铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统方法

摘要

本发明提供一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统，该系统包括车载DGPS坐标采集器和地面设备，所述车载DGPS坐标采集器包括坐标采集器主机、3G模块和DGPS模块，所述地面设备包括GPS地图测绘机、通信与数据服务器、联锁状态采集机、DGPS基站和3G基站。本发明还提供一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘方法。本发明能够实现对铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标的自动精确测绘，极大地减少了人工成本和工作量。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路站场GPS坐标测绘技术领域，具体是一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统及方法。

背景技术

铁路线路是铁路站场的主要设施，是机车车辆走行的通路，也是机车车辆运行的基础。为便于车列在铁路线路上的行驶调度，铁路线路被划分为多个小的区段，其中的每一段称为轨道区段（简称区段），每段轨道区段上有用于检测火车是否压在本区段上的轨道电路检测装置。当火车在铁路上行驶时，相配套的计算机联锁系统可以通过轨道电路检测装置实时检测出火车处于哪一个区段上，通过这种方式对火车进行跟踪调度。区段与区段之间的分界点称为区段绝缘点。

因区段的范围很大，一个区段一般为几十到几百米，通过检测火车是否处于某一区段这一方式来进行机车定位存在很大误差。对于一些需要精确定位火车车列位置的应用这个精度是远远不够的，比如机车安控需要监测火车距离前方信号机的距离，要求在距离不同的路段限定火车不同的最高速度，这个距离误差在2米以内。另外在一些不具有轨道电路的区段或轨道电路信号不准确的区段也有对火车进行定位的需求。采用GPS实现对火车的高精度定位检测可以有效解决这些问题。而实现对火车的高精度GPS位置检测的前提是要具有铁路线路及区段绝缘点准确的GPS基准坐标信息。

目前实现对铁路站场线路GPS坐标测绘是采用人工打点的方法，在线路上选取有代表性的点，用GPS测绘仪进行测绘，获取GPS坐标。因铁路站场线路长，很多站场的线路长达数公里甚至几十公里，且很多线路是弯曲的，打点测绘的工作量巨大，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统及方法，可以实现对铁路线路的自动精确测绘，以解决现有技术中存在的问题。

本发明的技术方案为：

一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统，该系统包括车载DGPS坐标采集器和地面设备，所述车载DGPS坐标采集器包括坐标采集器主机、3G模块和DGPS模块，所述地面设备包括GPS地图测绘机、通信与数据服务器、联锁状态采集机、DGPS基站和3G基站；

所述DGPS基站的输出端与通信与数据服务器的输入端连接，所述通信与数据服务器通过3G基站和3G模块与坐标采集器主机交互式连接，所述坐标采集器主机与DGPS模块交互式连接，所述联锁状态采集机的输出端与通信与数据服务器的输入端连接，所述通信与数据服务器的输出端与GPS地图测绘机的输入端连接。

根据权利要求1所述的铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统，所述DGPS基站与通信与数据服务器通过串口连接，所述通信与数据服务器与3G基站通过Internet连接，所述通信与数据服务器与联锁状态采集机和GPS地图测绘机均通过以太网连接，所述坐标采集器主机与3G模块和DGPS模块均通过串口连接。

一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘方法，包括以下步骤：

（1）将机车在走行过程中实时采集的GPS坐标点表示为d_i：{ T_id， t_i，x_i，y_i }，GPS坐标点集合表示为G，其中，T_id表示机车号，t_i表示时标，x_i表示纬度坐标，y_i表示经度坐标；

将记录的机车走行锁闭的进路所涉及的轨道区段的占用/空闲信息表示为S_i：{ R_i，s，T_id’，t_i’，L_i，D_i}，其中，R_i表示区段号，s表示区段状态，T_id’表示关联机车号，t_i’表示关联机车经过区段绝缘点的时标，L_i表示车列长度，D_i表示机车工作方式；

（2）对同一机车的GPS坐标点信息，按时标顺序依次扫描，合并相互之间距离小于预设阈值L_min的邻近GPS坐标点，并采用两邻近GPS坐标点的中点作为合并后的GPS坐标点，采用两邻近GPS坐标点的时标平均值作为合并后的GPS坐标点的时标；使用合并后的GPS坐标点代替被合并的多个GPS坐标点，并更新GPS坐标点集合G；

