RS66428B1 - Postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem gnss i podsistema za primenu ovog postupka - Google Patents

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Ovaj se pronalazak odnosi na postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) i podsistema za primenu ovog postupka.

Stanje tehnike

[0002] Globalni navigacioni satelitski sistemi (GNSS) se najčešće koriste za određivanje lokacije i navigacije u velikom broju saobraćajnih sistema. U železničkom saobraćaju, globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) se najčešće koristi na primer u sistemima korišćenim za obaveštavanje putnika o poziciji voza. Ipak, globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) se sada ne primenjuje u sistemima signaliziranja korišćenim za regulaciju železničkog saobraćaja u funkcijama gde bi globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) mogao da se koristi za direktno obezbeđivanje informacije o bezbednosti. Međutim, povećanje interesovanja strana obuhvaćenih u železničkom transportu, veliki broj relevantnih Evropskih projekata (De Miguel et al., 2017; Marais et al., 2017), i napor da se sertifikuje globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) za lociranje voza Filip et al. (2018); Rispoli et al. (2018) ukazuju na izrazitu rešenost da se koristi globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) i za funkcije koje se odnose na bezbednost.

[0003] Da bi se dobila bezbedna procena lokacije korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), povećanog ili pojačanog sistema poznatog kao satelitski baziran augmentacioni sistem (SBAS) je razvijen za avijaciju. Deo ovog sistema se formira precizno definisanim postupkom izračunavanja za bezbednu procenu lokacije za okruženje aviacije. Međutim, ovaj postupak može direktno da se primeni na železničke uslove jer je okolno okruženje antene prijemnika značajno drugačije od uslova za avio saobraćaj. Ova razlika koja je prouzrokovana prisustvom tunela, šumskih kanjona, urbanog razvoja, itd. daje kao rezultat mnogo teži prijem satelitskih signala uključujući i nedostupnost signala i mogućnost da primi signale koji su ograničeni ometanjem prouzrokovanim okolnim okruženjem antene prijemnika. Moguće je da prisustvo ovih zahtevnih okruženja koje značajno usložnjava primenu postupaka za izračunavanje procene koji se razvijaju za avijaciju. Ova uspešna primena globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) za funkcije koje se odnose na bezbednost železnice se na taj način uslovljava za dodatno poboljšanje učinka globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), posebno u pogledu nepovredivosti (integriteta) datih procena.

[0004] Iako je globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) projektovan za određivanje procene lokacije, može se lako koristiti za određivanje vektora brzine i veličine brzine. Dakle, primena globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) predstavlja alternativu postojećim senzorima veličine brzine, npr. inkrementalnog obrtnog rotacionog kodera, Dopler radara ili senzora vrtložne struje. Glavne prednosti procene vektora brzine ili veličine brzine bazirane na globalnom navigacionom satelitskom sistemu (GNSS) obuhvataju manji mehanički napor korišćenih senzora, lak pristup instalaciji ili odsustvo proklizavanja točka ili iskliznuća.

[0005] Ima najmanje tri postupka za određivanje procene vektora brzine samo iz merenja globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS). Najjednostavniji postupak je izračunavanje procene vektora brzine kao razlike između dve uzastopne procene lokacije, čija se razlika deli periodom uzorkovanja. Glavni nedostatak ovog postupka je mala preciznost reda m/s koja se odnosi na preciznost procene lokacije izračunatu iz merenja pseudoopsega. Bolja preciznost može da se dobije korišćenjem prijemnika globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) koji obezbeđuju merenja preko pomaka Doplerove frekvencije (Dyukov et al., 2015; Gaglione & Petovello, 2015). Ovaj drugi postupak je takođe sasvim jednostavan za primenu uz preciznost cm/s. Treći postupak koristi merenje faze talasa nosioca i obezbeđuje najpreciznije procene reda mm/s (Ding & Wang, 2011; Freda et al., 2015). Ovaj poslednji postupak je najzahtevniji u pogledu primene usled takozvanih ''proklizavanja ciklusa'', što mora da se eliminiše korišćenjem robusnih tehnika (Karaim et al., 2014).

