CN114044027A - 一种在二维电子地图上实现列车定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，包括以下步骤：S1、根据卫星导航、列车运行状况和所述二维电子地图，获取列车当前的数据对象、列车运行前方的数据对象以及基于所述列车当前的数据对象和列车运行前方的数据对象的原数据对象链路；S2、根据所述列车运行前方的数据对象的不同类型，更新所述原数据对象链路，得到新数据对象链路；S3、根据所述新数据对象链路和列车的运行状况，对实时列车定位的结果进行监测和校正，确定最终列车定位；S4、输出所述最终列车定位。本发明提升了卫星导航定位的稳定性和精确性，为行车指挥和列车运行智能化管理提供可信的定位支撑。

Description

一种在二维电子地图上实现列车定位的方法
技术领域
本发明涉及列车运行控制领域，具体涉及一种在二维电子地图上进行列车定位的方法。
背景技术
列车定位是列车运行控制***的关键技术，高精度的列车位置信息和准确的轨道占用信息对列车在区间内安全运行和车站内进行越行、交会或调车作业至关重要。传统的列车定位将卫星信号位置在一维轨段上进行投影，得到列车相对于轨道端点的平行偏移值，当列车在轨道网络上改变运行线路后，广泛采用应答器方式对列车进行位置转换，采用轨道电路的方式进行列车轨道占用检查，而这两种方式需要的大量地面设备带来了建设成本高、维护困难等问题。
卫星定位技术因其实时、高精度、全天候等特性得到了广泛的关注和应用。将卫星定位技术应用于列车定位领域，可以减少轨旁设备，降低列车安全运行的成本。然而在车站内轨道密集、间距较近的场景下，由于GNSS(全球导航卫星***)接收机本身的精度限制，以及车站自身及周边建筑物的遮挡对于卫星信号造成的不良影响，仅靠GNSS测量值在二维电子地图上选取最近的点来确定列车的位置，会出现列车定位在不同轨道区段间变化的情况，失去定位的可靠性和安全性。
为解决上述问题，本发明提出了一种在二维电子地图上实现列车定位的方法。在该方法中，列车定位采用的轨道电子地图为来自RMU(资源管理***)的二维电子地图，辅助车载设备了解线路信息，包括轨道地理信息数据和固定应用数据。在满足将接收机实时接收到的卫星信号进行解算和一维投影的基础上，对列车的运行状态进行判断，融合线路网络中具有链接关系的数据对象和RMU提供的MA(行车许可)范围内的线路信号，对实时的列车位置进行不断的监测和校正。
发明内容
在目前的技术中，存在有通过车站管辖边界和咽喉区等可能切换运行线路的复杂场景时，GNSS信号不稳定导致的定位误差问题，为解决上述问题，本发明提出一种可提升卫星导航定位的稳定性和精确性、为行车指挥和列车运行智能化管理提供可信的定位支撑的方法。
为实现上述目的，本发明在电子地图中引入道岔和管辖边界作为数据对象，通过数据对象的链接关系刻画复杂铁路站场的轨道区段，并基于地面RMU提供的线路状态和列车运行状态，推导列车前方运行的轨段及其定位的关键点。本发明提出了基于固定应用数据描述的轨道结构上，在预测轨段上进行一维投影，解决尤其通过车站管辖边界和咽喉区等可能切换运行线路的复杂场景时，GNSS信号不稳定导致的定位误差问题，提升卫星导航定位的稳定性和精确性，为行车指挥和列车运行智能化管理提供可信的定位支撑。
本发明方案为一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，包括以下步骤：S1、根据卫星导航、列车运行状况和所述二维电子地图，获取列车当前的数据对象、列车运行前方的数据对象以及根据所述列车当前的数据对象和列车运行前方的数据对象得到的原数据对象链路；S2、根据所述列车运行前方的数据对象的不同类型，更新所述原数据对象链路，得到新数据对象链路；S3、根据所述新数据对象链路和列车的运行状况，对实时列车定位的结果进行监测和校正，得到最终列车定位；S4、输出所述最终列车定位。
优选的，该方法在列车的接收机接收到的卫星导航信号良好且列车的车载***由RMU获得的二维电子地图可用的情况下使用。
优选的，步骤S1进一步的包含以下步骤：
S11、将列车实时接收的卫星导航信号中的数据融合计算，在轨道电子地图上进行投影获得列车当前位置；
S12、根据列车的运行状况，初始化列车运行方向；
S13、基于所述列车当前位置，在二维电子地图的固定应用数据中进行查找，得到列车当前位置对应的数据对象；
S14、基于所述列车当前位置对应的数据对象，沿所述列车运行方向，在所述二维电子地图的固定应用数据中搜索列车运行前方的数据对象，并形成原数据对象链路。
优选的，所述步骤S2进一步的包含以下步骤：
S21、当列车运行前方的数据对象为道岔时，根据RMU可得到该道岔的状态，如果经过该道岔，列车运行前方的轨道线路发生变化，则搜索变化后的新轨道上数据对象对应的固定应用数据链接关系，将新轨道对应的该些数据对象放入所述原数据对象链路中，得到第一新数据对象链路；