（3）对经合并处理后的同一机车的GPS坐标点集合G，按时标顺序依次从G中逐个读取待处理GPS坐标点d_i：{ T_id，t_i，x_i，y_i }，判断d_i是否在已经生成的某几条线段附近，若不在，则与上一个已处理GPS坐标点d_i-1生成一条新的线段（（x_i-1，y_i-1，n_i-1），（x_i，y_i，n_i）），其中，（x_i-1，y_i-1）和（x_i，y_i）表示线段的两个端点，n_i-1和n_i分别表示相应端点是由n_i-1、n_i个点拟合校正而成的；

若有p条线段在d_i附近，则查找距离d_i最近的线段l_m，并由d_i向线段l_m作垂线，垂足记为d_v，取线段l_m两端点中距离d_i较近的点d_x：（x_x，y_x，n_x），采用d_i和d_v对d_x进行拟合校正，校正后的点记为d_x’：（(x_v*n_x+x_i)/(n_x+1)，(y_v*n_x+y_i)/(n_x+1)，n_x+1），其中x_v、y_v分别表示垂足d_v的纬度坐标、经度坐标；使用d_x’代替线段l_m中以及与线段l_m相邻的线段中的d_x，并将d_x’更新为d_i-1；

（4）将GPS坐标点d_i ：{ T_id，t_i，x_i，y_i }中的机车号T_id与轨道区段占用/空闲信息S_i：{ R_i，s，T_id’，t_i’，L_i，D_i}中的关联机车号T_id’进行比对，当两者一致时，筛选出相应的轨道区段占用/空闲信息S_i；按照步骤（3）每处理完G中的一个GPS坐标点d_i，则将其中的时标t_i与筛选出的轨道区段占用/空闲信息S_i中的时标t_i’进行比较，当t_i≥t_i’时作如下处理，其中，L_(di-1,di)表示以GPS坐标点d_i-1和d_i为端点的线段的长度，t_i-1表示GPS坐标点d_i-1中的时标：

（41）当s由空闲变为占用时，若D_i为牵引，则以d_i起始向前倒推L_(di-1,di)*（t_i-t_i’/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与上一区段R_i-1之间的区段绝缘点；

（42）当s由空闲变为占用时，若D_i为顶送，则以d_i起始再走行L_i-L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与上一区段R_i-1之间的区段绝缘点；

（43）当s由占用变为空闲时，若D_i为牵引，则以d_i起始向前倒推L_i+L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与下一区段R_i+1之间的区段绝缘点；

（44）当s由占用变为空闲时，若D_i为顶送，则以d_i起始向前倒推L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与下一区段R_i+1之间的区段绝缘点；

（5）将生成的铁路线路的GPS地图信息表示为线段集合MAP：{（（x₁，y₁，n₁），（x₂，y₂，n₂）），（（x₂，y₂，n₂），（x₃，y₃，n₃）），……，（（x_i，y_i，n_i），（x_i+1，y_i+1，n_i+1）），…… }，其中（x_i，y_i）表示线段的端点，n_i表示该端点是由n_i个点拟合校正而成的；将生成的区段绝缘点表示为d_s：{d_si，R_k，R_k+1}，其中d_si表示区段绝缘点的GPS坐标点，R_k、R_k+1表示与该区段绝缘点相邻的两个区段编号。

所述的铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘方法，所述步骤（41）～（44）中，还包括：查找d_s附近的区段绝缘点 d_s’，取d_s与d_s’的中点到距离该中点最近的线段的垂足作为区段绝缘点d_s的校正点d_snew。

由上述技术方案可知，本发明能够实现对铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标的自动精确测绘，极大地减少了人工成本和工作量。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘系统，包括车载DGPS坐标采集器1和地面设备2，车载DGPS坐标采集器1包括坐标采集器主机11、3G模块12和DGPS模块13，地面设备2包括GPS地图测绘机21、通信与数据服务器22、联锁状态采集机23、DGPS基站24和3G基站25，车载DGPS坐标采集器1设置在机车内。

