列车控制专用电子地图生成算法的研究

摘要

随着CBTC(基于通信的列车控制系统)技术的广泛应用，作为关键技术列车定位有了长足的发展。采用GPS和GIS技术相结合进行精确列车定位是一种全新的列车定位方法，而它的前提是要有较为精确列车运行线路的GIS数字地图。在生成数字地图的过程中，可以采用高精度的GPS定位信息生成精确的数字地图，但是这种方法的造价和人工投入都很大。因此利用大量实测低精度GPS数据自动生成具有较高精度的数字地图的方法就有具有重要的工程意义和实用价值。 针对如何高效率低成本地生成列车控制用高精度数字地图，本文提出了多轨迹求径的概念。首先利用GPS接收机采集高精度的关键点(POI-Point of Interest)坐标数据和关键点之间的精度较低的轨迹线路GPS数据；然后算法结合这两种数据的特点，生成高精度的轨迹线路方程。多轨迹求径算法分为数据采集、数据预处理、轨迹线路求解、结果评估和地图存储五个部分。本文在简要介绍了算法所需的几种数据采集方法的基础上，提出了利用霍夫变换进行数据预处理的方法，然后分别讨论了直线段和曲线段数据在不同约束条件的情况下利用最小二乘拟合估计线路方程的方法。通过采用回归模型的检验方法对算法的效率、生成数字地图的精度、数字地图的存储量、地图匹配速度等相关指标进行评估，证明了算法合理可行。 论文最后总结了多轨迹求径算法的优势，并对于算法在工程领域的应用进行了分析，指出该算法不仅可以应用于列车控制用数字数字地图的生成，在城市智能交通系统车载导航地图线路更新，未知区域线路探测等领域也有很好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 序论

1.1选题的工程背景

1.2利用GPS定位的列车控制系统的国内外研究现状

1.3 问题的提出

1.4论文的安排

2 关键技术综述和算法功能简介

2.1全球定位系统(GPS)技术

2.2地理信息系统(GIS)技术

2.3 多轨迹求径问题的一般描述和解决思路

2.3.1数学描述和算法基本要求

2.3.2数据处理的基本思路

3 GPS数据采集

3.1 GPS定位测量方法分类

3.2算法使用数据的采集

3.2.1实际采集数据的接收机简介

3.2.2低精度轨道线路的数据采集

3.2.3高精度关键点数据的采集

3.2.4 RTK轨道数据线路的采集

4 数据预处理

4.1 GPS误差源及分析

4.2 WGS-84坐标到北京-54坐标的转换

4.3线路分段

4.4回归阶数的选择

4.4.1铁路线路的组成

4.4.2拟合阶数选择

4.5野值剔除的一般手段

4.5.1“3σ”粗差剔除准则

4.5.2格罗布斯准则

4.5.3罗曼洛夫斯基准则

4.6基于霍夫变换的野值剔除方法

4.6.1霍夫变换的基本原理

4.6.2传统霍夫变换的基本步骤和思路

4.6.3霍夫变换直线野值剔除情况

4.6.4次曲线野值剔除情况

4.7霍夫变换剔除法与其他方法的比较

5 轨道线路求径

5.1线路求径的基本方法

5.1.1车站和区间的处理思路

5.1.2多轨迹可以求精的原因分析

5.1.3最小二乘法的一般提法和优缺点

5.2直线段数据拟合分析

5.2.1直线两端都是关键点的情况

5.2.2有一个端点是关键点的情况

5.2.3两个端点都不是关键点的情况

5.3曲线段数据拟合分析

5.3.1无约束拟合

5.3.2曲线两个端点都是关键点的情况

5.3.3曲线一个端点是关键点的约束条件

5.4数字地图结果显示

6 算法性能分析和曲线评估

6.1 回归模型检验方法

6.1.1误差分析

6.1.2相关分析

6.2霍夫变换方法中剔除各级“粗差”点后拟合模型的比较

6.2.1直线段不同粗差剔除与拟合结果比较

6.2.2曲线的情况剔除不同野值过程中拟合结果比较

6.3曲线分段拟合评估结果

6.4轨迹增多算法性能验证

7 结论和后续工作

7.1总结

7.2后续工作和改进意见

7.3算法的应用前景

参考文献

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