基于衛(wèi)星差分定位的LKJ自動(dòng)對(duì)標(biāo)方法研究與應(yīng)用

陳澤華 苗 壯 龍小奇 王 強(qiáng)

湖南中車時(shí)代通信信號(hào)有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 412001

引言

目前列車運(yùn)行監(jiān)控裝置LKJ基本采用人工開車對(duì)標(biāo)的方式,司機(jī)在列車發(fā)車前設(shè)定發(fā)車參數(shù),包括起始站、發(fā)車股道和運(yùn)行徑路等信息。通常以起始站的正線出站信號(hào)機(jī)或固定對(duì)標(biāo)點(diǎn)作為設(shè)定發(fā)車參數(shù)的起點(diǎn),當(dāng)列車運(yùn)行至正線出站信號(hào)機(jī)或固定對(duì)標(biāo)點(diǎn)位置時(shí),通過(guò)司機(jī)人工操作調(diào)取預(yù)存的車載數(shù)據(jù)控制。LKJ根據(jù)開車對(duì)標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行讀取車載數(shù)據(jù),調(diào)取機(jī)車前方線路的限速、坡度和信號(hào)機(jī)等信息,從而監(jiān)控機(jī)車運(yùn)行。但是如果機(jī)車當(dāng)前的實(shí)際位置與LKJ調(diào)取數(shù)據(jù)的位置不一致或距離誤差較大,就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前的限速、坡度和信號(hào)機(jī)等信息不正確,影響運(yùn)行效率甚至造成LKJ誤控等風(fēng)險(xiǎn),為此本文提出了一種依據(jù)衛(wèi)星差分定位信息自動(dòng)完成發(fā)車信息核對(duì)和對(duì)標(biāo)操作的方法。

1 研究目的

目前的列車始發(fā)作業(yè)時(shí)的容易出現(xiàn)問(wèn)題的操作主要有一下幾點(diǎn)：

1.1 司機(jī)輸入的發(fā)車參數(shù)與機(jī)車當(dāng)前實(shí)際位置不一致,或者設(shè)定的對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)與實(shí)際前方信號(hào)機(jī)不符,造成開車對(duì)標(biāo)后控車數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

1.2 人工對(duì)標(biāo)過(guò)程本身就存在操作誤差,也可能由于天氣能見度較低等因素的影響導(dǎo)致無(wú)法確認(rèn)前方對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)或?qū)?biāo)點(diǎn)位置,會(huì)出現(xiàn)提前或滯后對(duì)標(biāo),從而導(dǎo)致存在較大的距離誤差。

本文充分分析了始發(fā)作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)問(wèn)題的兩個(gè)方面,提出了利用衛(wèi)差分定位的方式,即可以自動(dòng)核對(duì)發(fā)車參數(shù)由可以自動(dòng)完成對(duì)標(biāo)操作。

2 差分定位自動(dòng)對(duì)標(biāo)原理

2.1 獲取機(jī)車坐標(biāo)位置 差分定位也叫差分GPS/BD 技術(shù),即將一臺(tái)GPS/BD接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo),計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離修正值,并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS/BD 觀測(cè)的同時(shí),也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的修正值,并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行修正,從而提高定位精度。

可以簡(jiǎn)單的理解為在已知坐標(biāo)的點(diǎn)上安置一臺(tái)GPS/BD 接收機(jī)(稱為基準(zhǔn)站),利用已知坐標(biāo)和衛(wèi)星計(jì)算出觀測(cè)值的校正值,并通過(guò)無(wú)線設(shè)備將校正值發(fā)送給運(yùn)動(dòng)中的GPS/BD 接收機(jī)(稱為移動(dòng)站),移動(dòng)站應(yīng)用接收到的校正值對(duì)自己的GPS/BD觀測(cè)值進(jìn)行修正,以消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、大氣電離層和對(duì)流層折射誤差的影響。

依據(jù)差分定位技術(shù)的原理(如圖1所示),在各大站場(chǎng)安裝差分參考站(基準(zhǔn)站),例如：肅寧北基準(zhǔn)站、黃驊港基準(zhǔn)站等?；鶞?zhǔn)站將其觀測(cè)值通過(guò)3G/4G 或鐵路內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)送至地面數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收到的觀測(cè)值與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境下的修正值,同時(shí)將修正值通過(guò)3G/4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至每臺(tái)機(jī)車(移動(dòng)站),每臺(tái)機(jī)車通過(guò)無(wú)線接收裝置接收到坐標(biāo)修正值,利用此修正值對(duì)機(jī)車上衛(wèi)星接收裝置獲取的原始機(jī)車坐標(biāo)進(jìn)行修正,從而獲得更加精確的機(jī)車坐標(biāo)。

未經(jīng)差分計(jì)算的機(jī)車坐標(biāo)的波動(dòng)較大,與實(shí)際值得偏差可達(dá)米級(jí),當(dāng)遇到特殊天氣或環(huán)境偏差可能達(dá)到幾十米或幾百米。而經(jīng)過(guò)差分計(jì)算后的固定解狀態(tài)的機(jī)車坐標(biāo)的精度可以達(dá)到厘米級(jí)別

