CN111596334A - 一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，包括以下步骤：多传感器融合，当GNSS可信度较高时，根据GNSS粗略定位，然后使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位，当GNSS可信度较低时，放弃GNSS定位数据，根据上一时刻的机车位置结合imu的加速度信息和轮速编码器的速度信息，通过卡尔曼滤波及其变种算法，推算出机车的粗略定位，然后同样使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位。本发明粗定位方法多样，保证一定可得知机车的粗定位信息，方便后续精准定位的进行，且大大减少了计算量，精准定位更加迅速，降低工作强度、提高工作效率。

Description

一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法
技术领域
本发明涉及厂区铁路网技术领域，尤其涉及一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法。
背景技术
铁路网机车二自由度定位应用的特点：在车头车尾方向不能对调的铁路网中，行驶的机车正常情况下自由度为2，这两个自由度分别为：1.所在铁路线编号；2.在该编号段铁路线上的里程数值。
而厂区复杂场景铁路网的特点：1.环境复杂，室内室外切换频繁，GNSS覆盖不全，单纯依赖Gnss定位相当不准确；2.机车可能在某一位置长时间停留，imu和轮速编码器累计误差无法消除。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法。
本发明提出的一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，包括以下步骤：
S1：多传感器融合，当GNSS可信度较高时，根据GNSS粗略定位；
S2：然后使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位；
S3：当GNSS可信度较低时，放弃GNSS定位数据；
S4：根据上一时刻的机车位置结合imu的加速度信息和轮速编码器的速度信息，通过卡尔曼滤波及其变种算法，推算出机车的粗略定位；
S5：然后同样使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位。
优选地，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法首先需要从其他传感器，例如GNSS、imu和轮速编码器的融合结果当中获得机车在铁轨上的粗略定位。
优选地，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法第二步需要进行点云匹配，通过铁路轨道的限定，将“位置”与“姿态”相互绑定，某个“位置”一定对应唯一的“姿态”。
优选地，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法的“位置”信息通过“所在铁路线编号”和“机车在这一编号段铁路线上的里程数值”总共两个自由度的变量来唯一确定。
本发明中的有益效果为：
1.厂区铁路网中机车的粗定位方法多样，当GNSS可信度较高时，可以根据GNSS粗略定位，当GNSS可信度较低时，根据上一时刻的机车位置并结合imu和轮速编码器，通过卡尔曼滤波及其变种算法，推算出机车的粗略定位，不完全依靠一种粗定位方法，保证一定可以得知厂区铁路网中机车的粗定位信息，从而方便后续精准定位的进行。
2.基于二自由度的激光雷达配准方法在进行点云匹配时，无需通过所有三自由度的“位置”和三自由度的“姿态”总共六个自由度来取得点云匹配的最优解，而是将“位置”与“姿态”绑定，某个“位置”一定对应唯一的“姿态”，从而只需要遍历“位置”这一个变量即可，大大减少了计算量，精准定位更加迅速，降低工作强度、提高工作效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，包括以下步骤：
S1：多传感器融合，当GNSS可信度较高时，根据GNSS粗略定位；
S2：然后使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位；
S3：当GNSS可信度较低时，放弃GNSS定位数据；
S4：根据上一时刻的机车位置结合imu的加速度信息和轮速编码器的速度信息，通过卡尔曼滤波及其变种算法，推算出机车的粗略定位；
S5：然后同样使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位。
本发明中，涉及到的传感器包括：1.激光雷达；2.imu；3轮速编码器；4.GNSS，S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法首先需要从其他传感器，例如GNSS、imu和轮速编码器的融合结果当中获得机车在铁轨上的粗略定位，S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法第二步需要进行点云匹配，在进行点云匹配时，不是通过遍历所有“位置”(三自由度)和“姿态”(三自由度)总共六个自由度来取得点云匹配的最优解，而是通过铁路轨道的限定，将“位置”与“姿态”相互绑定，某个“位置”一定对应唯一的“姿态”，从而只需要遍历“位置”这一个变量即可，大大减少了计算量，S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法的“位置”信息通过“所在铁路线编号”和“机车在这一编号段铁路线上的里程数值”总共两个自由度的变量来唯一确定。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：多传感器融合，当GNSS可信度较高时，根据GNSS粗略定位；
S2：然后使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位；
S3：当GNSS可信度较低时，放弃GNSS定位数据；
S4：根据上一时刻的机车位置结合imu的加速度信息和轮速编码器的速度信息，通过卡尔曼滤波及其变种算法，推算出机车的粗略定位；
S5：然后同样使用基于二自由度的激光雷达配准方法进行精细定位。
2.根据权利要求1所述的一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，其特征在于，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法首先需要从其他传感器，例如GNSS、imu和轮速编码器的融合结果当中获得机车在铁轨上的粗略定位。
3.根据权利要求2所述的一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，其特征在于，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法第二步需要进行点云匹配，通过铁路轨道的限定，将“位置”与“姿态”相互绑定，某个“位置”一定对应唯一的“姿态”。
4.根据权利要求3所述的一种厂区铁路网中机车二自由度精准定位方法，其特征在于，所述S2和S5中，所述基于二自由度的激光雷达配准方法的“位置”信息通过“所在铁路线编号”和“机车在这一编号段铁路线上的里程数值”总共两个自由度的变量来唯一确定。
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