列控系统数字轨道地图生成算法研究

摘要

将GNSS(GlobalNavigationSatellitesSystem)与GIS(GeographicInformationSystem)相结合引入列车运行控制系统,可以提高列车定位精度、减少地面设备、降低铁路建设和运营成本,已成为列控系统的一个重要发展方向。数字轨道地图是地理信息系统在轨道交通方面的一个重要应用,作为一个稳定有效的信息载体,建设成本低,在提高列车定位精度和辅助列车运行控制方面有着基础性的作用。为了实现高精度的列车定位和列车精确控制,必须研究出合理有效的数字轨道地图生成方案。
　　 本文在分析铁路路网拓扑结构和线路线形特点的基础上,以实际站场和线路数据为例,系统地研究了列控系统数字轨道地图数据模型的建立、轨道数据的生成、轨道地图的可视化以及轨道地图的验证。论文的主要内容如下:
　　 建立了应用于列控系统的数字轨道地图数据模型。根据基于GNSS的列控系统对数字轨道地图的功能需求,按铁路路网的特点构建了轨道地图数据组织结构,提出了轨道地图总体生成流程,按流程分别设计了线路数据和属性数据,并设计关联匹配算法实现了二者之间的关联。
　　 分别从轨道地图数据的筛选、轨道线形参数的获取、两种轨道模型之间的转换三个方面研究了轨道地图数据的生成。提出了基于线路形态判别的数据点筛选算法,实现了线路的自动分段,在此基础上利用最小二乘法圆曲线、直线以及三次多项式进行线路分段拟合,拟合误差校验结果证明了算法的有效性,同时将二维地理模型转换到一维拓扑模型,实现了二者之间的对应。
　　 提出了轨道地图数据存储管理方案并完成了数字轨道地图的可视化显示与验证。在数据模型建立和数据生成的基础上,提出使用XML(eXtensibleMarkupLanguage)作为轨道地图数据的存储格式,并结合轨道地图数据,在VisualStudio环境下利用C＃和MapX控件完成GIS地图的显示与操作功能。同时利用相关轨道地图数据,实现了拓扑示意图的静态与动态显示,验证了数据的有效性,并借鉴图的遍历算法设计轨道地图连通性验证算法,验证了轨道地图数据的正确性。