[0006] Ako se procena vektora brzine ili veličine brzine odredi za upotrebu u funkciji koja se odnosi na bezbednost, neophodno je da se izvede analiza bezbednosti postupka procene. Ova analiza mora da bude zahtevnija za prvi i treći postupak jer oni koriste merenja iz više vremenskih instanci.

[0007] U svim slučajevima, preciznost procene vektora brzine ili veličine brzine može dodatno da se poboljša spajanjem informacije iz jedinice za merenje inercije (IMU), dinamičkog modela, mape praćenja, itd. (Niu et al., 2018; Otegi et al., 2018; Zhang et al., 2020). Iako upotreba dodatne informacije može da ima kao rezultat veoma preciznu procenu, postupak procene može da postane sasvim složen i mnogo teži da se proceni u pogledu bezbednosti usled problema sa približavanjem rekurzivnog procesiranja, ograničene preciznosti dinamičkog modela ili mape koloseka, ili sposobnosti da se održava ažurnost svih izvora informacija, npr. građevinske promene šine u slučaju kada se koristi mapa koloseka

[0008] Nasuprot drugim sistemima saobraćaja, kolosek za šinsko vozilo (ili, prim. prev. 'železnički kolosek’, predstavlja strogo ograničenje za lociranje šinskog vozila. Vektor brzine je tada skoro tangencijalan na kolosek za šinsko vozilo . Iz ovog razloga, određivanje samo procene veličine brzine, npr. merač brzine sa zahtevanim svojstvima, je često dovoljan za primene za železnički saobraćaj. Međutim, pošto procena tačke veličine brzine nije dovoljna informacija za funkcije koje se odnose na bezbednost, neophodno je konstruisati procenu u obliku intervala poverenja magnitude brzine na koju se primenjuje da ovaj interval obuhvata stvarnu veličinu brzine sa željenom verovatnoćom. Prelazak iz procene tačke veličine brzine u procenu veličine brzine u obliku intervala povjerenja, ili postupak za ovaj prelazak, postupak za ovaj prelazak predstavlja specijalne karakteristike u daljem tekstu opisanog postupka zahvaljujući kojima se razlikuje od velikog broja postojećih postupaka, koji povrh toga ne obezbeđuju interval poverenja procene veličine brzine već pre matricu kovarijanse samo greške procene veličine brzine, iako je ovaj interval ključan za funkcije koje se odnose na bezbednost. Pored toga, postojeći postupci su opštiji i nisu prodesni za okruženje železničkogsaobraćaja da bi se zadovoljili visoki bezbednosni zahtevi pri čemu se održava dovoljna preciznost procene, ako je neophodno.

[0009] Procena tačke vektora brzine antene prijemnika može da se utvrdi iz lokacije antene prijemnika globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) i merenje pomaka Doplera korišćenjem standardnog postupka izmerene težine najmanjih kvadrata. Kao posledica, postavka povjerenja može da se oformi za ovu procenu tačke. Prelazak iz postavke procene vektora brzine u postavku procene intervala veličine brzine u obliku intervala povjerenja je izazov koji može da se formuliše kao zadatak optimizacije. Rešenju ovog zadatka može da se pristupi, na primer, putem jednog (nekog) oblika iteracionog algoritma i različitih procena približne vrednosti (aproksimacija) koje mogu da daju kao rezultat nižu preciznost procene intervala veličine brzine ili složeniju verovatnoću postizanja tačnog rezultata usled primene numeričkih pristupa. Posebno drugi pomenuti nedostatak može neželjeno da utiče na mogućnost upotrebe procene intervala veličine brzine u bezbednosno relevantnim primenama.

[0010] Alternativno, interval procene veličine brzine može da se formira tako što se koristi dodatno lakšim ili težim da pristupe informaciji. Pošto preciznost procene vertikalne komponente brzine jeste u slučaju globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) gora nego u poređenju sa horizontalnim komponentama, upotreba drugih izvora informacije o veličini vertikalne komponente može da poboljša preciznost procene intervala veličine brzine. Ovo može da bude od interesa posebno za železnicu pri čemu podužni nagib šina jeste uobičajeno sasvim mali usled zahteva za izgradnju koloseka. Ova činjenica koja se koristi u postupku opisanom u primeni ovog pronalaska.

