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基于GNSS/ODO的列车定位方法研究的开题报告一、选题背景与意义随着高铁、城际铁路等快速铁路建设的迅猛发展，列车定位技术成为快速铁路运行的重要支撑。
传统的列车定位方式通过信标和电气地图等方式实现，但这种方式存在着成本高、系统复杂和维护难度大等问题。
而全球卫星导航系统(GNSS)及车载运动测量装置，如轮速传感器、惯性测量单元等的应用，为列车定位提供了更为便捷、高效的方式。
基于GNSS/ODO的列车定位技术已经在国外得到广泛应用，包括欧洲的欧洲列车控制系统(ETCS)、美国的正移动列车控制(PTC)、日本的新干线等系统均采用了这种技术。
而目前我国的高速铁路行业也在不断研究、开发基于GNSS/ODO的列车定位技术，但是仍旧存在一系列的技术难题和问题需要解决。
因此，研究基于GNSS/ODO的列车定位方法，对于提高我国高速铁路的安全性、准确性和可靠性，具有重大意义和现实意义。
二、研究内容和技术路线（一）研究内容1. 基于GNSS/ODO的列车定位技术理论与方法研究2. 车载GNSS接收机的信号捕获与跟踪技术研究3. 车载ODO传感器技术研究4. 基于卡尔曼滤波的列车定位算法研究5. 基于集成导航的列车定位算法研究（二）技术路线1. 对基于GNSS/ODO的列车定位技术的理论和方法进行研究，对该技术的发展和应用进行回顾和分析。
2. 针对GNSS接收机在车载环境下出现的多路径效应和信号干扰等问题，研究车载GNSS接收机的信号捕获和跟踪技术，提出改进措施。
3. 研究ODO传感器技术，分析其误差来源和影响因素，并提出改进措施。
4. 基于卡尔曼滤波理论，研究基于GNSS/ODO的列车定位算法，并进行仿真实验验证。
5. 在卡尔曼滤波算法的基础上，进一步研究基于集成导航的列车定位算法，分析其定位精度和稳定性。
三、预期成果及应用价值（一）预期成果1. 基于GNSS/ODO的列车定位技术理论与方法的研究报告。
2. 车载GNSS接收机的信号捕获与跟踪技术改进措施。
基于轮轴和雷达传感器的列车测速测距系统设计与仿真刘喜文修金富张哲山宇文天（中南大学交通院交通设备与控制工程专业1402班）摘要设计了一种轮轴速度传感器和雷达速度传感器相结合的列车测速测距系统。
该系统针对测速轮对空转／滑行造成的轮轴速度传感器测速测距误差问题，建立了空转／滑行检测判断模型和空转／滑行过程中的列车速度和走行距离误差校正模型。
在实验室环境下搭建了该测速测距仿真系统，通过仿真试验验证了模型的有效性。
该系统提高了列车测速测距的精度和可靠性。
关键词列车测速测距；轮轴速度传感器；雷达速度传感器；空转／滑行检测；误差校正城市轨道交通列车的车载控制器（ＶＯＢＣ），负责完成车载列车自动防护（ＡＴＰ）和列车自动运行（ＡＴＯ）的功能。
车载ＡＴＰ的主要功能是根据列车即时速度和走行距离控制列车运行间隔，防止列车超速运行，保障列车运行安全；车载ＡＴＯ的主要功能是根据列车即时速度和走行距离控制列车舒适、节能、高效地运行。
因此，列车速度和走行距离信息是保证ＶＯＢＣ正常工作的基本参数，其精度和可靠性直接影响列车运行的安全和效率。
城市轨道交通列车普遍采用轮轴速度传感器来实时测量列车运行速度和走行距离。
轮轴速度传感器经济实用、技术成熟，通过测量车轮转速可以较为准确地得到列车运行速度和走行距离。
但是一旦测速轮对发生空转／滑行，车轮转速和列车实际运行速度之间就会出现较大偏差，导致轮轴速度传感器测速测距误差显著增大，并且依靠轮轴速度传感器自身无法有效解决该问题。
铁路运营部门为了尽量避免空转／滑行的发生，对列车的运行采取了一定的黏着控制措施，可以在很大程度上避免严重的空转／滑行，但是大量较微弱的空转／滑行仍然存在。
正是这些较微弱且较高频率发生的空转／滑行造成的列车测速测距误差，构成了基于轮轴速度传感器的列车测速测距方法定位误差的主要部分。
针对该问题，现有方式一般是采用轨旁辅助定位设备（例如查询／应答器等）向列车提供点式位置信息，修正轮轴传感器的测距累积误差。
高速铁路接触网关键设备4C分析方法及应用夏晏飞发表时间：2019-11-07T15:50:51.330Z 来源：《基层建设》2019年第23期作者：夏晏飞[导读] 摘要：高速铁路接触网悬挂状态检测监测装置（4C）是高速铁路6C综合系统中十分重要的一种检测监测装备，通过对接触网支撑装置、定位装置、附加悬挂等重要接触网关键设备进行高精度、高密度地拍摄，拍摄图像经采集后经人工逐帧仔细反复查看，发掘出检测数据所反映的设备状态，及时指导工区处理设备故障及安全隐患，确保接触网安全稳定运行。
乌鲁木齐高铁维修段新疆乌鲁木齐 830000摘要：高速铁路接触网悬挂状态检测监测装置（4C）是高速铁路6C综合系统中十分重要的一种检测监测装备，通过对接触网支撑装置、定位装置、附加悬挂等重要接触网关键设备进行高精度、高密度地拍摄，拍摄图像经采集后经人工逐帧仔细反复查看，发掘出检测数据所反映的设备状态，及时指导工区处理设备故障及安全隐患，确保接触网安全稳定运行。
