基于计算机视觉的列车卫星定位选星预处理方法研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者锯签字腻俐年∥月／z日致谢本论文的工作是在我的导师蔡伯根教授的悉心指导下完成的，蔡伯根教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来蔡伯根老师对我的关心和指导。蔡伯根教授悉心指导我们完

2、成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向蔡伯根老师表示衷心的谢意。蔡伯根教授、郝晓莉老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期问，李狲、梁前浩、裴家兴等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。1引言1．1研究背景及国内外研究现状1．1．1研究背景当前，以实现铁路的“信息化”、“智能化”为目标的列车运行控制系统的开发与应用在各个国家迅速展开。铁路运营者希望提高运

3、输效率，减少运营和维护费用。人们『F在寻求性能更好、价格更低的列车控制、联锁解决方案来使得列车运行更安全、更高效，由此给铁路运营控制和管理带来了一场大的变革⋯。随着GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)系统在智能交通领域中的飞速发展，GNSS技术已经大量使用在铁路运输系统的非安全性应用上，如车辆和货物跟踪，乘客信息等等。由于GNSS系统的成本低廉性，以及相关技术的提高等各种特定的优势，GNSS系统渐渐已经在欧洲丌始被应用于低成本、低密度线路的列车运行控制系统之中。考虑到我国的铁路总体情况，低密度线

4、路占了很大一部分比重。截至到2002年，我国铁路营业罩程59530．0公罩，其中单线铁路36472．1公罩，占61．3％；半自动闭塞线路营业里程39990．4公里，占67．2％。为实现铁路运行管理和控制现代化，确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。结合基于卫星导航的GNSS的列车运行控制系统的自身特定优势，例如：采用GNSS技术进行列车定位，可以减少轨旁设备，以很低的成本实现互操作性和安全性，同时减少维护费用；基于GNSS的列车定位系统能够对现有的定位系统进行补充，甚至替代现有的设备；相信

5、在未来该列车运行控制系统必将能广泛的应用于国内市场【2】。由于列车运行控制系统对安全性要求非常严格，而且伴随着列车速度的迅速提高，在实际应用中，简单的GNSS接收机定位，其有效性、快速性并不能令人达到完全的满意，因为在铁路沿线中，现场环境恶劣，在众多线路下，接收机天线周围存在障碍物，遮挡住可用的卫星信号，无法满足至少4颗卫星信号的定位要求。除此之外，卫星信号的完整性和精确性的接收情况更是影响定位精度，即多径效应问题的存在，如图l—l所示：由于障碍物的存在，天线没有接收到直接的卫星信号，接收到的而是经过一次反射、多次反射或者折射的卫星

6、信号，造成错误的系统定位。由于多径效应己成为进一步提高定位精度的最大制约因素，如何去除多径效应的干扰，并进行有效的选星，成为一重要的研究课题。为了解决该问题，对沿线的陆地场景进行障碍物检测及三维重建就显得极其有意义了。在知道沿线陆地环境的情况后，当列车驶入某一地点是首先通过接收机得到的粗略位置信息以及公坦标信，白。结合该时刻GNSS卫星所处的高度角与水平角，以及接收机天线四周障碍物的的遮蔽角和水平角信息，比较GNSS卫星与沿线障碍物之叫相对接qkjj；L天线的空I'．1)Lfi,I位置关系，就能提耳义陔时刻GNSS卫星接收机直视野范

7、吲内所有卫星，排除反射和衍射的卫星信号，这样能大大提高了定位的精确一pl-；r31。矿滋罐重1．1．2国内外研究现状劁1．1多仔效心，J；意斟【4Fig2—1MultipathEffect一随着计算机视觉技术的相火研究F1益深入，从前的理沦性探索已经大量用于实际工程项目中，辅助解决众多复杂的问题。例如使用使用立体视觉的技术对交通场景进行重建来辅助选星便是其中之一，该方法在思路l较清晰，比传统的天线法、窄相关码跟踪环等技术应用起来更为方便简单。除此之外，计算机视觉技术应用于不同场景的物体识别、判断、三维重建的项目数量众多。R．Aktu

8、ran、W．J．Vogel以及Hsin—PiaoLin在通过计算机视觉技术检测场景进{1i二GNSS接收机选星上做了大量研究，在多篇论文中论述了使用鱼眼相机(视角能达到1800)，在拍摄静念场景图片后，将24位的彩色图转化为8位的狄度