一种针对刚性列车车体的安全通信定位方法及设备与流程

本发明涉及轨道交通信号系统的车地定位领域，尤其是涉及一种针对刚性列车车体的安全通信定位方法及设备。

背景技术：

1、目前轨道交通多依据应答器+轮轴速度传感器+辅助传感器(加速度计，雷达等)进行列车安全定位，定位原理如下：

2、车载系统周期性采集轮轴速度传感器脉冲值，根据周期脉冲数计算得列车速度，然后再根据列车运行时间算出运行距离。假如某个时刻列车采到信标，该信标对应的里程由离线地图得到，然后对由轮轴速度传感器计算的里程进行校正。

3、上述列车测速定位方案存在如下不足：

4、在计算列车位置时都是基于前一次计算的结果，加上本次计算的增量得出目前列车的位置，因此该方案存在累计误差；

5、列车在运行过程中存在空转打滑的现象，但轮轴速度传感器仅通过脉冲数来反应车轮的转速，无法检测到此类问题，因此会影响列车定位精度，使计算出的列车位置存在误差；

6、对于光电速度传感器，其上的传动轴要和车轴联通在一起转动，时间长了传动轴会产生磨损，加上运行过程中车辆的震动，会导致传感器输出波形异常，甚至会出现丢齿或多齿的现象。

7、现有技术中，相比传统定位方式，通信定位如全球卫星导航系统(gnss)定位、5g-a蜂窝定位、wifi定位、二次雷达(secondary surveillance radar，ssr)定位和uwb定位具有下述优势：

8、独立性：每次定位测试都是独立进行的，不受以往测试结果的影响，确保了定位结果的准确性，避免了误差的累积。

9、高频率：系统能够以超过10hz的频率进行定位，这意味着它可以在一秒钟内完成十次以上的定位操作，满足高速移动物体的实时定位需求。

10、便于维护：轨旁系统设计安装在轨道两侧，而非轨道中央，这样的布局不仅减少了对轨道空间的占用，还便于后期的维护和检修工作。

11、但是现有通信定位存在各个定位终端独立进行测量，无法对输出结果进行自检验证，无法达到信号系统所要求的安全要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种针对刚性列车车体的安全通信定位方法及设备，通过车载通信定位终端之间进行自检和互校，实现定位功能的安全保障。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种针对刚性列车车体的安全通信定位方法，所述方法包括：

