于轨旁设备的定位模式，导致目前地铁列车施工难度大、施工过程繁琐。在列车交付运营后，故障率且维修难度大，同时由于应答器原理、报文等不同，导致相同城市的不同线路之间地铁列车不能互换的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、***及方法，克服现有列车定位***依赖轨旁设备的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置，包括惯导设备、视觉定位设备和数据处理设备；
所述惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息上报到所述数据处理设备；
所述视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息上报到所述数据处理设备；
所述数据处理设备，用于接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到列车的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各行驶阶段进行辅助控制。
进一步地，所述惯导设备包括自主定位模块、坐标转换模块、定位参数计算模块和参数上报模块；
所述自主定位模块，采用惯导芯片进行自主定位，用于计算包括列车当前位置经、纬、高参数信息在内的定位信息和行驶速度信息；
所述坐标转换模块，用于将所述列车当前位置的定位信息转换为平面坐标系坐标；
定位参数计算模块，用于根据所述平面坐标系坐标计算列车距离坐标系原点的距离和列车行驶的轨道偏离；
所述参数上报模块，用于将所述距离坐标系原点的距离、轨道偏离和行驶速度信息打包成惯导定位信息，上报到数据处理设备。
进一步地，所述图像信标为二维码信标，设置在地铁线路两侧轨旁固定位置，成对分布；在线路不同的位置分别设置不同类别的ID编号。
进一步地，所述视觉设备包括视觉处理模块和双目摄像头；
所述双目摄像头安装于列车车头的一侧，用于拍摄设置于双目摄像头同侧的，在双目摄像头视角内的，在地铁线路轨旁固定位置的二维码信标；
所述视觉处理模块，接收所述双目摄像头拍摄的二维码图片，识别所述二维码的ID编号，计算车头距离二维码的相对距离；将ID编号和相对距离打包形成视觉定位信息，上报到数据处理设备。
进一步地，所述数据处理设备，接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息；
在列车出库时，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到视觉设备上报的车库ID编号，获取所述车库ID编号对应的二维码信标位置的经、纬、高参数信息，作为出库位置信息下发到所述惯导设备进行位置初始化；
在站间运行阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息，发送到ATP***，对列车站间运行进行辅助控制；
在列车进站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对列车进站/库进行辅助控制，引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；
在列车停站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对列车停站/库进行辅助控制，引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；
在列车停稳后，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到停车ID编号，获取停车ID编号对应的二维码信标设置位置的经、纬、高参数信息，作为惯导设备的导航修正参数信息下发到所述惯导设备进行参数修正。
进一步地，所述信息融合将所述惯导设备上报的距离坐标系原点位置和所述视觉设备上报的相对距离进行融合；得到融合后的列车距离增量：
d＝Wnavidnavi+Wvisiondvision；
式中，dnavi为所述惯导定位信息中的距离原点位置，Wnavi为惯导设备的滤波系数，dvision为所述视觉定位信息中的相对距离，Wvision为视觉设备的滤波系数。
进一步地，所述惯导设备的滤波系数Wnavi和视觉设备的滤波系数Wvision满足公式：
式中，fnavi(v)与fvis(v)分别为与列车行驶速度有关的训练学习因子，通过进行深度学习获得。
本发明还公开了一种利用如上所述地铁列车自主定位装置的自主定位方法，包括以下步骤：
步骤S1、出库阶段，采用视觉设备辅助惯导设备进行初始化；
步骤S2、站间行进阶段，采用惯导设备上报的惯导定位信息进行列车站间运行的辅助控制；
