[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

说明书

本发明公开了一种基于列车车载卫星定位定位观测的轨道沿线环境分类方法，包括1.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；2.采集多模卫星定位接收机输出的观测数据，以历元为单位进行存储，得到观测数据集；3.对观测数据集进行数据清洗，得到清洗后的观测数据集；4.构建对应场景区段下的关键参数集合；5.构建场景区段特征向量；6.利用DTW算法将场景区段特征向量与模型库中的特征向量进行匹配，确定铁路全线场景分布情况。本发明不需要开展专门的列车运行环境场景采集。列车运行的随机性不影响数据采集过程和结果。5类场景间差异大，列车运行过程中卫星定位接收机采集的数据均能落入5类场景中。

技术领域

本发明涉及基于卫星导航的列车定位领域，具体说是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。

背景技术

我国铁路运输高度发展，在支撑铁路系统运行的众多技术中，位置服务起到越来越重要的作用，尤其是在对安全苛求的列车运行控制、调度指挥、安全预警等面向安全的应用中，要求准确、实时掌握列车位置与运行状态，并提供“故障-安全”服务。卫星导航系统因其全球性、高精度、全天候等优势引入列车定位系统中减少列车定位对地面设备的依赖，具有低成本和高自主等优势。

铁路线路地域跨度大，沿线环境复杂多变，高山、隧道、路堑等环境会对卫星信号产生遮挡、反射等效应，导致列车运行过程中卫星定位可用性及精度不一。卫星定位接收机周围环境开阔、遮挡少时，卫星受遮挡和反射少，卫星定位精度高；接收机周围受到路堑、高山等遮挡时，卫星受遮挡和反射较严重，导致卫星定位性能和精度下降，甚至部分区域出现无法定位的情况，给列车定位安全带来极大地威胁。

目前卫星导航系统在铁路领域尚未给出定位性能标准，尤其是近地表由于周围环境影响导致的性能降级水平。因此急需从卫星导航系统的性能指标出发，分析轨道沿线环境场景特征，进行环境分类，结合列车实际运行过程中的环境特点，实现基于卫星导航的列车定位性能评估。

综上所述，轨道沿线环境分类方法是列车车载卫星定位性能评估的关键技术，准确划分轨道沿线定位场景有助于有效评定基于卫星导航的列车定位精度，推进建立相关定位性能指标体系。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供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，利用观测数据进行场景分类，为后续定位性能指标评定提供依据。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

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，包括：

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。

在上述技术方案的基础上，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：