基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法与流程

1.本发明涉及轨道交通定位领域，尤其涉及一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法。


背景技术：

2.目前铁路上的本务机车在调车模式下工作，主要依靠人眼识别前方信号机、站界、土挡等信息，根据经验估算停车位置，在人眼疲劳或者司机经验不足的情况下，有一定的安全隐患。本务机车调车作业安全辅助防护系统(简称调防系统)，主要实现列车进站后，转入调车作业工作状态时，实现对本务机车前方调车进路中尽头线、站界的安全防护，以及信号机名称和距离的提示作用。可以用来辅助司机安全行车，避免误闯，约束和规范司机的驾驶行为。
3.以前受限于北斗定位技术的精度不高，以及相邻机车股道间距在4到5米之间，如果要确定机车的准确位置，定位精度至少在2米精度以内。因此单依靠北斗系统给机车导航，很难做到显示位置准确，更难对机车防撞防闯进行防护。如果机车的定位位置不高，还可能引起系统控制上的判断错误，提前、滞后或误判，对机车实施刹车制动措施。传统的定位技术还包括在单个站内某个位置铺设应答器，机车通过刷应答器来实现定位，但只是在铺设应答器位置的固定一点实现车位矫正，后续没有跟踪矫正机制，要保证机车的位置准确，需要铺设大量应答器，成本过高，只适合单个站场改造，也需要联锁信号的上车支持，才能判断出机车的前方运行路径，而且精度误差范围通常在20米，很难控制精准。联锁信号的厂家也有很多家，各家的联锁信号通信协议不同，不具备跨站运行的可能性。传统的辅助驾驶系统，如stp系统，就是采用了应答器和联锁信号上车的方案。也正是如此，只在单个站场内运行的机车，如调车机，不适合本务机车这种经常跨站运行的机车。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，提供一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法。
5.本发明的目的是以下述方式实现的：
6.一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，其特征在于：所述方法包括：
7.s1：部署地面差分基站，各个差分基站由地面差分服务器管控，车载定位模块通过移动网络向地面差分服务器申请差分数据信息后，在车载定位模块端进行差分运算，得出北斗精确机车坐标(x,y)；
8.s2：根据相邻两个信号机的坐标、机车坐标(x,y)对机车初始位置进行定位，判断出机车所在股道；
9.s3：根据初始定位机车位置，找到机车所在股道最前方北斗坐标参考点p1；s4：根据站场图机车位置计算出机车车头到参考点p1的距离s1，再根据机车实时接收到的北斗坐
标(x3,y3)与参考点p1北斗坐标(x4,y4)的距离s2，比较s1与s2的差值，对机车位置进行矫正；
10.s5：当机车走到道岔位置时，由于没有道岔联锁状态，根据后面机车实际运行轨迹，采集过道岔过程中的北斗坐标点与参考点p1和道岔轨上的参考点p2点坐标进行比较，来判断机车坐标趋势方向，是朝p1点逐渐靠近还是p2点靠近，通过2轮比较后，判断出机车运行的去向；
11.s6:在不存在分叉口的进路中，机车屏幕会实时显示前方道路中识别到的信号机的名称和计算出的信号机距离，在没有收到北斗坐标或者定位效果不好时，机车前进距离是根据机车轮子直径和旋转圈数来粗略计算行进距离，引进的距离误差依靠之后的接收的北斗差分精确定位坐标来修正。
12.所述s2具体步骤包括：
13.根据信号机d1坐标(x1,y1)和信号机d2坐标(x2,y2)，以及机车坐标(x,y)，计算机车坐标点对于两信号机坐标点之间的垂线距离h；
14.先判断(x,y)坐标是否满足由(x1,y1)和(x2,y2)组成的矩形区域中，如果满足则开始计算h；
15.公式如下：
16.设定地球半径r＝6371004，π＝3.1415926，再计算c＝cos(x/100000000*π/180)，
17.如果满足(x1不等于x2)并且(y1不等于y2)，
18.则
19.a＝(x2-x1)*(y-y1)/(y2-y1)+x1；
20.b＝(y2-y1)*(x-x1)/(x2-x1)+y1；
21.v＝llabs(x-a)；
22.m＝llabs(y-b)*c；
23.h＝(r*π*m*v)/(sqrt(m*m+v*v)*180000000)；
24.否则如果满足(x1等于x2)
25.v＝llabs(x-x1)；
26.h＝r*π*v/180000000；
27.否则如果满足(y1等于y2)
28.m＝llabs(y-y1)*c；
29.h＝r*π*m/180000000；
30.设定门限值vh＝150,单位：厘米；将图中相邻两个北斗坐标点根据公式轮流计算h,求出h小于vh的个数和对于站场图控件的位置，如果只有唯一的位置，则可以确认机车所在股道位置在此控件上，完成初始定位功能。