但是，目前对于海量图像多采取人工判读方式发现缺陷，存在工作量大、耗时长、时效性差等问题，因此在当前接触网智能识别技术尚处于起步阶段的情况下，缩短分析时间，提升分析效率，精细分析步骤是一项具有重要现实意义和研究价值的课题。
关键词：检测；监测；接触网；4C分析引言：采用4C分析五步法对4C检测数据进行分析，并搜集、计算、整理分析过程及结果的各项数据指标，通过与同一检测线路历史分析记录进行对比，结果显示运用4C分析五步法，分析时间缩短47.06%，缺陷判别的准确率上升到98%以上，漏点、漏项问题基本消失。
实践表明，4C分析五步法可以系统地指导4C分析工作，使4C分析变得有章可循，明显提高分析工作效率，并保证数据的时效性及准确性，具有一定应用和推广价值。
1.4C检测装置概述1.1装置特点高速铁路接触网悬挂状态检测监测装置（以下简称4C检测装置）安装在接触网检测车、作业车或其他专用轨道车辆上，对接触网的零部件实施成像检测，测量接触网的静态几何参数。
一种GNSSODO列车组合定位信息融合方法的研究的开题报告一、研究背景和意义GNSSODO是指基于全球导航卫星系统（GNSS）和轮轴速度传感器（ODO）的列车位置测量技术，具有高精度、无需设施维护和覆盖范围广等优点，在高速列车运行控制和列车位置服务等领域得到广泛应用。
然而，GNSSODO技术在隧道、城区高楼群等区域存在信号遮挡和多径效应等问题，导致位置测量精度下降，需要引入其他测量手段进行补偿。
对此，国内外学者提出了各种GNSSODO组合定位方法，包括卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法、支持向量回归算法等。
这些方法主要是将GNSSODO测量结果与其他测量信息进行融合，以提高定位精度和抗干扰性能。
然而，现有的GNSSODO组合定位方法在不同环境下存在适用性不足和效率低等问题，需要进一步研究改进。
本研究旨在针对GNSSODO组合定位方法中存在的问题，提出一种适用于复杂环境下的GNSSODO定位信息融合方法，以提高列车位置精度和可靠性，为高速列车控制和位置服务等应用提供技术支持。
二、研究内容和方法本研究主要内容包括以下方面：1. 对现有GNSSODO组合定位方法进行系统分析，总结其优缺点和适用范围，同时考虑信号遮挡和多径效应等限制因素对定位精度的影响。
2. 基于粒子滤波算法和支持向量回归算法，研究一种适用于复杂环境下的GNSSODO定位信息融合方法，包括多传感器数据处理、数据关联和滤波算法选取等，并分析其适用性和性能表现。
3. 在实验平台上进行GNSSODO组合定位实验，测试新算法的定位效果，并与其他现有算法进行比较分析。
本研究主要采用理论研究和实验研究相结合的方法，以实验验证为主要手段，探究新算法在不同环境和运行状态下的有效性和适用性。
三、研究成果和意义本研究将提出一种适用于复杂环境下的GNSSODO定位信息融合方法，能够提高列车位置精度和可靠性，为高速列车控制和位置服务等应用提供技术支持。
同时，本研究可为GNSSODO组合定位算法的发展提供新思路和方法参考，对相关技术领域的研究和应用具有一定的学术和实用价值。
深度学习在接触网定位器缺陷检测中的应用张毅【摘要】高速动车接触网运营安全的需求使得接触网关键零部件的缺陷自动检测成为一份有意义的工作.针对接触网巡检图像的定位器缺陷检测问题,本文提出了一种基于图像深度表示和直线检测的目标检测一体化算法.该算法采用选择搜索算法获得定位器在图像中可能存在的备选区域,利用深度卷积神经网络计算图像的深度特征,通过多任务学习的算法求得定位器的局部区域.随后,利用Canny边缘提取和Hough直线检测的方法在局部区域内精确检测定位器直线.针对接触网巡检图像的实际应用场景,对该算法在不同场景下进行验证,试验结果表明,该算法可以有效解决实际场景下的定位器缺陷检测问题.【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2018(027)003【总页数】5页(P15-19)【关键词】定位器检测;缺陷检测;深度学习;机器学习【作者】张毅【作者单位】中国铁路沈阳局集团有限公司供电处,沈阳 110001【正文语种】中文【中图分类】U225.4;TP39接触网是电气化铁路上的主要供电装置，它通过钢筋混凝土支柱及软横跨、硬横跨等，以一定的悬挂形式将高压接触线架设在铁轨的上方。
它的功能是通过与电力机车车顶受电弓之间的滑动接触将电能传递给电力机车（或电力动车组）[1]。
正常情况下，接触线和受电弓之间采用滑动接触连接，当列车行驶速度过快、道路不平顺导致受电弓纵向起伏、强风导致接触线上下左右舞动、定位装置异常导致接触线高度超限等情况下，将导致受电弓取流不均匀、打弓、燃弧、火花放电、拉出值超限等异常现象。
因此，有必要在列车运营过程中对接触网进行各种异常缺陷检测和识别。
基于图像处理技术的非接触式接触网缺陷检测系统是建立在图像处理、模式识别、计算机视觉、机器学习等技术之上的检测系统[2-3]。
这种系统所需的所有信息全部通过相机来获取，具有检测方法简单、检测设备无磨损、不需要高低电压隔离、使用寿命长、易于维护、不必对受电弓进行改造、安全系数大等优点。
GNSSINS紧组合列车自主定位融合算法研究的开题报告一、选题背景和意义随着交通运输行业的高速发展和社会需求的不断提升，列车运行的安全性和效率成为了关注的焦点。
