空中轨道车辆的定位系统的制作方法

本发明实施例涉及空中轨道列车技术领域，尤其涉及一种空中轨道车辆的定位系统。

背景技术

空中轨道交通列车不像地铁或轻轨，需要在现场进行大量的建造工程，现场施工十分简单快捷，不需要专用的机械设备，一般每处施工几天即可完成，全线只要几个月，即可将空轨竖杆组装完毕，整个系统建设周期在1-2年之间。另外，空轨系统除了车站需要占用一定地面空间外，轨道基础占地面积非常小，由于轨道曲线半径设计比较灵活，工程几乎不涉及既有建筑物的拆迁。商务区、机场和火车站还可以利用既有建筑或过街天桥作为车站。空轨还可从一处很容易拆卸后移至另一处，这对发展中的城市尤为重要，可以有效应对机动车的数量越来越多，致使城市的交通情况越来越恶化，堵车现象日益严重，不但不利于居民的快速出行，而且造成大量的时间和能源消耗、空气和噪音污染以及交通事故等问题。

由此可见，通过空中轨道列车(简称空轨)将轨道在列车上方，由钢铁或水泥梁柱支撑在空中。由于将地面交通移至空中，在无需扩展城市现有公路设施的基础上可缓解城市交通难题。又由于它只将轨道移至空中，而不是像高架轻轨或骑坐式单轨那样将整个路面抬入空中，因此克服了其他轨道交通系统的弊病。

但是，空中轨道列车的行车安全性是非常重点的问题之一，而其中对列车的定位是关键，因此，亟待提供一种可对空中列车进行实时定位的技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种空中轨道车辆的定位系统，用以克服现有技术中上述缺陷。

本发明实施例提供一种空中轨道车辆的定位系统，其包括：图像传感器以及定位标记，所述图像传感器安装在所述空中轨道车辆上，所述定位标记设置在支撑所述空中轨道车辆的梁柱上，所述定位标记与所述空中轨道车辆在行进过程中经过的所述梁柱一一对应，所述图像传感器用于在所述空中轨道车辆在行进的过程中实时捕获图像，以从所述图像中解析出与所述空中轨道车辆距离最近的梁柱的所述定位标记，并根据所述图像的时间戳和所述定位标记对所述空中轨道车辆进行定位。

可选地，在本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有所述图像传感器，和/或，所述空中轨道车辆的车尾安装有图像传感器。

可选地，在本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有多组所述图像传感器，和/或，所述空中轨道车辆的车尾安装有多组图像传感器。

可选地，在本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有至少3组所述图像传感器，和/或，所述空中轨道车辆的车尾安装有至少3组图像传感器，每组所述图像传感器至少包括1个图像传感器。

可选地，在本发明的任一实施例中，车头安装的多组所述图像传感器所述捕获的多个图像进行融合，以从融合后的所述图像中解析出与所述空中轨道车辆距离最近的梁柱上的所述定位标记。

可选地，在本发明的任一实施例中，支撑所述空中轨道车辆的每一个梁柱具有唯一的定位标记。

可选地，在本发明的任一实施例中，支撑所述空中轨道车辆的梁柱为l型或者t型。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述定位标记设置在所述梁柱的竖直立杆上，设置在所述竖直立柱上的定位标记至少为1个。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述定位标记由可适用于多种外界环境的材料制成。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述梁柱上设置有轨道梁，所述空中轨道车辆悬挂于所述轨道梁上，所述轨道梁适用于所述空中轨道车辆的双向或者单向行进。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种空中轨道车辆的定位系统，图像传感器安装在空中轨道车辆上，定位标记设置在支撑空中轨道车辆的梁柱上，定位标记与空中轨道车辆在行进过程中经过的梁柱一一对应，图像传感器用于在空中轨道车辆在行进的过程中实时捕获图像，以从图像中解析出与空中轨道车辆距离最近的梁柱的定位标记，并根据图像的时间戳和定位标记对空中轨道车辆进行定位，从而提供了一种可靠的空中轨道车辆的定位方案，提高了行车的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之一；

图2为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之二；

图3为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之三。

具体实施方式

当然，实施本发明实施例的任一技术方案不一定需要同时达到以上的所有优点。

为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例所保护的范围。

下面结合本发明实施例的附图进一步说明本发明实施例的具体实现过程。

在悬挂式空中列车的轨道交通中，正常情况下，列车都是等速运行或者等加速运行，而等速运行的模型可以认为是加速度为高斯白噪声的匀加速运动模型。所以，在本申请实施例中，将控制列车的运行模型用加速度为高斯白噪声的匀加速运动模型来描述空中列车的运动状态，即：

