一种轨检小车运行方向计算方法、系统及计算机与流程

1.本技术涉及轨道检测技术领域，特别是涉及一种轨检小车运行方向计算方法、系统及计算机。


背景技术：

2.随着我国铁路的快速发展，运营速度的不断提升，对铁路轨道几何状态控制的精度要求也越来越高。在铁路线路铺轨后及线路运营过程中，需对轨道的几何状态进行检测，以判断轨道平顺性是否良好，以及与周边设施及构筑物之间是否保持合理的安全限界。在铁路线路的路基段，常用轨检小车等检测仪器沿轨道移动，实时获取轨道的惯性轨迹，结合对每隔指定距离设置的轨道定位点的精确坐标的测量，并以该精确坐标对惯性轨迹进行坐标约束，实现对轨道全线的坐标控制。
3.在轨检小车在轨道上进行外部几何参数测量时，需要把绝对位置转算到轨道中线，再算出平面偏差和垂向偏差。在进行轨道中线转换时，需要明确当前轨检小车的行进方向，即计算轨检小车的行进方向角。
4.基于北斗/gnss外部参数测量的轨检小车的测量过程，一般通过北斗/gnss定位获取轨检小车的定位数据，进而根据定位数据计算轨检小车的行进方向角，但轨检小车处于运行和静止状态下的定位数据分布差异较大，在无法判断轨检小车行动状态的情况下，若轨检小车处于静止状态，定位数据将以一个点为中心呈散点分布，此时，行进方向角的计算结果会出现较大偏差，影响轨检小车后续的检测工作。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种轨检小车运行方向计算方法、系统及计算机，以解决轨检小车在检测过程中，无法准确判定轨检小车的运行状态，若其处于静止状态，因定位数据呈散点分布，导致行进方向角的计算偏差较大，影响轨检工作精度的技术问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种轨检小车运行方向计算方法，包括以下步骤：
7.以时间段为单位循环接收轨检小车的定位数据，形成若干个定位数据组；
8.根据最近时间段的所述定位数据组判定所述轨检小车的行动状态；
9.若判定所述轨检小车处于静止状态，逐步提取前一时间段内的定位数据组，直至判定所述轨检小车处于运行状态；
10.根据所述轨检小车处于运行状态时的所对应的定位数据组，获取所述轨检小车的运行方向角。
11.进一步地，所述以时间段为单位循环截取轨检小车的定位数据，形成若干个定位数据组的步骤包括：
12.设置定位数据缓冲区，将所述时间段设定为所述定位数据缓冲区的存储周期；
13.将所述轨检小车的定位数据纳入所述定位数据缓冲区内，并对所述轨检小车的定位数据进行卡尔曼滤波预处理；
14.根据所述存储周期将预处理后的定位数据区隔为若干个定位数据组。
15.进一步地，所述根据最近时间段的所述定位数据组判定所述轨检小车的行动状态的步骤包括：
16.提取最近时间段的所述定位数据组，以时间点的先后将所述定位数据组区隔为优先段及次选段；
17.获取所述优先段的优选平均精度、优选中心位置及所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的优选平均距离；
18.根据所述优选平均精度及所述优选平均距离进行一次判定，以得到所述轨检小车的行动状态。
19.进一步地，获取所述优先段的优选平均精度、优选中心位置及所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的优选平均距离的步骤具体为:
20.结合定位模式及定位精度因子，按照以下公式计算所述优先段的优选平均精度：
[0021][0022]
其中，s为优先段的优选平均精度，n为优先段内的定位数据的个数，j为定位模式，m
ji
为定位精度因子，i为优先段的某个定位数据；
[0023]
计算所述优先段内的定位数据的均值，以获取所述优先段的优选中心位置；
[0024]
计算所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的距离，并取其均值，以获取所述优选平均距离。
[0025]
进一步地，所述根据所述优选平均精度及所述优选平均距离进行一次判定，以得到所述轨检小车的行动状态的步骤具体为：
[0026]
判断所述优选平均距离是否落于所述优选平均精度的3δ范围内；
[0027]
