阅读说明：本技术 一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法及系统 (Method and system for improving positioning accuracy and effectiveness of train at bent rail ) 是由 郭军强 张�浩 李莹莹 焦名 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法,所述方法包括以下步骤：获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度；根据所述弧线长度与线段长度的差值决定是否添加新的卫星参考点；根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法；基于所述垂线匹配算法的结果决定所述卫星定位点映射的位置。本发明通过对现有电子地图和垂线匹配算法进行扩展,针对电子地图增加一定数量的卫星参考点,并对垂线匹配算法进行优化,以提高列车卫星定位的精确度和有效性。(The invention discloses a method for improving the positioning accuracy and effectiveness of a train at a bent rail, which comprises the following steps: acquiring the arc length and the line length between two adjacent satellite reference points at the curved orbit in the electronic map; determining whether a new satellite reference point is added or not according to the difference value between the arc length and the line length; performing a vertical line matching algorithm according to the satellite positioning point and the satellite reference point; and determining the position mapped by the satellite positioning point based on the result of the vertical line matching algorithm. The invention expands the existing electronic map and the vertical line matching algorithm, increases a certain number of satellite reference points for the electronic map, and optimizes the vertical line matching algorithm so as to improve the accuracy and the effectiveness of the train satellite positioning.)

一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法及系统。

背景技术

基于卫星导航系统进行列车定位是下一代列车控制系统的重要实现技术之一。列车应需实时计算列车运行速度、距离与运行方向，向基于LRBG(Last Relevant BaliseGroup，最近相关应答器组)的地面设备报告列车位置。

在列车卫星定位过程中，卫星定位点大部分位置(其经纬度)不在列车轨道上，需要将卫星定位点映射到列车轨道上，也即：将卫星定位点匹配到列车电子地图上的某个位置。

现有技术方案主要是基于电子地图使用垂线匹配算法，其原理主要是将卫星定位点与电子地图上配置的相邻两个卫星参考点连线进行垂线匹配运算，记录垂点(即：卫星定位点在电子地图上的匹配点)距离第一个卫星参考点之间的长度，确定列车在电子地图上的具体运行位置。

垂线匹配算法在弯轨处面临着定位精确度和有效性问题，一种解决方法是在直轨处仍然采用垂线匹配算法，而在弯轨处则采用最近匹配算法，将电子地图上离卫星定位点最近的卫星参考点作为匹配点。这种处理方法虽然简单高效，但是却需要大量增加电子地图上卫星参考点的数量，增加了工作量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法，所述方法包括以下步骤：

获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度；

根据所述弧线长度与线段长度的差值决定是否添加新的卫星参考点；

根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法；

基于所述垂线匹配算法的结果决定所述卫星定位点映射的位置。

进一步地，所述根据所述弧线长度与线段长度的差值决定是否添加新的卫星参考点具体为：

判断所述弧线长度与线段长度的差值是否大于第一阈值，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若所述弧线长度与线段长度的差值大于第一阈值，则在所述相邻两个卫星参考点之间再加入一个新的卫星参考点，返回所述获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度；

若所述弧线长度与线段长度的差值不大于第一阈值，则执行下一步骤。

进一步地，所述根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法包括以下步骤：

过所述卫星定位点做所述相邻两个卫星参考点连线的垂线；

判断垂足是否在所述相邻两个卫星参考点连线上，判断结果包括：

若垂足在所述相邻两个卫星参考点连线上，则垂线匹配成功；

若垂足不在所述相邻两个卫星参考点连线上，则垂线匹配失败。

进一步地，所述基于所述垂线匹配算法的结果决定所述卫星定位点映射的位置包括：

若垂线匹配成功，则将所述卫星定位点映射到垂足；

若垂线匹配失败，则判断所述卫星定位点的位置。

进一步地，所述卫星定位点的位置包括：

所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近；

所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近。

进一步地，若所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近，则将所述卫星定位点映射到所述最近的卫星参考点上，定位成功；

若所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近，则定位失败。

进一步地，通过以下步骤判断所述卫星定位点的位置：

做所述相邻两个卫星参考点连线的延长线；

过所述卫星定位点做所述延长线的垂线；

根据垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离确定所述卫星定位点的位置。

进一步地，所述根据垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离确定所述卫星定位点的位置具体为：

若垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离大于第二阈值，则所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近；

若垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离不大于第二阈值，则所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近。

进一步地，所述第二阈值是根据当前弯轨的弧度和垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值设定，具体为：

Lt＝Ls*cos(α)

其中，Lt为第二阈值，Ls为垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值，α为当前弯轨的弧度。

进一步地，所述垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值是取全球卫星定位系统下卫星定位经纬度标准差的最大值。

一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的系统，所述系统包括：

获取单元，用于获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度；

第一判断单元，用于根据所述弧线长度与线段长度的差值判断是否添加新的卫星参考点；

第一处理单元，用于根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法；

映射单元，用于根据所述垂线匹配算法的结果确定所述卫星定位点映射的位置。

进一步地，所述系统还包括：

新增单元，用于添加新的卫星参考点；

第二判断单元，用于判断垂线匹配算法是否成功；

第二处理单元，用于根据所述相邻两个卫星参考点连线的延长线和所述卫星定位点进行垂线匹配算法；

第三判断单元，用于判断所述卫星定位点的位置。

本发明通过对现有电子地图和垂线匹配算法进行扩展，针对电子地图增加一定数量的卫星参考点，并对垂线匹配算法进行优化，以提高列车卫星定位的精确度和有效性。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据现有技术的直轨处垂线匹配算法示意图；

图2示出了根据现有技术的弯轨处垂线匹配算法示意图；

图3示出了根据现有技术的垂线匹配算法在弯轨处无效示意图；

图4示出了根据现有技术的垂线匹配算法在弯轨处有效示意图；

图5示出了本发明实施例的提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法流程示意图；

图6示出了本发明实施例的弯轨处增加卫星参考点示意图；

图7示出了本发明实施例的垂线匹配改进算法示意图；

图8示出了本发明实施例的提高弯轨处列车定位精确度和有效性的系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在列车卫星定位时，现有技术方案主要是基于电子地图使用垂线匹配算法，而使用垂线匹配算法又分为两种情况，包括直轨条件下使用垂线匹配算法和弯轨条件下使用垂线匹配算法。具体的：

当处于直轨条件下，图1示出了根据现有技术的直轨处垂线匹配算法示意图，如图1所示，N1、N2为电子地图中配置的卫星参考点，其中卫星参考点位于轨道上，M为卫星定位点，P为垂足，垂足点P即为列车在电子地图中的运行位置，N1与N2的连线与直轨重合，因此过M点做N1点与N2点连线的垂线，垂足P在直轨上，即卫星定位点M刚好映射在直轨上，垂线匹配算法不会引入卫星定位误差。

当处于弯轨条件下，图2示出了根据现有技术的弯轨处垂线匹配算法示意图，如图2所示，N1、N2为电子地图中配置的卫星参考点，其中卫星参考点位于轨道上，M为卫星定位点，P为垂足，N1与N2的连线与弯轨不重合。过M点做N1点与N2点连线的垂线，垂足P在N1点与N2点连线上，但垂足P不在弯轨上。采用垂线匹配算法计算出的位置与理论位置不符，引入卫星定位误差，并且轨道弧度越大，误差越大；相邻卫星参考点距离越远，累计误差越大。

除此之外，在弯轨处，采用垂线匹配算法，还存在将有效的卫星定位点定位失败的情况，如图3所示。图3中，N1、N2、N3为电子地图中配置的相邻卫星参考点，M为列车卫星定位点。当M点刚好在线段N1 N2的垂线N2 N4和线段N2 N3的垂线N2 N5之间时，采用垂线匹配算法会导致卫星定位失败，并且轨道弧度越大，有效性越低。

针对上述列车卫星定位的精确度和有效性需求，本发明提供了一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的方法，本发明方法对现有的垂线匹配算法进行了改进，如图5所示，所述方法包括以下步骤：

步骤一：获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度；

示例性的，以图2为例，N1、N2为电子地图中配置的卫星参考点，获取弧线N1 N2和线段N1 N2的长度，弧线N1 N2的长度即为弯轨的长度。

步骤二：根据所述弧线长度与线段长度的差值决定是否添加新的卫星参考点；具体的，

判断所述弧线长度与线段长度的差值是否大于第一阈值，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若所述弧线长度与线段长度的差值大于第一阈值，则在所述相邻两个卫星参考点之间再加入一个新的卫星参考点，返回步骤一；

