面向轨道交通站场的高精度GPS定位方法研究

论文摘要

维修巡检作业是关系到轨道交通安全运行的一项重要工作。由于轨道交通站场设备繁多且地点分散,需要大量维修工进行及时的巡检和维护,因此对维修工的实时定位、跟踪和管理显得尤为重要。针对这一问题,国内外学者对GPS定位进行了大量的研究,但所提出的GPS定位方法普遍应用于公路交通系统中车辆的定位,而针对轨道交通站场的人员定位很少涉及。虽然一些研究者提出了GPS匹配改进算法,但没有充分考虑轨道交通站场的特点,普遍存在定位误差大,定位数据漂移等问题,无法有效实现轨道站场人员的高精度定位。由此,论文在分析轨道交通站场特点以及线路拓扑结构的基础上,从GPS数据采集、数据预处理以及定位匹配多个环节入手,进行高精度GPS定位关键技术的研究。论文主要研究工作包括：1.为减小采集过程中数据漂移引起的误差,研究了关联-控制点的GPS数据采集法。该方法根据站场拓扑结构特点,在若干关键点处设置已知精确坐标值的关联点及控制点,并在这些点约束下对GPS数据进行调整采集。2.为提高数据预处理的效率及实时性,研究了基于数据变化率的自适应动态实时校正法,该方法通过滚动采样数据的变化率确定校正上下限,根据构建的校正范围找出误差点,并对误差点进行剔除及插值处理。3.为确保GPS匹配精度,论文研究了一种基于两圆法的地图匹配算法。该算法首先将轨道站场图划分成阵列矩形小区域,通过一对同心圆与单个矩形区域结合获得待匹配轨道段。在此基础上,本文针对不同特点的轨道区域采用了不同的优化匹配算法：ⅰ.对于普通的直线轨道和曲线轨道,采用了位置点匹配算法；ⅱ.对于相邻平行轨道,采用了基于历史条件约束的地图匹配算法,该算法充分利用历史匹配信息对当前点进行定位约束,以改善相邻轨道匹配跳跃问题；ⅲ.对于道岔点缓冲区,采用了利用T-S型模糊模型建立分割线的方法,该方法通过分隔线分类来确定待匹配点的当前轨道,以减小岔点附近的匹配误差。最后,武汉地铁的实验结果表明,本文提出的高精度GPS定位方法有效提高了轨道交通站场的人员定位,定位精度达到了2米,误匹配率降低到3%左右。具有匹配速度快、效率高、误匹配率低等优点,在满足匹配实时性要求的条件下,实现了轨道站场对维修人员的高精度GPS定位。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 GPS定位的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 研究现状总结
• 1.3 论文内容简介
• 2 GPS数据采集及预处理
• 2.1 GPS定位基本理论介绍
• 2.1.1 GPS的特点及组成
• 2.1.2 本章总体思路
• 2.2 数据采集中的误差来源
• 2.3 采集过程中的动态实时校正
• 2.3.1 关联-控制点校正
• 2.3.2 环路定位校正
• 2.4 坐标系的转换
• 2.5 GPS数据预处理
• 2.5.1 基于数据变化率的自适应校正
• 2.5.2 误差点的剔除处理
• 2.5.3 数据点的插值处理
• 3 高精度GPS定位算法
• 3.1 地图匹配的介绍
• 3.1.1 匹配算法综述
• 3.1.2 定位算法整体思路
• 3.2 匹配的相关问题
• 3.2.1 地图匹配算法的衡量指标
• 3.2.2 地图匹配中的度量方法
• 3.3 定位匹配准备工作及待匹配轨道段的选取
• 3.3.1 轨道交通站场的拓扑结构特征
• 3.3.2 轨道道岔点介绍及其匹配规则
• 3.3.3 基于拓扑结构特征的轨道分类方法
• 3.3.4 轨道交通站场的区域划分
• 3.3.5 基于两圆法的待匹配轨道选取的算法
• 3.4 不同拓扑结构的轨道匹配算法
• 3.4.1 基于位置点匹配的直线和曲线轨道匹配算法
• 3.4.2 基于历史条件约束的平行轨道匹配算法
• 3.4.3 基于分隔线分类的岔点缓冲区匹配算法
• 3.5 不同匹配算法的匹配示例
• 3.6 本章小结
• 4 实验及分析
• 4.1 定位算法流程图
• 4.2 实验相关设备介绍
• 4.3 关联-控制点的动态校正实验
• 4.4 GPS数据预处理实验
• 4.5 定位匹配算法实验
• 4.5.1 直线及曲线轨道匹配算法实验
• 4.5.2 平行轨道匹配算法实验
• 4.5.3 道岔点缓冲区匹配算法实验
• 4.6 实验总结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集