具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。

图2是本发明提供的轨道列车定位方法的流程示意图，如图2所示，方法包括：

S1、对通过车载设备获取的轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，以获取列车与第一无源标志物的第一距离；

S2、根据第一距离和第一无源标志物的位置，确定轨道线路中列车的位置；

其中，车载设备包括车载激光雷达和车载拍摄设备；

输出数据包括：车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和/或车载拍摄设备拍摄的无源标志物的图像数据。

需要说明的是，上述方法的执行主体可以是计算机设备。

可选地，随着激光雷达、相机、毫米波雷达等主动感知设备在轨道列车上的广泛应用，利用其低成本且易维护甚至免维护的特性，能够大大降低安装和维护代价。

首先，对轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，得到列车与第一无源标志物的第一距离。可以采用激光雷达实现对第一无源标志物的识别，也可以是采用激光雷达与相机共同实现对第一无源标志物的识别。其中，输出数据可以具体为车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和/或车载拍摄设备(如相机)拍摄的无源标志物的图像数据。

然后，根据激光雷达的拍摄的第一无源标志物的点云数据可以直接获得列车与所述第一无源标志物的第一距离，基于得到的列车与所述第一无源标志物的第一距离和第一无源标志物的位置，可以得到轨道线路中列车的位置。

本发明提供的轨道列车定位方法，通过对轨道线路旁安装的无源标志物进行识别以及测距，得到列车与第一无源标志物的第一距离，并利用该第一距离和无源标志物的位置，对轨道线路中的列车进行定位，以替代现有技术中通过在轨旁安装价格昂贵应答器对列车进行定位的技术方案，降低了安装成本，且由于无源标志物使用寿命长、垂直安装及不易积灰，降低了维护成本。

进一步地，在一个实施例中，步骤S2中的第一无源标志物的位置可以通过如下方式获取：

S21、根据预置标志物信息表和标志物识别流程，获取轨道线路中第一无源标志物的第一标识；

S22、根据第一标识和电子地图，确定第一无源标志物的位置。

可选地，如图3所示，利用列车中的车载设备得到第一无源标志物的位置，具体地，如图4所示，车载设备包括车载传感器和车载计算机。车载传感器包括激光雷达、相机、测速设备(毫米波雷达或速度传感器)等。车载计算机中预置标志物信息表和电子地图，记录每个无源标志物的特征数据及其在轨道线路中的位置。

车载计算机对激光雷达输出的点云数据和相机输出的图像数据进行处理，并根据标志物识别流程，对第一无源标志物进行识别。

利用车载计算机中预置标志物信息表以及标志物识别流程，确定轨道线路中第一无源标志物的第一标识。根据该第一标识识别出第一无源标志物的编码，并获得第一无源标志物的距离信息，再通过检索电子地图，获得第一无源标志物所在的位置，换算成列车的位置，从而实现列车的定位，即位置初始化，在两串无源标志物之间，车辆通过速度积分计算出列车所在精确位置。其中，车辆的速度可以来自速度传感器，也可以来自毫米波雷达等测速设备。

需要说明的是，无源标志物安装在轨旁，如果是开阔区域，安装在轨旁的立杆上；如果是隧道内，则直接固定在隧道壁上。为了实现列车的定位，标志物必须满足快速识别和唯一性两个特征。列车在高速运行过程中高速经过无源标志物，留给无源标志物识别的时间很短；此外，同一条轨道线路上的每个标志物必须具有唯一性，唯一标识一个地点。

激光雷达、相机和毫米波雷达安装在列车头端，正对车辆前进的方向，车载计算机安装在列车的电气柜中。

本发明提供的轨道列车定位方法，通过在轨旁安装无源标志物，并基于车载激光雷达和相机实现对无源标志物的检测、识别，并基于无源标志物的标识，确定无源标志物的位置，为后续基于无源标志物的位置实现列车的定位奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，步骤S21可以具体包括：

