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原文传递基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、系统及方法

专利名称：	基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、系统及方法
摘要：	本发明涉及一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置、系统及方法，属于铁路技术领域，解决现有列车定位系统依赖轨旁设备的问题；装置包括惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息；视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息；数据处理设备，用于接收惯导设备和视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到融合定位信息，发送到地铁列车的ATP系统，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各阶段进行辅助控制。本发明避免相同原理和特性的定位设备造成的共因失效，防止定位精度传递过程中的放大问题以及下级设备失效对上级设备定位精度的影响。
专利类型：	发明专利
申请人：	中铁电气化局集团有限公司
发明人：	林云志;周砚;南非;杨斌;唐侃;刘骁
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T18:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911321402.0
公开号：	CN111114593A
代理机构：	北京天达知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李明里
分类号：	B61L25/02;B;B61;B61L;B61L25;B61L25/02
申请人地址：	100039 北京市丰台区丰台路口139号202室
主权项：	1.一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位装置，其特征在于，包括惯导设备、视觉定位设备和数据处理设备；所述惯导设备，用于对地铁列车进行自主导航定位，计算惯导定位信息上报到所述数据处理设备；所述视觉设备，用于监测设置在地铁线路轨旁固定位置的图像信标，计算视觉定位信息上报到所述数据处理设备；所述数据处理设备，用于接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息，进行信息融合，得到列车的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP系统，对包括列车出库、站间运行、列车进站/库和列车停站/库在内的各行驶阶段进行辅助控制。 2.根据权利要求1所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述惯导设备包括自主定位模块、坐标转换模块、定位参数计算模块和参数上报模块；所述自主定位模块，采用惯导芯片进行自主定位，用于计算包括列车当前位置经、纬、高参数信息在内的定位信息和行驶速度信息；所述坐标转换模块，用于将所述列车当前位置的定位信息转换为平面坐标系坐标；定位参数计算模块，用于根据所述平面坐标系坐标计算列车距离坐标系原点的距离和列车行驶的轨道偏离；所述参数上报模块，用于将所述距离坐标系原点的距离、轨道偏离和行驶速度信息打包成惯导定位信息，上报到数据处理设备。 3.根据权利要求1或2所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述图像信标为二维码信标，设置在地铁线路两侧轨旁固定位置，成对分布；在线路不同的位置分别设置不同类别的ID编号。 4.根据权利要求3所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述视觉设备包括视觉处理模块和双目摄像头；所述双目摄像头安装于列车车头的一侧，用于拍摄设置于双目摄像头同侧的，在双目摄像头视角内的，在地铁线路轨旁固定位置的二维码信标；所述视觉处理模块，接收所述双目摄像头拍摄的二维码图片，识别所述二维码的ID编号，计算车头距离二维码的相对距离；将ID编号和相对距离打包形成视觉定位信息，上报到数据处理设备。 5.根据权利要求4所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述数据处理设备，接收所述惯导设备和所述视觉设备的上报信息；在列车出库时，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到视觉设备上报的车库ID编号，获取所述车库ID编号对应的二维码信标位置的经、纬、高参数信息，作为出库位置信息下发到所述惯导设备进行位置初始化；在站间运行阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息，发送到ATP系统，对列车站间运行进行辅助控制；在列车进站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP系统，对列车进站/库进行辅助控制，引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；在列车停站/库阶段，所述数据处理设备查询惯导定位信息和视觉定位信息，进行信息融合，得到列车行驶中的融合定位信息，发送到地铁列车的ATP系统，对列车停站/库进行辅助控制，引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；在列车停稳后，所述数据处理设备查询视觉定位信息，得到停车ID编号，获取停车ID编号对应的二维码信标设置位置的经、纬、高参数信息，作为惯导设备的导航修正参数信息下发到所述惯导设备进行参数修正。 6.根据权利要求5所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述信息融合将所述惯导设备上报的距离坐标系原点位置和所述视觉设备上报的相对距离进行融合；得到融合后的列车距离增量： d＝Wnavidnavi+Wvisiondvision；式中，dnavi为所述惯导定位信息中的距离原点位置，Wnavi为惯导设备的滤波系数，dvision为所述视觉定位信息中的相对距离，Wvision为视觉设备的滤波系数。 7.根据权利要求6所述的地铁列车自主定位装置，其特征在于，所述惯导设备的滤波系数Wnavi和视觉设备的滤波系数Wvision满足公式：式中，fnavi(v)与fvis(v)分别为与列车行驶速度有关的训练学习因子，通过进行深度学习获得。 8.一种利用如权利要求1-7所述地铁列车自主定位装置的自主定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、出库阶段，采用视觉设备辅助惯导设备进行初始化；步骤S2、站间行进阶段，采用惯导设备上报的惯导定位信息进行列车站间运行的辅助控制；步骤S3、进站阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车进站/库；引导车辆在进入站台前减速到至设定的速度门限内；步骤S4、停车阶段，根据惯导设备上报惯导定位信息和视觉设备上报的视觉定位信息进行融合定位，辅助控制列车停站/库；引导车辆继续减速，直到车辆停止在距离标记为停车ID的二维码信标的设定距离范围内；步骤S5、惯导校正阶段，在列车停稳后，采用视觉设备获取的停车ID编号二维码信标对应的位置信息，对所述惯导设备进行参数修正。 9.一种基于多元信息融合的地铁列车自主定位系统，其特征在于，包括第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置均采用如权利要求1-7任一所述的多元信息融合的地铁列车自主定位装置；所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的数据处理模块A、数据处理模块B和数据处理模块C相互电连接，采用相同的基础时钟，相互之间信息共享。 10.一种利用如权利要求9所述的地铁列车自主定位系统的自主定位方法，其特征在于，包括，在相同的时间基础下，在每一个定位装置中运行如权利要求8所述的地铁列车自主定位方法，得到三组融合定位信息；对所述三组融合定位信息再进行“三取二”处理，得到列车行驶中的最终融合定位信息；通过总线发送到地铁列车的ATP系统，对列车行驶进行辅助控制。
所属类别：	发明专利