本發(fā)明涉及列車定位技術，尤其涉及能夠對定位精度進行實時動態(tài)調整的列車定位檢測方法和系統(tǒng)。

背景技術：

城市軌道交通CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列車控制系統(tǒng))系統(tǒng)中的列車定位是實現(xiàn)基于連續(xù)式列車控制的關鍵信息，定位精度直接影響了行車間隔(列車追蹤距離，是指在軌道的固定點測量的從第一列車A經過此固定點到以相同方向運行的第二列車B經過同一固定點的時間間隔)和列車站臺停準判斷。CBTC系統(tǒng)是基于大容量、連續(xù)的車地信息雙向通信及列車定位與控制技術，實現(xiàn)列車的速度控制。采用不依賴軌旁列車占用檢測設備的列車主動定位技術和連續(xù)車-地雙向數據通信技術，通過能夠執(zhí)行安全功能的車載和地面處理器而構建的連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)。

ATC(Automatic Train Control自動列車控制)系統(tǒng)通過測速模塊與地面應答器信息結合的方法完成列車定位，其中測速模塊用于提供列車運行時的速度、距離以及方向等信息，而應答器則是通過線路數據的定義與拓撲，獲得該應答器所在的絕對與相對位置信息。應答器信息由BTM模塊(Balise Transmission Module應答器傳輸模塊)通過安裝在車底的BTM天線在經過地面應答器上方時獲取應答器報文并解析后提供給ATC主機進行處理。

當列車通過地面應答器完成定位后，車載ATP(Automatic Train Protection列車自動防護)通過計算得到列車位置信息并與對應區(qū)域的地面系統(tǒng)建立通信，從而獲得地面ZC提供的移動授權，列車根據移動授權進行連續(xù)式控制級授權下的運行和防護。移動授權是指列車沿給定的行駛方向進入并在某一特定區(qū)域內行車的許可，移動授權應考慮列車運行前方的各種危險點信息，應保證列車在授權范圍內的正常移動不受限制，移動授權的末端不應越過危險點。

對于這種測速測距和地面應答器結合的方法，目前主流的配置方式采用一套ATC系統(tǒng)配置兩個速度傳感器(安裝在列車輪軸上，軸每轉一周產生若干脈沖，用于測速和測距)、一個或兩個多普勒雷達(利用多普勒效應實現(xiàn)測速和測距功能)，其中速度傳感器作為測速信息的主要來源，雷達數據主要用于列車空轉輪滑的判定和補償。

傳統(tǒng)的列車定位方法具體如圖1所示，首先是初始定位，列車從非定位階段到定位階段需要經過初始定位過程。該過程需要列車經過兩個連續(xù)應答器，根據應答器方向和速度方向以及應答器位置信息進行列車位置計算(完成初始定位，列車運行方向必須向前，方向向后時只考慮溜逸或退行情況，無法進行初始定位)：

Pa＝P0+L1+(S0-S1)(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L1和L2為負)；

Pb＝P0+L1+(S0-S1)-L0(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L0、L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L0、L1和L2為負)。

其中，Pa為列車車頭位置，Pb為列車車尾位置，P0為最新讀到的應答器位置，L1為列車BTM天線距本端車鉤的距離，S0為列車標量累計位移，S1為BTM反饋的應答器中心點位置(位移)。

然后是列車位置不確定性的計算：列車的位置不確定性用于確定列車位置的安全包絡，即列車在最不利定位情況下位置不能超過該包絡。

圖2表示列車位置不確定包含了過讀誤差(列車計算的位置比實際位置偏大)和欠讀誤差(列車計算的位置比實際位置偏小)，即列車最大安全包絡是列車位置加上車頭位置不確定性和車尾位置不確定性：

D_{uncertainty(n)}＝D_Footprint+D_Installation+D_accuracy+D_delay，

其中，D_{uncertainty(n)}表示當前周期列車位置不確定性，D_Footprint表示應答器讀安裝誤差，表D_Installation示BTM天線安裝誤差，D_accuracy表示系統(tǒng)測量精度誤差，D_delay表示系統(tǒng)延時誤差。

從上述方案可以看出，一方面，既有列車定位算法受限于測速系統(tǒng)的測速誤差，從而導致列車定位不確定性加大，需要通過地面布置更多的應答器來提高定位精度。而另一方面，該方法在列車站臺停準判斷和精確停車時由于受測速系統(tǒng)精度的影響導致出現(xiàn)列車無法站臺停準或者站臺停準判斷錯誤。

技術實現(xiàn)要素：

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法和系統(tǒng)，解決了目前CBTC信號系統(tǒng)列車定位技術的定位誤差偏大、需要增大輔助設備數量等問題，既能最大限度提高列車定位精度，又能減少軌旁應答器的布置數量，降低了工程成本。

