一种列车精确定位系统的制作方法

本发明涉及轨道交通控制技术，具体涉及列车定位技术。

背景技术：

在轨道交通领域，列车通过安装在轨道上应答器或者通过gps+惯导的方式来获取列车当前所在的位置，由于无线应答器的技术特点决定了定位精度不高，可能在正负10cm甚至正负30cm，gps方式的定位精度更低，这导致了列车定位不准。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种列车精确定位系统，测量行驶列车的精确位置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种列车精确定位系统，轨旁设备，设置于列车运行线路旁；

轨旁设备智能识别装置，安装于列车侧面，在列车运行过程获取轨旁设备图像；车载主机，预置列车运行电子地图，电子地图包含轨旁设备的位置信息，车载主机维持一个高精度时钟，并提供给轨旁设备智能识别装置，所述车载主机和轨旁设备智能识别装置之间时间同步且精度达到1us；

所述轨旁设备智能识别装置设有时间标签模块，对列车运行过程中采集的图像打上和车载主机同步的高精度时间标签；

所述车载主机设有轨旁设备图像标定模块和列车定位修正模块，所述轨旁设备图像标定模块通过从图像中确定列车定位图片，并得到图片对应的时间标签，称为t1；所述列车定位修正模块通过现有应答器或者gps定位信息，结合电子地图推算出当前轨旁设备的位置信息，称为s1，并将t1和s1信息上报列车控制系统，修正现有的列车定位信息。

优选的，所述轨旁设备智能识别装置为高速相机。

优选的，系统试运行过程中对每个信号机图片进行标定，确定信号机在图片中的某个范围属于定位可信时刻，如果在这个范围中的图片是奇数，取中间那张图片，如果是偶数，随机取中间两个图片中的一张。

优选的，所述轨旁设备为信号机。

优选的，所述轨旁设备为无源标识柱，所述无源标识柱面对列车的方向设有图像可识别的唯一标识，所述无源标识柱的位置信息预先存入电子地图。

优选的，所述车载主机通过深度学习的方式识别轨旁设备。

本发明在列车侧面安装高速相机，在列车行进过程中高速相机对轨旁设备(如信号机)进行实时拍摄，车载主机实时分析高清图片智能识别出轨旁设备，同时结合电子地图，实现对列车进行精确定位。具有如下优点：

1)本发明利用现有的轨旁设备进行智能分析实现高精度定位，如信号机，不需要新增轨旁设备；

2)本发明提出的视频智能分析技术，其定位精度取决于列车侧面的高速相机；高速相机是指帧率特别高的相机，一般的相机帧率在30～50帧/秒，高速相机可以达到如1k帧；那对于帧率为1k的高速相机来说，可以识别的时间精度为1ms，对于定位精度来说，就要看列车速度，如果列车速度为60km/h，那么1ms列车移动的距离为1.67cm，这个就是1k帧率高速相机在列车速度为60km/h条件下的定位精度；如果相机帧率再高一些，精度同比提升；gps的精度在1m左右，应答器的定位精度在10cm量级，与gps应答器的定位精度相比，本发明通过提升高速相机帧率的方式可将定位精度提升到1cm以上；

3)本发明同时考虑了列车速度对定位精度的影响，主要是实现了车载主机和轨旁设备智能识别装置之间的高精度时间同步，列车在高速运行过程中，如60km/h的时速，每1ms列车移动1.67cm，那么如果轨旁设备智能识别装置和车载主机之间时间没有高精度同步，比如是ms级的同步，那么由于时间误差带来的定位误差就是cm级或者10cm级，就达不到提高定位精度的要求；本发明要求车载主机和轨旁设备智能识别装置之间的时间同步精度为1us，这个时间误差在60km/h时速带来的定位误差在0.017mm左右，不会对系统性能带来影响，因此，可实现高精度定位。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的系统原理图；