S22、当列车运行前方的数据对象为管辖边界时，搜索越过管辖边界后的下一车站上的数据对象对应的固定应用数据链接关系，将下一车站对应的该些数据对象加入所述原数据对象链路中，得到第二新数据对象链路。
优选的，若列车的原数据对象链路被更新为新数据对象链路，所述新数据对象链路为第一新数据对象链路或者第二新数据对象链路。
优选的，所述列车运行前方的道岔必须在列车MA范围内，才能根据所述道岔状态更新所述原数据对象链路。
优选的，所述第一新数据对象链路和第二新数据链路中处于列车MA范围内的数据对象才能参与形成新数据对象链路。
优选的，所述步骤S3进一步的包含以下步骤：
S31、根据所述列车当前位置获取列车当前的一维位置；
S32、取出所述原数据对象链路中的第一个数据对象，作为参考数据对象；
S33、比较所述参考数据对象的长度范围和所述列车当前一维位置，确定最终列车定位。
优选的，所述列车一维位置包括列车所在的车站号、轨道号和轨道偏移量。
优选的，所述步骤S33包括以下步骤：
S331、如果所述列车当前一维位置在参考数据对象的长度范围内，则所述列车当前一维位置为最终列车定位；
S332、如果所述列车当前一维位置不在参考数据对象的长度范围内，则更新列车的位置以获得最终列车定位。
优选的，所述步骤S332具体包含以下步骤：
S3321、按照列车运行顺序，在所述新数据对象链路中取出列车运行前方的下一个数据对象，作为新的参考数据对象；
S3322、基于所述新的参考数据对象，更新所述列车的一维位置作为最终列车定位。
优选的，所述步骤S3322具体为：将列车的所在车站号和轨道号分别更新为所述新的参考数据对象所在的车站号和轨道号；计算新轨道偏移量，所述新轨道偏移量＝新参考数据对象边界值+原轨道偏移量-原参考数据对象边界值。
优选的，所述参考数据对象边界值为该参考数据的沿列车前进方向的边界定位。
优选的，步骤S4具体为：若列车位置不需更新，则输出根据卫星导航数据投影获取的列车当前的一维位置，作为最终列车定位；若列车位置需要更新，则输出所述新参考数据对象对应的车站号和轨道号、以及计算得到的所述新轨道偏移量，作为最终列车定位。
综上所述，相比于目前的技术，本发明具有以下优点：
(1)在不改变原有卫星导航列车一维定位工作模式的前提下，增加对线路上固定的关键点的描述，提供车载设备运行的基础数据；
(2)将列车运行状态和电子地图要素点信息相融合，对传统一维列车定位结果进行实时的监测和修正，实现二维定位效果，达到利用卫星导航信号的车载设备的主动定位、精确定位；
(3)利用关键点的链接信息，给出了一种以二维电子地图数据对象为基本要素，刻画轨道区段拓扑结构的描述方法。
附图说明
图1为本发明一种在二维电子地图上实现列车定位的方法的流程图；
图2为一种列车轨道的示意图；
图3为基于图1得到的使用二维电子地图的固定应用数据表示的数据对象链路图；
图4为本发明一种在二维电子地图上实现列车定位的方法的步骤S1和S2的流程图；
图5为本发明一种在二维电子地图上实现列车定位的方法的步骤S3和S4的流程图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的图1～图5，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，在列车接收机接收到的卫星导航信号良好且列车车载***由RMU获得的二维电子地图可用的情况下使用，如图1所示，包括以下步骤：
S1、根据卫星导航、列车运行状况和所述二维电子地图，获取列车当前的数据对象和列车运行前方的数据对象，以及基于所述列车当前数据对象和列车运行前方的数据对象得到原数据对象链路；
如图2所示为列车轨道结构示意图，其上展示了列车的常见数据对象，包括管辖边界(如图2中的BOS1和BOS2)、虚拟应答器组(如图2中的XQ1和XQ2)、实体应答器组(如图2中的B1、B2等)和道岔(如图2中的SW1、SW2等)等数据。
用二维电子地图的固定应用数据描述图2中的数据对象，可得到如图3所示的数据对象链路图。
基于所述卫星导航、列车运行状况和二维电子地图，可获取列车的当前数据对象、运行前方的数据对象以及原数据对象链路，如图4所示，包括以下步骤：
S11、将列车实时接收的卫星导航信号中的数据融合计算，在轨道电子地图上进行投影，获得列车当前位置；
根据列车的接收机接收到的卫星导航信号以及轨道电子地图，可得到列车映射在轨道上的当前位置。
所述轨道电子地图和所述二维电子地图的固定应用数据均属于列车的线路信息，该列车线路信息根据RMU和列车车载设备获得。
S12、根据列车的运行状况，初始化列车的运行方向；
S13、基于所述列车当前位置，在二维电子地图的固定应用数据中进行查找，得到列车当前位置对应的数据对象；
