一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置与流程

1.本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置。


背景技术：

2.在预警防护系统的列车定位计算中，是基于北斗导航系统的经纬度信息进行定位计算的。在该计算中，机车和手持终端定位模块读取所有车站的电子地图，该电子地图中包含站场站形信息、区段信息、所有关键点的经纬度信息；定位模块接收到北斗卫星传输的经纬度信息后，判断该点是属于哪个车站，然后对该车站的所有区段进行扫描计算，最后计算出机车车头或者施工人员所在的区段及在该区段的偏移量，将该区段位置信息发送给预警防护服务器，预警防护服务器根据该区段位置信息进行预警计算。此种计算方法有两个问题：一是在进行所属车站的计算过程中，需要对所有车站进行遍历计算；二是在进行区段位置转换过程中，需要对车站内所有区段元素进行遍历计算。由于在计算过程中，需要进行矢量的计算，这就涉及到double数据类型的乘法和除法两种计算，这两种计算(特别是除法计算)特别耗费cpu计算资源；这两个遍历计算在车站数量少、车站区段数量少、终端数量少的情况下，计算量是可以接受的，但是在车站数量、区段数量、终端数量都急剧增加的情况下，计算量会爆发式膨胀，例如有30个车站、每个车站有200个区段、同时存在1万台终端时，忽略车站范围的计算，极端情况下需要进行(200*10000)次计算。这大大提升了对设备计算能力的要求，增加了设备的购置和维护成本，同时上述方法中计算了大量的不必要数据，造成了设备计算能力的较大浪费。
3.可以理解的是，上述陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置，该方法充分利用终端的历史轨迹信息进行计算，大幅减少了处理器设备的计算量，压缩率可达到98％或更高；同时其还不需要额外增加硬件设备，即可大幅提高算力，投入成本非常小。另一方面，该方法和装置提高了cpu利用率，同样配置的服务器可以进行更大车站、更多车站、更多终端的计算任务，节省了硬件投入成本。
5.为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，包含：
7.接收北斗导航系统发送的经纬度信息；
8.结合接收的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，判断历史轨迹信息的有效性；
9.当历史轨迹信息有效时，根据终端的类型搜索备选区段，其中，所述终端的类型包含列车和手持终端；
10.遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；
11.根据终端类型，判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；
12.当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。
13.可选的，判断历史轨迹信息的有效性包含：
14.判断历史轨迹信息中对应终端的经纬度信息最后一次更新的时间与本次更新经纬度信息对应的时间之间的时间间隔是否在预设时间范围内；
15.将历史轨迹信息中的对应终端最后一次更新的经纬度信息与本次更新经纬度信息进行比较，判断本次更新的经纬度信息对应的位置信息是否在可信区间内；
16.当时间间隔处于预设时间范围内且本次更新的经纬度信息对应的位置信息在可信区间内时，历史轨迹信息为有效。
17.可选的，当所述终端为列车时，根据列车的搜索长度以及列车前进方向搜索备选区段。
18.可选的，若基于搜索长度搜索的范围跨越道岔，将道岔定反位所关联的区段也纳入备选区段。
19.可选的，列车的搜索长度＝列车速度*上一次更新与本次更新的时间差+冗余长度。
20.可选的，所述冗余长度为1米。
21.可选的，当所述终端为手持终端时，以所述手持终端上一次更新的位置为圆心，以预设活动距离为半径搜索备选区段。
22.可选的，所述预设活动距离＝上一次更新与本次更新的时间差*人类最大活动能力对应的速度。
23.可选的，所述人类最大活动能力对应的速度设为10米/秒。
24.可选的，当历史轨迹信息无效时，或，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，
25.遍历所有车站，搜索本次更新的经纬度所在的车站；
26.遍历所在车站内的所有区段，将所有区段纳入备选区段；
27.遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；
28.判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；
29.当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。
30.可选的，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，若再次转换的区段位置信息与前次转换的区段位置信息相同，则结束定位。
31.可选的，区段位置信息包含终端在区段上的投影点在此区段上的偏移量，以及终端到此区段的距离。
32.可选的，当所述终端为列车时，若列车到对应区段的距离小于预设误差，则此区段对应的区段位置信息有效。
33.可选的，所述预设误差为1米。
34.可选的，当有效的区段位置信息的个数大于两个时，保留列车到对应区段的距离最小的两个区段对应的区段位置信息。
35.可选的，当所述终端为手持终端时，若区段位置信息的个数大于零，则备选区段中转换的所有区段位置信息都有效。