自主定位技术在列车运行中起着至关重要的作用，它通过利用GPS、GLONASS、北斗等GNSS系统获取列车位置信息，以及利用惯性传感器获取列车运动状态信息，实现对列车位置、速度、方向等信息的准确获取，从而保证了列车运行的安全性和效率。
然而，由于室内环境、地理环境等因素的影响，GNSS系统在列车运行中会出现定位误差较大、定位精度下降等问题。
为了解决这些问题，研究者们提出了利用GNSS和INS信息进行紧组合的自主定位算法。
紧组合技术可以充分利用GNSS和INS的优点，从而实现对列车位置的高精度定位，提高列车运行的安全性和效率。
二、研究目标和内容本文的研究目标是通过分析GNSSINS紧组合列车自主定位融合算法的原理和特点，深入探讨该算法在列车运行中的应用，并开发出一种高效准确的列车自主定位系统。
研究内容主要包括以下三个方面：1. GNSSINS紧组合技术的原理和特点分析，研究GNSS和INS数据的融合算法，探究其在列车运行中的应用和优化。
2. 设计高效准确的列车自主定位系统，基于实验数据进行系统测试和评估，对比分析不同算法的性能差异，并提出改进措施。
3. 根据研究成果的验证与分析，对该算法在列车自主定位和行驶控制等方面的应用进行探讨，并总结出一套适用于不同场景的最佳部署方案和应用建议。
三、研究方法和技术路线采用文献研究、实验分析、算法设计和仿真验证等方法，进行GNSSINS紧组合列车自主定位融合算法的研究和开发。
技术路线如下：1. 研究GNSSINS紧组合技术的原理和特点，深入探讨其在列车运行中的应用和优化。
2. 设计高效准确的列车自主定位系统，进行系统测试和评估。
3. 对比分析不同算法的性能差异，并提出改进措施。
4. 根据研究成果的验证与分析，探讨该算法在列车自主定位和行驶控制等方面的应用，并总结出一套适用于不同场景的最佳部署方案和应用建议。
GPS/ I NU/ DM 组合定位导航技术在ITS 中的应用张飞舟范跃祖孙先仿Basharat Ma h moo d Khawaja( 北京航空航天大学自动控制系)摘要: 介绍了智能交通系统( I TS , I ntelligent Transpo r t Systems) 的基本思想,阐述了GPS/ IN U/ DM ( G l o b al Po s iti o n ing System/ Inertial Navigati o n U n it / DigitalMap) 组合定位导航技术在I TS 中的应用,以及提高组合定位导航精度及可靠性的几种技术措施. 该组合定位导航是将卫星定位技术、惯性导航定位技术以及计算机技术融合在一起的新型技术,具有全方位、全天候、防遮挡的功能. I TS 中利用组合导航技术可实现道路交通管理“自动化”、车辆行驶“智能化”,具有良好的实用价值,应用前景广泛.关键词: 车辆地面导航系统; 惯性导航; 地理信息系统; 智能交通系统( I TS) ; 全球定位系统( GPS)中图分类号: U 491 . 1 + 16 ; TN 927 + . 2文献标识码: A 文章编号: 100125965 (2000) 0320299204随着国民经济的高速发展,社会公众机动车辆保有量不断增多,交通拥挤、交通事故、环境污染等交通问题日益成为人们关注的热点. 近年来,世界各国纷纷提出自己的研究及开发计划,旨在利用计算机、现代通信以及自动化技术等现代高新技术来改进交通状况,建立智能交通系统( ITS) ,合理利用现有道路交通实施,有效地调整需求,充分发挥道路交通的潜能,从而达到提高道路通行能力,减少交通拥塞现象,增大安全性,减少污染及能源浪费的目的. 理“自动化”、车辆行驶“智能化”,使得管理人员对车辆行驶状况了如指掌,驾驶员则对车辆的行驶情况也能一清二楚,从而减少道路堵塞,提高道路运输效率和行车安全性.通过ITS 技术的研究开发和应用,将现有各自单独存在的车辆与道路状态过渡到车辆和道路融合,然后进一步将机动车辆和其它交通手段融合, 以建立集成的道路交通环境. 由于ITS 正处于开发试验阶段,其功能和规模不断扩大,对其构成的描述也不尽相同. 以美国为例, ITS 开发项目涉及以下内容:1) 先进的交通管理系统ATMS ( A dvanced T raffic Management System) . ATMS 用于监测控制和管理公路交通,在道路、车辆和驾驶员之间提供通信联系,获取有关交通状况的信息并进行实时处理,以调整可变信息标志,及时地向道路使用者发出诱导信息,从而达到提高道路利用率的目的.2) 先进的驾驶员信息系统AD I S ( A dvanced Driver Inform ati on System) . 这主要是以个体驾驶员为服务对象. 驾驶员依据其车载路径诱导系统,通过与监控中心的双向信息传递,知道自身所处的位置以及如何找到相应的服务,使自己始终在最优路径上以安全、高效和舒适的方式从出发点达到目的地.智能交通系统( IT S)ITS 是美国、日本和欧洲等发达国家为解决交通拥挤、交通事故、能源及环境问题,建立高效、安全的运输系统而正在研究开发的新一代道路交通系统,其实质是运用现代的高新技术综合解决交通运输问题. 