RU2569487C1 - Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде - Google Patents
Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569487C1 RU2569487C1 RU2014137838/28A RU2014137838A RU2569487C1 RU 2569487 C1 RU2569487 C1 RU 2569487C1 RU 2014137838/28 A RU2014137838/28 A RU 2014137838/28A RU 2014137838 A RU2014137838 A RU 2014137838A RU 2569487 C1 RU2569487 C1 RU 2569487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- ellipsoid
- meter
- global
- navigation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение, например, в системах навигации и управления подвижных объектов (ПО) наземного транспорта при формировании геометрии траектории движения ПО. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого обеспечивают единство измерений на протяжении всех магистралей движения ПО: устанавливают единую, не дающую искажений углов и расстояний систему ортогональных координат непосредственно на эллипсоиде за счет применения плоских метрических графов малой длины, что сохраняет единство глобальных координат без применения каких-либо картографических проекций. При этом определяют глобальные трехмерные координаты оси пути ПО измерительно-вычислительным комплексом с интервалом 1 м, получая линейные метровые метрические графы, совпадающие с метровыми векторами или линейными метровыми сплайнами, представляющими собой непрерывные функции. 2 ил.
Description
Изобретение относится к навигации и управлению подвижных объектов наземного транспорта и содержанию геометрии его траектории движения.
В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах (СРНС) типа ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и др. Железнодорожный транспорт имеет особенность перед другими видами транспорта, состоящую в том, что траектория движения подвижных объектов (ПО) его зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП). Патент РФ на изобретение №2287187, 2005 г. Авторы: С.И. Матвеев, В.М. Круглов, А.С. Матвеев и др. «Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления».
Под ЭКМП понимают метризованные эталонные функции (модели), представленные в виде равномерных (например, метровых) точечных шкал, условно фиксирующих положение рабочих граней левого и правого рельсов и оси пути в трехмерной ортогональной системе координат с точностью, необходимой для диагностики геометрических параметров пути, что позволяет выполнять калибровку и самокалибровку датчиков угловых и линейных измерений навигационных систем и самонастройку их по эталонной модели.
Этот способ координирования пути является наиболее близким по технической сущности. Он и взят за прототип.
Прототип не обеспечивает точного определения непрерывной эталонной координатной модели на всем протяжении железнодорожных магистралей, т.е. не удовлетворяет основному принципу метрологии - обеспечению единства измерений и требованию Постановления Правительства от 28 декабря 2012 г. «О единых государственных системах координат» в прямоугольной СК-95/11 и эллипсоидальной B, L, H/11 формах (рис. 1).
Ни прямоугольная, ни эллипсоидальная форма неудобны для использования в транспортно-строительном комплексе ни для навигации, ни для проектирования, ни для строительства инженерных сооружений. Технический результат заявляемого объекта состоит в создании траектории движения впервые на всем протяжении железнодорожных магистралей для обеспечения самокалибровки и самонастройки навигационных систем локомотивов, диагностических и выправочных комплексов в единой системе прямоугольных координат. Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для обеспечения единства измерений на протяжении всех магистралей устанавливают единую, не дающую искажений углов и расстояний систему ортогональных координат непосредственно на эллипсоиде, за счет применения плоских метрических графов малой длины (Б.А. Левин, С.И. Матвеев, И.Н. Розенберг Теория адаптивных систем навигации и управления движением железнодорожного транспорта на основе глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и навигационных функций. М.: ВИНИТИ РАН, 2014, 110 с.), что сохраняет единство глобальных координат (впервые) без применения каких-либо картографических проекций. Для этого вначале определяют глобальные трехмерные координаты оси пути, измерительно-вычислительным комплексом, подобным указанному на рис. 1, с интервалом 1 м, получая линейные метровые метрические графы, совпадающие с метровыми векторами или линейными метровыми сплайнами, представляющими собой непрерывные функции.