步骤S3、进站阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车进站/库；引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；
步骤S4、停车阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车停站/库；引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；
步骤S5、惯导校正阶段，在列车停稳后，采用视觉设备获取的停车ID编号二维码信标对应的位置信息，对所述惯导设备进行参数修正。
本发明还公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位***，包括第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置均采用如上所述的多元信息融合的地铁列车自主定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的数据处理模块A、数据处理模块B和数据处理模块C相互电连接，采用相同的基础时钟，相互之间信息共享。
本发明还公开了一种利用如上所述的地铁列车自主定位***的自主定位方法，包括，
在相同的时间基础下，在每一个定位装置中运行如上所述的地铁列车自主定位方法，得到三组融合定位信息；
对所述三组融合定位信息再进行“三取二”处理，得到列车行驶中的最终融合定位信息；
通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车行驶进行辅助控制。
本发明有益效果如下：
本发明采用惯性导航和视觉定位两种不同原理、不同特性的定位方式，避免相同原理和特性的定位设备造成的共因失效；为了避免定位精度在***内传递过程中出现逐次放大的问题，通过多源定位信息弱耦合，减少各源定位数据的相互交联，终端解耦、顶层融合，防止定位精度传递过程中的放大问题以及下级设备失效对上级设备定位精度的影响。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为现有地铁列车定位***框图；
图2为本发明实施例一中的地铁列车自主定位装置原理示意图；
图3为本发明实施例一中的二维码信标分布示意图；
图4为本发明实施例二中的地铁列车自主定位方法流程图；
图5为本发明实施例三中的地铁列车自主定位***原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一、
本实施例公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置，如图2所示，包括安装在地铁列车上的惯导设备、视觉定位设备和数据处理设备；
所述惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息上报到数据处理设备；
所述视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息上报到数据处理设备；
所述数据处理设备，用于接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到列车的融合定位信息，通过总线发送到地铁列车的ATP***，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各行驶阶段进行辅助控制。
具体的，所述惯导设备包括自主定位模块、坐标转换模块、定位参数计算模块和参数上报模块；
所述自主定位模块，包括惯导芯片，在列车出库前所述惯导芯片进行预热30min；在列车出库时，获取出库位置信息进行位置初始化；在站间运行、列车进站/库和列车停站/库阶段，进行自主定位，计算包括列车行驶当前位置的经、纬、高参数信息在内的定位信息和行驶速度信息；
具体的，在所述自主定位模块中采用现有的可用于本实施例的惯导芯片进行自主定位，均对本申请的保护范围不造成影响。
所述坐标转换模块，将所述列车行驶当前位置的定位信息转换为平面坐标系坐标；
所述平面坐标系以轨道方向为纵向坐标，垂直轨道方向为横向坐标；原点为列车行驶站间的起点位置，所述起点位置为车库或车站。
具体的，采用现有技术中任意可用于本实施例的坐标转换方法，均对本申请的保护范围不造成影响。
定位参数计算模块，用于根据列车行驶当前位置的平面坐标系坐标计算列车纵向行驶位置和列车行驶的轨道偏离；
所述列车纵向行驶位置为列车当前位置距离平面坐标系原点的距离；所述自主定位模块在纵向坐标的定位精度优于±3m；
所述列车行驶的轨道偏离为列车当前位置的横向坐标；
根据设定的轨道偏离判断条件，确定是否上报所述列车行驶的轨道偏离信息；
所述轨道偏离判断条件为列车横向坐标大于设定的偏离阈值或列车碰撞导致数据跳变；
优选的，所述偏离阈值为0.5m。