具体地说, ITS 就是将先进的信息融合技术、定位导航技术、数据通信传输技术、自动控制技术、图像分析技术以及计算机网络和处理技术等有效地运用于整个交通体系,建立起一种实时、准确、高效的综合运输系统1 . ITS 由若干高科技开发项目组成,这些技术项目的开发可加强道路、车辆、驾驶员以及管理人员的联系,实现道路交通管1收稿日期: 1998211213基金项目: 863 高技术研究发展计划资助项目( 86323062ZT0420324) 作者简介: 张飞舟( 1966 - ) ,男,湖南邵阳人,博士生,100083 ,北京.北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2000 年3003) 营运车辆调度管理系统 CVOM ( C o mm er 2 cialVehicle Operati on Managem ent ) . CVOM 实质上是运输企业应用智能化调度技术来谋求最大效益的 一种调度管理系统. 该系统主要是对车辆进行跟踪和管理 ,以提高车辆运营效率 ,增加安全度 ,改进对突发事件的反应能力 ,改善车队管理和交通状况.4) 先进的车辆控制系统 AVCS (Advanced Ve 2hicle C ontrol System ) . AVCS 主要是利用激光、电子、微波以及图像处理等先进技术 ,有效地防止撞 车 ,提高道路流通量 ,以保证车辆高效、安全行驶. 这项技术与 AD IS 结合将发展成为自动驾驶员导 航系统.5) 先进的公共交通系统 A P T S (Advanced Pub 2lic T ransportati on System ) . 与 ATMS 和 ATIS 相互协同 ,主要是面向用户界面 ,利用闭路电视、计算机 网络和信息高速公路为用户提供有关公共交通系 统的状况、时间表以及是否运营等不断更新的信 息 ,向公众就出行时间和方式、车次选择、行车路线 等提供咨询服务. 在公交车站以电子站牌形式提供 车辆的实时运行信息.6) 先进的乡间运输系统 AR TS (Advanced Ru 2 ral T ransfer System ) . 该系统主要包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线紧急呼救系统 ,不利道路 和交通环境的实时警告系统 ,以及有关的服务设施 和旅游路线、景点等信息系统.1) 全球定位系统 G PS. GPS 具有全天候、定位迅速、精度高、可连续提供三维位置 (纬度、经度和高度) 、三维速度和时间信息等一系列优点 ,是实现 全球导航定位的高新技术 ,主要应用于单点导航定 位与相对测地定位这两个方面. 通常车载 G PS 接 收机接收到四颗卫星的信号就能够确定车辆的方 位 ,是当前车辆定位导航的主流.2) 惯性导航系统 INS ( Inertial Navigati on Sys 2 tems ) . IN S 是由加速度计和陀螺仪组成 ,具有在高速率下捕捉数据的能力 ,且精度很高. 但是如果时间较长 ,则由于误差积累效应 ,导致精度下降 ,这 样就需要增加别的传感器作为辅助.3) 航迹推算定位 DR (Dead R eckoning ) . DR 包括罗盘仪、速率仪、里程仪、转速计 ,利用这这些传 感设备测量出正在行驶的车辆的旅行距离、速度和 方位 ,在短时间内测量精度较高 ,但长时间工作需 采取措施以避免累积误差.4) 地图匹配 MM ( Map Matching ) . 这是一项确定车辆在带有街道名称和地址的地图上位置的 技术. 车辆轨迹与路网的图形特征相关 ,具有确定 性特征的坐标 ,常用交叉口表示车辆的位置. 用数 字地图(DM ) 来辅助导航可以提供精确的定位信 息 ,其精度取决于地图的精度和地形的变化情况.5) 地面无线电传呼 TR F ( Terrain Radi o Fre 2quency ) . 使用 TR F 技术的系统从分布在系统运行区域内的一定数量信号标杆接收无线电频率信号 ,来自多处的 TR F 信号标杆的信号交叉使用能 够确定车辆的具体位置 ,然后将这一信息提交给 驾驶员或者监控中心. 目前已经实现了把播叫 、蜂 窝和调频无线电信号作为获得车辆坐标的补充方 法.6) 信号杆 SP ( Signal Pole ) . 这包括安装在街 道上 (经常是交通信号站) 的红外线 、微波 、R F 仪 器. 这些信号站或信号标杆能够传输和接收车辆 信号 ,传输信号包括交通信息 、地图数据块以及位 置初始化坐标所要求的数据.以上几种导航定位技术 ,它们各自都有其优 缺点. 若将这些定位导航技术相互结合起来 ,可以 充分发挥各自的优势并进行互补 ,就能够获得满 意的定位导航精度.车辆定位导航技术以上所述 ITS 所涉及的主要内容中 ,基本上都 离不开车辆的定位导航. 在车辆能够实时准确的定 位前提下 ,改善交通、保证行驶安全才有可能. 因 此 ,从某种意义来说 ,车辆定位导航技术是 ITS 技 术的核心部分 ,是实现道路管理智能化的关键技术 之一 ,实现现代车辆定位导航的基本功能框图如图1 所示2. 