圖1 差分定位原理

2.2 股道數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集制作包括外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)提取和數(shù)據(jù)文件整合三部分。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要使用基于GPS＋I(xiàn)NS輔助定位的激光,通過(guò)全景移動(dòng)背包或者無(wú)人機(jī)兩種方式完成,

內(nèi)業(yè)提取首先使用融合軟件,通過(guò)融合GPS、INS和激光數(shù)據(jù)將原始外業(yè)測(cè)繪數(shù)據(jù)生成具有真實(shí)地理參考的站場(chǎng)三維場(chǎng)景(點(diǎn)云和全景),用于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)提取。使用地信行業(yè)的著名數(shù)據(jù)處理軟件ArcGIS軟件,通過(guò)插件顯示三維測(cè)繪數(shù)據(jù),提取信號(hào)機(jī)的名稱,經(jīng)緯度坐標(biāo)。內(nèi)業(yè)處理全過(guò)程需要保證數(shù)據(jù)誤差在10cm 以內(nèi)。

數(shù)據(jù)文件整合,根據(jù)控件名稱的一一對(duì)應(yīng),將測(cè)繪的地理幾何信息(真實(shí)地理坐標(biāo))添加到已有的LKJ車載數(shù)據(jù)中,用于后續(xù)利于衛(wèi)星差分定位信息進(jìn)行開車對(duì)標(biāo)操作。

2.3 車載數(shù)據(jù)制作 將采集到的衛(wèi)星差分定位數(shù)據(jù)制作到LKJ系統(tǒng)的車載數(shù)據(jù)中,衛(wèi)星差分定位數(shù)據(jù)點(diǎn)分為兩類,輔助功能衛(wèi)星定位點(diǎn)和對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)衛(wèi)星定位點(diǎn),如圖2所示。根據(jù)股道的長(zhǎng)度和彎曲度不同,每個(gè)股道上輔助功能衛(wèi)星定位點(diǎn)的數(shù)量不同,保證在誤差允許范圍內(nèi)能夠描述該股道的變化趨勢(shì),用于同機(jī)車的坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)匹配。

圖2 股道的衛(wèi)星定位點(diǎn)數(shù)據(jù)制作示意圖

圖3 LKJ實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)標(biāo)流程圖

4 自動(dòng)對(duì)標(biāo)實(shí)現(xiàn)

始發(fā)作業(yè)時(shí),司機(jī)輸入始發(fā)發(fā)車參數(shù)后,LKJ根據(jù)輸入的站場(chǎng)及發(fā)車股道等信息從車載數(shù)據(jù)中讀取當(dāng)前進(jìn)路的衛(wèi)星差分定位數(shù)據(jù)。在機(jī)車差分定位坐標(biāo)的結(jié)果穩(wěn)定有效后,使用衛(wèi)星定位算法計(jì)算當(dāng)前進(jìn)路的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)與機(jī)車坐標(biāo)是否匹配,如果匹配成功則進(jìn)入自動(dòng)對(duì)標(biāo)過(guò)程,如圖3所示,通過(guò)人機(jī)界面單元顯示前方對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)名稱及距離前方信號(hào)機(jī)的距離,否則提示司機(jī)需要核對(duì)發(fā)車參數(shù)是否正確。匹配成功后司機(jī)動(dòng)車越過(guò)對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)時(shí),LKJ自動(dòng)轉(zhuǎn)換至通常模式。

3 應(yīng)用效果

目前基于衛(wèi)星差分定位的自動(dòng)開車對(duì)標(biāo)技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)萬(wàn)噸站場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用,完成發(fā)車任務(wù)數(shù)萬(wàn)次,達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：

3.1 目前差分定位坐標(biāo)的精度可以達(dá)到厘米級(jí)別,完全滿足LKJ控制精度要求。

3.2 機(jī)車定位坐標(biāo)與軌道誤差小于0.5m,保證了始發(fā)股道定位的準(zhǔn)確。

3.3 對(duì)標(biāo)信號(hào)機(jī)的誤差基本控制在2m 內(nèi),滿足LKJ對(duì)標(biāo)精度的需求。

基于衛(wèi)星差分定位自動(dòng)開車對(duì)標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用,使得LKJ在數(shù)據(jù)控制方面更加準(zhǔn)確,提高了LKJ設(shè)備的自動(dòng)化和智能化水平。同時(shí)大大減輕了乘務(wù)員日常在發(fā)車作業(yè)中發(fā)車參數(shù)核對(duì)和對(duì)標(biāo)位置確認(rèn)的工作量,基本上消除了乘務(wù)員在按壓開車鍵操作提前或滯后等問(wèn)題所造成的LKJ數(shù)據(jù)控制誤差,在列車運(yùn)行精準(zhǔn)控制方面有很大實(shí)用價(jià)值。