本發(fā)明涉及軌道車(chē)輛定位，特別涉及基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法。

背景技術(shù)：

1、目前，正常運(yùn)行的車(chē)輛定位主要依賴(lài)于車(chē)上的gps和里程計(jì)信號(hào)，站內(nèi)?？康能?chē)輛定位主要依賴(lài)于地面應(yīng)答器。這三種定位信號(hào)中，地面應(yīng)答器是最準(zhǔn)確、精度最高的方式，由于造價(jià)高和供電難等問(wèn)題，在鐵路正線上不宜大量安裝地面應(yīng)答器。常用的gps信號(hào)定位精度有限，容易受到隧道、橋梁等車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境的影響，而里程計(jì)信號(hào)一般通過(guò)測(cè)量輪軸的轉(zhuǎn)速，再乘以車(chē)輪的周長(zhǎng)及運(yùn)行的總時(shí)間。其中，車(chē)輪的理論接觸圓半徑等于設(shè)計(jì)半徑，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于磨耗和損傷的存在，車(chē)輪真實(shí)半徑通常小于理論半徑。受車(chē)輪接觸半徑變化的影響，單獨(dú)依靠里程計(jì)信號(hào)定位也會(huì)帶來(lái)一定的誤差，且該誤差會(huì)隨時(shí)間不斷累積，無(wú)法校正和消除。因此，傳統(tǒng)依靠單一信號(hào)的車(chē)輛運(yùn)行定位方法已不能滿足車(chē)輛和軌道狀態(tài)檢測(cè)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，可以綜合考慮gps、陀螺儀裝置和轉(zhuǎn)速傳感器的相關(guān)信號(hào)，結(jié)合數(shù)字化地圖，對(duì)正線運(yùn)行的鐵道車(chē)輛進(jìn)行精準(zhǔn)定位，提升了鐵道車(chē)輛定位精度。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是：

3、基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，包括如下步驟：

4、在鐵道車(chē)輛的車(chē)體上安裝gps和陀螺儀裝置，在輪軸安裝轉(zhuǎn)速傳感器，并通過(guò)gps記錄不同時(shí)刻車(chē)輛運(yùn)行的gps坐標(biāo)和gps速度，通過(guò)陀螺儀裝置記錄車(chē)體繞水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器記錄輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)；

5、根據(jù)輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算車(chē)輛運(yùn)行的速度和位移；

6、比較一段時(shí)間內(nèi)gps測(cè)得的gps速度和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度，若比較結(jié)果的偏差不超過(guò)預(yù)設(shè)值，則判斷gps坐標(biāo)準(zhǔn)確，否則判斷gps坐標(biāo)不準(zhǔn)確；

7、當(dāng)gps坐標(biāo)不準(zhǔn)確時(shí)，在所述一段時(shí)間內(nèi)，利用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛位移及該段時(shí)間內(nèi)前后的gps坐標(biāo)差值構(gòu)建更新坐標(biāo)，并將更新坐標(biāo)替換gps坐標(biāo)，并確定車(chē)輛在數(shù)字化地圖中的運(yùn)行軌跡；

8、根據(jù)車(chē)體繞水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和車(chē)輛速度計(jì)算不同時(shí)刻的車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑；

9、利用數(shù)字化地圖中不同位置對(duì)應(yīng)的曲線半徑，根據(jù)不同時(shí)刻曲線的大小和方向，對(duì)比車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑和曲線半徑的里程差值，校正車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置。

10、作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器記錄輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，還包括：

11、獲取車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的最小時(shí)間間隔。

12、作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述記錄車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間后，還包括：

13、設(shè)定脈沖信號(hào)閾值，并利用車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的最小時(shí)間間隔和設(shè)定的脈沖信號(hào)閾值去除干擾峰值信號(hào)，確定出有效的脈沖峰值信號(hào)，所述有效的脈沖峰值信號(hào)即為輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)中車(chē)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

14、作為進(jìn)一步優(yōu)化，在比較一段時(shí)間內(nèi)gps測(cè)得的gps速度和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度時(shí)，以轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度為參考；

15、所述預(yù)設(shè)值為8%~12%。

16、作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述利用數(shù)字化地圖中不同位置對(duì)應(yīng)的曲線半徑，根據(jù)不同時(shí)刻曲線的大小和方向，對(duì)比車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑和曲線半徑的里程差值，校正車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置，包括：

17、將車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑表示為，曲線半徑表示為，里程誤差表示為δ l；