36.可选的，一种预警防护装置，包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现前述的方法。
37.本发明与现有技术相比具有以下优点：
38.本发明的一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置中，该方法充分利用了终端的历史轨迹信息，当其历史轨迹信息有效时，基于前次更新的数据进行计算，大幅减少了处理器设备的计算量，压缩率可达到98％或更高；同时其还不需要额外增加硬件设备，即可大幅提高算力，投入成本非常小。另一方面，该方法和装置提高了cpu利用率，同样配置的服务器可以进行更大车站、更多车站、更多终端的计算任务，节省了硬件投入成本。
附图说明
39.图1为本发明的一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法示意图；
40.图2为本发明的一种列车搜索备选区段示意图；
41.图3为本发明的另一种列车搜索备选区段示意图；
42.图4为本发明的一种手持终端搜索备选区段示意图。
具体实施方式
43.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。
44.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
45.应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
46.进一步的，本发明中提及的“步骤1,2,3...”只是为了区分各个操作步骤，步骤后
的数字之间的大小关系不代表操作步骤的顺序。
47.在实际应用中，轨道交通领域中预警防护系统的列车定位计算是基于北斗导航系统提供的经纬度信息来实现的。北斗导航系统可以固定的时间间隔向预警防护系统提供列车或手持终端的实时经纬度信息，当然，也可以不固定的时间间隔或基于某些指令触发北斗导航系统更新经纬度信息，本发明对此不加以限制。
48.基于背景技术中所提及的问题，本发明提供了一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，该方法包含：接收北斗导航系统发送的经纬度信息；结合接收的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，判断历史轨迹信息的有效性；当历史轨迹信息有效时，根据终端的类型搜索备选区段，其中，所述终端的类型包含列车和手持终端；遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；根据终端类型，判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。
49.在实际应用中，北斗导航系统对终端进行定位的经纬度信息中会携带终端自身的实体id，根据此id可判断该终端的具体类型，也可据此寻找到该终端对应的历史轨迹信息。
50.下面结合图1进一步说明本发明的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，该方法具体包含：
51.步骤1、预警防护系统接收北斗导航系统发送的终端的经纬度信息。
52.步骤2、预警防护系统结合接收到的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，即结合本次更新的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，判断历史轨迹信息的有效性。
53.其中，判断历史轨迹信息的有效性包含：判断历史轨迹信息中对应终端的经纬度信息最后一次更新的时间与本次更新经纬度信息对应的时间之间的时间间隔是否在预设时间范围内；将历史轨迹信息中的对应终端最后一次更新的经纬度信息与本次更新经纬度信息进行比较，换算为空间信息，判断本次更新的经纬度信息对应的位置信息是否在可信区间内。当时间间隔处于预设时间范围内且本次更新的经纬度信息对应的位置信息在可信区间内时，则认为历史轨迹信息为有效。
54.步骤3、当历史轨迹信息有效时，根据终端的类型搜索备选区段。根据设备类型的不同，采用不同的搜索策略。根据搜索结果，可确定备选区段的区段号和区段名称。在本实施例中，所述终端的类型包含列车和手持终端。
55.步骤4、当所述终端为列车时，根据列车的搜索长度以及列车前进方向搜索备选区段。
56.由于列车一定是在轨道上运行的，因此结合列车的历史轨迹、列车速度等，沿着列车前进方向向前搜索一段距离(列车的搜索长度)，将该距离内所有的区段纳入备选区段。进一步的，如果基于搜索长度搜索的范围跨越道岔，那么将道岔定反位所关联的区段也纳入备选区段。
57.在本实施例中，列车的搜索长度＝列车速度乘以上一次更新与本次更新的时间差+冗余长度。所述冗余长度可进一步将列车可能的运行区段纳入搜索范围中，进一步确保了本发明定位方法的定位准确性。可选的，所述冗余长度为1米。当然，所述冗余长度也可为其他数值，在实际应用时可根据需求进行设置，本发明对此不加以限制。
58.示例的，如图2所示，列车车头在233g1区段，根据列车速度、与上一周期的时间差计算出列车的搜索长度，根据该搜索长度向前搜索(虚线范围为搜索长度)，获得备选区段
包含233g1、233g2、233g3三个区段。如图3所示，在另一示例中，列车车头在3g区段，根据列车速度、与上一周期的时间差计算出搜索长度，根据该搜索长度向前搜索(虚线范围为搜索长度)，由于搜索长度跨越了道岔，所以获得备选区段包含3g、10号道岔、6号道岔三个区段。
59.步骤5、当所述终端为手持终端时，一般手持终端由工作人员随身携带，因此认为其代表工作人员。由于工作人员的活动是随意的没有规则的，因此以所述手持终端上一次更新的工作人员的位置为圆心，以预设活动距离为半径搜索备选区段。