随着无线通信和移动通信网络的发展 ,车辆导航定位技术正在飞速发展 ,世界范围内现主要有以下几种定位技术用于车辆导航.2 GPS/ I NU / DM 三组合定位导航基于 G PS/ IN U / DM 的车辆定位导航技术 ,是一种集自动跟踪定位 、地图匹配 MM 显示 、自 主导航和信息查询等功能于一体的综合应用技3图 1 车辆定位导航功能框图第3 期张飞舟等: G PS/ INU/ DM 组合定位导航技术在ITS 中的应用301术. 将信息融合技术用于智能交通系统,能够有效地实现车辆监控和调度,还可应用于私人车辆、银行运钞车、出租车的安全、报警等,尤其适应于各种车辆的定位导航.3 .1 三组合车辆定位导航基本原理GPS/ IN U / DM 三组合定位导航系统原理框图如图2 所示. 控管理中心,以达到管理、控制和调度的目的. 在车辆定位导航中, 采用系统管理软件完成GPS ( IN U) 数据的处理,并将定位数据实时、准确地显示在电子地图中,同时,系统软件还包括特定的路径搜索算法,可以根据不同的优化条件进行路径选择, GIS 则提供电子地图及相应的信息数据库.由此可见, 这种全方位、全天候、自主式GPS/ IN U / DM 三组合定位导航技术能够弥补各自的不足之处, 充分发挥GPS 、惯导技术及GIS 技术各自的优势,取长补短,相互补充,避免了单独使用GPS 技术时的自主式差的缺陷,从而达到高精度、高可靠性的车辆定位导航技术完善要求.3 .2 提高定位导航精度的技术措施在GPS/ IN U / DM 三组合车辆定位导航系统中,采用一些技术措施,以提高定位导航精度. 利用GPS ( 差分GPS) 的精确定位结果可对惯导组件IN U (陀螺、量程仪、磁罗盘) 构成的航迹推算(D R) 定位结果进行实时修正. 另一方面,当出现GPS 的定位误差太大的情况下,可采用惯导组件进行定位导航,仍能够有效地确定车辆所在方位. 当然在地图精度较高的情况下,可以采用信息融合技术或一些有效算法通过精确地图来修正车辆的位置 3 .1) GPS 与IN U的简单信息融合这种组合有两种工作方式:①用GPS 给出的位置、速度信息直接重调惯导组件的输出. 实际上,就是在GPS 工作的期间,惯导显示是GPS 的位置和速度; G PS 停止工作时,惯导在原显示的基础上变化, 即GPS 停止工作瞬时的位置和速度作为惯导组件的初值,周期性的用GPS 的定位结果对IN U进行调整.②把IN U 和GPS 输出的位置和速度信息进行加权平均,其原理框图如图3 所示. 在短时间工作的情况下,第2 种工作方式精度较高. 而长时间工作时,由于惯导误差随时间增加,因此惯导输出的加权随工作时间增加而减小,因而长时间工作时,性能和第1 种工作方式基本相同.图2 三组合定位导航系统原理框图GPS 是一种高精度的全球三维实时导航的卫星导航系统,其定位导航的全球性和高精度,使之成为一种先进的定位导航技术. 在引入差分GPS 的情况下, 可以方便准确、全面直观地对每一辆受控车辆在道路内的运行进行监控,并能够实时作出合理的调度决策,是车辆导航定位技术的主流. 但是GPS 导航系统最大的弱点是其定位精度受到外部环境影响比较大,当出现卫星信号因遮挡而丢失的情况时,其定位误差将增大,甚至可能出现不能定位的现象. 为了避免这种情况的发生,采用IN U 作为GPS 的辅助定位导航技术, 以弥补GPS 的“先天不足”.IN U 定位导航组件就是利用航空导航中的惯性导航原理, 采用传感器测量载体的速度、位移、加速度、航向等信息,由此来解算出载体的位置.它所用到的信息是都是载体内部传感器测量得到的, 其定位时不受到外部环境影响. 因此在GPS 卫星信号丢失或误差太大的情况下, 采用IN U 作为GPS 的辅助定位或者校正GPS 的定位误差,以提高GPS 跟踪卫星能力,提高GPS 接收机的动态特性和抗干扰性,使系统仍然能准确定位. 这样就可实现GPS 的完整性的监测, 提高其可靠性.地理信息系统GIS ( G eo g rap h y Info r mati o n System) 是将用数字形式描述属性、定位和关系的数字地图符号化, 存储在计算机中可动态、快速、分层显示. 在系统中作为用户终端,利用移动通信技术传输GPS 的定位数据(在利用差分GPS 时还可以传输差分修正信息) ,联络移动车辆和监综合输出图3 加权平均原理图2) 位置、速度信息综合这是采用综合卡尔曼滤波器的一种综合模式,其原理框图如图4 所示. 用GPS 和惯导输出位置和速度信息的差值作为量测值,经综合卡尔I NU综合GPSGPS I N U D M信息融合导航算法及定位输出实时路况信息GI S路径规划及引导北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2000 年302曼滤波 ,估计惯导组件的误差 ,然后对惯导组件减 小校正.结 束 语I TS 是近年来随着道路交通需求和电子技术迅速发展而发展起来的一门跨学科的新兴学科领域 ,是一套完备的信息管理服务体系. I TS 中的关 键技术之一的车辆导航定位技术 ,在交通信息服 务 、交通控制和运输管理中发挥着必不可少的作 用 ,因此研究车辆导航定位技术在其中的应用是 非常重要的.GPS/ IN U / DM 三组合车辆定位导航技术 ,集中了各自定位导航技术的优势 ,能够提供各自 导航技术无法单独提供的连续 、精确的定位导航 信息. 