S211、根据标志物识别流程对第一无源标志物的输出数据进行识别，以确定第一无源标志物的第一编码；

S212、根据预置标志物信息表和第一编码，确定第一标识；

其中，预置标志物信息表是根据无源标志物的编码和无源标志物的标识之间的对应关系确定的。

可选地，在轨旁按照一定的间距(例如500米)安装无源标志物，确保每个无源标志物都有唯一的编码，并赋予一个ID(即标识)，建立标志物信息表，实现从编码到ID的映射。标志物信息表中还应该记录该无源标志物的特征数据，用于日常运行时的自动检查。将标志物信息表加载到车载计算机中。

在电子地图中记录每个无源标志物的准确位置，即建立从标志物ID到轨道线路位置的映射，将电子地图加载到车载计算机中。

车载计算机通过对点云数据和图像数据的处理获得无源标志物的编码和距离信息。

例如，当第一无源标志物为反光板时，基于如下标志物识别流程对第一无源标志物进行识别：具体地，如图5所示，首先对第一无源标志物的点云数据进行反射率筛选，保留高反射率点云。然后对第一无源标志物的点云进行聚类分割，所谓聚类分割是指将不同反光板的点云数据分割开，将属于同一个反光板的点云数据识别为一个独立的“目标”，例如某一组反光板总共由5个组成，则聚类分割后也应该至少有5个目标组成。然后根据这些目标的垂直关系确定哪些目标同属于一串，并确定每一串的个数以及两串之间的间距，以获得反光板的编码。

又比如，当第一无源标志物为二维码时，基于如下标志物识别流程对第一无源标志物进行识别：具体地，如图6所示，需要相机和激光雷达共同完成，首先通过对第一无源标志物的图像数据的检测和识别，检测到二维码并识别出编码，然后获得该二维码对应的点云数据，从点云数据获得二维码的距离信息。

由于二维码本身是图像信息，要获得对应的点云就需要事先完成激光雷达和相机的联合标定，获得相机的外参。

获得第一无源标志物的标识之后，就可以在电子地图中查询到第一无源标志物的线路位置(即第一无源标志物的位置)，再结合列车到第一无源标志物的距离就能够确定列车的位置，这个位置就可以用于列车位置的初始化。

本发明提供的轨道列车定位方法，使用反光板、二维码等无源标志物具有造价低，安装维护代价低的特点，无源标志物属于轨旁设施，安装维护标准要求远低于轨道应答器，此外，无源标志物通常垂直安装，不易积灰，使用寿命长，再加上可以通过车载设备对无源标志物进行运行时的检查，实现了完全的免维护。

进一步地，在一个实施例中，步骤S211可以具体包括：

S2111、根据标志物识别流程对第一无源标志物的输出数据进行识别，若确定第一无源标志物由预设数量串反光板组成，则根据每串反光板的反光板的数量和相邻每串反光板之间的水平间距，确定第一编码；

S2112、若每串反光板由预设数量个反光板组成，则根据相邻每串反光板之间的水平间距，确定第一编码；

S2113、若确定第一无源标志物为二维码，则根据二维码的编码信息，确定第一编码。

可选地，同一条轨道线路上的每个无源标志物必须具有唯一性，唯一标识一个地点。满足这两个特征的无源标志物包括有反光板和二维码等。

反光板对激光的反射率远高于常规的材质(例如混凝土、金属、油漆等)，白色的卡纸、白色的墙体等都属于是反射率很高的材质，如果将白色卡纸的反射率定为100％，则反光板的反射率＞300％。正是基于这样的特性，能够通过反射率将反光板对应的点云数据中快速可靠的从雷达的扫描点云中筛选出来。

但是这只解决了快速识别的问题，还需要解决唯一性的问题，这就需要通过多块反光板的组合来实现，根据标志物识别流程对第一无源标志物的输出数据进行识别，若确定第一无源标志物由预设数量串反光板组成，则根据每串反光板的反光板的数量和相邻每串反光板之间的水平间距，确定第一编码；一种典型的组合方式如下：

