一种基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法。


背景技术：

2.目前列车运行方向一般根据列车通过应答器组的顺序判断，但这种方式要求列车必须先运动起来并且经过一组有效的应答器。在经过应答器组前，列车必须以目视模式行车，限制了列车的运行效率。
3.近几年来国内卫星导航技术快速发展，2020年北斗三号卫星的组网成功，使得北斗卫星定位技术在各领域得到越来越广泛的应用，列控系统引入北斗卫星定位技术的条件越来越成熟。卫星定位同时具备绝对位置和速度测量及实时更新的优点。同时，差分定位技术的发展进一步提高了北斗卫星定位的精度。基于北斗卫星定位来实时计算列车运行方向可以在列车静止条件下判断出列车运行方向，实现车载设备上电后即可进入完全模式运行，有效提高列车运营效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法，该计算方法基于列车定位系统实施，所述列车定位系统包括地面设备和车载设备；所述车载设备包括车载主控单元、两个北斗导航接收机和两个北斗导航天线；所述车载主控单元与北斗导航接收机通信连接；两个所述北斗导航天线安装在列车的两端顶部，且分别与两个北斗导航接收机通信连接，用于接收北斗卫星信号；其包括：地面设备将北斗差分信息和电子地图数据发送给车载主控单元；所述北斗差分信息和北斗卫星信号经过北斗导航接收机处理计算生成两个北斗导航天线对应的第一原始位置信息和第二原始位置信息，并发送给车载主控单元；所述车载主控单元将第一原始位置信息和第二原始位置信息和电子地图数据匹配处理后，得到两个北斗导航天线基于轨道的一维位置信息；所述车载主控单元采集列车激活端信息，结合一维位置信息进行位置比较，得到列车运行方向。
5.优选地，所述两个北斗导航天线分别为第一北斗导航天线和第二北斗导航天线，所述车载主控单元根据列车激活端信息和一维位置信息进行位置比较，包括如下步骤：步骤s1、接收所述第一原始位置信息和第二原始位置信息；步骤s2、判断电子地图数据是否有效；若电子地图数据有效，则进入步骤s3；步骤s3、由第一原始位置信息和第二原始位置信息结合电子地图数据，按照地图匹配算法分别计算出第一北斗导航天线和第二北斗导航天线基于轨道的第一一维位置信息和第二一维位置信息；步骤s4、计算第一一维位置信息和第二一维位置信息差值的绝对值是否大于长度阈值δl；若差值的绝对值大于长度阈值δl，则进入步骤s5；步骤s5、判断靠近激活端的北斗导航天线的一维位置信息是否大于远离激活端的北斗导航天线的一维位置信息；若大于，则本周期认为列车下行；若小于，则本周
期认为列车上行；步骤s6：判断本周期和上周期判断的列车运行方向是否相同；若本周期和上周期的列车运行方向相同，则进入步骤s7；步骤s7、将列车运行方向对应的计数器的数值n(下)或n(上)加1；步骤s8、判断计数器数值是否大于等于计数阈值n；若计数器数值n(下)或n(上)大于等于计数阈值n，则确定本周期的列车运行方向为步骤s6判断的列车运行方向。
6.优选地，步骤s4中所述的长度阈值δl＝l/2，其中l为第一北斗导航天线和第二北斗导航天线之间的安装距离。
7.优选地，所述电子地图数据中存储有数据校验码，若数据校验码与车载主控单元中存储的标准校验码匹配，则认为该电子地图数据有效。
8.优选地，若步骤s6中所述的本周期不存在上周期的列车运行方向信息，则无需执行步骤s6，直接执行步骤s7。
9.优选地，若步骤s2中的电子地图数据无效，则执行步骤se。
10.优选地，若步骤s4中第一一维位置信息和第二一维位置信息差值的绝对值小于等于长度阈值，则执行步骤se。
11.优选地，若步骤s6中相邻两个周期判断的列车运行方向不一致则执行步骤se。
12.优选地，若步骤s8中计数器数值小于计数阈值n，则执行步骤se。
13.优选地，所述步骤se包括：将计数器n(下)和n(上)清零，返回步骤s1重新开始计算。
14.优选地，所述地面设备包括通信连接的差分服务器和tsrs，所述北斗差分信息由差分服务器生成并发送给所述tsrs；所述北斗差分信息和电子地图数据通过所述tsrs经由车地通信网络发送给车载设备。
