精确列车定位是列车行驶安全的重要保障,随着卫星定位系统的发展,国内外先后开展了对下一代列控系统(Next Generation Train Control System,NGTC)的研究,基于卫星的列车定位手段成为主流。卫星信号在传播过程中易受环境遮挡,铁路沿线环境复杂多变,不同程度的遮挡导致卫星定位精度发生变化,严重时甚至会导致定位功能失效。因此,对铁路不同环境场景下卫星定位可用性进行评估与预测对保证列车行驶安全有重要意义。本文提出铁路场景下卫星定位可用性评估及预测方法,该方法首先基于层次聚类算法对铁路沿线场景进行分类,量化重构各场景下的环境遮挡,并评估不同场景下的卫星定位可用性。然后根据卫星历书和环境遮挡信息预测出各场景下可见卫星分布,结合Xgboost模型和可见卫星分布的预测结果对不同场景下卫星定位可用性进行预测。本文主要工作内容如下:(1)调研了卫星定位系统和基于卫星的列车定位可用性评估研究现状。在对前人研究总结的基础上,归纳了铁路场景卫星定位可用性评估指标:SIS可用性、HDOP可用性、沿轨道精度可用性和垂直轨道精度可用性。根据上述四项指标得到卫星定位可用性,并将其分为可用、降级、不可用三种状态。(2)针对铁路沿线场景复杂多变的情况,本文提出了基于层次聚类的铁路沿线场景分类算法。算法从卫星接收机历史数据中提取可见卫星几何分布等与环境相关的参数并进行预处理,将生成的环境特征作为层次聚类算法的输入,根据层次聚类距离与步数之间的关系,对铁路沿线场景进行分类。根据分类结果,重构各个场景下环境对卫星信号的遮挡情况,并评估不同环境场景下卫星定位误差及可用性性能。(3)通过解算卫星历书并结合各场景下的环境遮挡信息,预测可见卫星数和卫星几何分布,以及SIS可用性和HDOP可用性。将可见卫星几何分布作为输入,利用优化后的Xgboost算法进行沿轨道/垂直轨道精度可用性预测。最终预测出卫星定位可用性状态。本文对铁路沿线场景卫星定位可用性评估及预测方法进行了实验验证,搭建了青藏铁路数据分析平台,对青藏铁路沿线的可见卫星数、HDOP值和预测的卫星定位可用性进行展示。实验结果表明,本文提出的基于层次聚类的场景分类方法准确的将实验区间的铁路沿线分为开阔、路堑、隧道、高山、半边天共计5类环境场景,并对各场景下的环境遮挡进行重构,与3D建模、鱼眼镜头方法进行比较,证明了本文方法能够准确的对环境遮挡进行重构。根据重构的环境遮挡情况,基于卫星历书和Xgboost模型对铁路沿线各类场景下卫星定位可用性进行预测,预测准确率达到95%以上。图66幅,表33个,参考文献66篇。