S14、基于S13中得到的列车当前位置对应的数据对象，沿S12中所述列车的运行方向，在所述二维电子地图的固定应用数据中搜索列车运行前方的数据对象，将所述列车当前位置对应的数据对象和搜索得到的列车运行前方的数据对象连接，形成原数据对象链路。
S2、根据列车运行前方的数据对象的不同类型，更新数据对象链路；
对于列车定位造成影响的数据对象类型包括道岔和管辖边界：当列车遇到道岔时，表明列车有切换运行线路的可能；当列车遇到管辖边界时，表明列车运行至车站的边缘，继续前行则进入下一车站的范围。上述两种情况均需要更新列车的定位范围，但列车在运行时，任一时刻里，只会遇到上述两种情况中的至多一种。
S21、当列车运行前方的数据对象为道岔时，根据RMU可得到该道岔的状态，如果经过该道岔，列车运行前方的轨道线路发生变化，则搜索变化后的新轨道上数据对象对应的固定应用数据链接关系，将新轨道对应的该些数据对象放入所述原数据对象链路中，得到第一新数据对象链路；
S22、当列车运行前方的数据对象为管辖边界时，搜索越过管辖边界后的下一车站上的数据对象对应的固定应用数据链接关系，将下一车站对应的该些数据对象加入所述原数据对象链路中，得到第二新数据对象链路。
由于列车在运行时，只会遇到上述两种情况中的至多一种，所以在某一时刻，若列车的原数据对象链路更新为新数据对象链路，那么该新数据对象链路为第一新数据对象链路或者第二新数据对象链路。
其中列车运行前方的道岔必须在列车MA(行车许可)范围内，才能根据所述道岔状态更新所述原数据对象链路；所述第一新数据对象链路和第二新数据链路中处于列车MA范围内的数据对象才能参与形成新数据对象链路。
S3、如图5所示，根据所述新数据对象链路和列车的运行状态，对实时列车定位的结果进行监测和校正，得到最终列车定位；
S31、根据卫星导航数据投影获取列车当前的一维位置；
根据步骤S11中的卫星导航数据进行投影得到的所述列车当前位置，获得列车映射在轨道上的一维位置，所述列车一维位置包括列车所在的车站号、轨道号和轨道偏移量。
将卫星导航数据在轨道电子地图的轨道上进行投影，可得到列车相对于该轨道端点的平行偏移量，该相对于轨道端点的平行偏移量即为所述轨道偏移量。
S32、取出所述原数据对象链路(或新数据对象链路)中的第一个数据对象，作为参考数据对象；
其中，所述原数据对象链路和新数据对象链路中的第一个数据对象，均为列车当前位置对应的数据对象。
S33、比较所述参考数据对象的长度范围和所述列车当前一维位置，判断所述列车当前一维位置是否可当作最终列车定位；
S331、如果所述列车当前一维位置在参考数据对象的长度范围内，则所述列车当前一维位置可作为最终列车定位；
S332、如果所述列车当前一维位置不在参考数据对象的长度范围内，则更新列车的位置以获得最终列车定位；
如果所述列车当前一维位置不在参考数据对象的长度范围内，由于卫星导航数据投影定位相对列车实际运行位置有误差，此时列车可能已不在原数据对象链路内，因此需要修正列车的位置，所述修正列车位置的步骤如下：
S3321、按照列车运行顺序，在所述新数据对象链路中取出列车运行前方的下一个数据对象，作为新的参考数据对象；
S3322、基于所述新的参考数据对象，更新所述列车的一维位置作为最终列车定位；
将列车的所在车站号和轨道号分别更新为所述新的参考数据对象所在的车站号和轨道号；计算新轨道偏移量，所述新轨道偏移量＝(新参考数据对象边界值+原轨道偏移量-原参考数据对象边界值)。
上式中所述原轨道偏离量为根据所述卫星导航数据得到的列车当前一维位置的轨道偏移量；由于数据对象的定位存在一定的长度范围，所述参考数据对象边界值指的是该参考数据的沿列车前进方向的边界定位。
具体的，假设新的参考数据对象的定位范围为A1～A2，列车行驶先经过A1，再经过A2，则沿列车前进方向的边界定位为A2；原本的参考数据对象的定位范围为B1～B2，列车行驶先经过B1，再经过B2，则沿列车前进方向的边界定位为B2；所述新轨道偏移量＝A2+原轨道偏移量-B2。
S4、输出最终列车定位；
若列车位置不需更新，则输出根据卫星导航数据投影获取的列车当前的一维位置；若列车位置需要更新，则输出所述新参考数据对象对应的车站号和轨道号，以及计算得到的所述新轨道偏移量。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据卫星导航、列车运行状况和所述二维电子地图，获取列车当前的数据对象、列车运行前方的数据对象以及基于所述列车当前的数据对象和列车运行前方的数据对象的原数据对象链路；
S2、根据所述列车运行前方的数据对象的不同类型，更新所述原数据对象链路，得到新数据对象链路；
S3、根据所述新数据对象链路和列车的运行状况，对实时列车定位的结果进行监测和校正，确定最终列车定位；
S4、输出所述最终列车定位。
