[发明专利]基于列车车载卫星定位观测数据的轨道沿线环境分类方法

权利要求书

1.一种基于列车车载卫星定位观测数据的轨道沿线环境分类方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.根据铁路沿线环境遮挡特征，将铁路场景分为5类，构建每种铁路场景的特征向量，组成遮挡场景特征模型库γ；

S2.采集列车车载多模卫星定位接收机输出的观测数据，采集的观测数据以历元为单位进行存储，得到观测数据集Ψ；

S3.根据判定指标对步骤S2得到的观测数据集Ψ进行数据清洗，将清洗后的数据重新排列，得到清洗后的观测数据集Ψ_cleaned；

S4.根据电子轨道地图将铁路沿线场景划分为若干等间距场景区段，对每个场景区段的所有历元的卫星信息进行提取，构建对应场景区段下的关键参数集合；

S5.根据步骤S4中的关键参数集合，在每个场景区段中划分方位角区域并提取可见卫星的可见高度角截止角，构建场景区段特征向量；

S6.基于动态规划算法将步骤S5中的场景区段特征向量与步骤S1中的遮挡场景特征模型库γ进行匹配，确定每个场景区段的类型，辨识出铁路场景，从而确定铁路全线的场景分布情况；

步骤S1中，5类铁路场景包括：无遮挡场景、两侧浅度遮挡场景、一侧深度遮挡场景、两侧深度遮挡场景和全遮挡场景；每种铁路场景的特征向量的构建方法为：

S11.方位角间隔为1°，无遮挡场景的高度角均设为15°；

S12.方位角间隔为1°，全遮挡场景的高度角均设为90°；

S13.方位角间隔为1°，两侧浅度遮挡场景、一侧深度遮挡场景和两侧深度遮挡场景的0°至90°方位角对应的高度角构造方程为：

其中，ele_i表示每个方位角对应的高度角，ele_max表示卫星高度角的最大值，θ_i表示方位角；

根据场景的对称性构造出0°至360°方位角对应的高度角，作为每种铁路场景的特征向量；

S14.五类铁路场景的特征向量组成遮挡场景特征模型库γ；

步骤S2中，所述观测数据包括列车定位位置P(x_long,y_lat)、可见卫星数SVnum、卫星高度角EL、卫星的方位角AZ和卫星信号信噪比SNR；

步骤S3中，所述数据清理方法具体为：

S31.设置判定指标C1:给定的历元下所有观测数据为空，若符合判定指标C1，则视为无效数据，将该历元的观测数据剔除；

S32.设置判定指标C2:SVnum_i＜4，若符合判定指标C2，则视作无效定位，将该历元的观测数据筛除；

S33.设置判定指标C3：SNR＜20，若符合判定指标C3，则将该历元的该颗卫星的观测数据筛除；

步骤S4中，所述关键参数集合的构建方法具体为：

S41.根据列车运行的电子轨道地图，按照环境变化需求等分成若干场景区段Piece_k，以每5米作为一个场景区段，从起始点开始进行编号k＝1，2，…,k,…,O，O为总场景区段数，其中第k个场景区段的中间点P_ref|k设置为定位参考点；

S42.遍历所有有效历元的观测数据，对第i个有效历元的观测数据，提取对应的列车定位位置P_i(x_long|i,y_lat|i)以及其对应的投影地理坐标M_i，找到距离M_i最近的P_ref|k点，则该历元的观测数据对应第k个场景区段；

S43.提取每个场景区段内所有历元的清洗后的观测数据，构建对应场景区段下的关键参数集合Ω_i：

Ω_i＝{SV_i,{EL_ij,AZ_ij,SNR_ij|j＝1,2,…SV_i}}；

步骤S5中，构建场景区段特征向量的具体过程为：

S51.划分天空图方位角区域；

只对30°～330°方位角范围内的卫星进行提取，根据等分原则将天空图方位角按照每个区域角度范围为α，将天空图划分为SP＝300°/α个方位角区域，每一个方位角区域用h表示，h＝1,2,…,SP；根据环境刻画需求，取值为α＝30°，故SP＝10；

S52.确定各方位角区域的高度角截止角β_h；

给定方位角区域h内所有可见卫星数目记为由此确定该方位角区域内的可见高度角截止角β_h：

(1)若第h个方位角区域无可见卫星，视为该方位角区域内卫星信号被完全遮挡，则可见高度角截止角β_h＝90°；

(2)若第h个方位角区域仅一颗可见卫星，该可见卫星的卫星高度角视为该方位角区域的遮挡阈值，当且仅当卫星高度角大于遮挡阈值的卫星信号才能被接收机接收，则可见高度角截止角β_h＝EL_ij；

(3)若第h个方位角区域有不止一颗可见卫星，卫星编号为j，该方位角区域的遮挡阈值取所有可见卫星的卫星高度角的最小值，则可见高度角截止角

S53.构建场景区段特征向量

根据上述计算得到10个方位角区域内的场景区段特征向量Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_k10}，其中，β_kh表示第k个场景区段的高度角截止角；对每个方位角区域以1°为间隔进行划分，每个方位角区域内的所有方位角对应的高度角截止角均等于β_k1，得到一个长度为300的场景区段特征向量。

2.如权利要求1所述的基于列车车载卫星定位观测数据的轨道沿线环境分类方法，其特征在于，步骤S6具体为：

(1)用欧式距离计算出每个场景区段特征向量Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_k10}和遮挡场景特征模型库Υ中每个特征向量的点对点的距离，构成欧式距离表D；

(2)找出欧式距离表D中的最短路径；

(3)根据最短路径计算Λ_k＝{β_k1,β_k2,…,β_kh,…,β_kSP}与遮挡场景特征模型库Υ的动态规划算法距离；

(4)根据动态规划算法距离，找到最匹配的铁路场景的特征向量，确定每个场景区段的类型；

(5)根据每个场景区段的类型，辨识出铁路场景，从而确定铁路全线的场景分布情况。