31.所述s4包括：如果s2小于s1，则机车位置向前矫正(s1
–
s2)米，
32.如果s2大于s1，则机车位置向后矫正(s2
–
s1)米，
33.如果s2等于s1，机车当前位置准确，不矫正；
34.机车越过p1,后继续查找到p2,以此类推，找到p3、p4
…
pn。
35.本发明的有益效果：相对于现有技术，本发明着重实现仅依靠北斗定位功能来实现本务机车调车作业安全辅助防护，无需地面联锁信号上车和应答器安装部署，具有更广
泛推广的价值和更高的性价比。
附图说明
36.图1是本发明机车初始位置的定位算法示意图。
37.图2是本发明中判断机车坐标位置与矩形区域的示意图。
38.图3是本发明中机车位置矫正示意图。
39.图4是本发明中机车位置趋势走向示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
42.一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，所述方法包括：
43.s1：部署地面差分基站，差分基站覆盖范围在方圆100公里范围内，以点连点方式形成点阵网络，各个差分基站由地面差分服务器管控，车载定位模块通过移动网络向地面差分服务器申请差分数据信息后，在车载定位模块端进行差分运算，得出北斗精确机车坐标(x,y)；
44.s2：根据相邻两个信号机的坐标、机车坐标(x,y)对机车初始位置进行定位，判断出机车所在股道；
45.s3：根据初始定位机车位置，找到机车所在股道最前方北斗坐标参考点p1；
46.s4：根据站场图机车位置(使用股道编号和距离股道终点的剩余距离来描述机车当前位置)计算出机车车头到参考点p1的距离s1，再根据机车实时接收到的北斗坐标(x3,y3)与参考点p1北斗坐标(x4,y4)的距离s2，比较s1与s2的差值，对机车位置进行矫正；如图3所示；
47.s5：当机车走到道岔位置时，由于没有道岔联锁状态，车位显示由于无法提前获取联锁规划的行走路线，所以无法提前判断机车要去的方向，在机车没过道岔岔口前，显示的车位是卡在岔口处的，只能根据机车后面真是越过道岔后，根据真实走向，采集过道岔过程中的北斗坐标点与参考点p1和道岔轨上的参考点p2点坐标进行比较，来判断机车坐标趋势方向，是朝p1点逐渐靠近还是p2点靠近，通过2轮比较后，(可通过初始位置中提及的定位垂线算法，分别求到从道岔岔心到p1点连线的垂线距离h1和从道岔岔心到p2点连线的垂线距离h2，通过比较h1和h2的差值，大于设定门限值后，判断出机车运行的去向)判断出机车运行的去向。如图4所示，机车旁的圆点代表机车接收到的北斗坐标点，在股道线上的圆点代表站场图测绘采样点，小车从d31走到x1过程中，接收到的北斗坐标信息是逐渐朝x1股道靠近；
48.s6:在不存在分叉口的进路中，机车屏幕会实时显示前方道路中识别到的信号机的名称和计算出的信号机距离，在没有收到北斗坐标或者定位效果不好时，机车前进距离是根据机车轮子直径和旋转圈数来粗略计算行进距离，引进的距离误差依靠之后的接收的北斗差分精确定位坐标来修正，差分精确定位误差精度在厘米级，可以保证机车位置实时
准确性。
49.对识别到的本进路中前方信号机，在快要临近时提醒注意观察地面信号机的灯色，防止闯蓝灯信号机，造成事故。对站界、土挡等固定防控点，提前计算出制动曲线，对超速机车实施刹车处理，仿真误闯站界，误撞土挡等事故的发生。
50.所述s2具体步骤包括：
51.如图1所示，根据信号机d1坐标(x1,y1)和信号机d2坐标(x2,y2)，以及机车坐标(x,y)，计算机车坐标点对于两信号机坐标点之间的垂线距离h；
52.如图2所示，先判断(x,y)坐标是否满足由(x1,y1)和(x2,y2)组成的矩形区域中，如果满足则开始计算h(单位为厘米)；
53.公式如下：
54.设定地球半径r＝6371004，π＝3.1415926，再计算c＝cos(x/100000000*π/180)，
55.如果满足(x1不等于x2)并且(y1不等于y2)，
56.则
57.a＝(x2-x1)*(y-y1)/(y2-y1)+x1；
58.b＝(y2-y1)*(x-x1)/(x2-x1)+y1；
59.v＝llabs(x-a)；
60.m＝llabs(y-b)*c；
61.h＝(r*π*m*v)/(sqrt(m*m+v*v)*180000000)；
62.否则如果满足(x1等于x2)
63.v＝llabs(x-x1)；
64.h＝r*π*v/180000000；
65.否则如果满足(y1等于y2)
66.m＝llabs(y-y1)*c；
67.h＝r*π*m/180000000；
68.设定门限值vh＝150,单位：厘米；将图中相邻两个北斗坐标点根据公式轮流计算h,求出h小于vh的个数和对于站场图控件的位置，如果只有唯一的位置，则可以确认机车所在股道位置在此控件上，完成初始定位功能。