2.如权利要求1所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，该方法在列车的接收机接收到的卫星导航信号良好且列车的车载***由RMU获得的二维电子地图可用的情况下使用。
3.如权利要求2所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，步骤S1进一步的包含以下步骤：
S11、将列车实时接收的卫星导航信号中的数据融合计算，在轨道电子地图上进行投影获得列车当前位置；
S12、根据列车的运行状况，初始化列车运行方向；
S13、基于所述列车当前位置，在二维电子地图的固定应用数据中进行查找，得到列车当前位置对应的数据对象；
S14、基于所述列车当前位置对应的数据对象，沿所述列车运行方向，在所述二维电子地图的固定应用数据中搜索列车运行前方的数据对象，并形成原数据对象链路。
4.如权利要求1所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步的包含以下步骤：
S21、当列车运行前方的数据对象为道岔时，根据RMU可得到该道岔的状态，如果经过该道岔，列车运行前方的轨道线路发生变化，则搜索变化后的新轨道上数据对象对应的固定应用数据链接关系，将新轨道对应的该些数据对象放入所述原数据对象链路中，得到第一新数据对象链路；
S22、当列车运行前方的数据对象为管辖边界时，搜索越过管辖边界后的下一车站上的数据对象对应的固定应用数据链接关系，将下一车站对应的该些数据对象加入所述原数据对象链路中，得到第二新数据对象链路。
5.如权利要求4所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，若列车的原数据对象链路被更新为新数据对象链路，该新数据对象链路为第一新数据对象链路或者第二新数据对象链路。
6.如权利要求5所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述列车运行前方的道岔必须在列车MA范围内，才能根据所述道岔状态更新所述原数据对象链路。
7.如权利要求5所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述第一新数据对象链路和第二新数据链路中处于列车MA范围内的数据对象才能参与形成新数据对象链路。
8.如权利要求3所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步的包含以下步骤：
S31、根据所述列车当前位置获取列车当前的一维位置；
S32、取出所述原数据对象链路中的第一个数据对象，作为参考数据对象；
S33、比较所述参考数据对象的长度范围和所述列车当前一维位置，确定最终列车定位。
9.如权利要求8所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述列车一维位置包括列车所在的车站号、轨道号和轨道偏移量。
10.如权利要求9所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述步骤S33包括以下步骤：
S331、如果所述列车当前一维位置在参考数据对象的长度范围内，则所述列车当前一维位置为最终列车定位；
S332、如果所述列车当前一维位置不在参考数据对象的长度范围内，则更新列车的位置以获得最终列车定位。
11.如权利要求10所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述步骤S332具体包含以下步骤：
S3321、按照列车运行顺序，在所述新数据对象链路中取出列车运行前方的下一个数据对象，作为新的参考数据对象；
S3322、基于所述新的参考数据对象，更新所述列车的一维位置作为最终列车定位。
12.如权利要求11所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述步骤S3322具体为：将列车的所在车站号和轨道号分别更新为所述新的参考数据对象所在的车站号和轨道号；计算新轨道偏移量，所述新轨道偏移量＝新参考数据对象边界值+原轨道偏移量-原参考数据对象边界值。
13.如权利要求12所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，所述参考数据对象边界值指的是该参考数据的沿列车前进方向的边界定位。
14.如权利要求12所述的一种在二维电子地图上实现列车定位的方法，其特征在于，步骤S4具体为：若列车位置不需更新，则输出根据卫星导航数据投影获取的列车当前的一维位置，作为最终列车定位；若列车位置需要更新，则输出所述新参考数据对象对应的车站号和轨道号、以及计算得到的所述新轨道偏移量，作为最终列车定位。
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