4、利用车载通信定位终端与列车内置电子地图进行周期性定位，得到车载通信定位终端定位信息；

5、根据车载通信定位终端定位信息，进行车载通信定位终端的自检和互校；

6、若自检和互校皆通过，则将定位信息作为列车定位输出，若自检和互校中任一未通过，则使列车运行总系统进入安全模式并重启旁路系统。

7、进一步地，所述车载通信定位终端安装于列车车体上。

8、更进一步地，所述列车车头与车尾分别安装2个及以上的车载通信定位终端。

9、进一步地，所述周期性定位信息的周期通过列车决策单元决定。

10、更进一步地，所述列车决策单元作为时钟源实现列车运行总系统的时钟同步。

11、进一步地，所述周期性定位过程包括：

12、通过车载通信定位终端，测量与周围基站或信标间的距离，得到车载通信定位终端相对位置；

13、根据列车内置电子地图，查询周围基站或信标的坐标；

14、结合车载通信定位终端相对位置与周围基站或信标的坐标，得出车载通信定位终端在轨道上的绝对位置，作为车载通信定位终端定位信息输出。

15、进一步地，所述车载通信定位终端的自检过程包括：

16、获取同一车载通信定位终端本周期定位信息、前一周期定位信息和前一周期列车速度；

17、根据两周期定位信息与两周期定位信息之间的时间差，计算列车速度；

18、计算当前列车速度和前一周期列车速度的差值并与第一安全裕量参数进行比较；

19、若差值小于第一安全裕量参数，则判定通过自检；

20、若差值大于第一安全裕量参数且大于第一安全裕量参数的连续次数不超过3次，则在下一周期重新执行自检；

21、若差值大于第一安全裕量参数且大于第一安全裕量参数的连续次数超过3个，则使列车运行总系统进入安全模式并重启旁路系统。

22、更进一步地，所述计算列车速度的公式包括：

23、

24、其中，△t为两次定位信息之间的时间差，d′为前一周期定位信息，d为本周期定位信息。

25、更进一步地，所述当前列车速度和前一周期列车速度的差值与第一安全裕量参数进行比较的公式包括：

26、

27、其中，△t为两次定位信息之间的时间差，d′为前一周期定位信息，d为本周期定位信息，v0为前一周期列车速度，p1safetymargin为第一安全裕量参数。

28、进一步地，所述车载通信定位终端的互校过程包括：

29、获取车头/车尾一端车载通信定位终端本周期定位信息和同端车载通信定位终端之间的安装间距；

30、通过车载通信定位终端定位信息计算同端车载通信定位终端之间的相对间距；

31、计算同端车载通信定位终端之间的相对间距与安装间距的差值并与第二安全裕量参数进行比较；

32、若差值大于第二安全裕量参数且大于第二安全裕量参数的连续次数不超过3次，则在下一周期重新执行自检；

33、若差值大于第二安全裕量参数且大于第二安全裕量参数的连续次数超过3个，则使列车运行总系统进入安全模式并重启旁路系统。

34、更进一步地，所述同端车载通信定位终端之间的相对间距与安装间距的差值与第二安全裕量参数进行比较的公式包括：

35、||a1-a2|-d1|<p2safe1ymargin，

36、||b1-b2|-d2|<p2safetymargin，

37、其中，a1为车头一车载通信定位终端定位信息，a2为车头另一车载通信定位终端定位信息，d1为车头两车载通信定位终端之间的安装间距，p2safetymargin为第二安全裕量参数，b1为车尾一车载通信定位终端定位信息，b2为车尾另一车载通信定位终端定位信息，d2为车尾两车载通信定位终端之间的安装间距。

38、进一步地，所述车载通信定位终端的互校过程还包括：

39、获取所有车载通信定位终端本周期定位信息和不同端车载通信定位终端之间的安装间距；

40、通过车载通信定位终端定位信息计算不同端车载通信定位终端之间的相对间距；

41、计算不同端车载通信定位终端之间的相对间距和安装间距的差值并与第三安全裕量参数进行比较；

42、若差值大于第三安全裕量参数且大于第三安全裕量参数的连续次数不超过3次，则在下一周期重新执行自检；

43、若差值大于第三安全裕量参数且大于第三安全裕量参数的连续次数超过3个，则使列车运行总系统进入安全模式并重启旁路系统。

44、更进一步地，所述不同端车载通信定位终端之间的相对间距和安装间距的差值与第三安全裕量参数进行比较的公式包括：

45、||a1-b1|-l|<p3safetymargin，

46、||a2-b2|-l|<p3safetymargin，

47、其中，a1为车头一车载通信定位终端定位信息，a2为车头另一车载通信定位终端定位信息，l为不同端车载通信定位终端之间的安装间距，p3safetymargin为第三安全裕量参数，b1为车尾一车载通信定位终端定位信息，b2为车尾另一车载通信定位终端定位信息。

48、进一步地，所述安全裕量参数根据列车车型和列车运行地点决定。

49、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的针对轨道交通刚性车体的安全通信定位方法的步骤。

50、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的针对轨道交通刚性车体的安全通信定位方法的步骤。

51、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

52、1.本发明设计了一种针对刚性列车车体的安全通信定位方法，根据轨道交通车体为刚性，速度处处相等且不会突变的特性，使用车载通信定位终端进行定位信息获取，通过终端之间的自检和互校，保障了输出的列车定位的安全性和准确性；车载通信定位终端的定位信息，相比轨道交通传统定位系统能够提供更连续的高精度高频次的定位；

53、2.本发明车载通信定位终端之间自检和互校的组合故障安全架构，符合2oo2组合故障安全架构的原理；

54、3.本发明不强制车载通信定位终端定位制式，甚至在相同列车上可以采用不同制式的车载通信定位终端，提高了整个系统的鲁棒性；

55、4.本发明所用设备均安装在列车车体上，不需要传统定位系统安装在轨道中的设备，提高了定位系统的可维护性能；

56、5.本发明利用决策单元作为时钟源，能够周期性地同步整个系统的时钟，提高了系统的稳定性和可靠性，确保各个车载通信定位终端在采集和上报定位信息时的时间基准是一致的，从而减少了因时间不同步而导致的定位误差。