本發(fā)明的技術方案為：本發(fā)明揭示了一種基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法，包括：

列車從非定位階段到定位階段先進行初始定位；

在完成初始定位后，每經過連續(xù)的兩個應答器并都接收到應答器的有效報文后，進行動態(tài)測距精度計算；

基于動態(tài)測距精度計算結果計算列車位置不確定值，再根據列車位置不確定值確定列車位置的安全包絡。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法的一實施例，在初始定位過程中，在經過兩個連續(xù)的應答器后，根據應答器的方向和速度方向進行列車位置的計算。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法的一實施例，在動態(tài)測距精度計算的過程中，計算系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數為：

f_dyc＝(S1-S2)/(B1-B2)，

其中，f_dyc表示系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數，S1表示列車經過當前應答器中心點時的累計運行距離，S2表示列車經過上一個應答器中心點時的累計運行距離，B1表示列車經過當前應答器在線路數據中的公里標，B2表示列車經過上一應答器在線路數據中的公里標。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法的一實施例，在動態(tài)測距精度計算的過程中，根據系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數計算出動態(tài)測距精度計算：

D_dyc＝|1-f_dyc|*((S0-S1))，

其中D_dyc表示動態(tài)測距精度，S0表示列車當前時刻的累計運行距離。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法的一實施例，在確定列車位置的安全包絡的步驟中，計算得到：

D_{uncertainty(n)}＝D_Footprint+D_{Installationn}+D_dyc+D_delay，

其中，D_{uncertainty(n)}表示當前周期列車位置不確定值，D_Footprint表示應答器讀安裝誤差，D_{Installationn}表示BTM天線安裝誤差，D_dyc表示動態(tài)測距精度，D_delay表示系統(tǒng)延時誤差；

再由列車定位車頭位置加上列車位置不確定值D_{uncertainty(n)}、車尾位置減去位置不確定值和退行距離計算得到列車位置的安全包絡。

本發(fā)明還揭示了一種基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：

初始定位模塊，列車從非定位階段到定位階段先進行初始定位；

動態(tài)測距精度計算模塊，在完成初始定位后，每經過連續(xù)的兩個應答器并都接收到應答器的有效報文后，進行動態(tài)測距精度計算；

安全包絡獲取模塊，基于動態(tài)測距精度計算結果計算列車位置不確定值，再根據列車位置不確定值確定列車位置的安全包絡。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的一實施例，初始定位模塊在經過兩個連續(xù)的應答器后，根據應答器的方向和速度方向進行列車位置的計算。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的一實施例，動態(tài)測距精度計算模塊包括動態(tài)測量精度誤差系數單元，動態(tài)測量精度誤差系數單元計算系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數為：

f_dyc＝(S1-S2)/(B1-B2)，

其中，f_dyc表示系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數，S1表示列車經過當前應答器中心點時的累計運行距離，S2表示列車經過上一個應答器中心點時的累計運行距離，B1表示列車經過當前應答器在線路數據中的公里標，B2表示列車經過上一應答器在線路數據中的公里標。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的一實施例，動態(tài)測距精度計算模塊還包括精度計算單元，精度計算單元根據系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數計算出動態(tài)測距精度計算：

D_dyc＝|1-f_dyc|*((S0-S1))，

其中D_dyc表示動態(tài)測距精度，S0表示列車當前時刻的累計運行距離。

根據本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的一實施例，安全包絡獲取模塊計算得到：

D_{uncertainty(n)}＝D_Footprint+D_{Installationn}+D_dyc+D_delay，

其中，D_{uncertainty(n)}表示當前周期列車位置不確定值，D_Footprint表示應答器讀安裝誤差，D_{Installationn}表示BTM天線安裝誤差，D_dyc表示動態(tài)測距精度，D_delay表示系統(tǒng)延時誤差；

再由列車定位車頭位置加上列車位置不確定值D_{uncertainty(n)}、車尾位置減去位置不確定值和退行距離計算得到列車位置的安全包絡。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果：本發(fā)明基于ATC系統(tǒng)(測速誤差、通信延時、處理延時)實時特性和線路數據對比的動態(tài)調整技術，采用動態(tài)調整技術的列車定位，采用動態(tài)調整技術的列車不確定性的計算。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

a)本發(fā)明提高列車定位精度，提升產品性能。反觀傳統(tǒng)的定位檢測方法，靜態(tài)依賴測速設備的測距精度，加大了列車定位的不確定值，從而容易引起列車停站不準、無法打開車門等情況。b)確保列車安全，通過動態(tài)定位調整檢測技術，可以對系統(tǒng)測速出現(xiàn)不可檢測的誤差偏大(即超過最大測速精度)時，動態(tài)對測速進度進行補償，修正列車安全包絡，確保基于CBTC系統(tǒng)的運行列車安全。c)優(yōu)化系統(tǒng)配置，可以減少地面布置應答器數量。反觀傳統(tǒng)的定位檢測，通過地面布置更密的應答器來實現(xiàn)定位誤差的修正，增加了工程設計的工作量和施工過程的安裝及檢查量。d)降低成本，通過減少設備數量，實現(xiàn)成本的降低。

