一种列车轨旁定位测速系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通，特别是涉及一种列车轨旁定位测速系统及方法。

背景技术：

1、在传统的基于通信的列车自动控制系统(communication based train controlsystem，cbtc)中，车载子系统通过在列车头尾安装的速度传感器、应答器传输设备，结合车载电子地图，根据实时测量速度、地面列车自动监控系统(automatic train supervision，atp)给出的连通路径和相对运行距离数据来进行列车头尾定位和列车测速。通过车地无线通信，车载子系统再将列车定位和速度信息周期报告给地面子系统，地面子系统根据这些信息对列车进行跟踪、防护以及管理。这种定位方式称为主用定位系统。

2、然而，一旦由于设备故障，车载子系统丢失与地面子系统的通信，降级为非通信列车，地面子系统需要凭借次级位置检测系统对列车进行定位跟踪，次级位置检测系统对列车的定位只能达到一个区段的分辨率，列车运行间隔需要扩大，运行效率和安全防护等级降低。这种定位方式称为次级定位系统。

3、另外，主用定位系统兼具了测速功能，但由于一般采用轮轴安装传感器，因此受到空转打滑的限制，测速定位精度产生影响，当空转打滑持续时，还会导致列车超出定位测速误差容限而丢失位置，降级为非通信列车。

4、在相关的专利中也有尝试解决上述问题的专利，例如，仰信科技(武汉)有限公司公开号为cn111970631b的专利提出了一种结合超宽带(ultra wide band，uwb)结合惯性导航系统(inertial navigation system，ins)组合技术的列车定位方法，该方案将uwb测距数据与ins测速数据进行融合获取列车位置，不论uwb数据处理在车载完成还是地面完成，由于ins数据来自于车载，因此该方案还是需要车载子系统的参与，地面子系统获取列车位置依然需要依赖于车地无线通信。一旦车地通信故障，需要次级定位系统对列车进行跟踪。在例如，比亚迪股份有限公司公开号为cn110816593b的专利提出了车载控制器读取地面二维码图像的技术，卡斯柯信号有限公司公开号为cn113619650a的专利提出了基于卫星定位数据结合地面应答器的技术。但是，这些方案都是以车载主动定位为主的方案，在无车地通信的条件下，地面系统无法确知列车位置和速度。

5、鉴于相关技术中的缺陷与不足，亟需提供一种不依赖于车地无线通信的列车定位测速方案。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了列车轨旁定位测速系统及方法，用以解决列车定位测速系统依赖车地无线通信，定位设备种类和数量多的问题，同时，还解决了非通信车没有连续位置跟踪以及受空转打滑影响的问题。

2、本申请实施例提供了一种列车轨旁定位测速系统，包括：5g移动终端、uwb标签、5g基站、uwb基站、雷达、5g定位服务器、边缘雷达处理器、1588时钟服务器以及中央定位服务器；其中，所述5g移动终端和uwb标签为车载设备，安装于列车内；所述5g基站和uwb基站为一体化基站，布置于列车轨道旁；所述5g定位服务器与5g基站相连，布置于列车轨道旁；所述雷达与雷达边缘处理器相连，布置于道岔区域和站台区域；所述1588时钟服务器用于将uwb基站、5g定位服务器以及雷达边缘处理器通过1588协议进行时钟同步；所述中央定位服务器用于融合来自所述uwb基站、5g定位服务器以及雷达边缘处理器的列车数据，对列车进行定位测速。

3、在一实施例中，所述5g定位服务器用于计算5g移动终端的定位数据，并将含时间戳的定位数据发送给所述中央定位服务器。

4、在一实施例中，所述5g定位服务器用于计算5g移动终端的定位数据，包括：所述5g定位服务器用于使用往返时间和上行信号到达时间差算法计算5g移动终端的定位数据。

5、在一实施例中，所述uwb基站用于读取在uwb基站范围内的列车两端的uwb标签，测量与uwb标签对应的列车的行驶距离，并将含时间戳的行驶距离发送给所述中央定位服务器。

6、在一实施例中，所述将含时间戳的行驶距离发送给所述中央定位服务器的发送周期为100毫秒至1秒之间。

7、在一实施例中，所述雷达用于探测列车是否接近道岔区域或站台区域，在列车运行接近道岔区域或站台区域时测量列车的行驶距离，并发送给所述雷达边缘处理器；所述雷达边缘处理器用于收集多个雷达的探测数据，经过滤波处理后确定列车的速度和位置，并将含时间戳的处理结果发送给所述中央定位服务器。