15.优选地，所述车载设备还包括：车地通信单元和车地通信天线；所述车载主控单元、车地通信单元和北斗导航天线接收机集成在列车内部的车载机柜中。所述车地通信天线设置在列车顶部。
16.优选地，所述tsrs发送的北斗差分信息和电子地图数据通过车地通信网络经过车地通信天线和车地通信单元传输到车载主控单元。
17.优选地，所述列车两个驾驶端设置有继电器，用于采集列车激活端信息；若某一驾驶端的继电器状态为高电平，则该驾驶端为激活端，否则该驾驶端为非激活端。
18.优选地，所述第一北斗导航天线和第二北斗导航天线分别对应通信连接有第一北斗导航接收机和第二北斗导航接收机，用于接收北斗卫星信号。
19.优选地，所述计数阈值其中，σ1为第一北斗导航接收机的定位精度，σ2为第二北斗导航接收机的定位精度。
20.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法，具有如下有益效果：1、在新型列控系统现有设备基础进行功能实现，不增加额外设备；2、在列车静止条件下即可实现对列车运行方向的判断，可提高列车运营效率；3、不依赖轨道电路和应答器设备，节约设备成本和维护成本，提高列车控制自主性。
附图说明
21.图1为基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法的系统构成图；
22.图2为基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法的处理流程图；
23.图3为北斗导航天线安装位置示意图；
24.图4为实施例中列车a端激活时列车运行方向计算流程图；
25.图5为实施例中列车b端激活时列车运行方向计算流程图。
具体实施方式
26.以下将结合本发明实施例中的附图1～附图5，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
27.需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
28.本发明提供了一种基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法，该列车运行方向计算方法基于如图1所示的列车定位系统实施。所述列车定位系统包括地面设备1和车载设备2；所述车载设备2分别与地面设备1以及北斗卫星3通信连接；所述车载设备2包括车载主控单元21、两个北斗导航接收机23和两个北斗导航天线25；所述车载主控单元21与北斗导航接收机23通信连接；其中，如图3所示，两个所述北斗导航天线25安装在列车的两端顶部，且分别与两个北斗导航接收机23通信连接，用于接收北斗卫星信号。
29.具体地，如图2所示，所述基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法包括如下步骤：地面设备1将北斗差分信息和电子地图数据发送给车载主控单元21；所述北斗差分信息和北斗卫星信号经过北斗导航接收机23处理计算生成分别与两个北斗导航天线25对应的第一原始位置信息和第二原始位置信息，并将生成的两个原始位置信息发送给车载主控单元21；所述车载主控单元21将第一原始位置信息以及第二原始位置信息分别和电子地图数据匹配处理后，得到两个北斗导航天线25基于轨道的一维位置信息；所述车载主控单元21采集列车激活端信息，结合一维位置信息进行位置比较，得到列车运行方向。
30.其中，如图1所示，所述地面设备1包括通信连接的差分服务器11和tsrs(临时限速服务器)12；所述北斗差分信息由差分服务器11生成并发送给所述tsrs 12；所述tsrs 12将北斗差分信息和自身存储的电子地图数据通过车地通信网络发送给车载设备2。
31.进一步地，如图1所示，所述车载设备2还包括：车地通信单元22和车地通信天线24；所述车载主控单元21、车地通信单元22和北斗导航天线接收机23集成在列车内部的车载机柜中；所述车地通信天线24设置在列车顶部；tsrs 12发送的北斗差分信息和电子地图数据通过车地通信网络依次经过车地通信天线24和车地通信单元22传输到车载主控单元21。