每一组反光板由多“串”组成，通常不超过三串，每一串上有多个反光板，通常不超过三个。例如，如图7所示，第一无源标志物由两串反光板组成，从近到远，第一串反光板包括2个反光板，第二串反光板包括3个反光板。

通过每一串上反光板的数量的不同，以及每串反光板之间的水平间距的不同，实现编码和唯一标识的目的，如下面的反光板信息表1所示：

表1

反光板信息表中还记录了每一串反光板的一些特征数据，例如每个反光板的反射率、每一串反光板之间的垂直间距以及两串之间的水平间距等信息，这些信息主要用于日常运行过程中的检查和维护，确认反光板没有发生移位、丢失、脏污等情况。

若每串反光板由预设数量个反光板组成，则根据相邻每串反光板之间的水平间距，确定第一编码。例如，第一无源标志物由4串反光板组成，其中，每串反光板由固定数量的条状反光板(参见图8)或环状反光板(参见图9)组成，每串反光板之间的水平间距各不相同，设定一个最小水平间距(例如1米)为基本单位，则其他间距都是这个基本单位的整数倍，然后根据每串反光板之间的水平间距组成第一无源标志物的第一编码，例如图8与图9所示的3212，这个数字就是该第一无源标志物的唯一编码。

需要说明的是，除上述两种第一无源标志物的组合形式之外，还有很多其他形式的反光板组合方式，本发明对此不作一一列举。

二维码是日常生活中非常常见的无源标志物，也可以用于列车定位。通过图像数据进行二维码识别的技术已经非常成熟，只需要一幅清晰的图像，就能够快速识别出二维码，而二维码所包含的编码信息就是它的编码，如图10所示。

在实际应用场景中，通过在轨旁按照一定的间距(例如500米)安装若干无源标志物，每一无源标志物的编码都是独一无二的，并对其进行编码(即赋予ID)，建立标志物信息表，通过预置标志物信息表可以实现从编码到ID的查询；然后根据每一无源标志物的安装位置更新电子地图，在电子地图中标注每一无源标志物的准确位置，实现从ID到无源标志物的位置的查询。

参见图5或图6，得到无源标志物的标识之后，就可以在电子地图中查询到对应的线路位置，再结合无源标志物的距离信息(即车辆到无源标志物的距离)就能够确定列车的位置，这个位置就可以用于车辆位置的初始化。

列车完成位置的初始化之后，从测速设备获得车辆速度，通过对速度的积分获得车辆的前进距离，给出车辆每时每刻的位置，由于速度精度或多或少存在偏差，因此随着列车行驶距离的增加，位置的偏差也会越来越大，直到到达下一个无源标志物，完成无源标志物的识别后对列车的位置进行校正，消除偏差。

本发明提供的轨道列车定位方法，通过识别无源标志物的编码，确定对应的标识，并利用该标识确定无源标志物的位置，为后续基于无源标志物的位置实现对列车的定位奠定了基础。

进一步地，在一个实施例中，在步骤S2之后还可以具体包括：

S3、根据轨道线路中第二无源标志物的第二标识和电子地图，获取第二无源标志物的位置；

S4、根据第二无源标志物的位置和列车与第二无源标志物的第二距离，确定列车的校正位置；

S5、获取列车从第一无源标志物运行到第二无源标志物之间的列车的速度，并对列车的速度进行积分，以获取列车从第一无源标志物运行到第二无源标志物的过程中的位置偏差；

S6、根据列车的校正位置和位置偏差，对列车的位置进行校正，以获取列车的精确位置；

其中，第二距离是通过对轨道线路中第二无源标志物的输出数据进行识别后获取的。

可选地，在列车从第一无源标志物运行到另一个无源标志物(即第二无源标志物)，基于标志物识别流程和预置标志物信息表得到第二无源标志物的标识(即第二标识)，在得到第二无源标志物的标识之后，就可以在电子地图中查询到对应的线路位置(即第二无源标志物的位置)，再结合车辆到第二无源标志物的距离就能够确定列车的校正位置。