所述参数上报模块，用于将所述距离坐标系原点的距离、轨道偏离和行驶速度信息打包成惯导定位信息，根据所述数据处理设备发送的查询命令，上报到数据处理设备；所述数据处理设备通过总线向所述参数上报模块发送查询命令，所述查询命令为20ms。
具体的，所述图像信标为二维码信标，设置在地铁线路两侧轨旁固定位置，成对分布，在线路不同的位置分别设置不同类别的ID编号，如图3所示：
在列车出库位置设置一对二维码信标，标记车库ID编号，用于标记列车出库行驶的初始位置；
在列车进站方向距离站台/车库起始端的设定距离内，设置n对二维码信标，标记为通用ID1～IDn编号，用于标记列车进站阶段的位置；
所述设定距离以及二维码信标的个数n根据列车在站间行驶的规定速度、进入站台的速度门限以及列车的减速要求进行设置。
在列车进站方向从站台/车库的起始端到列车停车点之前，设置m对二维码信标，标记为站台ID1～IDm编号，用于标记列车停车/入库阶段的位置；
所述二维码信标的个数m根据站台长度、进入站台的速度要求以及列车的减速要求进行设置。
在站台/车库的列车停车点，设置一对二维码信标，标记为停车ID编号，用于标记列车停车点。
具体的，所述视觉设备包括视觉处理模块和双目摄像头；
所述双目摄像头安装于列车的车头一侧，用于拍摄设置在双目摄像头同侧的、在双目摄像头视角内的、地铁线路轨旁固定位置的二维码信标；
优选的，为在双目摄像头的视角范围内较好地拍摄到二维码的图片，将双目摄像头与水平面成30度角放置。
所述视觉处理模块，接收所述双目摄像头拍摄的二维码图片，识别所述二维码ID编号，计算车头距离二维码的相对距离，打包形成视觉定位信息，根据所述数据处理设备发送的查询命令，上报到数据处理设备；所述数据处理设备通过总线向所述视觉设备发送查询命令，所述查询命令为20ms；
优选的，对同一个二维码信标，在数据处理查询下分别拍摄、识别、测距并上报3次，耗时60ms，计算的相对距离由远及近，完成后进行下一信标ID拍摄、识别、测距和上报。
具体的，所述数据处理设备，根据接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息，进行信息融合；
在列车出库时，所述视觉设备将监测到的标记为车库ID编号的二维码信标，上报到所述数据处理设备；所述数据处理设备通过查表获取该二维码信标对应位置的经、纬、高参数信息，作为出库位置信息下发到所述惯导设备进行位置初始化；
在站间运行阶段，由于地铁线路轨旁未设置二维码信标，所述视觉设备不上报信息，所述数据处理设备按照设定的时间间隔发送查询命令到所述惯导设备，查询惯导定位信息，发送到ATP***，对列车站间运行进行辅助控制；
在列车进站/库阶段，由于地铁线路轨旁设置有标记为通用ID1～IDn编号的二维码信标，所述数据处理设备按照设定的时间间隔发送查询命令到所述惯导设备和视觉设备，查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车进站/库进行辅助控制，引导车辆减速，确保车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；
通常，地铁列车在站间的行进速度在80km/h，设置的速度门限为30km/h，在进站阶段根据列车的位置控制列车的速度到30km/h以下。
在列车停站/库阶段，由于地铁线路轨旁设置有标记为站台ID1～IDm编号的二维码信标，所述数据处理设备按照设定的时间间隔发送查询命令到所述惯导设备和视觉设备，查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车停站/库进行辅助控制，引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标设定距离范围内；所述设定距离范围为±20cm。
在列车停稳后，所述数据处理设备按照设定的时间间隔发送查询命令到所述视觉设备，查询视觉定位信息，得到二维码信标对应的停车ID，通过查表获取停车ID对应的二维码信标设置位置的经、纬、高参数信息，作为惯导设备的导航修正参数信息下发到所述惯导设备进行参数修正。
所述数据处理设备中的信息融合方法为一种基于深度学习的数据融合算法；所述算法包括：
1)采用深度学习方法，经过大量的训练样本训练、学习后得到惯导设备的滤波系数Wnavi，视觉设备的滤波系数Wvision；
其中，深度学习后，两个设备的滤波系数满足公式：
式中，fnavi(v)与fvis(v)互补，分别为与列车行驶速度有关的训练学习因子，采用深度学习方法，通过对大量的试验数据进行训练拟合，对惯导设备或者视觉设备进行标定，拟合出fnavi(v)或fvis(v)；
由于fnavi(v)与fvis(v)互补，因此只需要取两个函数中的一个进行深度学习，进行拟合；由于惯导数据较多，因此优选对惯导设备进行标定，拟合出fnavi(v)；
2)计算融合后的列车距离增量；