上式中，l，v，a分别为列车的位置，速度和加速度分量；w(t)为高斯白噪声。令：

x＝[lva]^t，b＝[001]^t，则状态方程为：

将时间进行离散化，即取t＝tk-tk-1，得到位置，速度和加速度的迭代公式：

l(k)＝l(k-1)+t×v(k-1)+(t²/2)×a(k-1)+wl(k-1)

v(k)＝v(k-1)+t×a(k-1)wv(k-1)

a{k}＝a(k-1)+wa(k-1)

上式中，l(k)，v(k)，a(k)分别为k时刻列车的位置，速度和加速度分量。wl(k-1，wv(k-1)，wa(k-1)分别为k时刻影响列车位置，速度和加速度的系统噪声。

本申请实施例中，在空中轨道车辆的车身两端安装有图像传感器，该图像传感器可以获取到包含空中轨道车辆行进过程中所经过梁柱的定位标记的图像，而且，在实际的执行过程中，当所获取到的图像中的定位标记发生变化时，由空中轨道车辆的定位系统记录此时的时间。由于图像传感器每获取一张图像，都会记录获取时间，即每张图像对应一个时间戳。很显然，当定位标记发生变化时的图像也对应一个时间戳，为描述简单起见，将该时间戳称之为定位时间戳。由于在空中轨道车辆的运行路线上，通常有多个梁柱，因此，对应的定位时间戳也有多个。本申请实施例中的图像传感器实时获取携带有定位标记的图像，在空中轨道车辆的行进过程中，将实时获取图像的时间与每一个定位时间戳之间做差值运算，将差值的绝对值最小时的定位时间戳对应的定位标记作为与空中轨道车辆距离最近的梁柱的定位标记。

得到与空中轨道车辆距离最近的梁柱对应的定位标记后，结合空中轨道车辆的运行方向，就可以把空中轨道车辆的位置限定在两个梁柱之间，上面也提到了，空中轨道车辆的图像传感器所获取的定位标记发生变化时，定位系统会记录定位时间戳，记实时获取图像的时间为tk，与空中轨道车辆距离最近的梁柱对应的定位时间戳为tk-1，根据空中轨道车辆的运行路线图以及运行方向，可以得到从车辆出发点到与车辆距离最近的梁柱之间的距离，记为l(k-1)，根据前面所描述的位置，速度，加速度的迭代公式，可以计算出车辆的实时位置，速度，以及加速度。

需要说明的是，上述实施例中，车辆的速度和加速度可以通过速度传感器测量得到，当车辆为匀速运行时，加速度为0。

还需要说明的是，本申请实施例中所说的与空中轨道车辆距离最近的梁柱，指的是在空中轨道车辆的运行方向上，与车头距离最近的梁柱。

本申请实施例中，安装在空中轨道车辆上的图像传感器获取图像的频率非常高，比如，一秒钟可能获取几十张图片。因此，所获取图像的时间戳的精度较高，而通过将实时获取图像的时间与定位时间戳之间做比较，将空中轨道车辆的位置限定在两个梁柱之间，进而再在两个梁柱之间定位空中轨道车辆，相比于现有技术中，从车辆的出发点开始就对车辆的运行距离进行计算，避免了累积计算距离产生的较大误差，进一步提高了车辆的定位精度。

图1为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之一；图2为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之二；图3为本发明实施例中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图之三；如图1-3所示，定位系统中的所述图像传感器，即图1-3中的视觉传感器4安装在悬挂式空中轨道列车车身5上，所述定位标记设置在支撑所述空中轨道车辆的梁柱上，所述定位标记与所述空中轨道车辆在行进过程中经过的所述梁柱一一对应，所述图像传感器用于在所述空中轨道车辆在行进的过程中实时捕获图像，以从所述图像中解析出与所述空中轨道车辆距离最近的梁柱的所述定位标记，并根据所述图像的时间戳和所述定位标记对所述空中轨道车辆进行定位。

本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有所述图像传感器，可选地，在本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有多组所述图像传感器，和/或，所述空中轨道车辆的车尾安装有多组图像传感器。

可选地，在本发明的任一实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有至少3组所述图像传感器，和/或，所述空中轨道车辆的车尾安装有至少3组图像传感器，每组所述图像传感器至少包括1个图像传感器。

