Určování polohy kolejových vozidel s využitím inerciální navigace a detekce charakteristických segmentů tratě

Ing. Lukáš PUŠMAN

Doctoral thesis

Abstract:

Tato práce se zabývá návrhem systému pro určování polohy kolejových vozidel, založeném na inerciální navigaci a detekci charakteristických segmentů tratě. Popisovaný systém představuje alternativu k tradičnímu přístupu řešení navigační úlohy za pomoci Kálmánova filtru a pracuje primárně pouze s inerciálními daty. Hlavní myšlenka spočívá v porovnávání určitých charakteristických úseků tratě s předem známou trasou, která je u kolejových vozidel zpravidla daná. První část práce je zaměřena spíše teoreticky a jsou zde popsány základní principy, které využívají soudobé navigační systémy, problematika kolem satelitních navigačních systémů, inerciálních systémů, navigačních soustav a mapových podkladů. Dále je proveden rozbor metod vhodných právě pro navigaci kolejových vozidel a popis principu detekce charakteristických segmentů tratě. V této kapitole je také uvedeno několik odlišných přístupů, aplikovaných na drážní provoz. Další část textu je věnována popisu návrhu zařízení pro měření a sběr inerciálních dat a návrhu softwaru, který realizuje navrženou navigační metodu. Software je koncipován tak, aby pracoval s daty vzorek po vzorku tak, aby byla možná realizace systému v reálném čase. Poslední část textu pak popisuje provedená měření a pojednává o dosažených výsledcích a parametrech navrženého navigačního systému. Na základě těchto parametrů jsou zde uvedeny potenciální aplikace, pro které je navigační systém vhodný a zmíněny jsou také aplikace, ve kterých se o nasazení navrženého systému reálně uvažuje.

Abstract:

In this thesis a design of a railway-vehicle localization system based on the inertial navigation and specific track-segment detection is described. The system offers an alternative to the traditional solution of the navigation task based on the Kalman filter and it uses primarily only the inertial data for its operation. The main idea is to detect and recognize some specific parts of the track and compare them with the whole track which is known in advance in case of railway. The first part of the thesis is focused on the theoretical background of the navigation and the satellite navigation systems, inertial systems, navigation frames and cartographic issues are described there. There are also described navigation methods which are suitable especially for the railway and the principle of specific track-segment detection in this part. Several different approaches of the railway navigation solution are introduced in this section as well. In the next part, design of a device for inertial measurement and data collection and design of software which implements proposed navigation method are described. The software is designed to work with the data sample by sample and therefore a real-time application of the system is feasible. The last section of the thesis describes the performed measurements and results and achieved parameters of the navigation system. Based on the parameters potential applications for which the system is suitable are proposed and the applications for which an implementation of the designed system is actually considered are mentioned as well.

Keywords

Navigační systém, určování polohy, kolejová vozidla, detekce segmentů tratě, globální družicový polohový systém (GNSS), protokol NMEA, inerciální měření, strap-down algoritmus, MEMS akcelerometr, MEMS gyroskop, polyfázový filtr, transformace souřadného systému, výpočet poloměru, software LabVIEW, veřejná doprava, tramvaj.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 10. 2017

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics