[发明专利]数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于车辆定位技术领域，特别涉及一种利用数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位方法及系统。

背景技术

随着全球经济的快速增长，铁路运输在国民经济增长中扮演着越来越重要的角色。铁路列车运输能力越大，数量越多，速度越快，对列车运行的安全性要求就越高。而对列车位置的实时准确跟踪就成为列车运行控制系统中的关键问题，实时准确地跟踪列车位置是防止列车冲突、追尾和列车调度及自动驾驶的基础。全球定位系统GPS(Global Positioning System)以其全天候、连续、实时的高精度定位功能在列车精确定位和保障行车安全方面应用广泛，而GPS列车定位方法技术是目前车辆定位技术领域的一个重大研究课题。

在传统的列车运行控制系统中，列车定位大多采用轨道电路、查询应答器、感应线圈和里程计等方法实现，这些传统方法几乎都存在设备成本高和定位精度低等缺陷。为了能在GPS定位的基础上获得更好的定位效果，通常的做法是将其它导航信息与GPS的输出定位结果进行融合应用，从而提高列车定位精度，但是这一方法存在如下固有缺陷：

(1)GPS与INS和DR融合应用的缺陷。由于INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)需要通过对加速度进行积分运算求出导航参数，从而确定载体位置，在长时间工作以后会产生累积误差，因此，INS需要再增加其它的辅助定位信息，这将导致整个系统成本较高。DR(Dead Reckoning，航位推算系统)是从已知的坐标位置开始，根据运动载体在该点的航向、航速和航行时间等参数，推算下一时刻的坐标位置，因此，DR需要GPS来提供车辆的原始位置，并且一旦温度发生变化，或者由于惯性器件的漂移误差、机械震动、打滑、空转、抱死以及轮径因素等引起输出误差，这些输出误差还会随距离和时间的增长逐渐累积。

(2)地图匹配的缺陷。数字地图是一种不受外界影响，稳定性较高的导航信息源，因此，地图匹配成为提高列车定位技术精度和交通引导的重要方法之一。然而，由于这种定位是借助数字地图存储的高精度道路数据和GPS所输出的准确定位结果之间的相互匹配来提高定位精度的，因此其对GPS自主定位的依赖性高；也就是说，GPS能够准确定位是地图匹配的前提。此外，GPS自主定位过程中产生的误差将被直接带入地图匹配过程中，一旦GPS无法输出准确的定位结果，地图匹配将会失效。

由于铁路线路不易变更，列车运行轨迹相对固定，在站内通过联锁系统可以迅速获得列车所在股道区段，所以轨道地图信息的获取、提取较为方便。因此，研究一种新的成本更低、稳定性更高的列车定位方法，将轨道地图信息直接用于列车定位解算具有重要的现实意义。

现有列车定位技术中利用数字轨道地图来改进定位效果的方法主要局限于地图匹配的方法。然而，地图匹配方法并未参与定位解算过程而是直接依赖于GPS的自主定位结果；一旦GPS无法输出准确的定位结果，地图匹配方法将失效，从而很大程度上限制了列车定位的精度和稳定性。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明利用数字轨道地图高精度和高稳定性的优势，将轨道地图信息直接用于列车定位解算中，综合运用数字轨道地图辅助的GPS完好性监测算法和列车定位解算算法，提出了一种数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位方法及系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位的方法，其包括如下步骤：

步骤1输入系统数据，进行数据提取及处理；

步骤2实现数字轨道地图辅助的GPS完好性监测算法，其通过建立基于轨道的本地坐标系，利用数字轨道地图提供的地理信息来构建余度方程和约束条件，通过GPS观测量误差与判决门限的比较来剔除GPS解算过程中误差较大的观测量来保证定位精度，并降低传统的GPS完好性监测方法对可视卫星数的要求；

步骤3实现数字轨道地图辅助的列车定位解算算法，其综合利用轨道地图数据、GPS卫星星历和原始伪距观测量等信息，建立数字轨道地图辅助的列车位置解算模型和速度解算模型，分别求解列车的位置和速度，最终通过适当的权重分配来综合这两种模型下的定位解算结果，从而实现精确的列车定位；

步骤4输出列车位置估计的数据。

上述步骤还包括如下技术特征：

步骤1所述的进行数据提取及处理进一步包括：提取来自GPS接收机的卫星星历及伪距等观测数据；以及包括股道精确地理信息的数字轨道地图数据库。