基于卫星定位的列车轨道占用检测方法和装置

摘要

本发明实施例提供了一种基于卫星定位的列车轨道占用检测方法和装置。该方法主要包括：列车头部和尾部的卫星定位接收机接收卫星星历数据和伪距数据，根据所述卫星星历数据和伪距数据计算出所述列车的车头和车尾的定位位置；根据设定的定位漏检率和误检率计算出所述列车的定位水平保护距离；根据所述列车的定位水平保护距离，结合电子地图将所述列车的车头和车尾的定位位置映射在轨道线路上，得到所述列车在所述轨道线路上的占用区间。本发明实施例通过在列车头部尾部设置卫星定位接收机，可以仅利用车载设备来完成列车的区间轨道占用计算，不需要利用轨道电路或计轴器等地面设备，可以大大节约地面设备的建设和维护成本，大大减少了成本。

主权项

一种基于卫星定位的列车轨道占用检测方法，其特征在于，包括：列车头部和尾部的卫星定位接收机接收卫星星历数据和伪距数据，根据所述卫星星历数据和伪距数据计算出所述列车的车头和车尾的定位位置；根据设定的定位漏检率和误检率计算出所述列车的定位水平保护距离；根据所述列车的定位水平保护距离，结合电子地图将所述列车的车头和车尾的定位位置映射在轨道线路上，得到所述列车在所述轨道线路上的占用区间；所述的列车头部和尾部的卫星定位接收机接收卫星星历数据和伪距数据，根据所述卫星星历数据和伪距数据计算出所述列车的车头和车尾的定位位置，包括：为了计算出列车的车头位置或者车尾位置的定位点的三维位置(X_u，Y_u，Z_u)，在可见卫星中选择至少四颗卫星进行伪距测量，产生伪距方程组：ρ_i＝||s_j‑u||+ct_u,其中s_j表示卫星位置信息，u表示接收机位置信息，c为光速常量，t_u为信号从卫星与接收机时钟钟差；所述伪距方程组展开得到：${\rho }_1=\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$${\rho }_2=\sqrt{{(x_2-x_u)}^2+{(y_2-y_u)}^2+{(z_2-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$${\rho }_3=\sqrt{{(x_3-x_u)}^2+{(y_3-y_u)}^2+{(z_3-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$${\rho }_4=\sqrt{{(x_4-x_u)}^2+{(y_4-y_u)}^2+{(z_4-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$ρ_j指第j颗卫星的伪距，x_j、y_j、z_j指第j颗卫星的三维位置，t_u列车车头位置或者车尾位置安装的卫星定位接收机的钟差；通过线性迭代方法来求解所述伪距方程组，得到所述列车的车头位置或者车尾位置的定位点的三维位置(X_u，Y_u，Z_u)；所述的通过线性迭代方法来求解所述伪距方程组，得到所述列车的车头位置或者车尾位置的定位点的三维位置(X_u，Y_u，Z_u)，包括：设偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)表示所述列车的车头位置或者车尾位置的定位点的真实位置(x_u,y_u,z_u)与定位点近似位置之间的偏差；所述近似位置的初始值设置为(0.0.0)，通过迭代运算求出近似位置的最终值，将所述伪距方程组在近似位置处按泰勒级数展开，得到用已知坐标和伪距测量的线性函数表示的位置偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)，求得结果如下：Δρ＝HΔx即Δx＝H^‑1Δρ其中$\Delta \rho =\left[\begin{array}{c}\Delta {\rho }_1\\ {\mathrm{\Delta \rho }}_2\\ {\mathrm{\Delta \rho }}_3\\ {\mathrm{\Delta \rho }}_4\end{array}\right],H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{x1}& a_{y1}& a_{z1}& 1\\ a_{x2}& a_{y2}& a_{z2}& 1\\ a_{x3}& a_{y3}& a_{z3}& 1\\ a_{x4}& a_{y4}& a_{z4}& 1\end{array}\right],\Delta x=\left[\begin{array}{c}\Delta x_u\\ {\mathrm{\Delta y}}_u\\ {\mathrm{\Delta z}}_u\\ -{\mathrm{c\Delta t}}_u\end{array}\right]$Δρ表示伪距残差，Δρ_i(i＝1,2,3,4)表示与卫星i有关的伪距残差，Δt_u为卫星与接收机钟差偏差，所述a_xj,a_yj,a_zj表示由所述列车的车头位置或者车尾位置的定位点的近似位置指向第j颗卫星的单位矢量的方向余弦，通过获取不少于4颗卫星的伪距信息和星历信息，利用上述方程通过迭代运算求解出4个未知量Δx_u,Δy_u,Δz_u,Δt_u来，并求解出近似位置的最终值；根据所述偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)和近似位置的最终值，计算出所述列车的车头位置或者车尾位置的定位点的真实位置(x_u,y_u,z_u)；所述的根据设定的定位漏检率和误检率计算出所述列车的定位水平保护距离，包括：考虑测量噪声的线性化测量方程如下所示：y＝Hx+ε其中,y表示伪距测量值，H表示雅克比矩阵，ε是n×1测量误差矢量，n表示伪距测量个数；对所述线性关联矩阵H进行QR分解得到奇偶变换矩P；计算出与所选取的每颗卫星线性关联的斜率SLOPE(i)：$SLOPE\left(i\right)=\sqrt{A_{1i}^2+A_{2i}^2}/\sqrt{S_{ii},}i=1,2,...,n$式中，A_mi为矩阵A中第m行第i列元素，且A≡(H^TH)^‑1H^T，S_ii为矩阵S中第i行第i列元素，且S＝P^TP，n表示伪距测量个数；SLOPE_max为所选取的卫星线性关联的最大斜率；计算$f_{cent}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left[x^{\left(\right(k/2)-1)}{e}^{-x/2}\right]/\left[2^{k/2}\Gamma (k/2)\right],& x>0\\ 0,& x\le 0\end{array}\right.$${\int }_x^{\infty }{f}_{cent}\left(x\right)=p_{FA}$上述公式中的x为检测门限，Γ是伽马函数，自由度k＝可见卫星数‑4，f_cent(x)为中心χ²密度函数，p_FA为设定的误检概率；计算$f_{N.C.}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}[e^{-(x+\lambda )/2}/2^{k/2}]\underset{j=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}\{{\lambda }^j{x}^{(k/2)+j-1}/[\Gamma \left(\right(k/2)+j)·2^{2j}·j!\left]\right\},& x>0\\ 0,& x\le 0\end{array}\right.$${\int }_0^X{f}_{N.C.}\left(x\right)=P_{md}$上述公式中的f_N.C.(x)为非中心χ²密度函数，x为检测门限，j为整数，P_md为设定的定位漏检率，λ为非中心χ²密度函数的非中心参量，计算出临界偏差记pbias：$pbias={\sigma }_{UERE}\sqrt{\lambda }$所述λ是非中心χ²密度函数的非中心参量，所述σ_UERE是设定的卫星伪距测量误差的标准差；所述列车的定位水平保护距离HPL的计算公式如下：HPL＝SLOPE_max×pbias。