参见图5或图6，从测速设备获得从第一无源标志物运行到第二无源标志物之间的列车的速度，通过对该速度积分获得车辆的前进距离，得到车辆每时每刻的位置，由于速度精度或多或少存在偏差，因此随着列车行驶距离的增加，位置偏差也会越来越大，直到到达下一个无源标志物(如第二无源标志物)，完成对第二无源标志物的识别后，根据列车在第二无源标志物的校正位置和位置偏差对列车的位置进行校正，消除偏差。

通过获取的列车从第一无源标志物运行到第二无源标志物的过程中的位置偏差，并根据列车的校正位置和位置偏差，对列车的位置进行校正，以获取列车的精确位置。

本发明提供的轨道列车定位方法，通过对轨道线路旁安装的第一无源标志物进行识别以及测距，得到列车与第一无源标志物的第一距离，并利用该第一距离和第一无源标志物的位置，得到轨道线路中的列车的位置，并通过根据列车运行至第二无源标志物的过程中的位置偏差和列车的校正位置，对列车的位置进行校正，从而提高了对列车定位的准确度。

进一步地，在一个实施例中，还可以具体包括：

S7、基于标志物识别流程，对第一无源标志物和第二无源标志物进行识别，以获取第一无源标志物和第二无源标志物对应的特征数据；

S8、将第一无源标志物的特征数据与第一无源标志物对应的预置标志物信息表进行对比，以对第一无源标志物的发生的变化情况进行检测；

S9、将第二无源标志物的特征数据与第二无源标志物对应的预置标志物信息表进行对比，以对第二无源标志物发生的变化情况进行检测；

其中，特征数据包括无源标志物的尺寸、位置、反射率、垂直间距和水平间距；

变化情况包括破损、移位、丢失和脏污。

可选地，在获得无源标志物的标识(包括第一无源标志物的第一标识和第二无源标志物的第二标识)之后，根据无源标志物的标识对应的特征数据对该无源标志物进行检查，获得无源标志物的标识之后，根据该标识对应的特征数据对该无源标志物进行检查，例如确认每个反光板的反射率是否有衰减，以判断反光板是否存在脏污或积灰的情况；确认每串反光板的垂直间距以及串间的水平间距，以判断反光板是否存在移位的情况；通过无源标志物与车辆以及轨道的位置关系判断出标志物是否侵入限界等。

通过利用车载激光雷达和相机对架设在轨旁的反光板、二维码等无源标志物进行扫描，获得无源标志物的尺寸、位置、数量、反射率等信息，并与事先记录在预置标志物信息表中的特征数据进行对比，以确认标志物没有发生破损、移位、丢失、脏污等情况，实现日常检测的自动化。

例如，确认每个反光板的反射率是否有衰减，以判断反光板是否存在脏污或积灰的情况；确认每串反光板的垂直间距以及串间的水平间距，以判断反光板是否存在移位的情况；通过无源标志物与车辆以及轨道的位置关系判断出标志物是否侵入限界等。

本发明提供的轨道列车定位方法，利用车载激光雷达和相机对架设在轨旁的反光板、二维码等无源标志物进行扫描，获得无源标志物的特征数据，并与事先记录在标志物信息表中的特征数据进行对比，以确认标志物没有发生破损、移位、丢失、脏污等情况，实现日常检测的自动化。

进一步地，在一个实施例中，还可以具体包括：

S10、根据获取的无源标志物的标识和预置标志物信息表，确定无源标志物是否为新增标志物：

S11、若预置标志物信息表中不存在无源标志物的标识，或连续预设次数在同一位置处的无源标志物的标识在电子地图中的同一位置处不存在无源标志物，则确定无源标志物为新增标志物；

S12、将新增标志物的特征数据添加到预置标志物信息表中，并根据新增标志物的位置对电子地图进行更新；

其中，无源标志物的标识包括第一无源标志物的第一标识和第二无源标志物的第二标识。

可选地，车辆运行时，通过对激光雷达的点云数据和相机的图像数据的实时处理，实现无源标志物的持续检测，并识别出对应的编码。通过查询标志物信息表获得对应的ID(即无源标志物的标识)。