附圖說明

圖1示出了列車初始定位示意圖。

圖2示出了列車位置不確定性的示意圖。

圖3示出本發(fā)明的列車計算定位的流程圖。

圖4示出了本發(fā)明的列車不確定性的計算流程圖。

圖5示出了本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的實施例的原理圖。

具體實施方式

在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標記。

基于動態(tài)調整的列車定位檢測方法的實施例

在本實施例中，基于動態(tài)調整的列車定位檢測包括先進行初始定位，以及在完成初始定位之后的動態(tài)調整，而動態(tài)調整又分為先進行動態(tài)測距精度計算，再計算列車位置的安全包絡。

首先是列車初始定位，指的是列車從非定位階段到定位階段需要經過初始化定位過程，該過程需要列車經過兩個連續(xù)的應答器，根據應答器方向和速度方向以及應答器位置信息進行列車位置計算。

如圖1所示，Pa＝P0+L1+(S0-S1)*f_dyc，(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L1和L2為負)，

Pb＝P0+L1+(S0-S1)-L0，(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L0、L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L0、L1和L2為負)，

其中，Pa為列車車頭位置，Pb為列車車尾位置，P0為最新讀到的應答器位置，L1為列車BTM天線距本端車鉤的距離，S0為列車當前時刻的累計運行距離(列車標量累計位移)，S1為BTM反饋的應答器中心點位置(位移)，f_dyc為系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數。在列車未初始定位時，采用默認系統(tǒng)測量精度進行計算(如系統(tǒng)能夠達到的2％)。

初始定位的流程可以參見圖3所示，實際上圖3示出了列車定位計算的流程，無論是初始定位還是列車行進過程中的定位都按照圖3所示的步驟來實現(xiàn)。在列車行進的定位過程中，使用如圖4所示的步驟來實現(xiàn)基于動態(tài)調整的定位檢測。

首先，在經過兩個連續(xù)的應答器并都能接收到這兩個應答器的有效報文后，進行動態(tài)測距精度計算。在此過程中，首先計算系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數為：

f_dyc＝(S1-S2)/(B1-B2)，

其中，f_dyc表示系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數，S1表示列車經過當前應答器中心點時的累計運行距離，S2表示列車經過上一個應答器中心點時的累計運行距離，B1表示列車經過當前應答器在線路數據中的公里標，B2表示列車經過上一應答器在線路數據中的公里標。

然后，根據系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數計算出動態(tài)測距精度計算：

D_dyc＝|1-f_dyc|*((S0-S1))，

其中D_dyc表示動態(tài)測距精度，S0表示列車標量累計位移。

在得到動態(tài)測距精度D_dyc后，計算得到計算列車位置不確定值：：

D_{uncertainty(n)}＝D_Footprint+D_{Installationn}+D_dyc+D_delay，

其中，D_{uncertainty(n)}表示當前周期列車位置不確定值，D_Footprint表示應答器讀安裝誤差，D_{Installationn}表示BTM天線安裝誤差，D_dyc表示動態(tài)測距精度，D_delay表示系統(tǒng)延時誤差。

最后，根據列車位置不確定值確定列車位置的安全包絡：由列車定位車頭位置加上列車位置不確定值、車尾位置減去位置不確定值和退行距離得到列車位置的安全包絡。

通過本實施例的方案可以看出，列車位置的動態(tài)調整不僅可以補償由測速誤差引起的定位偏差，同時也能對系統(tǒng)延時引起的誤差進行動態(tài)補償。

基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的實施例

圖5示出了本發(fā)明的基于動態(tài)調整的列車定位檢測系統(tǒng)的實施例的原理。請參見圖5，本實施例的系統(tǒng)包括：初始定位模塊1、動態(tài)測距精度計算模塊2以及安全包絡獲取模塊3。

初始定位模塊1列車從非定位階段到定位階段先進行初始定位。初始定位模塊1在經過兩個連續(xù)的應答器后，根據應答器的方向和速度方向進行列車位置的計算。

如圖1所示，Pa＝P0+L1+(S0-S1)*f_dyc，(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L1和L2為負)，

Pb＝P0+L1+(S0-S1)-L0，(假定線路拓撲為從左往右為距離增，從右往左為距離減。線路運行方向為右向時，L0、L1和L2為正；線路運行方向為左向時，L0、L1和L2為負)，