    DGPS基站24的输出端通过串口与通信与数据服务器22的输入端连接，通信与数据服务器22通过3G基站25和3G模块12与坐标采集器主机11交互式连接，坐标采集器主机11与DGPS模块13交互式连接；通信与数据服务器22的输出端通过以太网26与GPS地图测绘机21的输入端连接，联锁状态采集机23的输出端通过以太网26与通信与数据服务器22的输入端连接。坐标采集器主机11与3G模块12、DGPS模块13之间均是通过串口连接，通信与数据服务器22与3G基站25通过Internet连接。

通信与数据服务器22将DGPS基站24采集的GPS差分校准信息通过3G基站25和3G模块12发送至坐标采集器主机11，坐标采集器主机11将GPS差分校准信息转发至DGPS模块13。坐标采集器主机11将DGPS模块13在机车走行过程中实时采集的差分校准后的GPS坐标信息通过3G模块12和3G基站25发送至通信与数据服务器22，GPS坐标信息表示为d_i：{机车号T_id，时标t_i，纬度坐标x_i，经度坐标y_i }。联锁状态采集机23实时采集机车走行锁闭的进路所涉及的轨道区段的占用/空闲信息，表示为S_i：{ 区段号R_i，区段状态s（占用/空闲），关联机车号T_id ’，时标t_i’，车列长度L_i，机车工作方式D_i（顶送/牵引）}，并通过以太网将其发送至通信与数据服务器22。通信与数据服务器22记录、保存机车走行过程中采集的GPS坐标信息、机车走行锁闭的进路所涉及的轨道区段的占用/空闲信息。

GPS地图测绘机21读取并对通信与数据服务器22中机车走行经过路径的GPS坐标和时标信息进行运算，生成相应铁路线路的GPS地图信息；同时按时标顺序处理通信与数据服务器22中机车走行锁闭的进路所涉及的轨道区段的占用/空闲信息，计算生成区段绝缘点的GPS坐标，并标识绝缘点两侧线路的区段名称。当某一线路被机车多次走行经过后，GPS地图测绘机根据多次走行经过采集的GPS坐标信息和轨道区段占用/空闲信息对已绘制的GPS地图信息进行校正，提高GPS地图的准确性。

GPS地图测绘机21运算生成的铁路线路的GPS地图信息表示为线段集合MAP：{（（x₁，y₁，n₁），（x₂，y₂，n₂）），（（x₂，y₂，n₂），（x₃，y₃，n₃）），……，（（x_i，y_i，n_i），（x_i+1，y_i+1，n_i+1）），…… }，其中，（x_i，y_i）表示线段的端点，n_i表示该端点是由n_i个点拟合校正而成的。GPS地图测绘机21运算生成的区段绝缘点表示为d_s：{d_si，R_k，R_k+1}，其中，d_si表示区段绝缘点的GPS坐标点，R_k、R_k+1分别表示与该区段绝缘点相邻的两个区段编号。

一种铁路站场线路及区段绝缘点GPS坐标自动测绘方法，包括以下步骤：

S1、将在机车走行过程中实时采集的机车GPS坐标点表示为d_i：{ 机车号T_id，时标t_i，纬度坐标x_i，经度坐标y_i }，GPS坐标点集合表示为G。同时将记录的机车走行锁闭的进路所涉及的轨道区段的占用/空闲信息表示为S_i：{ 区段号R_i，区段状态s（占用/空闲），关联机车号T_id’， 时标t_i’，车列长度L_i，机车工作方式D_i（牵引/顶送）}。

S2、对同一机车的GPS坐标点信息，按时标顺序依次扫描，合并相互之间距离小于预设阈值L_min（定义为距离变化最小单位，5m）的邻近GPS坐标点，并采用两邻近GPS坐标点的中点作为合并后的GPS坐标点，采用两邻近GPS坐标点的时标平均值作为合并后的GPS坐标点的时标；使用合并后的GPS坐标点代替被合并的多个GPS坐标点，并更新GPS坐标点集合G。