60.在本实施例中，以工作人员上一次更新的位置为圆心，以人类的最大活动能力估算出预设活动距离作为活动半径，在此范围内搜索附近的区段。因前述搜索范围已尽可能地将工作人员可能的位移范围纳入搜索范围，因此若搜索时搜索到道岔区段，不会将道岔定反位所关联的区段纳入备选区段。此搜索可基于以下数据基础：在软件初始化阶段读取的站场数据，根据经纬度事先将每个区段距离周围区段的距离计算出来。
61.在本实施例中，所述预设活动距离＝上一次更新与本次更新的时间差乘以人类最大活动能力对应的速度。可选的，所述人类最大活动能力对应的速度设为10米/秒，即假设工作人员尽最大能力奔跑，按照10m/s的速度计算，不会出现漏算的问题。
62.示例的，如图4所示，上一次更新的工作人员的位置(图中的黑点)为圆心、预设活动距离为半径，计算出一个圆形的搜索范围(图中的虚线圆圈范围)，根据此搜索范围找到备选区段包含ig、6号道岔、10号道岔、8号道岔。
63.步骤6、遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换。可选的，转换出的区段位置信息包含终端在区段上的投影点在此区段上的偏移量(位于区段的哪段位置)，以及终端与此区段之间的距离(该经纬度对应的点到区段所在直线的距离，即点到直线的距离)。
64.步骤7、根据终端类型，判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效。当转换的区段位置信息有效时，为计算成功，输出此区段位置信息。当备选区段中有多个区段时，即转换有多个区段位置信息时，分别判断计算出的各个区段位置信息的有效性。计算成功，输出所有有效的区段位置信息后，结束计算。
65.具体地，当所述终端为列车时，若列车到对应区段的距离小于预设误差，则此区段对应的区段位置信息有效，否则为无效。在本实施例中，所述预设误差为1米。可以理解的是，所述预设误差不仅限为上述，其还可根据实际需求设置为其他数值，本发明对此不加以限制。进一步的，当有效的区段位置信息的个数大于两个时，保留列车到对应区段的距离最小的两个区段对应的区段位置信息，即保留列车与区段之间距离最小的两个对应区段位置信息，舍弃距离较大的计算结果，以提升该方法的定位准确度。
66.当所述终端为手持终端时，若区段位置信息的个数大于零，则备选区段中转换的所有区段位置信息都有效。即当终端为手持终端时，只需要区段位置信息个数大于0即可，因为人的活动是无规则的，会出现在多个区段中，从而会在多个区段上有相对位置信息。
67.如图1所示，在步骤2中，当判断历史轨迹信息无效时，或，在步骤7中，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，该方法还包含：步骤8、遍历所有车站，搜索本次更新的经纬度所在/对应的车站。步骤9、遍历所在车站内的所有区段，将所有区段纳入备选区段。步骤10、遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。此处的有效性判断可参照前述有效性判断方法进行，即对于车辆而言，需要剔除掉不合理的区
段信息，主要是距离区段在误差范围外的区段信息(目前按1m计算)；对于手持终端而言，不需要进行有效性判定。
68.可选的，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，若再次转换的区段位置信息与前次转换的区段位置信息相同，即与步骤6中转换的内容一致，由于没有进一步计算判断有效性的可能性，结束本次计算。
69.基于同一发明构思，本发明还提供了一种预警防护装置，该预警防护装置包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现前述的定位方法。可选的，所述预警防护系统包含上述预警防护装置，或为上述预警防护装置。
70.基于上述，本发明的一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，利用终端的历史运行轨迹数据进行推算，可大致推算出终端所在区段，一般情况下会推算出两个区段，特殊情况可能推算出3-4个区段，然后基于推算出的区段进行计算，从而计算出该终端的区段位置。这种定位计算方法，按照30个车站、每个车站200个区段、1万台终端的规模计算，忽略车站范围的计算，极端情况下只需要进行(4*10000)次计算，是原来计算量的五十分之一，大大节省了计算量；车站区段越多，优化效果越明显。进一步的，本发明的定位方法已经过实际预警防护系统测试，可大幅度压缩计算量，特别是对于复杂站场而言，压缩率非常可观，大量节省算力，从而解决硬件投入成本。
71.综上所述，本发明的一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置中，该方法充分利用终端的历史轨迹信息进行计算，大幅减少了处理器设备的计算量，压缩率可达到98％或更高；同时其还不需要额外增加硬件设备，即可大幅提高算力，投入成本非常小。另一方面，该方法和装置提高了cpu利用率，同样配置的服务器可以进行更大车站、更多车站、更多终端的计算任务，节省了硬件投入成本。
