轨交列车实时位置转换方法、存储介质和系统
阅读说明：本技术 轨交列车实时位置转换方法、存储介质和系统 (Rail transit train real-time position conversion method, storage medium and system ) 是由 朱永辉 梁霄 袁魁 吴莹莹 李国龙 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨交列车实时位置转换方法、存储介质和系统,包括：采集采样点GNSS位置信息建立轨道线路的GNSS数据库；根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立专有定位数据库；将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配,获得匹配采样点,搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号,并根据轨交列车位置误差计算其所在轨道区段实际的偏移里程数。本发明不依赖从传统轨旁设备和车载定位设备进行定位,在车载设备发生故障时利用GNSS提供轨交列车的准确位置信息,定位精度不受轨交列车运行过程中的打滑或空转等问题影响,能提高轨交列车系统的鲁棒性和适应性,保证轨交列车定位系统的稳定运行。(The invention discloses a rail transit train real-time position conversion method, a storage medium and a system, which comprise the following steps: collecting sampling point GNSS position information to establish a GNSS database of a track circuit; establishing a special positioning database according to the GNSS database and a track circuit topological structure of a rail transit train vehicle-mounted positioning system; matching the real-time GNSS position of the train with the sampling points in the special positioning database to obtain matched sampling points, searching the special positioning database to obtain the number of the track section where the rail transit train is located in real time through the sampling points, and calculating the actual offset mileage of the track section where the rail transit train is located according to the position error of the rail transit train. The invention does not rely on the positioning from the traditional trackside equipment and the vehicle-mounted positioning equipment, provides the accurate position information of the rail-to-train by utilizing the GNSS when the vehicle-mounted equipment fails, has positioning precision not influenced by the problems of slipping or idling and the like in the running process of the rail-to-train, can improve the robustness and the adaptability of the rail-to-train system, and ensures the stable running of the rail-to-train positioning system.)
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种轨交列车实时位置转换方法。一种用于执行所述轨交列车实时位置转换方法中步骤的计算机可读存储介质；以及，一种轨交列车实时位置转换系统。
背景技术
在轨道交通行车安全和指挥系统中，轨交列车定位是一项关键性的技术。轨交列车定位是通过已有的技术设备，实时准确地掌握运营线路上轨交列车实际地理位置等关键信息，并能够将轨交列车位置信息实时通过传输媒介传送到轨道交通指挥和控制终端上。轨交列车定位技术可以为轨交列车自动控制技术提供轨交列车位置的基础数据，是轨交列车自动控制技术的基础，轨交列车位置的准确定位直接决定了轨交列车自动控制功能的准确实现。
现有轨交列车位置表示方法主要采用基于轨道电路或信标的定位技术和传统车载定位技术。基于轨道电路的轨交列车定位技术主要采用钢轨以及引接线进行连接操作，进而利用该电路结构进行信号的发送以及接收反映轨交列车的运行状况和车辆位置，该定位方法虽然能够在较大程度上保障相应定位的精确性效果，但是该定位方法需要对轨道电路进行后续维护，对于轨交列车运行的安全性可能会造成一定干扰。此外，信标定位技术借助于有源信标以及无源信标实现对于轨交列车的有效信息传递和反馈，但该定位技术对信标安装的准确度要求较高。传统车载定位技术主要是借助于相应光电传感器产生相应脉冲，结合轨交列车的车轮运动进行编码处理，得到轨交列车的速度以及距离数值，但随着行驶里程的增加，该技术带来的累计误差会越来越大，轨交列车运行过程中的打滑或空转问题也会对最终定位效果和精度产生干扰，增大定位误差。
现有技术中，申请号为CN201410668045.6的中国专利申请，利用包含轨道编号和偏移里程数的信标数据库和道岔数据库实现轨道交通列车的位置表示，这种专有轨道交通定位方式能实现轨交列车的高效定位，但该技术依赖准确的信标装置，安装和维护成本较高。因此，如何将通用定位技术和专有轨道交通定位方法结合，解决轨交列车的位置表示转换问题，提高轨交列车定位效率和精确度，成为国内外轨道交通领域的重要课题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在
