[发明专利]基于轨道几何特征信息匹配的列车精密定位方法和系统

说明书

本发明公开了基于轨道几何特征信息匹配的列车精密定位方法和系统，所述方法包括：S1对定位数据和轨道几何状态参数数据进行时间同步；S2根据IMU数据进行惯性导航解算；S3对惯性导航结果和轨道里程数据进行融合解算，推算里程推算值；S4基于时间关联性，给轨道几何状态参数数据赋予里程推算值，获得轨道几何状态参数序列；S5将轨道几何状态参数序列与预设的里程相关的轨道几何状态参数序列相关匹配，得到匹配里程值；S6对里程推算值和匹配里程值进行组合处理，得最优里程估计值。本发明以轨道几何状态参数为特征信号，通过将特征信号与预设的里程相关的轨道几何状态参数序列进行相关匹配，实现分米级甚至厘米级的列车定位精度。

技术领域

本发明属于铁路列车、机车定位领域，涉及一种基于轨道几何特征信息匹配的列车精密定位方法与系统。

背景技术

列车定位是运行控制和随车状态检测的基础，其精度和可靠性是确定列车安全防护距离的重要因素，关乎列车的运行间隔，影响轨道交通系统的效率和调度。精确确定列车的位置对于推动列车运行控制系统的研究，优化轨道交通的运营效率，以及轨道交通系统的发展具有重大意义，所以列车精密定位技术一直以来备受重视。

列车的定位本质上是一维定位，即确定列车所在的里程标和轨道占用识别。列车定位的方法和设备较多，可归纳如下：

1)基于轨道电路的列车定位方法。

基于轨道电路的列车定位是一种粗精度检测列车位置的方式，可确定列车所在的大致区段，定位精度取决于轨道电路的长度。该方法不够精确，且无法构成移动闭塞。

2)基于速度或里程传感器、查询应答器及其组合的列车定位方法。

这是应用最为广泛的一种列车定位方法，主要通过速度传感器测量前进速度，转换成前进距离，或者直接通过里程计或编码器测量前进距离；累加到初始里程上得到任意时刻列车的里程标，实现列车定位功能。该方法的优势是简单直接，因此被广泛采用。该方法的缺陷在于里程定位误差随行走距离累加，主要由轮轨间的空转和滑行、速度测量误差和里程计的比例因子误差等因素造成。因此，里程累积里程定位常常需要与其它定位手段(例如里程查询应答器)配合使用来探测、识别和校正里程累计误差。对于空转和滑行误差的补偿问题，由于测速轮对在空转和滑行阶段中的运动复杂和非线性，很难提高补偿算法的性能。因此，即便是里程计与查询应答器组合使用，也难实现稳定可靠的米级精度。

3)基于GNSS或GNSS/INS组合导航技术的列车定位方法。

GNSS或GNSS/INS可以实时提供列车在全球坐标系下的大地坐标，然后通过与预设电子地图进行匹配，来获取列车的里程信息，其工作原理类似于普通的车载导航。电子地图中存储了包含铁路里程标与大地坐标(或其它坐标形式的三维坐标)之间的对应关系的地图数据库。车载GNSS或者GNSS/INS组合导航系统实时输出位置坐标测量值，并与预设的电子地图进行匹配或者投影到轨道中线的方式计算出轨道的里程位置。这种方法的定位精度取决于GNSS和电子地图的自身精度。为了提高GNSS的定位精度需要采用基于伪距或载波的差分GNSS技术，这就要求在沿线布设大量的GNSS基站(局域差分，地基增强CORS，星基增强)，并与车载GNSS接收机建立数据链路，布设成本高。另一方面，GNSS信号容易受到干扰和遮挡，例如在高边坡、隧道和车站等场景中。

纯GNSS进行列车定位的完好性和可靠性较弱。现在常用GNSS/INS组合来增强系统的可靠性，但是由于惯导是一种自主推算定位技术，并不能提高绝对定位精度。目前为止，即使采用差分GNSS/INS，要实现几米的定位精度也存在诸多困难。

4)基于地图匹配的列车定位方法。