69.所述s4包括：如果s2小于s1，则机车位置向前矫正(s1
–
s2)米，
70.如果s2大于s1，则机车位置向后矫正(s2
–
s1)米，
71.如果s2等于s1，机车当前位置准确，不矫正；
72.机车越过p1,后继续查找到p2,以此类推，找到p3、p4
…
pn。
73.本发明的有益效果：相对于现有技术，本发明着重实现仅依靠北斗定位功能来实现本务机车调车作业安全辅助防护，无需地面联锁信号上车和应答器安装部署，具有更广泛推广的价值和更高的性价比。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
74.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，其特征在于：所述方法包括：s1：部署地面差分基站，各个差分基站由地面差分服务器管控，车载定位模块通过移动网络向地面差分服务器申请差分数据信息后，在车载定位模块端进行差分运算，得出北斗精确机车坐标(x,y)；s2：根据相邻两个信号机的坐标、机车坐标(x,y)对机车初始位置进行定位，判断出机车所在股道；s3：根据初始定位机车位置，找到机车所在股道最前方北斗坐标参考点p1；s4：根据站场图机车位置计算出机车车头到参考点p1的距离s1，再根据机车实时接收到的北斗坐标(x3,y3)与参考点p1北斗坐标(x4,y4)的距离s2，比较s1与s2的差值，对机车位置进行矫正；s5：当机车走到道岔位置时，由于没有道岔联锁状态，根据后面机车实际运行轨迹，采集过道岔过程中的北斗坐标点与参考点p1和道岔轨上的参考点p2点坐标进行比较，来判断机车坐标趋势方向，是朝p1点逐渐靠近还是p2点靠近，通过2轮比较后，判断出机车运行的去向；s6:在不存在分叉口的进路中，机车屏幕会实时显示前方道路中识别到的信号机的名称和计算出的信号机距离，在没有收到北斗坐标或者定位效果不好时，机车前进距离是根据机车轮子直径和旋转圈数来粗略计算行进距离，引进的距离误差依靠之后的接收的北斗差分精确定位坐标来修正。2.根据权利要求1所述的基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，其特征在于：所述s2具体步骤包括：根据信号机d1坐标(x1,y1)和信号机d2坐标(x2,y2)，以及机车坐标(x,y)，计算机车坐标点对于两信号机坐标点之间的垂线距离h；先判断(x,y)坐标是否满足由(x1,y1)和(x2,y2)组成的矩形区域中，如果满足则开始计算h；公式如下：设定地球半径r＝6371004，π＝3.1415926，再计算c＝cos(x/100000000*π/180)，如果满足(x1不等于x2)并且(y1不等于y2)，则a＝(x2-x1)*(y-y1)/(y2-y1)+x1；b＝(y2-y1)*(x-x1)/(x2-x1)+y1；v＝llabs(x-a)；m＝llabs(y-b)*c；h＝(r*π*m*v)/(sqrt(m*m+v*v)*180000000)；否则如果满足(x1等于x2)v＝llabs(x-x1)；h＝r*π*v/180000000；否则如果满足(y1等于y2)m＝llabs(y-y1)*c；
h＝r*π*m/180000000；设定门限值vh＝150,单位：厘米；将图中相邻两个北斗坐标点根据公式轮流计算h,求出h小于vh的个数和对于站场图控件的位置，如果只有唯一的位置，则可以确认机车所在股道位置在此控件上，完成初始定位功能。3.根据权利要求1所述的基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，其特征在于：所述s4包括：如果s2小于s1，则机车位置向前矫正(s1
–
s2)米，如果s2大于s1，则机车位置向后矫正(s2
–
s1)米，如果s2等于s1，机车当前位置准确，不矫正；机车越过p1,后继续查找到p2,以此类推，找到p3、p4
…
pn。

技术总结
本发明公开一种基于北斗差分定位实现无信号调车站场防护系统的方法，所述方法包括：车载定位模块通过移动网络向地面差分服务器申请差分数据信息后，在车载定位模块端进行差分运算，得出北斗精确机车坐标；根据相邻两个信号机的坐标、机车坐标对机车初始位置进行定位，判断出机车所在股道；找到机车所在股道最前方北斗坐标参考点P1；计算出机车车头到参考点P1的距离S1，再根据机车实时接收到的北斗坐标与参考点P1北斗坐标的距离S2，比较S1与S2的差值，对机车位置进行矫正；当机车走到道岔位置时采集过道岔过程中的北斗坐标点与参考点P1和道岔轨上的参考点P2点坐标进行比较，来判断机车坐标趋势方向。断机车坐标趋势方向。断机车坐标趋势方向。


技术研发人员：王泽源 黄鹏涛 姜小彬 张冰洋
受保护的技术使用者：河南思维信息技术有限公司
技术研发日：2022.12.31
技术公布日：2023/5/16