如图1所示，可以在空中轨道车辆的车头和车尾各设置6个图像传感器，且在空中轨道车辆的宽度方向上，每两个相对的图像传感器为一组，这样的话，车头和车尾就各有三组图像传感器，且每组图像传感器组成双目图像传感器，平行设置的双目图像传感器产生视差，可以把同一物体所有的点都找到，形成精确的三角测距，能够较为精确地计算出车辆与前方物体之间的距离。因此，除了上述实施例可通过位置迭代公式对车辆进行定位之外，还可以通过双目图像传感器直接得到车辆与梁柱之间的距离。如果双目图像传感器之间具有很高的同步率和采样率的话，也能很大程度提高定位的精度。

需要说明的是，本申请实施例中的图像传感器的个数不做具体限定，可以根据实际情况调整。比如，可以将图像传感器的个数设置为8个，分为四组，相对的两个图像传感器为一组。

图2为本发明实施例二中空中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图；与上述实施例不同，本实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有一个所述图像传感器，同时，在所述空中轨道车辆的车尾安装有一个图像传感器。

图3为本发明实施例三中轨道车辆的定位系统在实际工程中的应用示意图；与上述实施例不同，本实施例中，在所述空中轨道车辆的车头安装有多组所述图像传感器，同时，在所述空中轨道车辆的车尾安装有多组图像传感器，每组传感器包括1个图像传感器。

上述实施例中，图像传感器的个数优选为多组，多组图像传感器的类别，采样率等参数可以相同，也可以不同，优选为不同。因为车辆运行时可能会遇到阴天、雨天、雾天、雪、雾霾等天气情况，而且考虑到夜间运行，多组图像传感器可以分别为红外图像传感器，紫外图像传感器等，在实际运行过程中，可以根据天气变化在多组图像传感器之间进行切换，以便在各种环境下都能对车辆进行精确定位。当然，如果图像传感器的性能能够满足多种天气情况，只用一组甚至一个传感器就能在各种天气情况下对车辆进行精确定位的话，在列车的车头或者车尾安装一个传感器或者一组传感器也可。

本申请实施例也可以通过对图像传感器获取的图像进行分析，得到与空中轨道车辆最近的梁柱对应的定位标记。比如，在所获取的图像之间对像素做减法处理，一般情况下，将第一次出现两个图像的像素相减后，图像不是全黑图像，且图像的非黑色区域部分为定位标记区域时，将定位标记区域提取出来，得到与空中轨道车辆距离最近的梁柱对应的定位标记。这里的最近可以是距离车辆的车头最近，也可以是距离车辆的车尾最近。可选地，在本发明的任一实施例中，车头安装的多组所述图像传感器所述捕获的多个图像进行融合，以从融合后的所述图像中解析出与所述空中轨道车辆距离最近的梁柱上的所述定位标记。

前面也提到了，图像传感器获取图像的频率非常高，一秒钟可能获取几十张图像。因此，为了在提高定位精度的同时，提高定位速度，可以将一次获取的n张图像进行图像融合，将n张图像综合成高质量的图像，通过分析融合后的图像，也能得到与空中轨道车辆距离最近的梁柱对应的定位标记。在提高定位精度的同时，也提高了定位速度。

可选地，在本发明的任一实施例中，支撑所述空中轨道车辆的每一个梁柱具有唯一的定位标记6。

可选地，在本发明的任一实施例中，支撑所述空中轨道车辆的梁柱为l型或者t型。

如图1-3所示，梁柱可以为t型梁柱2，也可以为倒l型梁柱1。

需要说明的是，本申请实施例中的梁柱不限于t型或者倒l型，只要能起到对列车的运行起到支撑作用即可。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述定位标记设置在所述梁柱的竖直立杆上，设置在所述竖直立柱上的定位标记至少为1个。

这里的定位标记可以是文字标记，也可以是图像标记，本申请实施例对定位标记的表现形式不做具体限定。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述定位标记由可适用于多种外界环境的材料制成。

因为定位标记设置在梁柱上，而梁柱一般情况下，是设置在露天环境中，为了使得定位标记不因天气因素遭到破坏或者受到腐蚀，本申请实施例中，采用可适用于多种环境的材料制成定位标记。

可选地，在本发明的任一实施例中，所述梁柱上设置有轨道梁3，所述空中轨道车辆悬挂于所述轨道梁3上，所述轨道梁适用于所述空中轨道车辆的双向或者单向行进。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例中的技术方案的精神和范围。