若所述弧线长度与线段长度的差值不大于第一阈值，则执行步骤三。

示例性的，以图2为例，第一阈值以St为例进行说明，其中阈值St是根据实际列车卫星定位精确度需求设定。判断弧线N1 N2和线段N1 N2的长度之差是否大于阈值St，判断如下：

若弧线N1 N2和线段N1 N2的长度之差大于阈值St，则在卫星参考点N1和卫星参考点N2之间添加一个新的卫星参考点。本实施例中，在卫星参考点N1和卫星参考点N2之间添加一个新的卫星参考点N3，如图6所示。返回步骤一，获取弧线N1 N3和线段N1 N3的长度、弧线N3 N2和线段N3 N2的长度，然后执行步骤二，分别判断弧线N1 N3和线段N1 N3的长度之差、弧线N3 N2和线段N3 N2的长度之差是否大于阈值St。若长度之差大于阈值St，则继续在相邻的两个卫星参考点之间添加一个新的卫星参考点，返回步骤一，重复操作。通过不断的对弯轨进行分割，根据轨道的弧度将弯轨由整体分割成多个部分，并且将每个部分弯轨的弧度控制在一定的范围，减小单个部分弯轨的弧度来降低定位误差，从而降低弯轨整体的定位误差，提高列车定位的精确度。

若弧线N1 N2和线段N1 N2的长度之差不大于阈值St，则执行步骤三。

本实施例中，需要说明的是，新的卫星参考点N3的位置优选弧线N1 N3和线段N1N3的长度之差等于阈值St的位置，后续需要增加的卫星参考点也遵循此位置选择方法，即卫星参考点最少原则。

步骤三：根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法；具体的，

1、过所述卫星定位点做所述相邻两个卫星参考点连线的垂线；

2、判断垂足是否在所述相邻两个卫星参考点连线上，判断结果包括：

若垂足在所述相邻两个卫星参考点连线上，则垂线匹配成功；

若垂足不在所述相邻两个卫星参考点连线上，则垂线匹配失败。

示例性的，以图3为例，线段N2 N4为卫星参考点N1和卫星参考点N2连线的垂线，线段N2 N5为卫星参考点N2和卫星参考点N3连线的垂线。由图3可知，卫星定位点M既不在线段N2 N4上，也不在线段N2 N5上，处于线段N2 N4与线段N2 N5之间，即过卫星定位点M无法做出卫星参考点N1和卫星参考点N2连线的垂线，也无法做出卫星参考点N2和卫星参考点N3连线的垂线，即垂足不在所述相邻两个卫星参考点连线上，因此垂线匹配失败。

示例性的，如图4所示，线段N2 N4为卫星参考点N1和卫星参考点N2连线的垂线，线段N2 N5为卫星参考点N2和卫星参考点N3连线的垂线。由图4可知，卫星定位点M处于线段N2N4一侧且不处于线段N2 N4与线段N2 N5之间，过卫星定位点M做卫星参考点N1和卫星参考点N2连线的垂线，垂足为P，垂足点P在所述相邻两个卫星参考点连线上，因此垂线匹配成功。

步骤四：基于所述垂线匹配算法的结果决定所述卫星定位点映射的位置。具体的，所述基于所述垂线匹配算法的结果决定所述卫星定位点映射的位置包括：

若垂线匹配成功，则将所述卫星定位点映射到垂足，即垂足为列车在电子地图中的运行位置；

若垂线匹配失败，则判断所述卫星定位点的位置。

其中，所述卫星定位点的位置包括：

所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近；

所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近。

若所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近，则将所述卫星定位点映射到所述最近的卫星参考点上，定位成功；

若所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近，则定位失败。

进一步地，通过以下步骤判断所述卫星定位点的位置：

1、做所述相邻两个卫星参考点连线的延长线；

2、过所述卫星定位点做所述延长线的垂线；

3、根据垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离确定所述卫星定位点的位置，具体为：

若垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离大于第二阈值，则所述卫星定位点不在最近的卫星参考点附近；

若垂足与所述最近的卫星参考点之间的距离不大于第二阈值，则所述卫星定位点在最近的卫星参考点附近。

其中，所述第二阈值是根据当前弯轨的弧度和垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值设定，具体为：

Lt＝Ls*cos(α)

