基于卫星定位环境场景误差特征的列车安全包络计算方法与流程

技术特征：

1.一种基于卫星定位环境场景误差特征的列车安全包络计算方法，其特征在于，包括：

对基于全球卫星导航系统gnss的列车定位数据进行收集和分析，计算每个定位结果的误差值；

根据列车运行的铁路沿线场景对列车定位数据进行分割，根据每个定位结果的误差值计算不同场景下的误差平均值，拟合得到各个场景下的误差分布模型；

计算当前定位点与轨道之间的偏差距离，根据该偏差距离与当前场景下的误差分布模型和列车运行状态，通过多假设检验确定沿股道方向的当前场景下的列车定位结果的误差置信区间；

根据当前场景下的列车定位结果的平均误差、误差置信区间和水平保护等级，计算出单个列车车载天线位置对应的安全包络长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对基于gnss的列车定位数据进行收集和分析，计算每个定位结果的误差值，包括：

收集基于gnss的列车定位数据，该列车定位数据包括：gnss定位结果和组合定位系统定位结果，对于定位结果，其误差值为：

其中，xgnss,ygnss是gnss定位结果在对应二维平面坐标系下的横纵坐标值，xintger,yintgr是组合定位系统定位结果在对应二维平面坐标系下的横纵坐标值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据列车运行的铁路沿线场景对列车定位数据进行分割，根据每个定位结果的误差值计算不同场景下的误差平均值，拟合得到各个场景下的误差分布模型，包括：

根据列车运行的铁路沿线场景对列车定位数据进行分割，给定场景下的误差平均值计算方式如下：

其中n为对应场景下定位结果数据的总数量；

根据各个场景下的误差平均值和历史定位误差数据对各个场景下的定位误差分布特征进行研究，通过拟合得到误差分布模型的类型和参数，所述误差分布模型的类型包括：正态分布、对数正态分布和瑞莱分布，所述误差分布模型的参数包括对数正态分布值参数，将各个误差分布模型的参数进行分析，确定最佳拟合结果，将最佳拟合结果对应的误差分布模型的类型确定为当前场景下的误差分布模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计算当前定位点与轨道之间的偏差距离，根据该偏差距离与当前场景下的误差分布模型和列车运行状态，通过多假设检验确定沿股道方向的当前场景下的列车定位结果的误差置信区间，包括：

通过接收机输出结果和电子轨道地图，计算当前定位结果与轨道之间的偏差距离d，并对当前沿股道方向的定位误差可能的范围区间提出多种假设：

h1:|l|∈[0,σ]

h2:|l|∈[σ,2σ]

h3:|l|∈[2σ,3σ]

……

hn:|l|∈[(n-1)σ,nσ]

其中|l|是沿股道方向误差绝对值，σ是当前场景下定位误差的标准差，由历史数据计算得到，每一种假设对应一个误差置信区间，假设hn对应的误差置信区间为[(n-1)σ,nσ]；

对每一种假设，计算其对应的置信度：

fn＝f(hn)×p(nσ)×w(hn)

其中，f(hn)表示假设hn下对应误差的可信度，p(nσ)表示对应置信区间的置信概率，w(hn)表示假设hn对应的权重值，fn表示假设hn的置信度；

假设hn下对应误差的可信度f(hn)的计算方法为：

其中，fs(x)为当前场景下误差分布模型的概率密度函数，n由对应假设决定；

对应置信区间的置信概率p(nσ)按照标准正态分布中的置信区间对应概率计算：

假设hn对应的权重值w(hn)的计算方法为：

其中，dist1、dist2分别为由误差置信区间推算出的当前列车位置在轨置信区间的两端点posconf1、posconf2与根据上一时刻定位结果、列车运行速度推算出的列车位置pospred之间的偏差；

计算所有假设对应的置信度大小，取其中置信度最大的假设，将该置信度最大的假设对应的误差置信区间确定为沿股道方向的当前场景下的列车定位结果的误差置信区间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根据当前场景下的列车定位结果的平均误差、误差置信区间和水平保护等级，计算出单个列车车载天线位置对应的安全包络长度，包括：

通过接收机获取当前可见卫星的分布情况，利用各卫星的仰角和方位角，得到观测矩阵：

其中，eli和azi分别是第i颗卫星的仰角和方位角，根据h矩阵计算每颗卫星的特征斜率：

其中a＝(h^th)^-1h^t，s＝i-h(h^th)^-1h^t，计算临界偏差值：

其中σ为gnss伪距测量误差的标准差，λ为非中心卡方分布的非中心化参数，当前场景下的列车定位结果的水平保护等级hpl通过下式计算：

hpl＝slopemax×pbias

取置信度最高的误差置信区间的假设中误差的最大值nσ，为当前场景下的列车定位结果的误差置信区间b_intvl，b_intvl＝nσ，在误差置信区间b_intvl基础上增加根据理想误差分布计算得到的保护裕量p_intvl，计算方法为：

其中n由多假设检验中成立的假设决定，是自由度为2的非中心卡方分布，1-α为期望的定位置信概率，得到用于安全包络估计的误差置信区间conf_intvl：

conf_intvl＝b_intvl p_intvl

基于gnss的列车定位安全包络s_bdy的计算方法为：

s_bdy＝dis_err hpl conf_intvl

测距误差dis_err为当前场景下的定位误差平均值。

技术总结
本发明提供了一种基于卫星定位环境场景误差特征的列车安全包络计算方法。该方法包括：对GNSS的列车定位数据进行收集和分析，计算每个定位结果的误差值；根据列车运行的铁路沿线场景对列车定位数据进行分割，计算不同场景下的误差平均值，拟合得到各个场景下的误差分布模型；计算当前定位点与轨道之间的偏差距离，根据该偏差距离与当前场景下的误差分布模型和列车运行状态，通过多假设检验确定沿股道方向的当前场景下的列车定位结果的误差置信区间；根据当前场景下的列车定位结果的平均误差、误差置信区间和水平保护等级，计算出单个列车车载天线位置对应的安全包络长度。本发明可以实现列车定位结果的安全包络估计，确定列车运行的安全位置。

技术研发人员：陆德彪;唐德璋;蔡伯根;王剑;上官伟;刘江;姜维;柴琳果
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021.06.11