具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能实现通用定位方法和轨道交通专有定位方法的位置表示转换的轨交列车实时位置转换方法。
相应的，本发明还提供了一种用于执行所述轨交列车实时位置转换方法中步骤的计算机可读存储介质；以及，一种轨交列车实时位置转换系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的轨交列车实时位置转换方法，包括以下步骤：
S1，在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息，建立轨道线路的GNSS数据库；
S2，根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立专有定位数据库，所述专有定位数据库包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
S3，将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配，获得匹配采样点，搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号，并根据轨交列车位置误差计算其所在轨道区段实际的偏移里程数；
其中，所述偏移里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换方法，所述采样点GNSS位置信息通过搭载GNSS系统的轨交列车以指定速度从线路起点匀速运行至线路终点，GNSS定位系统以指定频率沿轨道线路进行均匀采样获得。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换方法，对轨道线路上的指定关键点、线路起点和/或线路终点进行多次采样，将多次采样均值作为采样点位置信息，样点位置信息包括采样点的经度和纬度。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换方法，采用以下方式获得匹配采样点；
在轨交列车运行方向上从专有定位数据库采样点集合中的轨道起点处开始迭代搜索，搜索到轨道终点处结束；
计算轨交列车当前位置点和各采样点之间欧氏距离,所述欧氏距离最小的采样点作为匹配采样点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种执行上述任意一项所述轨交列车实时位置转换方法中步骤的计算机可读存储介质。
为解决上述技术问题，本发明提供一种轨交列车实时位置转换系统，包括：
采样模块，其用于在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息；
GNSS数据库，其用于存储所述采样点GNSS位置信息；
专有定位数据库，其根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立，其内存储包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
匹配模块，其将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配，获得匹配采样点；
搜索模块，其用于搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号；
计算模块，其根据轨交列车实时所在轨道区段编号和轨交列车位置误差计算轨交列车所在轨道区段实际的偏移里程数；
其中，所述偏移里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换系统，所述采样点GNSS位置信息通过轨交列车以指定速度从线路起点匀速运行至线路终点，GNSS定位系统以指定频率沿轨道线路进行均匀采样获得。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换系统，对轨道线路上的指定关键点、线路起点和/或线路终点进行多次采样，将多次采样均值作为采样点位置信息。
可选择的，进一步改进所述的轨交列车实时位置转换系统，匹配模块采用以下方式获得匹配采样点；
在轨交列车运行方向上从专有定位数据库采样点集合中的轨道起点处开始迭代搜索，搜索到轨道终点处结束；
计算轨交列车当前位置点和各采样点之间欧氏距离,所述欧氏距离最小的采样点作为匹配采样点。
本发明通过在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息建立轨道线路的GNSS数据库，结合车载定位系统的线路拓扑格式，建立轨交列车专有定位数据库，实现轨交列车的精准定位。相比于现有技术，具有以下有益效果：
本发明将GNSS定位系统提供的位置信息映射为适应车载系统线路拓扑格式的专有数据，能解决GNSS定位技术和专有轨道交通定位系统的位置表示转换问题，实现线路信息的高效处理，提高轨交列车系统的安全性；本发明不受轨道类型约束，可以适应轨交列车弯道或其他道路情况；本发明不依赖从传统轨旁设备和车载定位设备进行定位，在车载设备发生故障时利用GNSS提供轨交列车的准确位置信息，定位精度不受轨交列车运行过程中的打滑或空转等问题影响，能提高轨交列车系统的鲁棒性和适应性，保证轨交列车定位系统的稳定运行。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明轨交列车实时位置转换方法流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
如图1所示，本发明提供一种轨交列车实时位置转换方法，包括以下步骤：
S1，在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息，建立轨道线路的GNSS数据库；
S2，根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立专有定位数据库，所述专有定位数据库包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
S3，将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配，获得匹配采样点，搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号，并根据轨交列车位置误差计算其所在轨道区段实际的偏移里程数；
其中，所述偏移里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离。
第二实施例；