АИВК состоит из спутникового двухчастотного ГЛОНАСС/GPS приемника (ровера) 1, бесплатформенной инерциальной системы (БИНС), которые эффективно изготавливать из микроэлектронных механических систем (МЭМС), широко используемых в телекоммуникационных устройствах 2, датчиков пути и ширины колеи 3, контроллера для синхронной записи показаний этих измерительных устройств по часам ровера 4 и персонального компьютера 5, устанавливаемом на любом ПО (например, на миниатюрной путеизмерительной тележке ПТ-10 фирмы «Твема») и системы временных базовых станций из спутниковых приемников того же типа, что и ровер, установленных вдоль железнодорожной магистрали через 20-50 км друг от друга.
АИВК и связанный с ним алгоритмический и программный комплекс представляют собой интегрированную специализированную систему для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути.
АИВК этого типа являются универсальными кибернетическими системами. Они могут устанавливаться на путеизмерительные комплексы ЦНИИ-4, КВЛП, выправочные комплексы и другие, им подобные, для того, чтобы создавать эталонные координатные модели пути. Эти модели являются готовым исходным материалом для проведения выправки пути в плане и профиле при достижении требуемой точности измерений. Однако при создании высокоскоростных железнодорожных направлений ЭКМП следует создавать с размещением АИВК на путеизмерительных тележках.
Полученные ЭКМП используют в способе спутниковой навигации подвижных объектов (ПО) железнодорожного транспорта как известные навигационные функции.
В известных способах спутниковой навигации координаты ПО определяют линейной засечкой от 4 и более спутников и отображают положение ПО на цифровой навигационной карте. В них не обеспечивают обратной связи координат ПО с известной траекторией движения.
Технический результат заявляемого объекта состоит в определении координат путем линейной засечки ПО, перемещающегося по известной навигационной функции даже при отсутствии спутниковых сигналов.
Важным результатом предлагаемого изобретения следует считать разработку геоинформационной технологии создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути, включающей следующие основные составляющие:
1. Временную ДП ГНСС и трехмерную составную системы координат железнодорожной магистрали.
2. Адаптивный измерительно-вычислительный комплекс (АИВК) для создания ЭКМП на основе комплексирования инерциальных и спутниковых измерений.
3. Адаптивный алгоритм стохастической фильтрации комплексированных измерений, основанный на рекуррентной обработке поступающих инерциальных и спутниковых измерений, приводимых к равноточному виду, и последующее их решение методом плоских ортогональных вращений Гивенса.
4. Адаптивную систему определения эталонных координатных моделей железнодорожного пути
Геоинформационная технология является важным компонентом предлагаемого изобретения, которое иллюстрируется чертежом, где на рис. 2 приведена блок схема этой технологии.
Приведенная геоинформационная технология создания эталонных координатных моделей пути включает адаптивный измерительно-вычислительный комплекс (АИВК) и адаптивный алгоритм стохастической фильтрации (ААСФ), в которых самонастройка (адаптация) осуществляется адаптивными алгоритмами контроллера и персонального компьютера. Придание алгоритмам свойств самонастройки (адаптации) существенно расширяет возможности измерительных и навигационных систем. Как видно из рис. 2, представленная геоинформационная технология содержит три контура самонастройки и потому сама может быть отнесена к классу адаптивных геоинформационных технологий.
Поскольку полученные в результате принятой технологии координаты фиксируют метровые векторы оси пути, их логично представлять координатами концов этих векторов.
Далее авторы переходят от ЭКМП к существу изобретения - совершенно новой (ранее неизвестной) системе трехмерных прямоугольных координат, впервые полученной без использования каких-либо картографических проекций. Для этого предлагаем вычислять координаты х, y и z каждого метрового вектора непосредственно на эллипсоиде, для чего воспользуемся техникой вычисления топоцентрических координат (С.И. Матвеев, В.А. Коугия. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигация железнодорожного транспорта. М.: Маршрут, 2005, 290 с.), вычисляя приращения координат Δxi+1, Δyi+1, Δzi+1 между концами каждого вектора по формуле:
или, переходя к строчной записи для приращений Δxi+1, Δyi+1, Δzi+1, будем иметь
Поскольку все вычисления проходят на эллипсоиде очень короткими отрезками длиной 1 м, то приращения координат, вычисленные по формуле (2), не подвержены искажениям за кривизну эллипсоида, и мы получаем новую прямоугольную систему координат, вычисляя координаты xi+1, yi+1 и zi+1 концов каждого вектора по рекуррентным формулам
Достоинством способа является полная независимость вычисления координат в любом районе железнодорожной сети. Так, для любого железнодорожного пути с номером j, состоящего из к метровых интервалов, формулы (3) остаются справедливыми.