S3、对经合并处理后的同一机车的GPS坐标点集合G，按时标顺序依次从G中逐个读取待处理GPS坐标点d_i：{ T_id，t_i，x_i，y_i }，判断d_i是否在已经生成的某几条线段附近，若不在，则与上一个已处理GPS坐标点d_i-1生成一条新的线段（（x_i-1，y_i-1，n_i-1），（x_i，y_i，n_i）），其中，（x_i-1，y_i-1）和（x_i，y_i）表示线段的两个端点，n_i-1和n_i分别表示相应端点是由n_i-1、n_i个点拟合校正而成的。

若有p条线段在d_i附近，则查找距离d_i最近的线段l_m，并由d_i向线段l_m作垂线，垂足记为d_v，取线段l_m两端点中距离d_i较近的点d_x：（x_x，y_x，n_x），采用d_i和d_v对d_x进行拟合校正，校正后的点记为d_x’：（(x_v*n_x+x_i)/(n_x+1)，(y_v*n_x+y_i)/(n_x+1)，n_x+1），其中x_v、y_v分别表示垂足d_v的纬度坐标、经度坐标；使用d_x’代替线段l_m中以及与线段l_m相邻的线段中的d_x，并将d_x’更新为d_i-1。

按照上述方法逐个处理完G中所有的GPS坐标点。

S4、将GPS坐标点d_i ：{ T_id，t_i，x_i，y_i }中的机车号T_id与轨道区段占用/空闲信息S_i：{ R_i，s，T_id’，t_i’，L_i，D_i}中的关联机车号T_id’进行比对，当两者一致时，筛选出相应的轨道区段占用/空闲信息S_i；按照步骤S3每处理完G中的一个GPS坐标点d_i，则将其中的时标t_i与筛选出的轨道区段占用/空闲信息S_i中的时标t_i’进行比较，当t_i≥t_i’时作如下处理，其中，L_(di-1,di)表示以GPS坐标点d_i-1和d_i为端点的线段的长度，t_i-1表示GPS坐标点d_i-1中的时标：

S41、当s由空闲变为占用时，若D_i为牵引，则以d_i起始向前倒推L_(di-1,di)*（t_i-t_i’/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与上一区段R_i-1之间的区段绝缘点；查找d_s附近的区段绝缘点 d_s’，取d_s与d_s’的中点到距离该中点最近的线段的垂足作为区段绝缘点d_s的校正点d_snew。

S42、当s由空闲变为占用时，若D_i为顶送，则以d_i起始再走行L_i- L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与上一区段R_i-1之间的区段绝缘点；查找d_s附近的区段绝缘点 d_s’，取d_s与d_s’的中点到距离该中点最近的线段的垂足作为区段绝缘点d_s的校正点d_snew。

S43、当s由占用变为空闲时，若D_i为牵引，则以d_i起始向前倒推L_i+L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与下一区段R_i+1之间的区段绝缘点；查找d_s附近的区段绝缘点 d_s’，取d_s与d_s’的中点到距离该中点最近的线段的垂足作为区段绝缘点d_s的校正点d_snew。

S44、当s由占用变为空闲时，若D_i为顶送，则以d_i起始向前倒推L_(di-1,di)*(t_i-t_i’)/ (t_i-t_i-1)所到达的点d_s为区段R_i与下一区段R_i+1之间的区段绝缘点；查找d_s附近的区段绝缘点 d_s’，取d_s与d_s’的中点到距离该中点最近的线段的垂足作为区段绝缘点d_s的校正点d_snew。

S5、将生成的铁路线路的GPS地图信息表示为线段集合MAP：{（（x₁，y₁，n₁），（x₂，y₂，n₂）），（（x₂，y₂，n₂），（x₃，y₃，n₃）），……，（（x_i，y_i，n_i），（x_i+1，y_i+1，n_i+1）），…… }，其中（x_i，y_i）表示线段的端点，n_i表示该端点是由n_i个点拟合校正而成的；将生成的区段绝缘点表示为d_s：{d_si，R_k，R_k+1}，其中d_si表示区段绝缘点的GPS坐标点，R_k、R_k+1表示与该区段绝缘点相邻的两个区段编号。对线段集合MAP，倒序检查区段绝缘点d_s附近最大误差距离Ldiv_max范围内（20米）的线段序列，如出现区段顺序颠倒的按顺序进行调整。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。