具体的，融合后输出的列车距离增量d＝Wnavidnavi+Wvisiondvision；式中，dnavi为所述惯导定位信息中的距离原点位置，Wnavi为惯导设备的滤波系数，dvision为所述视觉定位信息中的相对距离，Wvision为视觉设备的滤波系数；
由于经过深度学习可拟合出fnavi(v)，所以列车距离增量d可通过以下式子求得
d＝fnavi(v)dnavi+(1-fnavi(v))dvision
由于在列车运行过程中并不会一直有视觉设备的数据，因此在没有视觉设备数据的时候，就有fnavi(v)＝1，于是d＝dnavi，其值完全信任惯导。
具体的，采用现有技术中任意可用于本实施例的深度学习方法，均对本申请的保护范围不造成影响。
优选的，本实施例的惯导设备还包括零速检测修正技术、运动约束修正技术、角动量缓变情况下阈值修正技术以适用于地铁环境应用。
优选的，本实施例的视觉设备采用双目视觉技术进行二维码信标的监测，通过图像增强技术、运动条件下快速图像识别技术、高可靠精准测距技术以适用于地铁环境应用。
综上可知，本实施例采用惯性导航和视觉定位两种不同原理、不同特性的定位方式，避免相同原理和特性的定位设备造成的共因失效；为了避免定位精度在***内传递过程中出现逐次放大的问题，通过多源定位信息弱耦合，减少各源定位数据的相互交联，终端解耦、顶层融合，防止定位精度传递过程中的放大问题以及下级设备失效对上级设备定位精度的影响。
实施例二、
本实施例公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1、出库阶段，采用视觉定位辅助惯导定位进行初始化；
具体包括：
1)所述地铁列车自主定位装置加电自检；
2)惯导设备加电预热30min；
3)所述视觉设备监测到标记为车库ID的二维码信标，识别车库ID编号，上报到所述数据处理设备；
4)所述数据处理设备通过查表获取该二维码信标设置位置的经、纬、高参数信息，作为出库位置信息下发到所述惯导设备进行位置初始化。
步骤S2、站间行进阶段，采用惯导定位信息进行列车站间运行的辅助控制；
具体的，在步骤S2中包括：
1)列车在站间行驶过程中，惯导设备进行自动定位获得定位参数和速度信息，所述定位参数为行驶当前位置的经、纬、高数据；
2)建立平面坐标系，将所述定位参数转换为平面坐标系坐标，
所述平面坐标系以轨道方向为纵向，垂直轨道方向为横向；原点为列车行驶站间的起点位置，所述起点位置为车库或车站。
3)计算列车纵向行驶位置和列车行驶的轨道偏离；
所述列车纵向行驶位置为列车当前位置距离平面坐标系坐标原点的距离；所述自主定位模块在纵向坐标的定位精度优于±3m；
所述列车行驶的轨道偏离为当前位置的横向坐标；根据设定的轨道偏离判断条件，确定是否上报所述列车行驶的轨道偏离信息；所述轨道偏离判断条件为列车横向坐标大于设定的偏离阈值或列车碰撞导致数据跳变；优选的，所述偏离阈值为0.5m。
4)形成并发送上报定位信息；
上报信息包括：“距离坐标系原点位置+轨道偏离+速度”；在收到数据处理总线查询命令后，打包上报，总线命令周期为20ms，上报信息包括：“距离原点位置+轨道偏离+速度”。
数据处理设备接收上报的惯导定位信息，发送到ATP***，对列车站间运行进行辅助控制。
步骤S3、进站阶段，进行惯导定位信息和视觉定位信息的融合定位，根据融合定位信息辅助控制列车进站/库；
具体的，在步骤S3中包括：
1)所述视觉设备监测到所述地铁线路轨旁设置有标记为通用ID1～IDn的二维码信标，识别所述二维码的ID编号，计算视觉设备距离二维码的相对距离，打包形成视觉定位信息；
2)所述数据处理设备发送查询命令到所述惯导设备和所述视觉设备查询惯导定位信息和视觉定位信息；
3)进行信息融合，得到列车进站阶段的列车距离增量数据；
采用实施例一中的基于深度学习的数据融合算法对惯导数据与视觉数据进行融合输出的列车距离增量数据。
4)将列车距离增量数据送到地铁列车的ATP***，引导车辆减速，确保列车的进站速度在进入站台时降至设定的速度门限内；
通常，地铁列车在站间的行进速度在80km/h，设置的速度门限为30km/h，在进站阶段根据列车的位置控制列车的速度到30km/h以下。
步骤S4、停车阶段，进行惯导定位信息和视觉定位信息的融合定位，根据融合定位信息辅助控制列车停站/库，引导车辆继续减速，直到车辆停止。
具体的，在步骤S4中所述视觉设备监测到所述地铁线路轨旁设置有标记为站台ID1～IDm的二维码信标，识别所述二维码的ID编号，计算视觉设备距离二维码的相对距离，打包形成视觉定位信息；采用与步骤S3相同的信息融合方法得到列车距离增量数据；将列车距离增量数据送到地铁列车的ATP***，引导车辆减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标设定距离范围内；所述设定距离范围为±20cm。
步骤S5、惯导校正阶段，在列车停稳后，采用视觉设备获取停车ID编号二维码信标对应的位置信息，对所述惯导设备进行参数修正。
