基于GPS列车定位技术.ppt

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1、基于基于GPS列车定位技术列车定位技术第一页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。GPS简介GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。第二页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。第三页，编辑于星期六：二十一点

2、 二十一分。GPS组成1.空间部分GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。第四页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。2.地面控制系统地面控制系统由监测站(Monitor Station）、主控制站（Master Monitor Station）、地面天线（Ground Antenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉

3、多州春田市（Colorado Spring）。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。3.用户设备部分 用户设备部分即GPS 信号接收机。第五页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。GPS在列车中应用的可行性将GPS应用于铁路列车，最早的报道见于1984年美国伯林顿北方铁路公司和Rock well公司的合作，于80年代开发的ARES系统，并且已将GPS作为国家铁路标准精确定位系统。目前欧洲各国铁路正在加强利用GPS技术，并将沿线设置差分机战，并使之与移动通信技术相结合，以提高铁路运输能力。第六页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。德国铁路部门认为：GPS系统

4、应用于安全要求较高的地方，卫星导航可代替现有的常规操作，以卫星导航，移动通讯和引导系统代替现有的固定信号系统正在试验线路上进行。GPS列车定位系统可不依赖铁路现有的固定信号系统对列车进行定位，可指导司机或控制自动驾驶系统以安全，经济的方式操控列车，作为独立于铁路信号系统的GPS列车定位系统对高速列车的安全起重大作用第七页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。CPS经济性大连至沈阳段400公里需要4-5个差分GPS基站，而每个基站的费用在10万以下（2002年）第八页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。GPS列车定位的工作原理在铁路上应用GPS定位技术工作原理是机车上的接收机从24颗在轨卫星中选出

5、4颗最佳位置的卫星，卫星发出的时间信号好比一个精确的时钟信号，从而算出每颗卫星的半径距离，以卫星的位置利用三角定位原理定出机车的位置及高度第九页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。第十页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。GPS在青藏铁路的应用由于青藏线特殊的环境,因此对信号系统提 出了一些特殊的要求:系统应尽可能采用较少的道旁设备,较低的耗能;设备和器材应采用先进成熟技术,其结构简单,维修量少,适应高原环境;设备尽量做到高可靠无人职守;系统应具备完善的诊断检测功能。第十一页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。综合考虑以上四点要求,并分析各种定位方法的优缺点,我们认为可以采用G 玲定位法作为主

6、要的定位方式。目前民用的口A 码测距误差已经达到了25 m 左右,对于在区间运行的列车,这一误差是可以接受的,但对于在站内运行的列车,由于要分辨经由的站场线路,则要求更高的定位精度,可考虑采用DGPS(差分GPS)提高定位精度。第十二页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。GPS在实际列车应用中的缺陷GPS定位法自身存在很多缺陷,例如当列车行驶进山区或通过隧道时,接收到的CPS信号会非常微弱,甚至收不到,使定位失效。第十三页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。基于以上考虑,我们采用D R（航位推算法）作为辅助定位技术,即根据前进方向、速度和时间进行估算。D R 是典型的独立定位技术,在短时间内能

7、够保持较高的精度,但该法确定的只是相对位置。D R 的优缺点与GPS定位具有很强的互补性,因此采用G PS/D R 组合定位可获得较高的定位精度和可靠性。第十四页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。实现GPS/DR 组合的核心问题实现GPS/DR 组合的核心问题是采用何种方法来融合两种定位系统的信息以获得最优的组合定位结果阁。这里我们采用比较常用的Ka lman滤波,就是将GPS/DR 的定位信息同时用于定位解的求解过程中,将DR 系统的状态在滤波过程中不断得到修正,组合定位的输出有可以提供较为准确的初始位置和方向信息,从而在GPS失效单独使用DR 推算定位时也能保持较高的定位精度。第十五页，

8、编辑于星期六：二十一点 二十一分。第十六页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。结合青藏线的特点,用GPS/D R 结合的方法能够实现列车全天候实时动态定位,该方法具有设备简单、成本低等特点。此外,随着G LONAS S、NA V SAT、GN S 等导航卫星系统的逐步建设和投人使用,车载接收机可以进一步发展为多卫星信号接收。第十七页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。一方面,可以利用多系统提供的定位信息进行相互订正提高精度;另一方面,可以减少对单一定位导航系统的依赖性。第十八页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。基于GPS 和GIS 的列车定位系统GIS简介GIS即地理信息系统（Geograp

9、hic Information System）GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术。在列车定位中的作用当列车接收GPS的信号丢失时，利用GIS数据库信息进行电子地图匹配，推算出列车的运行轨迹，保证列车的安全运行第十九页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。1.系统结构设计当GPS 信息丢失时,根据前一时刻GPS 数据、T AX2 箱数据和线路GIS 数据进行位置推算处理,估算出当前列车位置,再利用地图匹配把列车行驶轨迹强制匹配到线路中。基于GPS 与GIS 列车定位系统设计第二十页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。2.GIS线路数据库的建立建立线路GIS 数据库是本系统的关键,是进行地图匹

10、配时的重要依据方法假设曲线AE 是实际铁路线路的某一段。把它用A、B、C、D、E 节点分割成AB、BC、CD、DE 4 个直线段,用以代替真实线路第二十一页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。在分割的过程中曲度较大的路段(如CE)应该放置较多的节点来减少误差,提高精度。把线路中各个直线段的编号、节点坐标、直线长度等信息记录下来就构成了整个GIS线路地理数据。第二十二页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。3.电子地图匹配算法电子地图匹配技术是一种基于软件技术的定位修正方法。其基本思想是将车辆定位轨迹与数字地图中的道路网信息联系起来,把定位数据和车辆运行轨迹与电子地图中的道路位置信息相比较,通过适当的模式识别和匹配过程,确定出车辆最可能的行驶路段及车辆在该路段中的最大可能位置第二十三页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。假设某一时刻得到GPS 数据对应于点 P,坐标为(x,y),P为上一时刻经匹配得到的位置点。第二十四页，编辑于星期六：二十一点 二十一分。