32.其中，在本实施例中，如图2所示，所述列车定位系统设置有两个所述北斗导航天线接收机23，分别为第一北斗导航接收机231和第二北斗导航接收机232，以提高定位精度。
两个所述北斗导航天线25分别为第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252，其分别设置在列车两端的顶部，如图3所示，用于与北斗卫星3通信连接。
33.进一步地，所述第一北斗导航接收机231与第一北斗导航天线251通信连接，所述第二北斗导航接收机232与第二北斗导航天线252通信连接，用于接收北斗卫星3发送的对应北斗卫星信号。所述第一北斗导航接收机231和北斗导航接收机232分别接收车载主控单元21发送的北斗差分信息，结合对应的北斗卫星信号进行差分校正，分别得到第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252对应的第一原始位置信息和第二原始位置信息。
34.其中，所述第一原始位置信息和第二原始位置信息分别为第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252所在位置的经纬度信息，其相对位置关系如图3所示。
35.进一步地，如图2所示，所述车载主控单元21将所述第一原始位置信息和第二原始位置信息与接收到的电子地图数据进行地图匹配处理后，得到第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252基于轨道的一维位置信息，分别记为轨道位置a和轨道位置b。
36.再进一步，所述列车两个驾驶端设置有继电器(图中未示)，用于采集列车激活端信息；若某一驾驶端的继电器状态为高电平，则该驾驶端为激活端，否则该驾驶端为非激活端。根据激活端信息，结合轨道位置a和轨道位置b的位置关系进行位置比较，获得列车运行方向。
37.具体地，在一实施例中，列车a端的继电器状态为高电平，因此列车a端为激活端，根据列车a端的激活端信息，所述车载主控单元21进行位置比较确定列车运行方向，如图4所示，包括如下步骤：
38.步骤s1、车载主控单元21接收到有效的所述第一原始位置信息和第二原始位置信息，分别记为gnss1和gnss2；
39.步骤s2、判断电子地图数据是否有效；若电子地图数据有效，则进入步骤s3；其中，所述电子地图数据中存储有数据校验码，若数据校验码与车载主控单元21中存储的标准校验码匹配，则认为该电子地图数据有效；
40.步骤s3、由gnss1和gnss2信息结合电子地图数据，按照地图匹配算法计算出第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252基于轨道的一维位置信息，分别记为mtl1和mtl2；
41.步骤s4、计算mtl1和mtl2差值的绝对值是否大于长度阈值，即判断|mtl1-mtl2|》δl是否成立；若|mtl1-mtl2|》δl成立，则进入步骤s5；其中长度阈值δl＝l/2，l为第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252之间的安装距离；
42.步骤s5、判断靠近激活端的北斗导航天线的一维位置信息是否大于远离激活端的北斗导航天线的一维位置信息；本实施例中，在列车a端被激活的情况下，第一北斗导航天线251为靠近a端的北斗导航天线，第二北斗导航天线252为远离a端的北斗导航天线，也就是说，判断mtl1是否大于mtl2；若mtl1大于mtl2，则本周期认为列车下行；若mtl1小于mtl2，则本周期认为列车上行；
43.步骤s6：判断本周期和上周期判断的列车运行方向是否相同；若本周期和上周期的列车运行方向相同，则进入步骤s7；
44.步骤s7、将列车运行方向对应的计数器加1；若列车运行方向为下行，则下行计数器n(下)＝n(下’) 1；若列车运行方向为上行，则上行计数器n(上)＝n(上’) 1；其中，n