若所述优选平均距离大于3δ的所述优选平均精度，则一次判定所述轨检小车为运行状态；
[0028]
若所述优选平均距离小于或等于3δ的所述优选平均精度，则一次判定所述轨检小车为静止状态。
[0029]
进一步地，在根据所述优选平均精度及所述优选平均距离进行一次判定，以得到所述轨检小车的行动状态的步骤之后还包括：
[0030]
若一次判定所述轨检小车的运行状态为静止状态，则计算所述定位数据组的全量平均精度、全量中心位置及所述定位数据组内的定位数据与所述全量中心位置的全量平均距离；
[0031]
根据所述全量平均精度及全量平均距离，对所述轨检小车的行动状态进行二次判定。
[0032]
进一步地，所述获取所述轨检小车的运行方向角的步骤包括：
[0033]
通过以下公式计算直线方程的参数：
[0034]
[0035]
式中，n为定位数据的个数，x为定位数据的横向坐标，y为定位数据的纵向坐标，a、b为直线方程的参数；
[0036]
将参数a、b代入直线方程：y＝ax+b，以完成直线拟合；
[0037]
通过拟合的直线与定位坐标轴y轴，计算所述轨检小车的运行方向角。
[0038]
第二方面，本技术实施例提供了一种轨检小车运行方向计算系统，应用于所述轨检小车运行方向计算方法，所述系统包括：
[0039]
第一获取模块，用于以时间段为单位循环接收轨检小车的定位数据，形成若干个定位数据组；
[0040]
第一判定模块，用于根据最近时间段的所述定位数据组判定所述轨检小车的行动状态；
[0041]
第二判定模块，用于若判定所述轨检小车处于静止状态，逐步提取前一时间段内的定位数据组，直至判定所述轨检小车处于运行状态；
[0042]
第二获取模块，用于根据所述轨检小车处于运动状态时的所述定位数据组，获取所述轨检小车的运行方向角。
[0043]
第三方面，本技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述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述第一方面所述的轨检小车运行方向计算方法。
[0044]
第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的轨检小车运行方向计算方法。
[0045]
相比于相关技术，本发明的有益效果在于：通过将所述轨检小车的定位数据汇集，并以时间顺序区隔为若干个所述定位数据组，可避免计算量过于庞杂，影响所述轨检小车的运行方向角的计算精度，以最新的所述定位数据组内的定位数据判定所述轨检小车的行动状态，可准确判定当前状态下所述轨检小车的行动状态，进而确定计算运行方向角所使用的定位数据是否精确，在所述轨检小车处于静止状态时，即定位数据呈散点分布状态时，则摈弃此段数据，逐步提取前一时间段的所述定位数据组来判定所述轨检小车的行动状态，直至在某一时间段的所述定位数据组判定该时间段下的所述轨检小车为运行状态时，则以此份所述定位数据组完成所述轨检小车的运行方向角的获取，此时，行进方向角的计算偏差较小，较为精准，可便于后续所述轨检小车的检测工作。
[0046]
本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0047]
图1为本发明第一实施例中轨检小车运行方向计算方法的流程图；
[0048]
图2为本发明第二实施例中轨检小车运行方向计算方法的流程图；
[0049]
图3为本发明第三实施例中轨检小车运行方向计算系统的结构框图；
[0050]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0051]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0052]
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
[0053]
在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0054]
除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
[0055]