S1，在轨道线路上搭载GNSS系统的轨交列车以低速(例如时速低于20KM)从线路起点匀速运行至线路终点，GNSS定位系统以一定频率沿轨道线路进行均匀采样，对轨道线路中关键节点进行多次采样，将采集轨道线路中的各个关键节点处采样点的平均值作为关键节点采样数据存储至数据库，获得采样点GNSS位置信息，假设数据库中存储的关键节点采样点数目为n1，线路采样点总数目为n；，将n个采样点的GNSS位置信息存入数据库的字段1，字段1的位置信息包括采样点的经度和纬度建立轨道线路的GNSS数据库；
S2，根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立专有定位数据库，所述专有定位数据库包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
示例性的，专有定位数据库段组成如表1所示；
表1
字段名称
字段1
字段2
字段3
字段元素
GNSS经度，GNSS纬度
所在轨道区段编号
区段偏离里程数
其中，所属区段编号表示采样点所在的区段地址，区段偏离里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离；
进一步说明，建立专有定位数据库过程如下；
在GNSS数据库中的采样点集合，设置N个线路节点，将线路根据采集线路中的关键节点和线路起点及终点分为N-1个区段，即节点包括线路起点，线路终点和N-2个关键节点；
基于采样点计算轨交列车所在轨道区段沿运行方向的偏移里程数
假设点k为线路上任意一点，点k的GNSS位置信息为(lngk，latk)，其中lngk表示k点的经度，latk表示k点的纬度。将位置信息转化为弧度制后，点k处GNSS位置信息可表示为(radlngk，radlatk)，线路起点的GNSS位置信息可表示为(radlng1，radlat1)，线路终点的GNSS位置信息可表示为(radlngn，radlatn)。采样点规模足够大时，相邻采样点之间的轨道可以视为直线，因此点k与相邻点k-1的轨道距离计算公式如下：
其中k≥2，点k位于线路的第P区段。假设线路第P区段编号为kedge，所在区段沿轨交列车运行方向的起点为点p，点p的GNSS位置信息为(radlngp，radlatp)。假设点k(radlngk，radlatk)与线路第P区段沿轨交列车运行方向起点p(radlngp，radlatp)之间的轨道距离为点k的偏移里程数dkp，偏移里程数dkp可以视为两两相邻采样点之间的轨道距离的累加，故点k的偏移里程数dkp计算公式如下：
dkp＝dkk-1+dk-1k-2+dk-2k-3+…dp+1p
将采样点集合的区段编号Kedge存入数据库的字段2，将采样点集合的偏移里程数D存入数据库的字段3。
S3，将所述轨交列车行驶过程中的实时GNSS位置信息与专有定位数据库中采样点集合的字段1匹配，利用GNSS经纬度计算期望匹配点；搜索专有定位数据库，通过期望匹配点的经纬度信息索引到轨交列车所在轨道区段编号和轨交列车所在轨道区段实际的偏移里程数，实现轨交列车的位置转换，示例性的通过以下方式实现：
在轨交列车运行方向上，从专有定位数据库采样点集合中的轨道起点处开始迭代搜索，搜索到轨道终点处结束，找到期望匹配点。假设轨交列车的位置用点j表示，点j位置信息转化为弧度制后可表示为(radlngj，radlatj)。专有定位数据库中采样点集合为A＝{a1,a2,...,ai,...,an}。轨交列车当前位置点j与采样点ai之间的欧氏距离e计算公式如下：
故期望匹配点a*计算公式如下：
e*＝min{ej1,ej2,…,eji,…,ejn}
其中，e*对应的专有定位数据库采样点为期望匹配点a*，e*则表示轨交列车实时位置和期望匹配点之间的位置误差。
在专有定位数据库搜索步骤得到的期望匹配点经纬度信息，进而得到轨交列车所在轨道区段编号a* edge和轨交列车所在轨道区段的实际偏移里程数其中轨交列车所在轨道区段的实际偏移里程数计算公式如下：
其中，为期望匹配点所在轨道区段的偏移里程数，e*为轨交列车位置和期望匹配点之间的位置误差。
第三实施例；
本发明提供一种上述第一实施例或第二实施例任意一项所述轨交列车实时位置转换方法中步骤的计算机可读存储介质。
第四实施例；
本发明提供一种轨交列车实时位置转换系统，包括：
采样模块，其用于在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息；
GNSS数据库，其用于存储所述采样点GNSS位置信息；
专有定位数据库，其根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立，其内存储包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
匹配模块，其将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配，获得匹配采样点；
搜索模块，其用于搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号；
计算模块，其根据轨交列车实时所在轨道区段编号和轨交列车位置误差计算轨交列车所在轨道区段实际的偏移里程数；
其中，所述偏移里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离。
第五实施例；
本发明提供一种轨交列车实时位置转换系统，包括：
采样模块，其用于在轨道线路上采集采样点GNSS位置信息；所述采样点GNSS位置信息通过轨交列车以指定速度从线路起点匀速运行至线路终点，GNSS定位系统以指定频率沿轨道线路进行均匀采样，对轨道线路上的指定关键点、线路起点和/或线路终点进行多次采样，将多次采样均值作为采样点位置信息。
GNSS数据库，其用于存储所述采样点GNSS位置信息；
专有定位数据库，其根据GNSS数据库和轨交列车车载定位系统的轨道线路拓扑结构建立，其内存储包括：采样点GNSS位置，采样点所在轨道区段编号以及采样点所在轨道区段的偏移里程数；
匹配模块，其将列车实时GNSS位置与专有定位数据库中采样点进行匹配，获得匹配采样点；匹配模块采用以下方式获得匹配采样点；
在轨交列车运行方向上从专有定位数据库采样点集合中的轨道起点处开始迭代搜索，搜索到轨道终点处结束；
计算轨交列车当前位置点和各采样点之间欧氏距离,所述欧氏距离最小的采样点作为匹配采样点；
搜索模块，其用于搜索所述专有定位数据库通过所述采样点获得轨交列车实时所在轨道区段编号；
计算模块，其根据轨交列车实时所在轨道区段编号和轨交列车位置误差计算轨交列车所在轨道区段实际的偏移里程数；
其中，所述偏移里程数为采样点距离线路区段起点的轨道距离。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。