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硕士学位论文



现代有轨电车组合定位系统
Integrated Positioning system of Modern Tram












作者姓名: 沈兴涛
学科、专业: 交通运输规划与管理
学号: 0211022
指导教师: 崔炳谋教授
完成日期: 2014 年 3 月



兰州交通大学
Lanzhou Jiaotong University
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兰州交通大学硕士学位论文
摘要
随着科技的进步,由传统电车发展而来的现代有轨点电车逐渐在现代城市交通体系
中推广开来。作为一种新兴的城市轨道交通方式,现代有轨电车拥有运载量大、环境友
好和智能化水平高等优点。其智能化水平主要体现在其列车运行控制系统、色灯信号系
统和旅客信息系统等方面。要使上面各系统有效的运转,我们就需要为现代有轨电车提
供实时、可靠、高精度的列车定位信息。
近年来,导航定位技术快速发展,组合导航定位技术率先在航空、航天与航海等领
域得到了广泛应用,但随着相关技术的发展,组合导航技术已经开始应用在陆地车辆的
定位与导航中。大量实验与应用表明,基于多传感器的组合导航定位技术完全可以满足
地面运输载体定位的需求。本文在分析了现代有轨电车自身特点的基础上,提出建立一
个低成本的 GPS/IMU/ODO 组合定位系统来实现对现代有轨电车的实时定位,本系统
主要依靠全球卫星定位系统 GPS、惯性测量单元 IMU、里程计 ODO 等多源传感器来采
集数据。分析了系统中各硬件的原理与特点之后,在控制整体成本的基础上结合实际,
设计适用于现代有轨电车的硬件平台,并根据设计特点阐述系统的软件设计流程与关键
问题的处理。根据系统数据输出的特点,分析应用于组合定位导航的信息融合技术,根
据算法特点与系统需求,采用联邦卡尔曼滤波原理来综合处理数据,进行信息融合。随
后基于联邦卡尔曼滤波算法的建立数学模型并进行仿真,分析多传感器组合定位的优
点。列车组合定位系统平台的建立无论从理论上还是实际实验应用中都证明了它的可行
性与有效性,但由于系统的复杂程度,平台各部分都会带来一定的误差,有些误差会明
显的影响最终的输出数据精度,这些误差主要来自于各传感器,所以要对各误差进行逐
一分析,并提出误差消除措施。在此基础上,本文还提出两个方面来降低误差,一是设
计一个基于应答器的参考系统,对列车进行绝对位置修正,以降低传感器带来的累积误
差,再一个是根据轨道交通的特点用最短距离法对位置输出点进行优化,使最终输出的
数据位置都统一在轨道上。这些误差优化措施会进一步使输出数据精度提高。
组合定位系统输出现代有轨电车列车的相对位置信息。系统的主要功能是为列车提
供高精度的实时定位,它可以完全独立于现有的闭塞方式,也可以与现有各系统综合使
用,最终能够以较小的成本实现现代有轨电车的精确定位。

关键词:列车定位;组合导航;GPS;联邦卡尔曼滤波

论文类型:应用研究
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现代有轨电车组合定位系统
Abstract
With the advancement of technology, modern tram evolved from the traditional tram
es popular in modern urban transport system. As a new mode of trans