请参阅图1，本发明第一实施例提供的轨检小车运行方向计算方法，所述方法包括步骤s10至步骤s40：
[0056]
步骤s10：以时间段为单位循环接收轨检小车的定位数据，形成若干个定位数据组；
[0057]
在所述轨检小车对轨道上进行几何检测时，通常通过北斗/gnss系统对其进行定位，以便于完成所述轨检小车于轨道上的定位及运行工作。在所述轨检小车检测过程中，实时接收所述轨检小车的定位数据，将获取到若干个所述定位数据，以时间段为单位循环接收，则可将若干个所述定位数据分别组成若干个定位数据组。通过将所述定位数据从零化整，可根据需求分段选取所需要的所述定位数据，避免在需要通过所述定位数据计算运行方向角时，数据量过于繁杂，而导致计算时间过长或计算误差较大。
[0058]
步骤s20：根据最近时间段的所述定位数据组判定所述轨检小车的行动状态；
[0059]
在将所有的所述定位数据区隔为若干个所述定位数据组后，提取最新的所述定位数据组，即最新的若干个所述定位数据对所述轨检小车的运行状态进行判定，即可准确的
判断实时状态下所述轨检小车的运行状态。
[0060]
步骤s30：若判定所述轨检小车处于静止状态，逐步提取前一时间段内的定位数据组，直至判定所述轨检小车处于运行状态；
[0061]
在所述轨检小车处于静止状态时，其定位数据将以一个定位数据点为中心，整体呈散点分布，在此种情况下，通过该时间段的所述定位数据组进行所述轨检小车的运行方向角计算，将导致其误差较大，因此，逐步提取前一所述时间段内的所述定位数据组进行所述轨检小车的运行状态判定，即可确认在所述轨检小车停止前、仍处于运行状态时的所述定位数据组。
[0062]
步骤s40：根据所述轨检小车处于运行状态时的所对应的定位数据组，获取所述轨检小车的运行方向角；
[0063]
所述轨检小车处于运行状态时的所述定位数据组，其内的若干个定位数据整体呈线状分布，此时，确认所述轨检小车实时状态下的运行方向角，其计算结果较为精确。
[0064]
通过将所述轨检小车的定位数据汇集，并以时间顺序区隔为若干个所述定位数据组，可避免计算量过于庞杂，影响所述轨检小车的运行方向角的计算精度，以最新的所述定位数据组内的定位数据判定所述轨检小车的行动状态，可准确判定当前状态下所述轨检小车的行动状态，进而确定计算运行方向角所使用的定位数据是否精确，在所述轨检小车处于静止状态时，即定位数据呈散点分布状态时，则摈弃此段数据，避免通过静止状态的数据获取所述轨检小车假的位置变动。通过逐步提取前一时间段的所述定位数据组来判定所述轨检小车的行动状态，直至在某一时间段的所述定位数据组判定该时间段下的所述轨检小车为运行状态时，则以此份所述定位数据组完成所述轨检小车的运行方向角的获取，此时，行进方向角的计算偏差较小，较为精准，可便于后续所述轨检小车的检测工作。
[0065]
请参阅图2，本发明第二实施例提供的轨检小车运行方向计算方法，所述方法包括以下步骤：
[0066]
步骤s100：设置定位数据缓冲区，将所述时间段设定为所述定位数据缓冲区的存储周期；
[0067]
步骤s101：将所述轨检小车的定位数据纳入所述定位数据缓冲区内，并对所述轨检小车的定位数据进行卡尔曼滤波预处理；
[0068]
在所述轨检小车的运行过程中，北斗/gnss系统不间断获取所述轨检小车的定位数据，将全部的所述定位数据纳入所述定位数据缓冲区内，以便于后续对所述定位数据的应用。
[0069]
卡尔曼滤波本质上是一个数据融合算法，将具有同样测量目的、来自不同传感器或具有不同单位的数据融合，得到一个更精确的目的测量值。通过将全部的所述定位数据进行卡尔曼滤波预处理，可统合所述定位数据，进一步为后续的测算提供便利性。
[0070]
步骤s102：根据所述存储周期将预处理后的定位数据区隔为若干个定位数据组；
[0071]
可以理解地，以所述时间段为单位设置完成所述定位数据缓冲区的储存周期后，所述定位数据缓冲区以所述存储周期区隔全量的所述定位数据，以所述时间段为单位形成若干个所述定位数据组，根据所述定位数据的获取时间先后，即可确认所述定位数据组的时间先后，以便于提取最新的所述定位数据组进行方向角的测算。
[0072]
步骤s103：提取最近时间段的所述定位数据组，以时间点的先后将所述定位数据
