[发明专利]基于多传感器数据融合的列车闭塞与姿态监测方法

说明书

技术领域

本发明型涉及组合导航、多传感器数据融合及轨道交通领域。通过多传感器数据融合，同时实现列车闭塞与姿态监测。

背景技术

随着轨道交通的快速发展，列车行车安全及乘车舒适度受到了极大的关注，列车闭塞方法及姿态监测得到了不少的研究。由于传感器技术的成熟、北斗系统的逐渐完善以及GPS的广泛应用，使之在高速列车导航及姿态监测中具有重要的研究价值和应用前景。

目前，世界各国普遍采用的闭塞系统正在从固定闭塞向移动闭塞过渡。相对于固定闭塞在轨道区间设置固定的闭塞分区和相应防护信号，移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区，但是其闭塞分区是移动的，不再设置固定的信号机，它随后续列和前方列车的实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡道、弯道等列车状态参数和路线参数的具体情况不同而不同。

由于目前的列车移动闭塞方法都需要在铁路沿线及列车上配置大量的设备致使成本高昂，同时用于列车姿态监测的系统独立于列车闭塞系统，进一步的提高了列车闭塞与姿态监测的成本。

本发明型针对上述问题，提出一种基于多传感器数据融合的列车闭塞与姿态监测方法。利用基于卫星导航接收机(如GPS、北斗、加洛纳斯、伽利略单系统或采用它们组合而成的多系统接收机)、单轴陀螺仪、三轴加速度计、双轴倾角传感器等多传感器数据融合得到的卫星导航-DR组合导航与姿态监测系统，结合现有列控设施(列控中心、调度中心)实现列车闭塞，同时，通过融合得到的列车的姿态数据(包括速度、航向、加速度、转速、俯仰角、倾斜度以及震动等)实现列控中心与调度中心对列车的姿态监测。

发明型内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明型旨在提供一种低沉本的实现列车闭塞与姿态监测的方法。

本发明的这一目的通过如下手段来实现。

一种基于多传感器数据融合的列车闭塞与姿态监测方法，由加速度计、陀螺仪与倾角传感器共同组成多传感器航位推算子系统DR(Dead Reckoning)，该系统所得航位推算数据与卫星导航系统数据通过数据融合处理得到列车的高精度置信息，从而实现卫星-航位推算组合导航；同时，所述航位推算子系统DR与其它冗余传感器进行数据融合得到列车姿态数据信息，从而实现列车的姿态监测；高精度的列车位置信息与列车姿态数据通过列控设施实现列车闭塞和姿态监测。

本发明基于多传感器数据融合的列车闭塞与姿态监测方法，由卫星导航接收机(如GPS、北斗、加洛纳斯、伽利略单系统或采用它们组合而成的多系统接收机)、单轴陀螺仪、三轴加速度计、双轴倾角传感器、AD采样模块、通信接口模块、主控模块组成的设备上，采用如下方式实现列车闭塞与姿态监测：加速度计、陀螺仪与倾角传感器共同组成航位推算子系统，其中倾角传感器对航位推算方案进行倾角补偿，该子系统与卫星导航系统通过联合卡尔曼滤波算法进行数据融合后得到卫星-DR组合导航系统，组合导航系统采用插值法提高数据更新率进而提高导航精度满足高速环境对数据更新率的要求，安装有该设备的处于运行状态的列车可以将自身的状态信息(包括位置、速度、方向等)通过列控中心发送至调度中心，调度中心根据相邻列车的上述信息计算出各列车的闭塞区间及限制速度等信息后将其反馈至相应列控中心，列车列控中心接收后作出相应动作完成列车闭塞；基于上述用于组合导航系统的传感器，并结合其它冗余传感器进行数据融合得到姿态监测系统，计算出列车姿态信息(包括速度、航向、加速度、转速、俯仰角、倾斜度以及震动等)，并通过列控中心发送至调度中心，同时实现列控中心及调度中心对列车姿态的监测，保证乘车舒适度。

实现本发明任务的装置可采用，由卫星导航接收机、陀螺仪、三轴加速度计、双轴倾角传感器、AD采样模块、通信接口模块、主控模块、数字模拟电源模块组成。所述卫星导航接收机可为GPS、北斗、加洛纳斯、伽利略等单系统接收机，也可为其中任何单导航系统组成的多系统接收机；所述AD采样模块有ARM芯片、多通道高精度AD芯片、高精度参考电压芯片及放大器组合来实现，ARM控制AD芯片实现对不同传感器的数据进行采集；通信接口模块由ARM芯片内置接口来实现；ARM芯片为装置的主控芯片。

本发明的措施能同时实现列车闭塞与姿态监测，有效降低了列车闭塞与姿态监测的成本。其中航位推算子系统中倾角修正模型能够弥补列车行进过程中因仰俯角的存在而带来的误差，数据融合得到的列车震动参数可以用来纠正因列车震动而带来传感器数据误差，有助于提高导航精度。

附图说明如下：

图1为本发明型实现列车闭塞与姿态监测的原理图。

图2为本发明型所采用的传感器的安装示意图。