在列车停稳后，所述数据处理设备按照设定的时间间隔发送查询命令到所述视觉设备，查询视觉定位信息，得到二维码信标对应的停车ID，通过查表获取停车ID对应的二维码信标设置位置的经纬高参数信息，作为惯导设备的导航修正参数信息下发到所述惯导设备进行参数修正。
本实施例的自主定位方法的有益效果与实施例一基本相同，在此不一一赘述。
实施例三、
本实施例公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位***，如图4所示，包括第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置均采用实施例一中所述的多元信息融合的地铁列车自主定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的数据处理模块A、数据处理模块B和数据处理模块C相互连接；采用相同的基础时钟，相互之间信息共享，对三个数据处理模块得到的融合定位信息进行“三取二”处理，得到列车行驶中的融合定位信息，通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车行驶进行辅助控制。
优选的，所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置，通过各自独立的电源变换装置A、电源变换装置B和电源变换装置C供电互无交联；每个电源变换装置将车载110V母线电压变换为3路28V/5A直流电源输出到各自对应的定位装置供电。
采用三裕度***架构，确保全***在一度故障下列车可降级行驶而不存在功能安全的故障隐患，为防止三裕度***中共因失效导致整个***工作异常的问题，在每个定位装置中采用惯性导航和视觉定位两种不同原理、不同特性的定位方式，避免相同原理和特性的定位设备造成的共因失效。此外，为了避免定位精度在***内传递过程中出现逐次放大的问题，通过多源定位信息弱耦合，减少各源定位数据的相互交联，终端解耦、顶层融合，防止定位精度传递过程中的放大问题以及下级设备失效对上级设备定位精度的影响。
实施例四、
本实施例公开了一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位方法，采用实施例三所述的地铁列车自主定位***，在每一个定位装置中运行如实施例二所述的地铁列车自主定位方法，得到三组融合定位信息，再进行“三取二”处理，得到列车行驶中的融合定位信息，通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车行驶进行辅助控制。
采用三裕度***架构自主定位方法的有益效果与实施例三基本相同，在此不一一赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置，其特征在于，包括惯导设备、视觉定位设备和数据处理设备；
所述惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息上报到所述数据处理设备；
所述视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息上报到所述数据处理设备；
所述数据处理设备，用于接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到列车的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各行驶阶段进行辅助控制。
2.根据权利要求1所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，
所述惯导设备包括自主定位模块、坐标转换模块、定位参数计算模块和参数上报模块；
所述自主定位模块，采用惯导芯片进行自主定位，用于计算包括列车当前位置经、纬、高参数信息在内的定位信息和行驶速度信息；
所述坐标转换模块，用于将所述列车当前位置的定位信息转换为平面坐标系坐标；
定位参数计算模块，用于根据所述平面坐标系坐标计算列车距离坐标系原点的距离和列车行驶的轨道偏离；
所述参数上报模块，用于将所述距离坐标系原点的距离、轨道偏离和行驶速度信息打包成惯导定位信息，上报到数据处理设备。
3.根据权利要求1或2所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述图像信标为二维码信标，设置在地铁线路两侧轨旁固定位置，成对分布；在线路不同的位置分别设置不同类别的ID编号。
4.根据权利要求3所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述视觉设备包括视觉处理模块和双目摄像头；
所述双目摄像头安装于列车车头的一侧，用于拍摄设置于双目摄像头同侧的，在双目摄像头视角内的，在地铁线路轨旁固定位置的二维码信标；
所述视觉处理模块，接收所述双目摄像头拍摄的二维码图片，识别所述二维码的ID编号，计算车头距离二维码的相对距离；将ID编号和相对距离打包形成视觉定位信息，上报到数据处理设备。
