北斗导航RAIM技术在列车定位的应用研究

全球卫星导航系统的定位完好性监测直接关系到列车的运行安全,由于可见卫星数目不足会导致列车无法准确定位,采用接收机自主完好性监测技术RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)能够对短时期内卫星空间几何分布进行预测,并检测出卫星故障,有效提高列车运行安全。本文针对列车运行过程中的特殊性,定义沿股道方向的水平保护级别ATPL(Along Track Protect Level),并与传统的水平保护级别HPL(Horizontal Protect Level)进行比较,分别用试验数据与青藏铁路实测数据进行验证,ATPL预测值在5.8~15m之间,而HPL预测值在9~35m之间,ATPL算法误差相对较小,能够满足中低密度铁路的完好性检测要求。在卫星故障检测中,本文利用卡方检验的方法确定检验阈值,经过青藏线数据验证,检验统计量均在检验阈值以下,位置精度因子值小于4.05,定位结果较好,表明本文所研究的RAIM技术可以有效提高列车定位结果的可靠性。     

用于列车定位的RAIM算法改进研究

针对北斗卫星导航系统应用于列车在定位过程中所存在的故障卫星导致定位结果不准确问题,在传统RAIM检测算法的基础上,提出一种新的用于列车定位的RAIM算法。该算法通过可见卫星数目、完好性告警限值的约束,判断改进算法的可用性,并在故障卫星检测过程中引入加权因子C以降低由于直接检测而引起的较高漏警率,实现对列车的精确定位。以青藏铁路数据为对象进行实例仿真,结果表明:改进的RAIM算法有效改善了列车定位精度,降低了检测过程中的漏警率,提高了北斗卫星导航系统在列车定位应用上的安全性及可靠性。     

基于多传感器的信息融合列车定位算法研究

针对轨道交通列车定位功能的需求,提出了基于轮轴速度传感器、加速度传感器和卫星定位的多传感器信息融合列车定位算法。在列车经过坡道、弯道时,通过轮轴速度传感器和加速度传感器,实现列车运行方向角度的计算,修正卫星定位的定位结果,提高卫星定位精度。通过现场试验验证,本文提出的算法能够有效地提高列车通过坡道、弯道时的定位精度,具有实际的应用价值。     

基于GPS钟差预测模型的列车定位技术研究

GPS接收机能够定位列车运行位置并提供安全校验信息,在铁路旅客告知、到站时间预测等方面广泛应用.由于安装在列尾的GPS天线易受到外界环境的干扰而无法接收足够的卫星数据,常规4星定位方法无法实现定位结果.从灰色系统理论的角度探讨GPS接收机钟差序列预测,提出一种新的GPS定位列车位置的算法,通过实测数据验证分析,该算法在...     

列车卫星定位故障影响分析与检测方法研究

基于全球导航卫星系统的列车定位是铁路多种新型列控系统应用的关键支撑.为了满足特定铁路应用对安全性、可靠性的实际需求,分析了卫星定位可能存在的故障对列车定位性能的影响;基于完好性概念对列车卫星定位故障特征空间进行了划分;在此基础上研究了列车卫星定位单元故障检测方法.结合青藏铁路实际现场数据以及故障注入手段,对提出的故障检...     

基于声发射检测的钢轨断裂实时监测及定位方法研究

基于钢轨断裂实时监测技术对有效保障列车运行安全的重要性,以铁路常用的60 kg轨道为研究对象,以声发射检测技术为基础,经试验分析轨道断裂的声发射信号特征,有效区分列车运行引入的声发射信号。搭建监测系统,通过断轨检测模拟试验,验证该方法的有效性和准确性,并通过TDOA算法实现对断裂的定位。研究结果表明:轨道断裂会产生明显的声发射信号,且断裂声发射信号特征主频在100~160 kHz,声压幅值高,且在时域上存在明显的突发性;其特征与列车运行特征存在明显区别,可有效实现实时断轨监测;利用TDOA方法实现轨道断裂位置的确定,定位精度优于±20cm。研究结果为轨道断轨检测提供了有效的参考依据,对轨道交通运行安全的技术发展具有十分重要的意义。     