[0011] CA 03100131 se odnose na visok-integritet autonomnog sistema lociranja za lociranje voza u referentnom okviru železničke mreže.

[0012] US 2022/043167 se odnosi na tehnike za izračunavanje nivoa zaštite za brzinu i kurs po površini. U nekom izvođenju, prijemnik globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) koristi merenja faznog pomeraja (Doplerova merenja) i merenja varijancije da bi se izračunali nivoi zaštite za brzinu (t.j. procenjena brzina) i tok iznad tla izračunat na prijemniku globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS).

[0013] Kao zaključak ovog poglavlja, sadašnji nedostaci postojećih postupaka za određivanje procene intervala veličine brzine vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) u okruženju železnice može da se sažeto prikaže pomoću odeljaka u nastavku.

[0014] Postojeći postupci se ne usmeravaju na železničko okruženje, koje može ponekad da dovede do bespotrebno neprecizne procene. Ako je korišćena dovoljna informacija primenljiva za železničko okruženje, moguće bi bilo dostići preciznije procene intervala veličine brzine.

[0015] Ako se već koristi dovoljna informacija, npr. mapa koloseka, često je teško i skupo dobiti takvu informaciju, ili održati njenu tekuću važnost. Takođe, može da bude teško odraziti moguću nepreciznost dodatne informacije, npr. u ovom konkretnom slučaju mape koloseka.

[0016] U slučaju procene, često se daje samo procena tačke bez davanja nivoa poverenja u ovu procenu. Nivo poverenja se alternativno navodi više za procenu vektora brzine nego za procenu veličine brzine.

[0017] Primena korišćenog postupka nije uvek laka. Istovremeno, istina je da složena primena (implementacija) može da komplikuje obezbeđivanje bezbednosti procene u slučaju njene nameravane upotrebe u sistemima važnim za bezbednost.

[0018] Nekad se koristi približni pristup prelasku sa procene vektora brzine na intervalsku procenu intervala veličine brzine. U ovim približnim procenama, može biti složenije da se obezbedi bezbednost u slučaju planirane primene procene kao informacije ključne za bezbednost. Na primer, različiti propusti kod određivanja procene intervala mogu da prouzrokuju da procena zapravo ne zadovoljava željenu verovatnoću pokrivenosti. Najčešći primer propusta može da bude npr. izostavljanje vertikalne komponente brzine.

[0019] Poteškoća može da bude i kod upotrebe brojčanih postupaka da bi se rešio zadatak optimizacije, pri čemu ponekad može da bude teže dokazati da se oni približavaju do tačnog rešenja. Ovo može da bude nedostatak u slučaju planirane upotrebe procene intervala u primenama koje se odnose na bezbednost.

Kratak opis pronalaska

[0020] U velikoj meri, gore navedeni nedostaci se eliminišu postupkom za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), koji je razvijen direktno za prevoz železnicom i predmet je prijave ovog pronalaska. Istovremeno, postupak koristi činjenicu da samo ograničena veličina podužnog nagiba staze, koloseka praćenja jeste dozvoljena u okruženju u kom se odvija železnički, ili šinski, saobraćaj, i ovaj nagib dostiže relativno male vrednosti. Poznavanje maksimalnog mogućeg podužnog nagiba koloseka omogućava da se sagrade relativno precizne procene intervala veličine brzine vozila u horizontalnoj ravni i vertikalnom smeru. Procena intervala dobijena kao rezultat veličine brzine se zatim određuje kombinovanjem ove dve delimične procene intervala. Detaljnije, ukratko je moguće izraziti pronalazak tako da se, prvo, određuje procena tačke vektora brzine vozila, uključujući elipsoid poverenja izveden iz matrice kovarijanse i zahtevane verovatnoće pokrivenosti stvarne brzine procenom postavke u ECEF WGS84 koordinatnom sistemu. Kao posledica, ova procena postavke se transformiše u lokalni KRAJNJI koordinatni sistem. Iz procene tako transformisane postavke vektora brzine, se određuje procena postavke vektora brzine u horizontalnoj ravni, čija se procena koristi za određivanje intervala pouzdanosti koja predstavlja procenu intervala veličine brzine u horizontalnoj ravni. Kao posledica, procena intervala veličine brzine u vertikalnom smeru se određuje iz maksimalnog mogućeg podužnog nagiba koloseka i projektovane brzine vozila. Alternativno, kada se određuje procena intervala veličina brzine u vertikalnom smeru, vrednost EN, maks može da se koristi umesto projektovane brzine vozila. Najzad, procene intervala veličine brzine u horizontalnoj ravni i u vertikalnom smeru se kombinuju u krajnju procenu intervala veličine brzine šinskog vozila izraženog intervalom poverenja. Ova procena intervala je prikladno pokazana na displeju, zavisno od predviđene upotrebe informacije, i sačuvana u memoriji, npr. za detaljnije analize brzine vozila i/ili prosleđena nadređenom, naročito bezbednosnom, sistemu koji nadgleda kretanje vozila.