其中，Pa為列車車頭位置，Pb為列車車尾位置，P0為最新讀到的應答器位置，L1為列車BTM天線距本端車鉤的距離，S0為列車標量累計位移，S1為BTM反饋的應答器中心點位置(位移)，f_dyc為系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數。在列車未初始定位時，采用默認系統(tǒng)測量精度進行計算(如系統(tǒng)能夠達到的2％)。

動態(tài)測距精度計算模塊2在完成初始定位后，每經過連續(xù)的兩個應答器并都接收到應答器的有效報文后，進行動態(tài)測距精度計算。

動態(tài)測距精度計算模塊2包括動態(tài)測量精度誤差系數單元21和精度計算單元22。

動態(tài)測量精度誤差系數單元21計算系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數為：

f_dyc＝(S1-S2)/(B1-B2)，

其中，f_dyc表示系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數，S1表示列車經過當前應答器中心點時的累計運行距離，S2表示列車經過上一個應答器中心點時的累計運行距離，B1表示列車經過當前應答器在線路數據中的公里標，B2表示列車經過上一應答器在線路數據中的公里標。

精度計算單元22根據系統(tǒng)動態(tài)測量精度誤差系數計算出動態(tài)測距精度計算：

D_dyc＝|1-f_dyc|*((S0-S1))，

其中D_dyc表示動態(tài)測距精度，S0表示列車當前時刻的累計運行距離(列車標量累計位移)。

安全包絡獲取模塊3基于動態(tài)測距精度計算結果計算列車位置不確定值，再根據列車位置不確定值確定列車位置的安全包絡。

安全包絡獲取模塊3計算得到：

D_{uncertainty(n)}＝D_Footprint+D_{Installationn}+D_dyc+D_delay，

其中，D_{uncertainty(n)}表示當前周期列車位置不確定值，D_Footprint表示應答器讀安裝誤差，D_{Installationn}表示BTM天線安裝誤差，D_dyc表示動態(tài)測距精度，D_delay表示系統(tǒng)延時誤差；

再由列車定位車頭位置加上列車位置不確定值D_{uncertainty(n)}、車尾位置減去位置不確定值和退行距離計算得到列車位置的安全包絡。

通過本實施例的方案可以看出，列車位置的動態(tài)調整不僅可以補償由測速誤差引起的定位偏差，同時也能對系統(tǒng)延時引起的誤差進行動態(tài)補償。

盡管為使解釋簡單化將上述方法圖示并描述為一系列動作，但是應理解并領會，這些方法不受動作的次序所限，因為根據一個或多個實施例，一些動作可按不同次序發(fā)生和/或與來自本文中圖示和描述或本文中未圖示和描述但本領域技術人員可以理解的其他動作并發(fā)地發(fā)生。

本領域技術人員將進一步領會，結合本文中所公開的實施例來描述的各種解說性邏輯板塊、模塊、電路、和算法步驟可實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件、或這兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、框、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應用和施加于整體系統(tǒng)的設計約束。技術人員對于每種特定應用可用不同的方式來實現(xiàn)所描述的功能性，但這樣的實現(xiàn)決策不應被解讀成導致脫離了本發(fā)明的范圍。

結合本文所公開的實施例描述的各種解說性邏輯板塊、模塊、和電路可用通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設計成執(zhí)行本文所描述功能的任何組合來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機。處理器還可以被實現(xiàn)為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)作的一個或多個微處理器、或任何其他此類配置。

結合本文中公開的實施例描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中體現(xiàn)。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或本領域中所知的任何其他形式的存儲介質中。示例性存儲介質耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲介質讀取和寫入信息。在替換方案中，存儲介質可以被整合到處理器。處理器和存儲介質可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和存儲介質可作為分立組件駐留在用戶終端中。

在一個或多個示例性實施例中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實現(xiàn)。如果在軟件中實現(xiàn)為計算機程序產品，則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質上或藉其進行傳送。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，其包括促成計算機程序從一地向另一地轉移的任何介質。存儲介質可以是能被計算機訪問的任何可用介質。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁存儲設備、或能被用來攜帶或存儲指令或數據結構形式的合意程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質。任何連接也被正當地稱為計算機可讀介質。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術從web網站、服務器、或其它遠程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術就被包括在介質的定義之中。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數字多用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現(xiàn)數據，而碟(disc)用激光以光學方式再現(xiàn)數據。上述的組合也應被包括在計算機可讀介質的范圍內。

提供對本公開的先前描述是為使得本領域任何技術人員皆能夠制作或使用本公開。對本公開的各種修改對本領域技術人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普適原理可被應用到其他變體而不會脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。