8、在一实施例中，所述雷达包括毫米波和激光雷达中的至少一个。

9、在一实施例中，所述中央定位服务器用于融合来自所述uwb基站、5g定位服务器以及雷达边缘处理器的列车数据，对列车进行定位测速，包括：所述中央定位服务器用于采用扩展卡尔曼滤波，结合线路地图数据、道岔位置、来自所述uwb基站的含时间戳的行驶距离、来自所述5g定位服务器的含时间戳的定位数据，以及来自所述雷达边缘处理器含时间戳的处理结果，对列车进行定位测速。

10、在一实施例中，当所述5g移动终端、5g基站或5g定位服务器出现故障时，所述中央定位服务器用于针对区间内运行的列车，使用来自所述uwb基站的含时间戳的行驶距离，对列车进行定位测速；所述中央定位服务器还用于针对接近道岔区域或站台区域的列车，融合自所述uwb基站的含时间戳的行驶距离和来自所述雷达边缘处理器含时间戳的处理结果，对列车进行定位测速。

11、在一实施例中，当所述uwb基站出现故障时，所述中央定位服务器用于针对区间内运行的列车，使用来自所述5g定位服务器的含时间戳的定位数据，对列车进行定位测速；所述中央定位服务器还用于针对接近道岔区域或站台区域的列车，融合来自所述5g定位服务器的含时间戳的定位数据和来自所述雷达边缘处理器含时间戳的处理结果，对列车进行定位测速。

12、本申请实施例提供了一种列车轨旁定位测速方法，包括：5g定位服务器计算列车的定位数据；uwb基站测量列车的行驶距离；uwb标签确定列车id，以便所述5g定位服务器与将列车id对应的含时间戳的定位数据发送给中央定位服务器，所述uwb基站将与将列车id对应的含时间戳的行驶距离发送给中央定；雷达探测列车是否接近道岔区域或站台区域，在列车运行接近道岔区域或站台区域时测量列车的行驶距离，并发送给所述雷达边缘处理器；雷达边缘处理器收集多个雷达的探测数据，经过滤波处理后确定列车的速度和位置，并将含时间戳的处理结果发送给所述中央定位服务器；1588时钟服务器将uwb基站、5g定位服务器以及雷达边缘处理器通过1588协议进行时钟同步；中央定位服务器采用扩展卡尔曼滤波，结合线路地图数据、道岔位置、来自uwb基站的含时间戳的行驶距离、来自5g定位服务器的含时间戳的定位数据，以及来自雷达边缘处理器含时间戳的处理结果，对列车进行定位测速。

13、本申请上述实施例提供的方案，不依赖于车地无线通信，减少定位设备种类和数量，同时解决了非通信车没有连续位置跟踪以及受空转打滑影响的问题。

技术特征：

1.一种列车轨旁定位测速系统，其特征在于，包括：5g移动终端、uwb标签、5g基站、uwb基站、雷达、5g定位服务器、边缘雷达处理器、1588时钟服务器以及中央定位服务器；其中，

2.根据权利要求1所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，所述5g定位服务器用于计算5g移动终端的定位数据，包括：

4.根据权利要求2所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，

7.根据权利要求1或6所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，所述中央定位服务器用于融合来自所述uwb基站、5g定位服务器以及雷达边缘处理器的列车数据，对列车进行定位测速，包括：

9.根据权利要求8所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，当所述5g移动终端、5g基站或5g定位服务器出现故障时，

10.根据权利要求8所述的列车轨旁定位测速系统，其特征在于，当所述uwb基站出现故障时，

11.一种列车轨旁定位测速方法，其特征在于，包括：

技术总结本申请提供一种列车轨旁定位测速系统及方法，该系统包括：5G移动终端、UWB标签、5G基站、UWB基站、雷达、5G定位服务器、边缘雷达处理器、1588时钟服务器以及中央定位服务器；其中，5G移动终端和UWB标签为车载设备，安装于列车内；5G基站和UWB基站为一体化基站，布置于列车轨道旁；5G定位服务器与5G基站相连，布置于列车轨道旁；雷达与雷达边缘处理器相连，布置于道岔区域和站台区域；1588时钟服务器用于通过1588协议进行时钟同步；中央定位服务器用于融合列车数据，对列车进行定位测速。本申请上述提供的方案，不依赖于车地无线通信，减少定位设备种类和数量，同时解决了非通信车没有连续位置跟踪以及受空转打滑影响的问题。技术研发人员：高翔受保护的技术使用者：上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/6