一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置，该方法包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集速度信息，并通过惯性测量单元检测加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位位置信息；S2.判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接定位到当前时刻位置信息，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、位置信息，以及当前时刻的加速度信息，并计算得到当前时刻位置信息；该装置包括车载速度采集设备、惯性测量单元、GPS/北斗接收模块以及组合导航模块。本发明专利技术能够实现高速铁路列车在隧道、涵洞等各种环境工况运行时的实时连续定位，且具有实现简单、实时性好、定位精度高等优点。

A Real-time Location Method and Device for High-speed Railway Trains

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置
本专利技术涉及高速铁路列车
，尤其涉及一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置。
技术介绍
随着高速铁路的快速发展，高速铁路的运营版图不断扩大，高速铁路列车的铁路运行环境也越来越复杂多变，如存在越来越多的隧道、涵洞等的铁路路况。高速铁路列车由于运行速度快，为保证列车运行的安全可靠性，列车在运行过程中必须确保对列车进行准确的定位，尤其是在隧道、涵洞等需要高度重视的地段。目前高速铁路列车中通常都是直接通过GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)导航定位系统进行定位，即通过GPS接收机接收卫星的GPS数据，获得当前的经纬度信息，但是通过GPS导航系统只能获取到开阔地区的位置信息，在隧道、涵洞等地段时会存在GPS信号中断或信号质量变差等现象，导致GPS接收机的经纬度数据不真实，且输出的时间信息会发生跳变，降低定位的精度和实时性，而当列车在隧道、涵洞等地段出现故障问题时，无法准确定位还会影响列车的安全稳定运行。为解决上述问题，有从业者提出使用线路的固有位置信息对GPS修正的方式，即在采用GPS接收机进行定位的基础上，当信号中断和信号衰减时，通过线路的固有位置信息将GPS数据人为修正的方式，将定位目标强制到线路数据中，但是该类方式是基于线路的固有位置信息进行人为修正，在隧道、涵洞等地段无法实现实时定位，同时定位精度不高且使用受限。中国专利申请CN206038918U公开一种列车专用定位传感器系统，通过同时采用GPS和北斗卫星定位装置定位，当GPS失效时使用北斗卫星定位装置，当GPS和北斗卫星定位装置均失效时，使用惯导辅助传感器单元进行辅助定位，即通过九轴传感器采集加速度、磁场等信号，计算列车的位置信息，但是该方法在隧道、涵洞等地段时，即GPS和北斗卫星定位装置均失效时，是直接使用惯导辅助传感器单元进行定位，定位精度仍然不高，惯导具有固定的漂移率，会造成物体运动的误差，且定位误差会随时间逐渐增大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够实现高速铁路列车在隧道、涵洞等各种环境工况运行时的实时连续定位，且实现简单、实时性好且定位精度高的用于高速铁路列车的实时定位方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种用于高速铁路列车的实时定位方法，步骤包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。作为本专利技术方法的进一步改进：所述列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S2中判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为：S21.根据所述步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；S22.将所述步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为：S31.根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；S32.根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；S33.根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S31中具体根据式(1)计算所述速度增量ΔV(k)；其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，fx、fy、fz分别为所述惯性测量单元检测到的比力，为转换矩阵，θx、θy、θz分别为角增量分量；所述步骤S32中具体按照式(2)计算得到所述列车的当前时刻速度信息：其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤S33中具体根据下式(3)计算得到所述列车的当前时刻位置信息；其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述车载速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。作为本专利技术方法的进一步改进，还包括时钟实时同步步骤，具体步骤为：实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。一种用于高速铁路列车的定位装置，包括组合导航模块以及分别与所述组合导航模块连接的用于实时采集列车的速度信息的车载速度采集设备、用于实时检测列车的加速度信息的惯性测量单元以及用于实时接收GPS或北斗定位系统定位到的列车的位置信息的GPS/北斗接收模块，所述组合导航模块包括：接收单元，用于分别接收所述车载速度采集设备采集到的列车的速度信息、所述惯性测量单元检测到的列车的加速度信息、以及所述GPS/北斗接收模块定位到的列车的位置信息；第一导航单元，用于判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行第二导航单元；第二导航单元，用于获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。作为本专利技术装置的进一步改进：所述第一导航单元、第二导航单元还包括科尔曼滤波器，用于列车的当前时刻位置信息输出时，将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息。作为本专利技术装置的进一步改进，所述第一导航单元包括：预测子单元，用于根据所述接收单元实时接收到的速度信息、加速度信息以及位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；比较判断单元，用于将所述预测子单元预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。作为本专利技术装置的进一步改进：所述第二导航单元包括：第一计算子单元，用于根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；第二计算子单元，用于根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，步骤包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，步骤包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。2.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤。3.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S2中判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为：S21.根据所述步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；S22.将所述步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。4.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为：S31.根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；S32.根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；S33.根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。5.根据权利要求4所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S31中具体根据式(1)计算所述速度增量△V(k)；其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，fx、fy、fz分别为所述惯性测量单元检测到的比力，为转换矩阵，θx、θy、θz分别为角增量分量；所述步骤S32中具体按照式(2)计算得到所述列车的当前时刻速度信息：其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。6.根据权利要求5所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S33中具体根据下式(3)计算得到所述列车的当前时刻位置信息；其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数。7.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述车载速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。8.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，还包括时钟实时同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天喜，王雨，陈凯，文林，刘琦，邹浩，刘英杰，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43