经过跑车试验表明 ,组合后定位导航系统的 可靠性和精度均比单独的 GPS 定位技术 、惯导技 术都有了很大的提高 ,加之 GPS 定位系统和惯导 系统都经过滤波处理 ,从而进一步提高了定位导 航精度 ,其定位精度一般能够在 15 m 以内 ,具有 良好的应用前景.4 图 4 位置 、速度综合原理图这种综合模式的优点是综合工作比较简单 , 便于工程实现 ,而且两个系统仍独立工作 ,使导航 信息有一定裕度.3) 利用地图匹配技术修正由于 GPS 和 IN U 导航定位所测到的车辆坐 标位置数据 、前方的方向与实际行驶的路线轨迹 在电子地图上都存在一定的误差 ,为了修正误差 , 可采用地图匹配技术来加以修正 4. 即引入一个地形匹配算法 ,对车辆行驶的路线与电子地图 (精 度比较高) 上的道路的误差进行实时数字相关匹 配 ,作出自动修正 ,然后利用系统管理程序进行实时快速处理 ,在电子地图上得到车辆的正确位置 的指示 ,其地图匹配修正示意图如图 5 所示.参 考 文 献1邱致和. 智能交通系统与车辆导航J . 导航 , 1997 ,23 ( 2) :25～36 .2 Zha o Yilia . Vehicular locatio n and naviBo sto n : M ass Aret ch H o use , 1997 . gatio n syst ems M .3 袁 信 , 俞济祥 , 陈 哲. 导航系统M . 北京 : 航空工业 出版社 ,1993 .4赵会平. 汽车导航系统与交通信息通信系统J . 公路交通 科技 , 1998 ,15 ( 3) :45～48 .图 5 地图匹配修正示意图Ap plic a tio n of GP S/ INU/ GIS Int e grat e d Lo c atio n a nd Na vi gatio nTe c h nolo gi e s in Int e lli g e nt T r a nspo r t Sy s t e msZHAN G Fei 2zho u Basharat Mahm oo d Khawaja FAN Y ue 2zue SU N Xian 2f a ng(Beijing U n iversit y of Aero nautics and Ast r o nautics ,Dept . of Auto matic Co nt rol )Ab stra ct : The basic idea of intelligent t ranspo rt systems ( I TS ) is int ro duced in t his paper . GPS/ IN U / DM integrated navigati o n & l ocat i o n technol ogy and it s applicat i o n in I TS are described. In addit i o n , sev 2 eral technical measures to increase integrated navigati o n & l ocat i o n p recisi o n and reliabilit y are p resented. This technol ogy co m bines satellite navigati o n , inertial navigati o n wit h info r mati o n technol ogies , and has all 2directi o n , 24 ho u rs standby and no n 2shadowed characteristics. The ‘auto m ati o n ’of t r anspo r tati o n man 2 agement and t he ‘intelligence ’of vehicular driving will be realized t hro ugh using of integrated navigati o n & l ocat i o n technol ogy. Integrated navigati o n & l ocati o n technol ogy has bet ter p racticing value and widel y p r o s pect .Ke y wo r d s : vehicular gro u nd navigati o n system ; inertial navigati o n ; geo g rap h ical info r mati o n sys 2 tems ; intelligent t r anspo r t systems ; gl o b al po s iti o n ing system。
城市轨道交通作业列车定位技术与高速列车组合定位系统分析学号: 20116831姓名: 周翼二零一四年四月【内容摘要】：简单介绍了列车定位技术定义和几种列车定位技术的主要方法，并从定位精度、闭塞制式、维护投资成本、抗干扰等方面进行分析比较。