72.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，包含：接收北斗导航系统发送的经纬度信息；结合接收的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，判断历史轨迹信息的有效性；当历史轨迹信息有效时，根据终端的类型搜索备选区段，其中，所述终端的类型包含列车和手持终端；遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；根据终端类型，判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。2.如权利要求1所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，判断历史轨迹信息的有效性包含：判断历史轨迹信息中对应终端的经纬度信息最后一次更新的时间与本次更新经纬度信息对应的时间之间的时间间隔是否在预设时间范围内；将历史轨迹信息中的对应终端最后一次更新的经纬度信息与本次更新经纬度信息进行比较，判断本次更新的经纬度信息对应的位置信息是否在可信区间内；当时间间隔处于预设时间范围内且本次更新的经纬度信息对应的位置信息在可信区间内时，历史轨迹信息为有效。3.如权利要求1所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当所述终端为列车时，根据列车的搜索长度以及列车前进方向搜索备选区段。4.如权利要求3所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，若基于搜索长度搜索的范围跨越道岔，将道岔定反位所关联的区段也纳入备选区段。5.如权利要求3所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，列车的搜索长度＝列车速度*上一次更新与本次更新的时间差+冗余长度。6.如权利要求5所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，所述冗余长度为1米。7.如权利要求1所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当所述终端为手持终端时，以所述手持终端上一次更新的位置为圆心，以预设活动距离为半径搜索备选区段。8.如权利要求7所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，所述预设活动距离＝上一次更新与本次更新的时间差*人类最大活动能力对应的速度。9.如权利要求8所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，所述人类最大活动能力对应的速度设为10米/秒。10.如权利要求1所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当历史轨迹信息无效时，或，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，遍历所有车站，搜索本次更新的经纬度所在的车站；遍历所在车站内的所有区段，将所有区段纳入备选区段；遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；
当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。11.如权利要求10所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，历史轨迹信息有效但备选区段中转换的区段位置信息无效时，若再次转换的区段位置信息与前次转换的区段位置信息相同，则结束定位。12.如权利要求1或10所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，区段位置信息包含终端在区段上的投影点在此区段上的偏移量，以及终端到此区段的距离。13.如权利要求12所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当所述终端为列车时，若列车到对应区段的距离小于预设误差，则此区段对应的区段位置信息有效。14.如权利要求13所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，所述预设误差为1米。15.如权利要求13所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当有效的区段位置信息的个数大于两个时，保留列车到对应区段的距离最小的两个区段对应的区段位置信息。16.如权利要求1所述的融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法，其特征在于，当所述终端为手持终端时，若区段位置信息的个数大于零，则备选区段中转换的所有区段位置信息都有效。17.一种预警防护装置，其特征在于，包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1-16任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种融合历史运行轨迹和北斗导航的定位方法及其装置，该方法包含：接收北斗导航系统发送的经纬度信息；结合接收的经纬度信息和对应的历史轨迹信息，判断历史轨迹信息的有效性；当历史轨迹信息有效时，根据终端的类型搜索备选区段；遍历备选区段，进行经纬度向区段位置信息的转换；根据终端类型，判断备选区段中转换的区段位置信息是否有效；当转换的区段位置信息有效时，输出此区段位置信息。其优点是：该方法充分利用终端的历史轨迹信息进行计算，大幅减少了处理器设备的计算量，压缩率可达到98％或更高；同时其还提高了CPU利用率，同样配置的服务器可以进行更大车站、更多车站、更多终端的计算任务，节省了硬件投入成本。投入成本。投入成本。


技术研发人员：岳锦俞 瀚格尔 贾庆文 罗轶娜 程佳佳
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/4/5