18、設(shè)車(chē)輛在時(shí)間t內(nèi)由某一位置運(yùn)行到車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑，對(duì)應(yīng)的理論里程為，數(shù)字化地圖中曲線半徑對(duì)應(yīng)的真實(shí)里程為，則里程誤差，若δ l>0，說(shuō)明在該區(qū)段內(nèi)車(chē)輛計(jì)算位置超前于其真實(shí)位置，采用線性校正的方法，在每個(gè)時(shí)間步對(duì)應(yīng)的里程上減去δ l/t，更新車(chē)輛在該區(qū)間內(nèi)的所有時(shí)間步位置。

19、本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)上述基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，首先，在鐵道車(chē)輛的車(chē)體上安裝gps和陀螺儀裝置，在輪軸安裝轉(zhuǎn)速傳感器，并通過(guò)gps記錄不同時(shí)刻車(chē)輛運(yùn)行的gps坐標(biāo)和gps速度，通過(guò)陀螺儀裝置記錄車(chē)體繞水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器記錄輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)；其次，根據(jù)輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算車(chē)輛運(yùn)行的速度和位移；然后，比較一段時(shí)間內(nèi)gps測(cè)得的gps速度和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度，若比較結(jié)果的偏差不超過(guò)預(yù)設(shè)值，則判斷gps坐標(biāo)準(zhǔn)確，否則判斷gps坐標(biāo)不準(zhǔn)確；當(dāng)gps坐標(biāo)不準(zhǔn)確時(shí)，在所述一段時(shí)間內(nèi)，利用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛位移及該段時(shí)間內(nèi)前后的gps坐標(biāo)差值構(gòu)建更新坐標(biāo)，并將更新坐標(biāo)替換gps坐標(biāo)，并確定車(chē)輛在數(shù)字化地圖中的運(yùn)行軌跡；然后，根據(jù)車(chē)體繞水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和車(chē)輛速度計(jì)算不同時(shí)刻的車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑；最后，利用數(shù)字化地圖中不同位置對(duì)應(yīng)的曲線半徑，根據(jù)不同時(shí)刻曲線的大小和方向，對(duì)比車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑和曲線半徑的里程差值，校正車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置。

20、因此，本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)單一的鐵道車(chē)輛定位方式，通過(guò)綜合考慮gps、陀螺儀裝置和轉(zhuǎn)速傳感器的相關(guān)信號(hào)，結(jié)合數(shù)字化地圖，對(duì)正線運(yùn)行的鐵道車(chē)輛進(jìn)行精準(zhǔn)定位，因此，提升了鐵道車(chē)輛定位精度。

技術(shù)特征：

1.基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，其特征在于，所述通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器記錄輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，其特征在于，所述記錄車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間后，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，其特征在于，在比較一段時(shí)間內(nèi)gps測(cè)得的gps速度和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度時(shí)，以轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度為參考；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gps、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法，其特征在于，所述利用數(shù)字化地圖中不同位置對(duì)應(yīng)的曲線半徑，根據(jù)不同時(shí)刻曲線的大小和方向，對(duì)比車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑和曲線半徑的里程差值，校正車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于軌道車(chē)輛定位技術(shù)領(lǐng)域，提出了基于GPS、里程計(jì)和陀螺儀信號(hào)的鐵道車(chē)輛定位方法：根據(jù)輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算車(chē)輛運(yùn)行的速度和位移；比較一段時(shí)間內(nèi)GPS速度和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛速度，并根據(jù)比較結(jié)果判斷GPS坐標(biāo)是否準(zhǔn)確，當(dāng)不準(zhǔn)確時(shí)，利用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的車(chē)輛位移及該段時(shí)間內(nèi)前后的GPS坐標(biāo)差值構(gòu)建更新坐標(biāo)，并將更新坐標(biāo)替換GPS坐標(biāo)，并確定車(chē)輛在數(shù)字化地圖中的運(yùn)行軌跡；根據(jù)車(chē)體繞水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和車(chē)輛速度計(jì)算不同時(shí)刻的車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑；利用數(shù)字化地圖中不同位置對(duì)應(yīng)的曲線半徑，根據(jù)不同時(shí)刻曲線的大小和方向，對(duì)比車(chē)體轉(zhuǎn)彎半徑和曲線半徑的里程差值，校正車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置。本發(fā)明能夠?qū)壍儡?chē)輛進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

技術(shù)研發(fā)人員：周義昌,任尊松,葉運(yùn)廣,楊超,徐寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26