[0021] Još jedna ukratko data karakteristika pronalaska je sam podsistem za primenu pomenutog postupka korišćenjem satelita globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) i prijemnika globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) na tom vozilu. Ovaj podsistem je izveden tako da ima sabirnicu na koju su pored prijemnika globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), i memorija, monitor, procesor, memorija podataka i još druga memorija povezani. Njegov detaljan raspored se vidi na šematskom dijagramu koji je iskazan i opisan detaljnije ovde u daljem tekstu u primeni pronalaska.

[0022] Cilj ovog pronalaska je da se projektuje novi postupak i podsistem koji će obezbediti procenu intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem dostupnih merenja Doplerovog pomaka iz jedne vremenske instance, maksimalne apsolutne vrednosti podužnog nagiba šine i, ako je neophodno, projektovane brzine šinskog vozila. Međutim, upotreba poslednje informacije nije neophodna, kao što će se videti u tekstu u nastavku. Kada se projektuje postupak, neiterativni proračun se preporučuje u odnosu na iterativni da bi se moguća upotreba projektovanog podsistema u primeni relevantnoj za bezbednost mogla dozirati sa složenom dokazom o približavanju iterativnog proračuna i ograničenog širenja greške.

[0023] Stoga je iz prethodnog paragrafa vidljivo da je metoda opisana u primeni ovog pronalaska projektovana tako da koristi samo merenja iz jednog vremenskog trenutka i što je moguće manje spoljnih informacija, koje je takođe lako održavati u trenutnom stanju. Zbog ovih karakteristika, razvijeni postupak je lak za implementaciju i lakše primenjiva u primenama koje su relevantne za bezbednost, posebno nakon izvođenja odgovarajućeg poboljšanja koje se sastoji u razmatranju činjenice da izmereni podaci mogu biti podložni ne samo buci već i kvaru.

[0024] Zato su glavne prednosti ovde razvijenog podsistema sledeće.

[0025] Dodatne informacije, npr. maksimalni mogući nagib koloseka ili takođe projektovanu brzinu vozila koja se koristi tokom proračuna procene lako je utvrditi i održavati, suprotno od npr. cele mape staze. Ovo smanjuje troškove za rad i održavanje opreme.

[0026] Zbog korišćenja dodatnih informacija, određivanje procene je lakše sprovesti nego rešavati klasične zadatke optimizacije koji se koriste za određivanje procene intervala veličine brzine.

[0027] Procena intervala veličine brzine određena ovde opisanim postupkom je u većini slučajeva tačnija od procene intervala veličine brzine određene direktno iz elipsoida poverenja, koji se dobija tokom izračunavanja procene vektora brzine.

[0028] U proračunu se ništa ne izostavlja, te će interval poverenja sadržati stvarnu veličinu brzine sa željenom ili većom verovatnoćom, pod pretpostavkom odsustva smetnji u merenjima globalnog sistema za satelitsku navigaciju. Ovo predstavlja prednost kada se podsistem koristi u primenama relevantnim za bezbednost.