Полученные по формулам (2) и (3) эталонные координатные модели траекторий движения могут быть названы навигационными функциями. Они являются новым классом непрерывных опорных геодезических сетей специального назначения и могут эффективно использоваться взамен создаваемых на скоростных магистралях реперных систем контроля плана и профиля пути.
На их основе могут быть созданы стратегически безопасные автономные самокалибрующиеся и самонастраивающиеся по навигационным функциям навигационные системы железнодорожного транспорта без использования спутниковых технологий (технологий двойного назначения), что особенно важно в современных политических условиях.
Используя патент РФ на изобретение №2287187 2005 г. (авторы: С.И. Матвеев, В.М. Круглов, А.С. Матвеев и др. «Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления») и теорию метрических графов (С.И. Матвеев, В.А. Коугия. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигация железнодорожного транспорта. М.: Маршрут, 2005, 290 с.), созданы:
1. Новая система единых трехмерных глобальных координат, подтвержденная формулами (2) и (3), пригодная для создания единых прямоугольных глобальных координат для всех видов транспорта и транспортно-строительного комплекса в целом;
2. Абсолютно безопасная система навигации всех видов транспорта, не требующая в процессе движения ПО наличия спутниковых сигналов.
3. Новый способ создания единой безошибочной системы пикетажа, освобождающей железнодорожников от нарушающих целостность системы железных дорог, так называемых «резаных» пикетов и километров.
4. Важнейшим моментом предложенной системы координат является связанный с ней синергетический эффект. Производитель работ сможет выбрать начальный участок линейного объекта длиной не более 5 км и выполнит на нем все необходимые проектно-изыскательские работы, используя в качестве исходных координаты точек этого участка. Затем он сместится вдоль участка вперед также не более чем на 5 км, и т.д. Синергетический эффект состоит в сохранности единой глобальной системы координат и подобии плоских геометрических фигур. То есть при скольжении вдоль участка мы всегда получаем план текущей части участка. Это удивительное свойство позволяет отказаться от метода картографического проектирования в принципе. Этот способ абсолютно соответствует требованиям Постановления Правительства.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2287187, 2005 г. Авторы: С.И. Матвеев, В.М. Круглов, А.С. Матвеев и др. «Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления».
2. С.И. Матвеев, В.А. Коугия. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигация железнодорожного транспорта. М.: Маршрут, 2005, 290 с.
3. Б.А. Левин, С.И. Матвеев, И.Н. Розенберг. Теория адаптивных систем навигации и управления движением железнодорожного транспорта на основе глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и навигационных функций. М.: ВИНИТИ РАН, 2014, 110 с.
