1.本发明涉及高速铁路基于卫星定位的列车运行控制系统(列控系统)，尤其涉及一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法。


背景技术：

2.为完善中国列控系统(ctcs)技术体系、提高我国自主创新能力、满足我国西部铁路运营需求，国内已开展基于卫星定位的列控系统研究。区别于传统定位方式，卫星定位有利于列车定位由依赖地面设备的被动定位转变为车载设备的自主定位，减少地面设备的铺设和安装，节省建设成本和维护成本。此外，列车自主定位有助于推进固定闭塞控制向移动闭塞控制的升级，增强线路通过能力，提高列车运行效率。
3.基于电子地图的列车运行环境是利用卫星导航实现列车定位的重要基础。电子地图包括车载设备控制列车运行所需的轨道地理信息和虚拟应答器等数据。既有电子地图主要通过现场测量加后期处理得到，现场工作量较大，易受现场因素制约，具有很大的局限性。而采用仿真生成技术模拟电子地图，不受现场因素制约，能够大幅度减少现场动态采集工作量，有效提高测试的质量、深度和广度。如何快速地生成电子地图，以满足基于卫星定位的列控系统仿真测试平台任意线路的测试环境需求，是一项需要解决的难点问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法，通过读取工程数据表及现场报文，设置起点经纬度信息和各信号点方位角仿真生成电子地图，能够适配任一条既有工程线路，以满足基于卫星定位的列控系统仿真测试平台任意线路的测试环境需求。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法，包括：
7.以车站站内信息、车站区间信息及管辖边界信息作为临时限速服务器模型的元素，构建出包含若干临时限速服务器模型的线路几何模型；
8.读取既有工程线路的工程数据表和现场报文，并结合构建的线路几何模型进行处理；
9.对于处理结果，根据设定的既有线路的起点经纬度信息和各信号点方位角，计算正线与侧线各信号点的经纬度信息；
10.将计算出的正线与侧线各信号点的经纬度信息补充至所述处理结果中，获得满足卫星定位的电子地图。
11.由上述本发明提供的技术方案可以看出，其主要获得如下有益效果：(1)读取并处理既有工程线路的工程数据表和现场报文，通过设置线路起点经纬度和方位角生成电子地图，能够适配任一条既有线路；(2)电子地图数据生成效率高、人工参与少、不受现场因素制约，并且能够适应基于卫星定位的列控系统仿真测试平台任意线路、多线路的测试环境需
求。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
13.图1为本发明实施例提供的一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法的流程图。
具体实施方式
14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
15.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
16.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
17.下面对本发明所提供的一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
18.如图1所示，一种基于工程线路数据的电子地图自动生成方法，主要包括如下步骤：
19.步骤1、以车站站内信息、车站区间信息及管辖边界信息作为临时限速服务器模型的元素，构建出包含若干临时限速服务器模型的线路几何模型。
20.本发明实施例中，构建出包含若干临时限速服务器模型的线路几何模型包括：
21.1)利用车站站内信息构造车站站内模型sm
in
，利用车站区间信息构造车站区间模型sm
sec
，利用管辖边界信息构造管辖边界模型b；基于车站站内模型sm
in
、车站区间模型sm
sec
与管辖边界模型生成车站模型sm＝{sm
in
,sm
sec
,b}。
22.2)利用相关的车站模型构造临时限速服务器模型tm＝{sm1,sm2,
…
,smj,
…
smn}，其中，n表示单个临时限速服务器模型中车站模型的数量。
23.3)利用所有临时限速服务器模型构建线路几何模型：m＝{tm1,tm2,
…
,tmi,
…
tme}，其中，e表示线路集合模型中临时限速服务器模型的数量。
24.为了便于理解，下面针对车站模型各部分进行介绍。
25.1、车站站内模型与车站区间模型。
26.本发明实施例中，所述利用车站站内信息构造车站站内模型sm
in
包括：利用车站站内轨道模型构造车站站内模型sm
in
＝{t1,t2,
…
,t
ii
,
…
t
c1
|t
ii
∈t}，其中，t
ii
表示第ii条轨道模型，c1为车站站内轨道模型数量，t表示轨道模型集合；
27.本发明实施例中，所述利用车站区间信息构造车站区间模型sm
sec
包括：利用车站区间轨道模型构造车站区间模型sm
sec
＝{t
c1+1
,t
c1+2
,
…
,t
jj
,
…
tc|t
jj
∈t}，其中，t
jj