基于列车运行线的铁路货车运行里程计算方法

为进一步提高铁路货车检修质量,降低检修成本,有效监测货车的运输安全,需要准确掌握货车的运行里程。针对现有货车运行里程计算存在的问题,文章提出了一种基于列车运行线的铁路货车运行里程计算方法,通过整合铁路运输信息集成平台采集的货车运输数据,将列车运行线绑定列车编组,生成货车运行轨迹,基于列车运行线路网车站位置关系构建里程计算模型,实现货车运行里程的计算。本方法充分利用了铁路运输信息集成平台现有数据资源,通过列车运行线实现了货车运行位置的追踪,加大追踪节点的密集度,提高里程计算的精度和智能化程度。     

基于深度优先搜索的铁路站场遍历算法研究

在列车运行控制系统中,及时准确地了解列车所在位置是非常重要的。卫星定位技术GNSS(GlobalNavigation Satellite System)已经逐渐应用到列车定位技术中,在对列车进行定位时需要对定位数据的可靠性进行验证。车站的定位数据可靠性验证工作建立在对车站站场进行多次遍历获得定位数据的基础上。利用计算机仿真技术模拟列车在站场内遍历能够对现场很难实现的遍历情况进行重复测试。本文对铁路站场与有向图的相似性进行研究,建立基于铁路站场结构的拓扑模型,在此基础上结合站场实际遍历的情况与图的深度优先遍历算法思路,提出一种基于链表数据结构的连续遍历站场的算法。结合实际站场图进行遍历算法仿真,较好地实现了连续遍历并获取较高的遍历效率。     

基于运统1电子化传递系统的列车运行追踪与安全预警系统研究

确保运输安全、提高运输效率是铁路行车指挥的终极目标,实时掌握运行中列车的高精度位置对于保证行车安全十分重要。基于中国国家铁路集团有限公司正在实施的运统1电子化传递项目,提出利用该项目为机车乘务员配备的手持终端,采用卫星定位、移动物联网及数据融合技术,研究实时的全国铁路列车追踪与安全预警系统,可为调度员提供全国铁路路网图列车运行追踪监控画面,并可依据列车有效制动距离提供分级安全预警。     

铁路通信光缆安全实时监测方法研究

利用铁路既有光缆搭建基于φ-OTDR原理的光纤干涉系统,通过小波信号分析、阈值化处理等信号处理方法,实现对铁路通信光缆安全的在线监测。在重点监测线路施工的同时,根据列车振动信号分析列车运行位置以及铁轨健康状态。在实验过程中,系统以小于3s的报警响应和零漏报率,且定位误差小于10m的实验结果,为铁路通信光缆的安全运用提供借鉴。     

引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案适应性研究

随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明：卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。     

基于轮轴测速辅助的列车卫星定位压制干扰检测方法

基于卫星导航的列车测速定位是我国新型列车控制系统的重要内容,常规的列车卫星定位方法研究主要关注其可用性及功能安全,在复杂铁路运行环境中,来自系统外部的卫星导航干扰信号可能对测速定位性能带来严峻威胁,如何对卫星定位干扰实施有效检测并进行隔离防护是确保列车测速定位性能的关键环节。基于卫星定位干扰作用原理,提出一种基于轮轴测速辅助的卫星定位压制干扰检测与防护方法,基于轮轴测速数据与轨道地图数据库构建卫星观测信息参考量,通过显著偏差检测与残差统计检验识别因干扰而性能降级的观测信息,并在最终定位解算中对其进行隔离。采用青藏铁路试验数据构建压制干扰注入测试环境,基于典型调幅干扰、相干连续波干扰场景测试结果表明,所提出的方法能够有效识别并排除因干扰导致的劣化观测信息,相对于未实施干扰检测与隔离的情况,定位误差标准差最多可降低41.90%、82.86%,该方法对于提升列车卫星定位的干扰防护能力及可信性水平具有重要意义。     

基于北斗导航的列车定位技术研究

北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力,为北斗卫星导航在铁路系统中的应用发展提供重要契机。将北斗卫星导航系统应用到列车定位系统,不仅能提高定位精度,而且能降低成本,也是列车运行控制系统安全性与可靠性的有力保障,对于列车定位系统的研究具有深远意义。与四大卫星导航系统进行比较,根据列车定位技术的分类,归纳各自特点和研究方向,最后指出基于北斗导航的列车定位技术下一步的重点工作。     

基于北斗卫星导航系统的列车安全定位保障方法

针对目前列车运行控制系统发展规划,尤其是正在飞速发展的基于通信的列车控制在列车定位安全性和精确性方面的需求,基于我国自主开发并建设的北斗卫星导航系统,提出并实现以北斗卫星导航系统为核心,并结合多模定位与多传感器定位测量方式组合融合的列车安全定位方法,介绍其系统架构设计,对涉及的关键技术进行说明.     