[0029] Procena intervala se može odrediti analitički. Zbog toga nije potrebno rešavati zadatak optimizacije numeričkim metodama. Ovo može predstavljati prednost u slučaju da se metoda koristi u primenama relevantnim za bezbednost.

Kratak opis crteža

[0030] Postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema i podsistema koji implementira ovaj postupak se detaljnije opisuje na konkretnom primeru izvođenja pronalaska korišćenjem priloženog šematskog dijagrama i dijagrama toka. Slika 1 je šematski dijagram podsistema koji implementira projektovan postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila, i pruža ovu procenu drugim podsistemima koji se nalaze na vozilu. Slika 2 je dijagram toka koji ukratko predstavlja projektovani postupak.

Opis izvođenja

[0031] Podsistem koji implementira postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) sadrži prijemnik A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) koji prima informacije od satelita globalnog naviacionog satelitsog sistema (GNSS), pri čemu je prijemnik povezan sa procesorom C, memorijom 1 B, memorijom 2 E i memorijom 3 G preko sabirnice F. Nadalje, monitor D može biti povezan na sabirnicu F.

[0032] Ulazne tačke podsistema su prijemnik A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) i memorija 1 B. Razvijeni podsistem preko prijemnika A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) dobija neophodna merenja pomeranja Doplerove frekvencije i parametara za proračun lokacija i brzina satelita H globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS). Lokacije i brzine samih satelita se mogu izračunati ili direktno u prijemniku A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) ili alternativno u procesoru C. U memoriji 1 B, vrednosti, npr. maksimalni mogući uzdužni nagib βmaks koloseka se čuva ili onlajn ili van mreže, ako je potrebno, takođe projektovana brzina νmaksšinskog vozila, talasna dužina talasa nosača, standardna odstupanja šumova merenja, potrebna verovatnoća ppoz pokrivenosti stvarne veličine brzine prema proceni intervala, ili trenutne lokacije ili procene trenutne lokacije vozila, ako ova lokacija nije određena unutar samog podsistema, npr. u prijemniku A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS). Istovremeno je tačno da se većina parametara može uneti u podsistem ili memoriju 1 B direktno tokom instalacije podsistema u vozilo ili čak i ranije, a zatim se ovi parametri menjaju samo izuzetno, npr. kada se promeni projektna brzina. Proces unosa parametara je označen sa J na šematskom dijagramu na sl.1.

[0033] Sve aktivnosti koje su opisane u tekstu u nastavku izvode se u procesoru C. Rezultati, odgovarajuća procena intervala veličine brzine vozila mogu se zatim prikazati na monitoru D. Treba napomenuti da monitor D ne mora nužno biti deo podsistema. Monitor D je uključen posebno kada se podsistem koristi kao brzinomer. Rezultati se takođe čuvaju u memoriji 2 E, iz koje se mogu prosleđivati, onlajn ili oflajn, što je na šematskom dijagramu naznačeno strelicom koja vodi od Memorije 2 E, u druge šinske sisteme i koristiti npr. za praćenje da maksimalna dozvoljena brzina vozila nije prekoračena u datoj oblasti, ili prikazivanje informacija na displeju jedinice za prikaz koja ne čini deo ovde opisanog podsistema. Sam proces prosleđivanja rezultata spoljnim šinskim sistemima označen je kao I na šematskom dijagramu na slici 1.

[0034] Preostala dva bloka su pomoćna i služe za obezbeđivanje funkcionisanja celog podsistema. Sva komunikacija među ostalim blokovima podsistema odvija se preko sabirnice F, a programska implementacija samog postupka se čuva u memoriji 3 G.

[0035] U daljem tekstu detaljnije je opisan novi postupak za određivanje procene intervala veličine brzine. To je jasno uređen opis postupka koja je ukratko opisana u prethodnom tekstu. Treba napomenuti da, strogo govoreći, postoje dve verzije postupka napisane u jednoj kada razlika između verzija jeste u različitoj implementaciji koraka 7. U razvijenom podsistemu, ceo postupak je implementiran u procesoru C, pri čemu je njegova programska implementacija, tj. jedna verzija od dve opisane u nastavku, uskladištena u memoriji 3 G. Ulazi postupka se dobijaju iz prijemnika A globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) i memorije 1 B preko sabirnice F. Izlazi postupka se zatim sačuvaju u memoriji 2 E i/ili prikazuje pomoću monitora D.