图2为列车运行过程中高速相机拍摄信号机示意图。

具体实施方式

参考图1所示，一种列车精确定位系统，包括：

轨旁设备，设置于列车运行线路旁；

轨旁设备智能识别装置，安装于列车侧面，在列车运行过程获取轨旁设备图像；车载主机，预置列车运行电子地图，电子地图包含轨旁设备的位置信息，车载主机维持一个高精度时钟，并提供给轨旁设备智能识别装置，所述车载主机和轨旁设备智能识别装置之间时间同步且精度达到1us；

所述轨旁设备智能识别装置设有时间标签模块，对列车运行过程中采集的图像打上和车载主机同步的高精度时间标签；

所述车载主机设有轨旁设备图像标定模块和列车定位修正模块，所述轨旁设备图像标定模块通过从图像中确定列车定位图片，并得到图片对应的时间标签，称为t1；所述列车定位修正模块通过现有应答器或者gps定位信息，结合电子地图取推算出当前轨旁设备的位置信息，称为s1，并将t1和s1信息上报列车控制系统，修正现有的列车定位信息。

其中，所述轨旁设备智能识别装置为高速相机。高速相机是指帧率特别高的相机，一般的相机帧率在30～50帧/秒，高速相机可以达到如1k帧；那对于帧率为1k的高速相机来说，可以识别的时间精度为1ms，对于定位精度来说，就要看列车速度。按列车行驶时速为120km算，列车每秒行进的距离为33米；如果按照高速相机的帧率为3k/s计算，每帧图片的时间间隔为0.33ms；每帧图片间隔列车行进的距离为1.1cm。如果列车速度为60km/h，那么1ms列车移动的距离为1.67cm，这个就是1k帧率高速相机在列车速度为60km/h条件下的定位精度；如果相机帧率再高一些，精度同比提升；gps的精度在1m左右，应答器的定位精度在10cm量级，与gps应答器的定位精度相比，本发明通过提升高速相机帧率的方式可将定位精度提升到1cm以上。由于车载主机和轨旁设备智能识别装置之间的时间同步精度为1us，这个时间误差在60km/h时速带来的定位误差在0.017mm左右，不会对系统性能带来影响。

参考图2所示，列车开过去，高速相机对信号机一直拍，信号机在所拍摄的一连串图像中的位置是和列车运行方向相反的；这么多图片都有信号机，需要人为确定一下以哪个图片为定位时刻，从理论上来说，肯定是信号机在中间位置是最准的；但在实际操作中，中间是个范围，而不是某个点；因为由于列车速度的原因，不同速度拍到同一个信号机的图像个数是不一样的，信号机在图像中的位置也不是固定的。因此系统试运行过程中需要对每个信号机图片进行标定。高速相机在行车过程中拍摄到的每个信号机图片，不是一张，可能是很多张，列车速度越慢，拍摄到的某个信号机的图片越多；通过试运行过程的标定，可确定信号机在图片中的某个范围属于定位可信时刻。如果在这个范围中的图片是奇数，取中间那张图片，如果是偶数，随机取中间两个图片中的一张。

当然，本领域技术人员可以理解是，所述轨旁设备智能识别装置也可以推广到多线激光雷达，通过对激光雷达扫描的点云数据进行深度学习，可以达到高速相机类似的效果。

车载主机通过应答器或者gps提供的粗略位置信息，就可以通过电子地图知道前方大概多少距离有一个信号机，并可得到此信号机的精确位置信息。

所述轨旁设备为信号机，所述车载主机通过深度学习的方式识别信号机。信号机理论上都长的一样，图像深度学习可以识别出这是一个信号机，但不能分别是哪个信号机；具体是哪个信号机，可以由gps或者应答器告诉本系统。

当然，本领域技术人员可以理解是，所述轨旁设备也可以为无源标识柱，在轨旁每间隔固定距离新增1个标识柱，柱子的造型以方便视频识别为宜；新增的标识柱在施工完成时建立新的电子地图，主要包含每个标识柱的精确位置信息。最好在柱子面对列车的方向增加图像可识别的唯一标识。通过规律的标识柱和唯一标识视频识别，可实现不依赖现有电子地图的列车精确定位。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。