组区隔为优先段及次选段。
[0073]
在所述时间段内，存在不同时间节点下获取的所述定位数据，将所述定位数据组内最新的所述定位数据设定为第一定位数据，根据时间的先后顺序，将所述定位数据组内的所述定位数据逐步设定为第二定位数据、第三定位数据...第十定位数据、第十一定位数据...第n定位数据，设定区分逻辑，将第十定位数据设定为终端，所述第一定位数据至所述第十定位数据为优先段，所述第十一定位数据至所述第n定位数据为次选段。
[0074]
步骤s104：获取所述优先段的优选平均精度、优选中心位置及所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的优选平均距离；
[0075]
通过提取所述优先段进行数据计算，可进一步简化数据利用率，以最新的数据进行后续测算。
[0076]
具体地，结合定位模式及定位精度因子，计算所述优先段的优选平均精度，其计算公式为：
[0077][0078]
其中，s为优先段的优选平均精度，n为优先段内的定位数据的个数，j为定位模式，m
ji
为定位精度因子，i为优先段的某个定位数据；
[0079]
北斗/gnss定位系统在单点模式下的定位精度为米级，在rtd模式下的定位精度为亚米级，在rtk模式下的定位精度为厘米级，根据北斗/gnss定位系统的运行模式，即可确定定位模式及所述定位精度因子，继而获取所述优先段的优选平均精度，所述优选平均精度可理解为所述优先段的半径。
[0080]
计算所述优先段内的定位数据的均值，以获取所述优先段的优选中心位置；所述优先段内存在若干个所述定位数据，通过求取若干个所述定位数据的均值，即可获取所述优先段的优选中心位置。
[0081]
计算所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的距离，并取其均值，以获取所述优选平均距离。
[0082]
步骤s105：根据所述优选平均精度及所述优选平均距离进行一次判定，以得到所述轨检小车的行动状态；
[0083]
3δ(西格玛)准则又称为拉依达准则，它是先假设一组检测数据只含有随机误差，对其进行计算处理得到标准偏差，按一定概率确定一个区间，认为凡超过这个区间的误差，就不属于随机误差而是粗大误差，含有该误差的数据应予以剔除。在本技术中，判断所述优选平均距离是否落于所述优选平均精度的3δ范围内；若所述优选平均距离大于3δ的所述优选平均精度，则一次判定所述轨检小车为运行状态；可以理解地，若一次判定所述轨检小车为运行状态，则直接根据所述优先段的定位数据进行所述轨检小车的运行方向角计算。若所述优选平均距离小于或等于3δ的所述优选平均精度，则一次判定所述轨检小车为静止状态。
[0084]
步骤s106：若一次判定所述轨检小车的行动状态为静止状态，则计算所述定位数据组的全量平均精度、全量中心位置及所述定位数据组内的定位数据与所述全量中心位置的全量平均距离；
[0085]
步骤s107：根据所述全量平均精度及全量平均距离，对所述轨检小车的行动状态进行二次判定。
[0086]
在完成一次判定后，若所述轨检小车处于静止状态，则提取该时间段下所述定位数据组内的全量定位数据，通过步骤s104～s105相同的途径对所述轨检小车的行动状态进行二次判定，再次确认所述轨检小车于该时间段下是否存在运行状态。若存在运行状态，则根据该时间段下的所述定位数据内的全量定位数据进行所述轨检小车的运行方向角。
[0087]
步骤s108：若判定所述轨检小车处于静止状态，逐步提取前一时间段内的定位数据组，直至判定所述轨检小车处于运行状态；
[0088]
当通过最新的所述定位数据组判定所述轨检小车处于静止状态时，则逐步提取前一时间段的所述定位数据组，重复步骤s104～s107，直至判定所述轨检小车的行动状态为运行状态。
[0089]
步骤s109：根据所述轨检小车处于运行状态时的所对应的定位数据组，通过以下公式计算直线方程的参数：
[0090][0091]
式中，n为定位数据的个数，x为定位数据的横向坐标，y为定位数据的纵向坐标，a、b为直线方程的参数。
[0092]
步骤s110：将参数a、b代入直线方程：y＝ax+b，以完成直线拟合；
[0093]
步骤s111：通过拟合的直线与定位坐标轴y轴，计算出所述轨检小车的运行方向角；