5.根据权利要求4所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，
所述数据处理设备，接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息；
在列车出库时，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到视觉设备上报的车库ID编号，获取所述车库ID编号对应的二维码信标位置的经、纬、高参数信息，作为出库位置信息下发到所述惯导设备进行位置初始化；
在站间运行阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息，发送到ATP***，对列车站间运行进行辅助控制；
在列车进站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对列车进站/库进行辅助控制，引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；
在列车停站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP***，对列车停站/库进行辅助控制，引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；
在列车停稳后，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到停车ID编号，获取停车ID编号对应的二维码信标设置位置的经、纬、高参数信息，作为惯导设备的导航修正参数信息下发到所述惯导设备进行参数修正。
6.根据权利要求5所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述信息融合将所述惯导设备上报的距离坐标系原点位置和所述视觉设备上报的相对距离进行融合；得到融合后的列车距离增量：
d＝Wnavidnavi+Wvisiondvision；
式中，dnavi为所述惯导定位信息中的距离原点位置，Wnavi为惯导设备的滤波系数，dvision为所述视觉定位信息中的相对距离，Wvision为视觉设备的滤波系数。
7.根据权利要求6所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，
所述惯导设备的滤波系数Wnavi和视觉设备的滤波系数Wvision满足公式：
式中，fnavi(v)与fvis(v)分别为与列车行驶速度有关的训练学习因子，通过进行深度学习获得。
8.一种利用如权利要求1-7所述地铁列车自主定位装置的自主定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、出库阶段，采用视觉设备辅助惯导设备进行初始化；
步骤S2、站间行进阶段，采用惯导设备上报的惯导定位信息进行列车站间运行的辅助控制；
步骤S3、进站阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车进站/库；引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；
步骤S4、停车阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车停站/库；引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；
步骤S5、惯导校正阶段，在列车停稳后，采用视觉设备获取的停车ID编号二维码信标对应的位置信息，对所述惯导设备进行参数修正。
9.一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位***，其特征在于，包括第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置均采用如权利要求1-7任一所述的多元信息融合的地铁列车自主定位装置；
所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的数据处理模块A、数据处理模块B和数据处理模块C相互电连接，采用相同的基础时钟，相互之间信息共享。
10.一种利用如权利要求9所述的地铁列车自主定位***的自主定位方法，其特征在于，包括，
在相同的时间基础下，在每一个定位装置中运行如权利要求8所述的地铁列车自主定位方法，得到三组融合定位信息；
对所述三组融合定位信息再进行“三取二”处理，得到列车行驶中的最终融合定位信息；
通过总线发送到地铁列车的ATP***，对列车行驶进行辅助控制。
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