1.一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S100、环境特征量化:构建环境评价指标,形成环境指标向量;S200、传感器效能建模:建立传感器性能与各环境特征的动态关联模型矩阵,对多种定位技术基于权重进行分配;S300、动态融合决策:基于实时环境特征、传感器性能与各环境特征的动态关联模型矩阵,优化传感器权重组合,实现多种定位技术的融合。
2.根据权利要求1所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,步骤S100中,所述环境评价指标包括:对天通视度、光照条件、几何复杂度以及基准数据完备度;所述环境指标向量Q n×1 为:Q n×1 =[S G C D] T其中,S为对天通视状态,0≤S≤1,G为光照强度指数,0≤G≤1,C为轨道几何复杂度,0≤C≤1,D为基准数据完备度,0≤D≤1。
3.根据权利要求2所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,在确定对天通视状态S时,需进行多频段GNSS信号融合处理、信号遮蔽物理模型强化处理,最后再进行信号模型的综合;在进行多频段GNSS信号融合处理时,需要考虑卫星仰角的影响,低仰角伟星的信号质量较差,通过仰角补偿因子w θ 进行降权处理,所述仰角补偿因子w θ 为:其中,θ k 为第k颗卫星的仰角;对于第k颗卫星,其有效信噪比由频段权重和仰角补偿因子共同调整,具体为:SNR k,eff =w band,k ×SNR k ×w θ其中,SNR k,eff 为第k颗卫星的有效信噪比,w band,k 为第k颗卫星所在频段的权重,SNR k 为第k颗卫星的原始信噪比;通过融合所有可见卫星的有效信噪比,并基于载波噪声密度比进行动态加权,得到综合有效信噪比S SNR ,具体为:其中,w k 为第k颗卫星的信噪比权重,且 C/N0 k 为第k颗卫星的载波噪声密度比。
4.根据权利要求3所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,在进行信号遮蔽物理模型强化处理时,需要根据环境来动态调整临界遮蔽角θ 0 ;根据临界遮蔽角θ 0 和过渡区域角度Δθ确定初始对天通视状态S base ,具体为:其中,θ为可见卫星的最小仰角阈值。所述信号模型的综合需结合综合有效信噪比S SNR 和初始对天通视状态S base ,具体为:S 0 =α·S base +(1-α)·S SNR其中,S 0 为综合对天通视状态,α为对天通视系数。
5.根据权利要求4所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,确定对天通视状态S时,还需要通过归一化处理得到最终的对天通视状态S;所述对天通视状态S为:其中,∈为调控系数,S min 为S 0 的最小值,S max 为S 0 的最大值。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,在确定光照强度指数G时,需进行多光谱感知融合、卫星信号衰减补偿,得到初始光照状态G cam 、隧道距离衰减系数A tunnel 以及卫星可用性表征V sat ;再进行多源融合处理,得到基础光照指数G 0 ,具体为:G 0 =γ·V sat ·A tunnel +(1-γ)·G cam其中,γ为光照强度系数;在确定光照强度指数G时,还需要通过归一化处理得到最终的光照强度指数G,所述光照强度指数G具体为:其中,G min 为G 0 的最小值,G max 为G 0 的最大值。
7.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,在确定轨道几何复杂度C时,需要先通过对轨道进行网格划分,得到其基础信息熵H base 、曲率特征C curve 以及高程突变Δh std ;然后将所述轨道的基础信息熵H base 、曲率特征C curve 以及高程突变Δh std 融合,得到综合轨道几何复杂度C 0 ,所述综合轨道几何复杂度C 0 为:C 0 =v 1 ·H base +v 2 ·C curve +v 3 ·Δh std其中,v 1 为基础信息熵的权重,v 2 为曲率特征的权重,v 3 为高程突变特征的权重;在确定轨道几何复杂度C时,还需要通过归一化处理得到最终的轨道几何复杂度C,所述轨道几何复杂度C具体为:其中,C min 为C 0 的最小值,C max 为C 0 的最大值。
8.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,在确定基准数据完备度D时,先通过轨道地图提供的基准数据来计算初步数据完备度D 0 ,具体为:其中,Δx为检测设备当前位置与数字轨道地图在x方向上的偏差,Δy为检测设备当前位置与数字轨道地图在y方向上的偏差,D threshold 为最大允许匹配偏差阈值,根据轨道检测精度要求进行调整。然后根据初步数据完备度D 0 ,并取整个定位过程中D 0 的最大值D max 和最小值D min ,对D 0 进行归一化,得到基准数据完备度D,具体为:
9.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,步骤S200中,需建立定位技术-环境指标相关性矩阵R m×n ,m为传感器类型数,n为环境指标数;步骤S300中,具体为:基于定位技术-环境指标相关性矩阵R m×n 和环境指标向量Q n×1 生成多种定位方式自适应融合的权重向量b m×1 ,具体为:b m×1 =R m×n ×Q m×1然后进行多源定位结果融合,得到最终检测设备的三维定位坐标P s ,具体为:其中,λ k 为第k种定位方法对应的多种定位方式自适应融合的权重,P k (s)为第k种定位方法计算的s方向的坐标值,s为x或y或z。
10.一种用于铁路检测设备的全场景定位系统,用于实现如权利要求1-9中任一项所述的一种用于铁路检测设备的全场景定位方法,其特征在于,包括:特征量化模块:用于环境特征量化,构建环境评价指标,形成环境指标向量;效能建模模块:传感器效能建模,建立传感器性能与各环境特征的动态关联模型矩阵,对多种定位技术基于权重进行分配;动态融合模块:动态融合决策,基于实时环境特征、传感器性能与各环境特征的动态关联模型矩阵,优化传感器权重组合,实现多种定位技术的融合。