表示第jj条轨道模型，c-c1为车站区间轨道模型数量，c表示车站站内模型数量和车站区间模型数量的总和。
28.本发明实施例中，车站站内模型sm
in
与车站区间模型sm
sec
中所涉及的单个轨道模型为轨道片模型、应答器模型和道岔模型的集合，表示为t＝{p,ba,w}，其中，p表示轨道片模型，ba表示应答器模型，w表示道岔模型。
29.1)轨道片模型为轨道片元素的集合，表示为p＝{p1,p2,
…
,p
x
,
…
p
x
}，其中，表p
x
第x个轨道片元素，x为轨道片元素数量。
30.单个轨道片元素表示为：p＝{mileage
p
,pos
p
,longitude
p
,latitude
p
}，其中，mileage
p
表示轨道片里程，pos
p
表示轨道片位置，longitude
p
表示轨道片经度，latitude
p
表示轨道片纬度。
31.2)应答器模型为应答器元素的集合，表示为ba＝{ba1,ba2,
…
,bay,
…
bay}，其中，bay表示第y个应答器元素，y为应答器元素数量。
32.单个应答器元素表示为：ba＝{number
ba
,mileage
ba
,pos
ba
,tracknum
ba
,message
ba
,type
ba
,direction
ba
}，其中，number
ba
表示应答器编号，mileage
ba
表示应答器里程，pos
ba
表示应答器位置，tracknum
ba
表示应答器所在的轨道号，message
ba
表示应答器报文，type
ba
表示应答器类型，direction
ba
表示应答器方向。
33.3)道岔模型为道岔岔尖模型、道岔定位模型和道岔反位模型的集合，表示为w＝{w
tip
,w
loc
,w
rev
}；所述道岔岔尖模型w
tip
、道岔定位模型w
loc
和道岔反位模型w
rev
均为道岔元素的集合；
34.单个道岔元素表示为：w＝{numberw,mileagew,posw,tracknumw,directionw}，其中，numberw表示道岔编号，mileagew表示道岔里程，posw表示道岔位置，tracknumw表示道岔所在的轨道号，directionw表示道岔方向。
35.2、管辖边界模型。
36.本发明实施例中，所述管辖边界模型b包括：上行线起始边界元素b
ups
、下行线起始边界元素b
downs
、上行线结束边界元素b
upe
和下行线结束边界元素b
downe
，表示为：b＝{b
ups
,b
downs
,b
upe
,b
downe
|b
ups
,b
downs
,b
upe
,b
downe
∈b}。
37.其中，边界元素b＝{mileageb,posb,tracknumb,adtypeb,adtsrsnumb,adstationnumb,adtracknumb}，mileageb表示边界里程，posb表示边界位置，tracknumb表示边界所在的轨道号，adtypeb表示相邻边界类型，adtsrsnumb表示相邻边界的tsrs编号，adstationnumb表示相邻边界的车站编号，adtracknumb表示相邻边界所在的轨道号。
38.步骤2、读取既有工程线路的工程数据表和现场报文，并结合构建的线路几何模型进行处理。
39.本步骤的优选实施方式如下：
40.1、读取既有工程线路的工程数据表，包括：信号数据表、应答器位置表、道岔位置
表、车站信息表、以及进路文件夹中的进路信息表。读取现场报文为指定文件夹中的应答器报文。对于信号数据表，仅读取下行线正向页和上行线反向页的数据，分别代表下行线和上行线的信号数据。
41.信号数据表中读取的数据(以下描述为信号数据)包括车站名称、信号点名称、信号点里程、信号点类型、轨道区段名称、轨道区段长度、轨道区段属性。应答器位置表读取的数据包括应答器名称、应答器编号、里程、设备类型、用途、车站名称。道岔位置表读取的数据包括车站名称、道岔编号、岔尖里程、正线/测试、定位是否开向侧向、开岔方向。车站信息表读取的数据包括车站名称、大区编号、分区编号、车站编号。进路信息表读取的数据(以下描述为进路数据)包括车站名称、应答器编号、进路、进路类型、始端信号机名称、终端信号机名称、经过应答器、道岔、轨道区段，其中，轨道区段包括轨道区段长度、信号点类型、轨道区段名称。
42.为了方便结合构建的线路几何模型进行既有线路数据的处理，需要进行如下划分设定：
43.1)临时限速服务器管辖区域划分方式。设定1个临时限速服务器管辖区域为车站信息表中的当前具体车站沿下行正向至下一个具体车站之间的区域，当前具体车站指除去中继站之外的车站。
44.2)车站划分方式。根据车站信息表的车站进行车站划分。
45.3)轨道划分方式。对于每个车站进行轨道划分，包括正线轨道划分和侧线轨道划分。正线轨道划分方式：设置信号数据中每个车站的起始信号点和结束信号点对应着轨道的起点和终点；侧线轨道划分方式：设置车站站内接车道岔的岔尖和车站站内发车道岔的岔尖对应着轨道的起点和终点，侧线划分的所有数据均来自进路数据表。
46.4)轨道片划分方式。设定信号点为电子地图的轨道片记录点；设定轨道区段为电子地图的轨道片，并且设置轨道片长度的最低阈值。