Claims (1)
- Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трехмерных координат непосредственно на эллипсоиде, осуществляемый путем определения эталонной координатной модели пути (ЭКМП), отличающийся тем, что для обеспечения единства измерений на протяжении всех магистралей устанавливают единую, не дающую искажений углов и расстояний систему ортогональных координат непосредственно на эллипсоиде, за счет применения плоских метрических графов малой длины, для этого сначала определяют глобальные трехмерные координаты оси пути измерительно-вычислительным комплексом с интервалом 1 м, получая линейные метровые метрические графы, совпадающие с метровыми векторами или линейными метровыми сплайнами, представляющими собой непрерывные функции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137838/28A RU2569487C1 (ru) | 2014-09-19 | 2014-09-19 | Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137838/28A RU2569487C1 (ru) | 2014-09-19 | 2014-09-19 | Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569487C1 true RU2569487C1 (ru) | 2015-11-27 |
Family
ID=54753503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014137838/28A RU2569487C1 (ru) | 2014-09-19 | 2014-09-19 | Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569487C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109307512A (zh) * | 2017-07-27 | 2019-02-05 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种车辆定位方法、装置及设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2261302C2 (ru) * | 2003-04-17 | 2005-09-27 | Сибирский государственный университет путей сообщения | Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления |
RU2287187C1 (ru) * | 2005-04-06 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления |
RU2437090C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
-
2014
- 2014-09-19 RU RU2014137838/28A patent/RU2569487C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2261302C2 (ru) * | 2003-04-17 | 2005-09-27 | Сибирский государственный университет путей сообщения | Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления |
RU2287187C1 (ru) * | 2005-04-06 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления |
RU2437090C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ЛЕВИН Б.А., МАТВЕЕВ С.И., РОЗЕНБЕРГ И.Н. Теория адаптивных систем навигации и управления движением железнодорожного транспорта на основе глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и навигационных функций. М.: ВИНИТИ РАН, 2014, 110 с. * |
МАТВЕЕВ С.И., КОУГИЯ В.А., ЦВЕТКОВ В.Я. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте. - М.: УМК МПС России, 2002. - С.288. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109307512A (zh) * | 2017-07-27 | 2019-02-05 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种车辆定位方法、装置及设备 |
CN109307512B (zh) * | 2017-07-27 | 2021-05-14 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种车辆定位方法、装置及设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111007530B (zh) | 激光点云数据处理方法、装置及*** | |
Chen et al. | Railway track irregularity measuring by GNSS/INS integration | |
Wen et al. | 3D LiDAR aided GNSS NLOS mitigation in urban canyons | |
JP6060642B2 (ja) | 自己位置推定装置 | |
Shen et al. | A DSRC Doppler/IMU/GNSS tightly-coupled cooperative positioning method for relative positioning in VANETs | |
CN104075711B (zh) | 一种基于CKF的IMU/Wi‑Fi信号紧组合室内导航方法 | |
CN103293512A (zh) | 使用本地波传播模型定位 | |
US20110153266A1 (en) | Augmented vehicle location system | |
Merry et al. | Comparison of opportunistic signals for localisation | |
JP2015004678A (ja) | 高反射環境における乗り物の位置決め | |
CN110803200B (zh) | 一种基于cpiii控制点的轨道里程定位方法及装置 | |
JP5636410B2 (ja) | 移動情報判定装置、受信機、及びそれについての方法 | |
JP2018009959A (ja) | 衛星測位システム及び衛星測位方法 | |
Akpınar et al. | Railway track geometry determination using adaptive Kalman filtering model | |
KR101764222B1 (ko) | 고정밀 측위 시스템 및 방법 | |
JP2024016253A (ja) | 位置計測装置、位置計測方法、及びプログラム | |
WO2018008627A1 (ja) | 衛星測位システム及び衛星測位方法 | |
RU2569487C1 (ru) | Способ адаптивного формирования единой глобальной системы трёхмерных координат непосредственно на эллипсоиде | |
Zhang et al. | Carrier-phase-based initial heading alignment for land vehicular MEMS GNSS/INS navigation system | |
RU2580436C2 (ru) | Способ адаптивного формирования единой системы траекторий движения железных дорог россии по глобальным координатам в новой трехмерной прямоугольной системе координат непосредственно на эллипсоиде | |
RU2287187C1 (ru) | Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления | |
JP2008175683A (ja) | センサのバイアス誤差推定装置 | |
RU2539131C1 (ru) | Бесплатформенная интегрированная навигационная система средней точности для мобильного наземного объекта | |
CN105759292B (zh) | 一种差分gps与机器人的相对位置参数标定方法及*** | |
JP6507902B2 (ja) | 無線測位用マップ生成システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160920 |