[0036] Ulazi metode za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS): merenja i informacije globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), odnosno izmereno pomeranje Doplerove frekvencije za odgovarajuće satelite za jedan vremenski trenutak, lokaciju i brzinu satelita globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) za odgovarajući vremenski trenutak, standardna odstupanja šumova odgovarajućih merenja, talasna dužina talasa nosioca; lokacija ili procena lokacije antene globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS); βmaks- maksimalni mogući uzdužni nagib koloseka; ppoz -potrebna verovatnoća pokrivanja stvarne veličine brzine prema proceni intervala.

[0037] Unos neophodan samo za verziju I: projektovana brzina νmaksšinskog vozila.Ishod postupka: procena intervala veličine brzine u obliku intervala poverenja , za koji važi da stvarna veličina brzine leži unutar ovog intervala sa verovatnoćom od najmanje ppoz.

[0038] Odgovarajući koraci razvijenog postupka za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema daju kao rezultat određivanje intervala poverenja koji predstavlja interval procenjene veličine brzine:

1. Određivanje procene tačke vektora brzine uključujući kovarijansnu matricu u ECEF VGS84 koordinatnom sistemu koji karakteriše relevantan elipsoid poverenja. Kada se pretpostavi normalna raspodela šumova, elipsoid poverenja je tada obično definisan relacijom

pri čemu parametar q3,ppoz ( ) predstavlja kvantil χ<2>raspodele sa tri stepena slobode za ulaznu verovatnoću ppoz.

Određivanje procene tačke i kovarijansne matrice može se postići npr. metodom ponderisanih najmanjih kvadrata.

2. Određivanje matrice rotacije koja omogućava transformaciju tačaka i

1

vektora iz ECEF VGS84 koordinatnog sistema u lokalni KRAJNJI (END) koordinatni sistem. Ova matrica je data relacijom

pri čemu L predstavlja geografsku širinu i λ geografsku dužinu procene lokacije antene.

Lokalni KRAJ (END) je desni ortonormalni 3D koordinatni sistem, čija je orijentacija prema ECEF koordinatnom sistemu data lokacijom prijemnika, ili njegovom procenom tačke, u kojoj je prijemnik prisutan u trenutku za koji se izračunava procena veličine brzine. Međutim, početak (poreklo) ovog koordinatnog sistema je identično sa poreklom ECEF koordinatnog sistema. EN ravan sistema je tangencijalna na referentni elipsoid VGS84 za tačku procene lokacije prijemnika, pri čemu je prva osa E sistema usmerena ka istoku, a druga osa N usmerena ka severu. Treća osa U je upravna na E i N ose u mirovanju, a njen pravac je zadat desnom orijentacijom sistema.

3. Koristeći matricu rotacije iz odeljka 2, izrazite procenu tačke vektora brzine, kovarijansne matrice i elipsoide poverenja iz odeljka 1 u lokalnom KRAJNJEM (END) koordinatnom sistemu definisanom u odeljku 2. Ovo rezultira procenom tačke vektora brzine vozila

i odgovarajućom kovarijansnom matricom

jasno definišući elipsoid poverenja za KRAJNJI (END) koordinatni sistem.

4. Transformišite, ili projektujte, procenu tačke vektora brzine i odgovarajuće kovarijansne matrice koja karakteriše elipsoid poverenja iz paragrafa 3 ( i ) u horizontalnu (EN) ravan lokalnog KRAJNJEG (END) koordinatnog sistema iz odeljka 2. Izlazni rezultat transformacije je 2D procena tačke horizontalne brzine vozila i odgovarajuća kovarijansna matrica 2x2 . Vrednosti i se odrede kao prve dve komponente vektora i prvi i drugi red i kolona matrice .