[0094]
为了对所述轨检小车进行数据定位，北斗/gnss系统内存在相应的定位坐标轴，所述定位坐标轴包括用于空间定位的x轴及y轴，本技术中将所述定位数据拟合为y轴向直线，因此，通过拟合后的直线与定位坐标轴y轴之间形成的角度，即可获取所述轨检小车的运行方向角。
[0095]
可以理解地，当一次判定所述轨检小车的行动状态为运行状态时，通过将所述优先段的定位数据代入步骤s109～步骤s111，完成方向角的计算，若一次判定为静止状态，二次判定所述轨检小车的行动状态为运行状态时，则将所述定位数据组的定位数据代入步骤s109～步骤s111，完成运行方向角的计算。
[0096]
在进行方向角计算时，通过两点的数据即可完成直线的构建，但通过设置所述定位数据组，通过多点拟合直线，较多的数据拟合可使直线更为精确，进而使所述轨检小车的运行方向角的判断更为精准。
[0097]
请参阅图3，本发明第三实施例提供了一种轨检小车运行方向计算系统，该系统应用于所述轨检小车运行方向计算方法，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0098]
所述系统包括：
[0099]
第一获取模块10，用于以时间段为单位循环接收轨检小车的定位数据，形成若干
个定位数据组；
[0100]
所述第一获取模块10包括：
[0101]
设定单元，用于设置定位数据缓冲区，将所述时间段设定为所述定位数据缓冲区的存储周期；
[0102]
预处理单元，用于将所述轨检小车的定位数据纳入所述定位数据缓冲区内，并对所述轨检小车的定位数据进行卡尔曼滤波预处理；
[0103]
分隔单元，用于根据所述存储周期将预处理后的定位数据区隔为若干个定位数据组。
[0104]
第一判定模块20，用于根据最近时间段的所述定位数据组判定所述轨检小车的行动状态；
[0105]
所述第一判定模块20包括：
[0106]
区分单元，用于提取最近时间段的所述定位数据组，以时间点的先后将所述定位数据组区隔为优先段及次选段；
[0107]
第一获取单元，用于获取所述优先段的优选平均精度、优选中心位置及所述优先段内的定位数据与所述优选中心位置的优选平均距离；
[0108]
第一分析单元，用于根据所述优选平均精度及所述优选平均距离进行一次判定，以得到所述轨检小车的行动状态；
[0109]
第二获取单元，用于若一次判定所述轨检小车的行动状态为静止状态，则计算所述定位数据组的全量平均精度、全量中心位置及所述定位数据组内的定位数据与所述全量中心位置的全量平均距离；
[0110]
第二分析单元，用于根据所述全量平均精度及全量平均距离，对所述轨检小车的行动状态进行二次判定。
[0111]
第二判定模块30，用于若判定所述轨检小车处于静止状态，逐步提取前一时间段内的定位数据组，直至判定所述轨检小车处于运行状态；
[0112]
第二获取模块40，用于根据所述轨检小车处于运行状态时的所对应的定位数据组，获取所述轨检小车的运行方向角。
[0113]
所述第二获取模块40包括：
[0114]
第一计算单元，用于根据所述轨检小车处于运行状态时的所述定位数据组，通过以下公式计算直线方程的参数：
[0115][0116]
拟合单元，用于将参数a、b代入直线方程：y＝ax+b，以完成直线拟合；
[0117]
第二计算单元，用于通过拟合的直线与定位坐标轴y轴，计算出所述轨检小车的运行方向角。
[0118]
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述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述技术方案中所述的轨检小车运行方向计算方法。
[0119]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处
理器执行时实现如上述技术方案中所述的轨检小车运行方向计算方法。
[0120]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0121]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。