提出组合定位系统，并根据现高速铁路的要求进行分析。
关键字：列车定位，性能比较，定位方法，高速铁路，获得列车物理位置信息，即确定车辆在地球表面上的坐标，简称为列车定位。
及时准确地获取列车物理位置，才能确保列车安全有效运行。
因此，通过列车定位，可以更加有效地提高行车的安全和效率，使行车调度与控制实现全新智能化模式成为可能。
因此列车定位应提供准确、实时的列车位置信息，并具有以下功能1）能够为列车控制系统随时随地提供准确的位置和实时速度信息，保证前后列车的安全间隔；2）缩短前后追踪列车的间隔时间，提高区间列车运行速度；3）通过列车定位可获得列车运行状态的基础信息，从而便于实现列控系统的车载及轨旁设备的故障分析；4）依据列车超速防护子系统的速度—模式曲线，实现列车的定点停车及超速防护；5）为列车安全运行提供关键的数据，从而使ATC 系统功能实现成为可能。
列车定位的主要方法轨道电路定位法传统的轨道电路定位法是利用铁路线路的2 根钢轨作为导体，两端加以机械绝缘（或电气绝缘），并接上送电和受电设备所构成的电路。
轨道电路就是检测轨道区段是否有列车占用，来实现列车的定位。
目前广泛采用S 型连接棒音频无绝缘轨道电路，即采用电气绝缘实现区段的划分实现列车定位。
地面应答器法地面应答器也称为信标，地面应答器与车载应答器，轨旁电子单元配合使用来实现列车定位。
地面应答器主要分为有源和无源2 种。
应答器安装在站内或每个轨道分区等轨道沿线，应答器无需与任何设备相连，其内部寄存器的数据已固定。
当列车通过时，地面应答器与车载的相应设备对准，车载设备以电磁感应的原理以一定的频率传递给地面应答器相应信号，应答器接收到车载设备传送的信号后开始工作通常利用移频键控方式将列车当前的绝对点物理位置信息回传至列车。
车载设备会使列车定位信息再次刷新，得到新的列车位置起点。
交叉电缆回线定位法交叉电缆回线定位是使用电缆按一定间隔绕制成一个环路设于轨道上。
其设备的布置方式：在2 根基本轨之间铺设交叉电缆回线，一条线安装在基本轨间的到床上，另一条线安装在钢轨的颈部底端，两条线每隔相应距离作一次交叉。
当列车通过每一个电缆交叉点时，车载设备感应接收到交叉电缆回线提供的相应信号变化信息，并由车载计算机进行处理，从而确定列车的物理坐标信息，使车载设备对列车位置信息刷新。
测速定位法测速定位法是先测得列车运行的即时速度，对其进行积分即得列车运行距离，从而实现列车的定位。
目前测速的方法很多,一类是利用轮轴旋转信息的测速方法,具体主要为测速电机和脉冲转速传感器方式；另一类是利用无线通信方法,直接测出列车运行的速度,具体包括多普勒雷达测速、GPS 测速定位和无线扩频定位。
除以上述定位方法外，轨道交通中还应用其他一些定位技术，例如：计轴器定位、惯性列车定位系统定位、航位推算系统定位、地图匹配定位、裂缝波导定位、无线移动通信技术定位等。
列车定位技术的选择与比较闭塞制式的分析轨道交通列车运行控制系统采用3 种闭塞制式：固定闭塞，准移动闭塞和移动闭塞。
在轨道交通中，不同的闭塞制式对于列车定位技术的采用是有取舍的。
1）轨道电路定位法无法确定列车在闭塞分区内的具体位置，因此列车实施制动的起点和终点总在分区的边界，在确保安全的前提下，需设防护区段，加大了列车间的间隔，使区间通过能力的提高受到限制。
该定位法定位的精度较低，无法构成移动闭塞。
2）地面应答器法也是较典型的准移动闭塞定位技术。
3）交叉电缆回线定位法可以实现移动闭塞，是目前行业内比较先进的控制技术。
4）利用测速原理的无线扩频定位技术也可实现移动闭塞。
该方式的定位原理与轮轴测速不同，是利用电台间相互传输信号实现定位。
设备投资成本分析1）轨道电路定位法由于可以利用现有设备不需要再投资，因而费用较低，而且该方法即可实现列车定位，也可以检测线路是否完好，能实现故障—安全原则。
2）GPS 定位法的设备投资也较小。
只要在列车两端安装GPS 接收机和差分误差信息接收器，接收器导航定位卫星发送来的信息，通过测量卫星信号发射与接收的时间差，得到卫星至地面的距离，就可确定列车的坐标位置。
3）交叉电缆回线定位法实现时只需在线间铺设电缆环线，因此成本较低。
4）无线扩频定位技术由于设备相对复杂，需要在区段沿线设置用于测距的专用扩频基站和中心控制站，投资成本较高。
5）利用设置地面信标，可以消除测速设备带来的累计误差，通过地面信标与测速设备配合实现定位，投资相对较小。
维护费用分析1）轨道电路法在实现列车定位功能时，由于存在送电和受电设备，因而轨旁设备数量较大，维护工作量也相应较大。
2）GPS 定位法实现列车定位时，不设地面设备，只需在车列上安装接收机即可，因此大量的安装及维护费用得到节约。
3）地面应答器定位法由于设备简单，维护及运行费用也较低。
抗干扰性能分析1）轨道电路定位法因为轨道电路的工作条件和设备的特殊性，使其抗干扰性较差。
轨道电路易受振动、天气、环境和车辆轮对洁净程度的影响,比如雨天、下雪天会导致轨道电路分路不良。
牵引电流和道砟阻抗变化等因素也会对其造成干扰。