47.5)应答器类型设置方式。针对车站站内应答器，设置应答器类型为实体；针对车站区间应答器，每隔固定距离设置1组应答器类型为实体，其余应答器设置为虚拟类型。
48.2、结合构建的线路几何模型进行处理，步骤包括：
49.1)检查既有数据：针对信号数据，通过信号点里程计算相邻两个信号点之间的里程差，判断里程差是否等于轨道区段长度，若是，则进入下一步骤；否则结束。
50.2)合并既有数据：针对进路数据的每条进路信息，根据进路、进路类型、始端信号机名称和终端信号机名称综合判断当前进路是否为侧线进路，如为侧线进路，则提取当前进路信息的车站名称、轨道区段长度、信号点类型、轨道区段名称，以补充车站站内的信号数据，并删除重复的侧线的信号数据；检查轨道区段长度是否小于设置的轨道片的最低阈值，如果小于最低阈值，则以下行正向方向合并相邻轨道区段的信号数据，直至满足轨道片长度的最低阈值要求。
51.3)临时限速服务器管辖区域、车站、轨道划分：对应步骤1建立的模型及上述的划分原则，结合前述步骤2)获得的数据进行临时限速服务器管辖区域划分、车站划分和轨道划分，轨道划分时使用轨道号标识不同的轨道线路。
52.4)轨道数据处理：根据每条轨道的起点里程，求解所有信号点位置，获取轨道区段的轨道特性，根据轨道号获取轨道区段的起止类型。轨道数据处理后得到的轨道数据包括
车站名称、信号点名称、信号点位置、信号点里程、轨道号、经度、纬度。其中，经纬度信息由步骤3专门求解后再进行补充。
53.5)应答器数据处理：根据每条轨道的起点里程，求解所有应答器位置，获取应答器的所在轨道，设置应答器类型和方向，根据读取的现场报文补充应答器报文。应答器数据处理后得到的应答器数据包括车站名称、应答器名称、应答器编号、应答器里程、应答器位置、轨道号、应答器报文、应答器类型和应答器方向。
54.6)道岔数据处理：获取道岔开岔方向，求解道岔岔尖、道岔定位(道岔岔尖数据和道岔定位数据相同)和道岔反位的位置和所在轨道。道岔数据处理后得到的道岔数据包括车站名称、道岔编号、岔尖里程、正线/侧线、定位是否开向侧向、开岔方向、道岔岔尖所在轨道号、道岔岔尖位置、道岔定位所在轨道号、道岔定位位置、道岔反位所在轨道号和道岔反位位置。
55.7)管辖边界数据处理：针对每个车站，分别求解起始下行线、起始上行线、结束下行线和结束下行线的边界里程、边界位置和所在轨道，以及相邻车站的边界信息。其中，起始边界里程和结束边界里程均来自于信号数据中的车站边界里程，起始边界位置默认为0，结束边界位置来自于信号数据中车站的结束信号点的位置。所述相邻车站的边界信息包括相邻车站的临时限速服务器编号、车站名称、车站编号、管辖边界类型和所在轨道。
56.步骤3、对于处理结果，根据设定的既有线路的起点经纬度信息和各信号点方位角，计算正线、侧线各信号点的经纬度信息，获得相应的电子地图。
57.本步骤优选实施方式如下：
58.1、提前设置上行线各信号点的方位角、下行线各信号点的方位角、以及下行线起点经纬度。
59.2、根据下行线起点经纬度、方位角、下行线起点和上行线起点的距离，求解上行线起点经纬度。至此，所属上行线各信号点的方位角、下行线各信号点的方位角、上行线起点经纬度信息、下行线起点经纬度已知。此处，上行线起点和下行线起点均是信号数据中上行线和下行线的起始信号点。
60.3、针对正线，均为直线轨道，分别顺序求解上行线各信号点的经纬度和下行线各信号点的经纬度。根据起点信号点的经纬度、方位角和距离下一个信号点的距离(由轨道数据中的两个信号点的里程差可知)，顺次求解下一个信号点的经纬度，依次类推，一直完成正线所有信号点的经纬度求解。本专利中，前面已经给出轨道片记录点的设定规则，即设定信号点为电子地图的轨道片记录点。
61.4、针对侧线的曲线轨道，采用分段拟合方法求解经纬度信息：根据设定的误差范围确定曲线轨道的分段数量，在曲线轨道上依次选取虚拟信号点，采用顺次相连的折线近似代表曲线轨道，求解虚拟信号点的经纬度信息(此部分具体求解方式参照常规技术实现，故不做赘述)，同时，向轨道数据中补充虚拟信号点的相关数据包括车站名称、信号点名称、信号点位置、信号点里程、轨道号；针对侧线的直线轨道，根据当前信号点的经纬度、方位角和距离下一个信号点的距离，顺次求解下一个信号点的经纬度信息。
62.5、经上述处理后，可以获得线路上全部信号点的经纬度信息。
63.步骤4、将步骤3处理得到的各信号点(即轨道片记录点)的经纬度信息，补充到步骤2中的轨道数据中，至此，结合构建的线路几何模型，求解出轨道数据、应答器数据、道岔
数据和管辖边界数据，可以生成满足卫星定位的电子地图。
64.相较于现有方案而言，本发明实施例上述方案主要获得如下有益效果：(1)读取并处理既有工程线路的工程数据表和现场报文，通过设置线路起点经纬度和方位角生成电子地图，能够适配任一条既有线路；(2)电子地图数据生成效率高、人工参与少、不受现场因素制约，并且能够适应基于卫星定位的列控系统仿真测试平台任意线路、多线路的测试环境需求。
65.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
66.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。