如果没有查询到对应的ID，则说明是新增的标志物，或者无源标志物发生了移位等变化，对于这种情况先临时记下该无源标志物的编码以及特征数据。如果列车连续预设次数例如连续三次在同一个位置识别出该编码的无源标志物，并且在该位置的电子地图中未检索到有无源标志物，则认定为新增标志物，在预置标志物信息表中新增表项，并同步更新电子地图中的该新增标志物的位置。如果在该位置的电子地图中检索到有无源标志物，但是编码不一致，则可以认定是无源标志物发生了变化，如果编码没有重复则自动更新预置标志物信息表，无源标志物的标识保持不变。如果编码和其他位置的无源标志物的编码重复，则产生一个告警信息，通知维护人员到现场进行维修。使得在对列车定位中发现无源标志物发生的变化，或者识别出新增的无源标志物，并实时更新电子地图，实现对无源标志物的自学习。

本发明提供的轨道列车定位方法，通过对无源标志物的检测和识别，能够发现新增标志物，以及轨旁无源标志物的变化，经过多次稳定识别之后能够自动更新标志物信息表和电子地图，达到自学习的效果。

下面对本发明提供的轨道列车定位系统进行描述，下文描述的轨道列车定位系统与上文描述的轨道列车定位方法可相互对应参照。

图11是本发明提供的轨道列车定位系统的结构示意图，如图11所示，包括：标志物距离获取模块1110和列车位置确定模块1111；

标志物距离获取模块1110，用于对通过车载设备获取的轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，以获取列车与第一无源标志物的第一距离；

列车位置确定模块1111，用于根据第一距离和第一无源标志物的位置，确定轨道线路中列车的位置；

其中，车载设备包括车载激光雷达和车载拍摄设备；

输出数据包括：车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和车载拍摄设备拍摄的无源标志物的图像数据。

本发明提供的轨道列车定位系统，通过对轨道线路旁安装的无源标志物进行识别以及测距，得到列车与第一无源标志物的第一距离，并利用该第一距离和无源标志物的位置，对轨道线路中的列车进行定位，以替代现有技术中通过在轨旁安装价格昂贵应答器对列车进行定位的技术方案，降低了安装成本，且由于无源标志物使用寿命长、垂直安装及不易积灰，降低了维护成本。

图12是本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图12所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1210、通信接口(communication interface)1211、存储器(memory)1212和总线(bus)1213，其中，处理器1210，通信接口1211，存储器1212通过总线1213完成相互间的通信。处理器1210可以调用存储器1212中的逻辑指令，以执行如下方法：

对通过车载设备获取的轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，以获取列车与第一无源标志物的第一距离；

根据第一距离和第一无源标志物的位置，确定轨道线路中列车的位置；

其中，车载设备包括车载激光雷达和车载拍摄设备；

输出数据包括：车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和车载拍摄设备拍摄的无源标志物的图像数据。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机电源屏(可以是个人计算机，服务器，或者网络电源屏等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，本发明公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的轨道列车定位方法，例如包括：

对通过车载设备获取的轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，以获取列车与第一无源标志物的第一距离；

根据第一距离和第一无源标志物的位置，确定轨道线路中列车的位置；

其中，车载设备包括车载激光雷达和车载拍摄设备；

输出数据包括：车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和车载拍摄设备拍摄的无源标志物的图像数据。

另一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的轨道列车定位方法，例如包括：

对通过车载设备获取的轨道线路中第一无源标志物的输出数据进行识别，以获取列车与第一无源标志物的第一距离；

根据第一距离和第一无源标志物的位置，确定轨道线路中列车的位置；

其中，车载设备包括车载激光雷达和车载拍摄设备；

输出数据包括：车载激光雷达拍摄的无源标志物的点云数据和车载拍摄设备拍摄的无源标志物的图像数据。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电源屏(可以是个人计算机，服务器，或者网络电源屏等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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。