基于GNSS和电子地图拓扑结构的列车定位系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，包括gnss卫星定位接收机模块、卡尔曼滤波器模块、地图匹配算法模块和车载电子地图模块；所述的gnss卫星定位接收机模块通过卡尔曼滤波器模块与地图匹配算法模块连接，所述的地图匹配算法模块与车载电子地图模块连接；所述的地图匹配算法模块将卡尔曼滤波器模块输出的列车定位数据精确匹配到车载电子地图模块的电子地图中某一条轨道片段上，从而实现列车精确定位。2.根据权利要求1所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的gnss卫星定位接收机模块安装在列车车头位置，用于负责实时接收gnss导航系统的定位信号，解算列车实时定位数据并输出给卡尔曼滤波器模块。3.根据权利要求1或2所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的gnss卫星定位接收机模块的输出数据是一系列代表列车位置的经纬度信息，记输出数据为r
gnss
(t)＝(l
on
(t),l
at
(t))，式中l
on
(t)表示t时刻列车定位经度方向定位数据，l
at
(t)表示t时刻列车定位纬度方向定位数据。4.根据权利要求1所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的卡尔曼滤波器模块用于对gnss卫星定位接收机模块输出的列车定位数据进行滤波处理，剔除定位数据中的无效值，并将滤波后列车定位数据和协方差矩阵输出给地图匹配算法模块。5.根据权利要求1或4所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的卡尔曼滤波器模块的滤波处理过程具体如下：k 1时刻，卡尔曼滤波器收到gnss卫星定位接收机模块输入的定位数据z
k 1
，卡尔曼滤波器模块首先依据gnss卫星定位接收机模块的工作状态、k 1时刻卡尔曼滤波器的预测协方差矩阵p
k 1/k
和上一时刻有效定位数据x
k/k
对定位数据进行数据有效性判断；若判断数据无效，则剔除该定位数据；若判断数据有效，则将定位数据带入滤波器进行位置校正计算；在输入数据有效的情况下，卡尔曼滤波器模块将校正后的列车定位数据x
k 1/k 1
和校正协方差矩阵p
k 1/k 1
输出给地图匹配算法模块。6.根据权利要求1所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的车载电子地图模块为由车载高精度定位测量系统在列车所行驶轨道上测量得到的大量参考点经纬度信息构成的电子地图数据库。7.根据权利要求6所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的电子地图数据库采用分级拓扑结构建立电子地图的索引结构，其中三级结构分别是车站、轨道和轨道片段。8.根据权利要求7所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的电子地图的分级拓扑结构包括：一级车站结构，储存包括以下信息：车站编号、车站下辖轨道数量及轨道编号、车站管辖的经纬度范围；二级轨道结构，储存以下信息：轨道编号，轨道上级车站编号，轨道起点经纬度和里程数，轨道终点经纬度和里程数，轨道管辖的经纬度范围，轨道下辖所有轨道片段编号；三级轨道片段结构，存储以下内容：轨道片段编号，上级轨道编号，上级车站编号，起点经纬度和里程数，终点经纬度和里程数。
9.根据权利要求1所述的一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位系统，其特征在于，所述的地图匹配算法模块的匹配过程具体为：第一步，计算定位数据的置信区间误差椭圆；第二步，筛选满足条件的待匹配轨道片段；第三步，计算带匹配轨道片段的匹配误差函数，选取误差函数最小的轨道片段作为匹配结果；第四步，将二维定位数据转换为一维里程数据作为列车定位系统的输出。10.一种基于gnss和电子地图拓扑结构的列车定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101：获取列车当前定位数据；步骤102：判断定位数据是否有效，若有效，执行步骤103；否则，执行步骤109；步骤103：将定位数据输入卡尔曼滤波器模块进行滤波校正；步骤104：建立置信区间筛选候选轨道片段；步骤105：判断候选轨道片段数量是否大于0，若为是，执行步骤106；否则，执行步骤109；步骤106：逐个计算定位点到候选轨道片段的匹配误差函数值；步骤107：选取函数值最小的轨道片段作为匹配结果；步骤108：将二维定位数据转换为一维里程数据作为列车定位系统的输出；步骤109：当前卫星定位不可用，等待下一组数据。

技术总结
本发明涉及一种基于GNSS和电子地图拓扑结构的列车定位系统及方法，包括GNSS卫星定位接收机模块、卡尔曼滤波器模块、地图匹配算法模块和车载电子地图模块；所述的GNSS卫星定位接收机模块通过卡尔曼滤波器模块与地图匹配算法模块连接，所述的地图匹配算法模块与车载电子地图模块连接；所述的地图匹配算法模块将卡尔曼滤波器模块输出的列车定位数据精确匹配到车载电子地图模块的电子地图中某一条轨道片段上，从而实现列车精确定位。与现有技术相比，本发明具有减少了定位算法对地面设备的依赖，减轻地方铁路的建设成本和人力维护成本等优点。等优点。等优点。


技术研发人员：邓昊 欧国恩 安鸿飞 张亚忠 杨文 张剑宇 徐先良 陈俊
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2021/9/3