基于GNSS定位和卫星影像的铁路中线数据生成方法研究

随着我国铁路建设事业发展,GNSS卫星定位、卫星影像等技术越来越多的应用于铁路测绘领域。在一条铁路正式开通前,获取其中线数据有利于开展相关仿真试验,或为后期高精度制图提供初始数据。为解决获取及生成铁路中线数据采样量大等问题,采用了结合卫星定位和卫星影像的数据生成方法,在铁轨中线上间隔几十米至上百米采集卫星定位的大地坐标,通过坐标变换、曲线插值算法生成所需的铁路中线坐标点,再结合卫星影像优化算法参数,得到更精确的数据点。研究表明,通过一定距离间隔的卫星定位,生成短距离间隔的密集数据点,可减少卫星定位采样工作量。最后,基于在某铁路上实际采集的数据,验证了该方法的有效性。     

基于GPS的CIR卫星定位单元设计

机车综合无线通信设备(CIR)用于实现机车和调度台之间的通信,兼容当前铁路调度系统中使用的450MHz和GSM-R二种通信方式。为实现以上二种通信方式的自动切换,以及450MHz通信区段内通信频点的选择,研究设计了一种基于GPS的卫星定位单元。介绍了卫星定位单元的总体设计、硬件结构和算法软件。现场实验结果表明,设计的卫星定位单元能够在使用中准确地实现通信方式和通信频点的自动切换,满足CIR的通信要求。     

基于监测树的高速铁路光传送网络故障定位研究

高速铁路光传送网络承载了列车控制等安全级别较高的业务,其正常运营是铁路安全行车的基础。为保证网络的安全可靠性,在网络链路出现故障时,必须快速准确地定位故障链路。利用监测树M-tree方案,通过将网络拓扑转化为树形结构,并在指定节点设置监测器实现故障链路定位。为实现M-tree的构造,提出基于度与距离的监测器分配算法DDMA,算法选择节点度最大且相互距离最远的两个节点作为监测信号的转发节点以扩展M-tree。仿真数据表明,利用DDMA设计的M-tree方案所需监测代价不超过理论最小监测代价的7%。相对于现有的监测迹M-trail方案,DDMA算法最大可以节省30%左右的监测代价。利用DDMA为高速铁路骨干层光传输网络设计M-tree监测方案,实际监测代价不超过理论最小值15%。DDMA算法复杂度较低,当网络中含有100条链路时,算法运行时间不超过0.2 s。     

基于铁路数据服务平台的铁路工务设备安全画像应用设计方案

为保障列车运行安全,减少安全设备投入,提升安全管理效率,设计了基于铁路数据服务平台的铁路工务设备安全画像应用方案。以分析当前铁路工务设备检测现状作为切入点,结合铁路数据服务平台,运用机器学习框架和大数据治理技术,从设备状态指标统计分析、设备单元安全评价、关键指标及安全态势趋势预测、高危设备及不良态势安全预警等4个方面设计铁路工务设备安全画像应用功能。辅助业务人员快速定位数据,对工务设备安全态势有更加直观的判断,以防止设备不稳定状态导致的事故故障,实现事故故障超前防范。     

基于北斗三代的铁路监测预警系统设计

针对铁路安全隐患问题,提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警,设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统,该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测,同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明,该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势,可见的卫星个数显著增加,水平精度提高20%以上,高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比,为合理布设基准站提供参考。     

基于北斗定位技术的铁路基础设施监测系统设计与应用

近年来，为保障铁路运输安全，利用北斗高精度定位技术的铁路基础设施位移监测方法得到了广泛研究。文章介绍了北斗高精度监测的原理，详细阐述了基于北斗定位技术的铁路基础设施监测系统的架构、功能和接口设计，并通过现场监测数据对该系统的功能进行了验证，验证结果表明，该系统能够实现毫米级的监测精度，可为铁路基础设施位移监测提供技术支撑。