(下’)和n(上’)表示上周期对应的计数器的数值；
45.步骤s8、判断n(下)或n(上)是否大于等于计数阈值n；若计数器数值大于等于计数阈值n，则可确定本周期的列车运行方向为步骤s6判断的列车运行方向。
46.其中，计数阈值σ1为第一北斗导航接收机231的定位精度，σ2为第二北斗导航接收机232的定位精度，其定位精度均由设备厂家提供。
47.需要说明的是，若步骤s6中所述的本周期为第一周期，即不存在上周期的列车运行方向信息，则无需执行步骤s6，直接执行步骤s7。同时，若步骤s2中的电子地图数据无效，或步骤s4中mtl1和mtl2差值的绝对值小于等于长度阈值，或步骤s6中相邻两个周期判断的列车运行方向不一致，或步骤s8中计数器数值n(下)或n(上)小于计数阈值n，则执行步骤se。
48.步骤se、将计数器n(下)和n(上)同时清零，即n(下)＝0且n(上)＝0，并返回步骤s1重新开始计算。
49.在另一实施例中，列车b端的继电器状态为高电平，因此列车b端为激活端，根据列车b端的激活端信息，所述车载主控单元21进行位置比较确定列车运行方向，如图5所示，包括如下步骤：
50.步骤s1、车载主控单元21接收到有效的所述第一原始位置信息和第二原始位置信息，分别记为gnss3和gnss4；
51.步骤s2、判断电子地图数据是否有效；若电子地图数据有效，则进入步骤s3；
52.步骤s3、由gnss3和gnss4信息结合电子地图数据，按照地图匹配算法计算出第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252基于轨道的一维位置信息，分别记为mtl3和mtl4；
53.步骤s4、计算mtl3和mtl4差值的绝对值是否大于长度阈值，即判断|mtl3-mtl4|》δl是否成立；若|mtl3-mtl4|》δl成立，则进入步骤s5；其中长度阈值δl＝l/2，l为第一北斗导航天线251和第二北斗导航天线252之间的安装距离；
54.步骤s5、判断靠近激活端的北斗导航天线的一维位置信息是否大于远离激活端的北斗导航天线的一维位置信息；本实施例中，在列车b端被激活的情况下，第一北斗导航天线252为靠近b端的北斗导航天线，第二北斗导航天线251为远离b端的北斗导航天线，也就是说，判断mtl4是否大于mtl3；若mtl4大于mtl3，则本周期认为列车下行；若mtl4小于mtl3，则本周期认为列车上行；
55.步骤s6：判断本周期和上周期判断的列车运行方向是否相同；若本周期和上周期的列车运行方向相同，则进入步骤s7；
56.步骤s7、将列车运行方向对应的计数器加1；若列车运行方向为下行，则下行计数器n(下)＝n(下’) 1；若列车运行方向为上行，则上行计数器n(上)＝n(上’) 1；其中，n(下’)和n(上’)表示上周期对应的计数器的数值；
57.步骤s8、判断n(下)或n(上)是否大于等于计数阈值n；若计数器数值大于等于计数阈值n，则可确定本周期的列车运行方向为步骤s6判断的列车运行方向。
58.其中，计数阈值σ1为第一北斗导航接收机231的定位精度，σ2为
第二北斗导航接收机232的定位精度，其定位精度均由设备厂家提供。
59.同样需要说明的是，若步骤s6中所述的本周期为第一周期，即不存在上周期的列车运行方向信息，则无需执行步骤s6，直接执行步骤s7。同时，若步骤s2中的电子地图数据无效，或步骤s4中mtl3和mtl4差值的绝对值小于等于长度阈值，或步骤s6中相邻两个周期判断的列车运行方向不一致，或步骤s8中计数器数值n(下)或n(上)小于计数阈值n，则执行步骤se。
60.步骤se、将计数器n(下)和n(上)同时清零，即n(下)＝0且n(上)＝0，并返回步骤s1重新开始计算。
61.综上所述，与现有技术相比，本发明所提供的基于北斗卫星定位的列车运行方向计算方法具有通用性强，列车静止也可以进行运行方向的判断，不增加额外设备即可实现计算等优势。
62.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。