2）GPS 卫星定位也易受到障碍物干扰，在轨道线路周围阻挡物较多的地方易形成盲区，恶劣的天气对其性能影响也较大，使定位精度下降，另外该方式又受制于卫星和空间站的设备性能情况。
3）交叉电缆回线定位法利用极性交叉的原理实现，因此可以抗牵引电流的干扰。
4）地面应答器法抗干扰性也较强，能适应恶劣气候条件，可以在任何环境、地点，甚至GPS 无法实现定位的位置，都可以可靠工作。
5）无线扩频定位法由于为独立系统，不易受其他因素干扰，因此定位比较精确。
定位精度分析1）轨道电路法只能实现分区内的边界定位，因此定位精度不高，为了实现较精确的定位，可以与测速设备配合使用。
计轴器定位法与轨道电路法相近，定位精度也不高，通常也需与测速装置相结合实现列车定位。
2）地面应答器法是点式定位，相对附近区域定位精度较高。
但如果实现各连续点的定位，则必须缩小应答器设置的间距，加大应答器的设置数量提高定位的精度。
3）GPS 卫星定位属于相对运动状态下工作，定位的精度则受到限制，但只要GPS 信号可用，就可以提供列车的绝对位置信息，即使是在较远的距离利用其载波相位进行定位，精度也会较高，时间的积累不影响误差值。
使用差分定位方法，定位精度可以达到3 m 左右。
4）交叉电缆回线定位累计误差较大，定位精度与交叉区长度设置形成一对矛盾，因此提高定位精度难度较大。
5）在通过测速定位的方法中，无线扩频定位技术定位比较精确，对列车定位的精度可达5 m 范围内的误差，信息传输的时间间隔也较小，具有在较差的电磁条件下可靠传输数据的能力。
而测量车轮转速定位法因车轮磨损导致的累计误差较大，因而在定位精度要求不高的情况，可以用增加地面信标的方法补偿校正。
除从以上方面进行比较外，还可以从以下方面进行比较：1）采集定位信息是否连续，定位信息的特点分为：点式信息和连续式信息，其中地面应答器采集的就是点式信息，GPS 列车定位的信息则是连续的。
2）定位设备的安装位置可分为轨旁定位和车载定位2种。
轨旁定位方式目前主要有轨道电路法、计轴器法、查询应答器法、交叉感应回线法、无线扩频法等；车载定位方式主要有是在轮轴上安装里程仪或者脉冲转速传感器实现列车的定位。
3）与轨道是否接触，由于轨道交通运营模式存在车体运行中与轨道是否接触的区别，在定位技术上也有差别。
与轮轨交通方式对比分析，磁悬浮交通对列车定位提出了特殊的要求。
其中车轮转速方法定位无法实现，只能用无线方式。
由于磁悬浮列车速度较高，则对定位的相关参数要求更高。
目前磁悬浮列车定位的方法主要有：交叉电缆回线定位、传感器定位、微波定位。
4）定位技术实现的难易程度，定位方法中交叉电缆回线定位法实现比较简单。
5）线路是否封闭，如果轨道交通线路是封闭的，那么列控系统要求定位信息必须是绝对位置信息，才能满足控制要求。
组合控制随着通信和计算机技术的发展，出现了很多新型定位技术并已运用。
在列车定位技术的选择与比较中不难发现，只利用一种定位方法很难在定位精度、成本、可靠性等方面得到均衡，而且从故障—安全方面考虑，也不能保证系统的安全可靠性。
因此，目前在列车运行控制系统中定位往往是综合运用，将多种方法融合，互补，使之能满足列车运行控制系统安全运行要求。
高速铁路列车定位新需求高铁列车运行速度快，行车密度高，前后追踪列车空间间隔距离短，列控系统需要对列车在线路上运行的位置进行精确测定，以便给列车提供正确的控制信息。
传统列控系统采用固定闭塞方式控制列车运行，依靠轨道电路检测列车在线路中所处的位置，以此为后续列车提供行车许可条件。
随着列车速度的不断提高和行车间隔的进一步缩小，轨道电路提供的离散位置信息无法有效保证行车安全。
列控系统需要依靠新的设备测定列车实时位置，为列控系统提供连续的、精确的列车位置信息，以便进一步缩短行车间隔，实现移动闭塞。
高铁列车定位需求特点如下：（1）连续性。
列车高速运行时，其空间位移变化很快，列控系统需要实时掌握每列车的位置坐标，以便为后续列车提供正确的行车许可。
因此列车位置的检测应具有连续性，在列车运行的全过程中能随时掌握列车的具体位置，包括在隧道或山谷等无线电波盲区，也能进行连续定位。
（2）精确性。
列车位置是生成行车许可的必要条件，检测结果的精确度直接影响列控系统能否正确控制列车运行。
在保证安全的前提下，定位设备测得的列车位置误差越小越好。
（3）低成本。
高铁造价高昂，设备成本要占其大半。
因此，运用于高铁的定位设备应考虑其投资和维护成本，以降低总体造价。
（4）受干扰小。
对高速列车进行连续定位的过程中，受恶劣天气和外界电磁波的影响，设备测量结果往往会产生误差，甚至失去作用。
因此，选用的定位设备需具有抗干扰、适应环境变化的能力几种常用定位方法比较组合定位方式性能分析针对高速列车定位问题，使用单一测量设备测量信号比较容易处理，但均存在一定缺点。
为了更好地得到列车位置信息，将两种或多种不同的定位方法结合起来，相互弥补，扬长补短。
多种测量设备组合使用时，需要采用多传感器数据融合处理技术，将不同通道获取的测量信息进行滤波和校正，消除测量误差，得到相对更加精确的列车位置信息。
GPS/INS/MM组合定位系统分析GPS/INS/MM组合定位系统利用基于网络实时动态测量技术（RTK）的快速差分算法来减小定位误差，对GPS测量的列车位置、速度、加速度等信息进行修正。