其中，Lt为第二阈值，Ls为垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值，α为当前弯轨的弧度，所述垂线匹配算法中设定的垂线长度阈值Ls是取全球卫星定位系统(GNSS)下卫星定位经纬度标准差的最大值。

示例性的，以图3为例，在图3的基础上进行改进，改进后如图7所示；第二阈值以Lt为例。由图7可知，卫星定位点M位于垂线N2N4与垂线N2N5之间，因此过卫星定位点M的垂足不在卫星参考点N1与卫星参考点N2的连线上，也不在卫星参考点N2与卫星参考点N3的连线上，因此需要继续判断卫星定位点M是否在最近的卫星参考点的附近，即判断卫星定位点M是否在卫星参考点N2的附近，判断方法包括：

方法一：

1、做线段N1 N2的延长线N2 N6；

2、根据延长线N2 N6与卫星定位点M做垂线运算，垂足为P；

3、计算垂足点P与卫星参考点N2之间的距离L；

4、判断距离L是否大于阈值Lt，判断结果如下：

a、若距离L大于阈值Lt，则认为定位失败；

b、若距离L不大于阈值Lt，则将卫星定位点M映射到卫星参考点N2，即卫星参考点N2为列车在电子地图中的运行位置，定位成功。

方法二：

1、做线段N3 N2的延长线N2 N7；

2、根据延长线N2 N7与卫星定位点M做垂线运算，垂足为P；

3、计算垂足点P与卫星参考点N2之间的距离L；

4、判断距离L是否大于阈值Lt，判断结果如下：

a、若距离L大于阈值Lt，则认为定位失败；

b、若距离L不大于阈值Lt，则将卫星定位点M映射到卫星参考点N2，即卫星参考点N2为列车在电子地图中的运行位置，定位成功。

本实施例中，可选择上述判断方法中的任一种，优选距离L较小的判断方法。

在垂线匹配算法失败时，通过增加本实施例的匹配原则，可以有效减少列车卫星定位失败的情况，提高列车卫星定位的有效性。

本实施例采用对现有电子地图和垂线匹配算法进行扩展的方法，针对电子地图增加一定数量的卫星参考点，并对垂线匹配算法进行优化，以实现列车卫星定位的精确度和有效性需求。

相比于在直轨处采用垂线匹配算法、在弯轨处采用最近匹配算法的方案而言，本实施例中，根据列车卫星定位的精确度需求，只需要在弯轨实际长度与相邻卫星参考点直线连接长度有较大差距时，在电子地图上增加少量卫星参考点即可，并且对垂线匹配算法进行优化，运算方法复杂度低，根据弯轨的不同弧度设定不同阈值，提高了列车卫星定位的有效性。

本发明还提供了一种提高弯轨处列车定位精确度和有效性的系统，如图8所示，所述系统包括获取单元、第一判断单元、第二判断单元、第三判断单元、第一处理单元、第二处理单元、新增单元、映射单元。具体的，获取单元先获取电子地图中弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度，然后将获取的长度信息传送给第一判断单元。

第一判断单元根据所述弧线长度与线段长度的差值判断是否添加新的卫星参考点，若需要添加新的卫星参考点，第一判断单元将添加信息发送给新增单元；若不需要添加新的卫星参考点，第一判断单元将发送指令给第一处理单元执行下一步。

新增单元接收到第一判断单元发送的添加信息后，添加一个新的卫星参考点，然后获取单元重新获取弯轨处相邻两个卫星参考点之间的弧线长度和线段长度。

第一处理单元根据卫星定位点和所述卫星参考点进行垂线匹配算法。

第二判断单元对第一处理单元垂线匹配算法的结果进行判断，若垂线匹配成功，则发送指令给映射单元；若垂线匹配失败，则发送指令给第二处理单元；

第二处理单元根据所述相邻两个卫星参考点连线的延长线和所述卫星定位点进行垂线匹配算法；

第三判断单元根据第二处理单元垂线匹配算法的结果来判断所述卫星定位点的位置，并将所述卫星定位点的位置信息发送给映射单元；

映射单元根据第一处理单元垂线匹配算法的结果和所述卫星定位点的位置信息确定所述卫星定位点映射的位置。

需要说明的是，本实施例中的“第一”、“第二”、“第三”仅仅是用于区别作用，不表示顺序关系。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。