5. Koristeći verovatnoću ppoz i vrednosti i , odredite elipsoid poverenja u ravni EN, čiji elipsoid (elipsa sve tačke unutar elipse) definiše podešenu procenu M ε horizontalne komponente brzine voza za koju se primenjuje da je stvarna horizontalna brzina vozila unutar elipse sa verovatnoćom ppoz.

Prilikom definisanja elipse poverenja u ovom slučaju, pri pretpostavci normalne raspodele šuma, za ulaznu verovatnoću ppoz se koristi kvantil distribucije�2 sa dva stepena slobode. Inače, postupak definisanja je isti kao u slučaju 3D prostora

6. Odredite, koristeći ili interval poverenja od koji predstavlja procenu horizontalne veličine brzine vozila. Vrednosti predstavljaju minimalno i maksimalno rastojanje početka KRAJNJEG (END) koordinatnog sistema od postavke procene . Ova rastojanja se mogu odrediti analitički rešavanjem odgovarajuće jednačine četvrtog stepena.

Maksimalno rastojanje je uvek na elipsi<.>Minimalno rastojanje je ili na elipsi ili ima vrednost 0 - ako početak za KRAJ (END) leži unutar elipse .

7. Odrediti interval poverenja od ‹0, koji predstavlja procenu vertikalne

veličine brzine vozila. Vrednost se može odrediti korišenjem dva postupka pomoću dve metode. Postoje dve verzije predloženog postupka<.>

a. Verzija I: Vrednost se određuje korišćenjem maksimalnog mogućeg uzdužnog nagiba koloseka βmaks i projektovane brzine vozila νmaks kao

b. Verzija II: Vrednost ν se određuje korišćenjem maksimalnog mogućeg uzdužnog nagiba koloseka βmaks i vrednosti određenene u prethodnom odeljku kao

8. Odrediti ishoda postupka, tj. odrediti rezultujuću procenu veličine brzine

prijemnika predstavljenu intervalom poverenja kao

[0039] Prikazani metod se može ukratko predstaviti korišćenjem dijagrama toka na slici 2.

[0040] Eksperimentalna verifikacija razvijene metode.

[0041] Razvijena metoda je eksperimentalno proverena korišćenjem simulacionih podataka. Provera se fokusirala na analizu dužina dobijenih iz procena intervala, odnosno za analizu preciznosti procene, i na poređenje dobijene preciznosti obe verzije postupka predstavljene u ovoj prijavi pronalaska sa dobijenom preciznošću alternativnih postupaka za izračunavanje procene veličine brzine. Tokom ovih analiza proverena je preciznost procene u zavisnosti od različitih satelitskih konstelacija, različitih veličina brzina vozila i različitih uzdužnih nagiba koloseka za šinsko vozilo. Uzdužni nagib vozila izabran je iz intervala ‹- βm‹aks, βmaks ›, pri čemu je vrednost βmaks određena na osnovu pravila za projektovanje koloseka za šinsko vozilo u Češkoj. Veličina brzine je razmatrana u intervalu od ‹0; 80km/h ›, pri čemu je ovaj interval izabran u odnosu na uobičajene brzine šinskih vozila na regionalnim prugama u Češkoj. Međutim, treba napomenuti da upotreba postupka i celog podsistema nije naravno ograničena samo na regionalne koloseke. Satelitske konstelacije se zatim biraju s obzirom na uslove vidljivosti satelita u okruženju za šinska vozila.

[0042] Detaljniji opis eksperimentalnih ispitivanja i dobijeni rezultati nisu predmet ove primene pronalaska. U nastavku su navedena samo rezultujuća glavna zapažanja.

1. Dužina procene intervala veličine brzine je skoro nezavisna od specifične vrednosti stvarnog podužnog nagiba koloseka, koja je iz intervala od ‹− βmaks, β

maks ›. ›

Međutim, ovaj zaključak nije pogodan da se automatski proširiti i na vrednosti podužnog nagiba koloseka koje ne pripadaju analiziranom intervalu ‹- βmaks, βmaks ›.

2. Istina je da u situacijama sa odličnom satelitskom konstelacijom, malim uzdužnim nagibom koloseka i manjom brzinom vozila, verzija I razvijenog postupka daje manje tačne procene od klasičnih, odnosno najčešće korišćenih postupaka, kao i od verzije II razvijenpg postupka. Razlog je činjenica da korišćenje maksimalno mogućeg uzdužnog nagiba koloseka zajedno sa projektovanom brzinom vozila rezultira konzervativnijim procenama vertikalne brzine vozila od onih koje se mogu dobiti iz stvarnih merenja Doplerovih pomeranja i stvarnog šuma, odnosno njegovih svojstava.

1

3. Verzija II razvijenog postupka daje tačnije procene od svih ostalih testiranih postupaka, sa nekoliko izuzetaka. Ovi izuzeci uključuju veoma dobru geometriju satelita i istovremeno veću brzinu vozila. Postupak koji je potpuno sporadično precizniji od verzije II razvijenog sistema je postupak koji koristi numeričke postupke tokom proračuna, a njegova upotreba u bezbednosno relevantnoj primeni mogla bi biti složenija od upotrebe ovde opisanog postupka za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila pomoću globalnog navigacionog satelitskog Sistema (GNSS).

Industrijska primenljivost

[0043] Pronalazak će naći svoju primenu posebno u železničkom transportu, međutim, nije ograničen na to.

Spisak referentnih oznaka

[0044]

A Prijemnik globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) sa antenom B Memorija 1 (fleš)

C Procesor

D Monitor

E Memorija 2 (HDD, baza podataka)

F Sabirnica

G Memorija 3 (ROM ili EPROM)

H Satelit globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS)

I Podsistemski izlaz (onlajn ili oflajn) na spoljnje uređaje (preko dogovorenog protokola)

J Spoljašnje podešavanje potrebnih parametara

Claims (6)

1. Patentni zahtevi 1. Postupak za određivanje procene intervala veličine brzine šinskog vozila korišćenjem globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) u okruženju železnice, tokom kog prijemnik na šinskom vozilu nadgleda signale iz satelita globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) pri čemu se na samom početku, (korak 1) određuje procena vektora brzine vozila, uključujući elipsoidu poverenja u ECEF WGS84 koordinatnom sistemu, i naknadno se, (korak 3) pomenuta procena transformiše u lokalni KRAJNJI koordinatni sistem; povrh toga, (korak 4) iz tako transformisane procene vektora brzine, određuje se 2D procena vektora brzine u horizontalnoj ravni, iz čega (korak 6) se određuje interval poverenja u
2. koji predstavlja procenu veličine horizontalne brzine vozila, i nakon toga, (korak 7) procena maksimalne moguće veličine vertikalne brzine vozila se određuje iz maksimalnog mogućeg podužnog nagiba βmaks koloseka i projektovane brzine vozila ili procene horizontalne veličine brzine vozila, posle čega (korak 8) se procene horizontalne i vertikalne veličine brzine kombinuju u krajnju procenu intervala ukupne veličine brzine šinskog vozila, koja je data prema odnosu tako dobijena procena se skladišti u memoriji i/ili je prikazana na ekranu. 2. Postupak prema patentnom zahtevu 1 pri čemu je procena veličine vertikalne brzine vozila je data (korak 7, verzija I postupka) relacijom
3. , pri čemu νmaksjeste projektovana brzina vozila. 3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 pri čemu je data procena veličine vertikalne brzine vozila (korak 7, verzija II postupka) relacijom
4. 4. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3 pri čemu se dobijena procena veličine brzine šinskog vozila dobija preko komunikacionog protokola putem spoljne opreme.
5. 5. Podsistem prilagođen za primenu postupka prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 4 pri čemu taj podsistem obuhvata prijemnik (A) globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS) koji prima signale od satelita globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), čiji je prijemnik povezan na sabirnicu (F) na koju su povezani Memorija 1 (B), procesor (C), Memorija 2 (E) i Memorija 3 (G).
6. 6. Podsistem prema patentnom zahtevu 5 pri čemu je monitor (D) povezan na sabirnicu (F). 1