基于移动闭塞的仿真VOBC特殊点注入方法研究

针对区域控制器ZC子系统测试时遇到的线路数据库特殊点覆盖率不全问题,提出了基于移动闭塞原理的仿真VOBC特殊点注入方法。该算法首先对线路数据库进行数据预处理;再根据列车所处的位置,利用速度、加速度、移动授权、列车不确定性等参数,计算列车的下一位置;最后根据位置来判断列车是否经过特殊点,若经过,则将特殊点注入位置报告发送到ZC。经在广州地铁7号线室内测试验证,线路特殊点覆盖率达到了99.52%,且遗漏的点也符合安全要求,有效提高了ZC系统功能测试效率。     

城市轨道交通CBTC信号系统列车位置不确定性分析

当前,城市轨道交通为满足大运量的需求,对列车运行间隔要求越来越高,即列车自动控制系统对列车的定位必须更加精确可靠,以保证小间隔的列车安全运行要求。介绍了列车测速和列车定位的基本原理,从算法原理入手分析了列车速度不确定性和位置不确定性的产生原因以及计算方法,以供列车精确定位参考。     

基于GSM-R网络接口监测系统的列车位置?监测技术研究

GSM-R网络接口监测系统能够监测列车的运行线路、公里标、小区、经纬度、速度、占用股道及行车方向等位置相关信息,提出从接口监测系统提取列车位置信息的计算方法,探讨如何在保障列车位置信息安全使用的前提下,向非安全相关的且需要列车位置信息的铁路业务系统共享列车位置信息,提高了接口监测系统中列车位置信息的利用率。     

基于电磁感应动态模型的欧标应答器系统定位研究

采用欧标应答器系统获得的列车绝对位置存在不确定性，不确定性的增加会降低列车的停车精度。通过分析欧标应答器位置修正系统的构成及内部信息流，发现欧标应答器系统有效电磁作用时间误差和速度测量误差对其获得的绝对位置不确定性有较大影响。针对有效电磁作用时间问题，采用四边形模拟应答器发送天线、八边形模拟应答器传输模块接收天线建立应答器系统的磁通量分布模型，并引入磁通量随列车运动的变化，得到磁场感应电动势的动态速度模型（电磁感应动态模型）。基于该模型分析动生电动势、感生电动势与电磁作用距离的关系及干扰、旁瓣对电磁作用距离的影响；通过分析现场实测列车定位数据的电磁感应有效区域数值分布，验证电磁感应动态模型计算数据与实测数据的相符性。结果表明：支持向量机SVM从基于电磁感应动态模型标记的现场实测训练数据中学习得到的应答器位置修正异常分类模型可以实时对列车应答器位置修正做出评估，对于偶然性干扰或旁瓣等导致的异常修正可以给出报警；基于电磁感应动态模型对实测电磁作用时间数据进行修正后，可降低时间数据带来的相对平均误差达47.7%，从而获得更为精确的列车绝对位置，提高列车停车精度。     

适用于高速铁路地震预警系统的列车无线指纹定位方法

为满足高速铁路地震预警系统列车实时定位的需求,提出1种列车无线指纹定位方法。首先,使用高速列车采集铁路沿线无线通信系统接收电平、定时提前量及公里标等信息,基于无线传播模型将定时提前量映射为无线电波传播损耗,进而生成无线指纹并建立其数据库;然后,根据列车运行轨迹特征动态划分信号空间,限定无线指纹搜索范围,建立统一量纲的无线指纹相似度计算模型;最后,使用加权k-近邻算法在无线指纹数据库中搜索与待定位列车相匹配的无线指纹,计算列车的位置。在高速综合检测列车安装测试设备,分析检验列车无线指纹定位得出的位置与实际位置的差值,结果表明列车平均定位误差为82m,可满足高速铁路地震预警系统的需求。     

基于人工蜂群算法的高速列车运行节能优化研究

合理的列车操纵方式能在很大程度上降低列车运行过程中的能耗,为了有效降低高速列车运行能耗,从研究高速列车的操纵方式入手,首先建立列车牵引计算模型和列车运行能耗计算模型,其次通过对比人工蜂群算法(ABC算法)和粒子群算法(PSO算法)的优化性能证明ABC算法优于PSO算法,提出了在满足运行速度、运行时间以及运行区间等约束条件下,采用ABC算法与操纵工况序列相结合的方法来优化计算确定高速列车操纵工况关键转换点最优位置和速度。最后通过对选取线路的MATLAB仿真模拟,验算了ABC算法在降低列车运行能耗方面的有效性。研究表明,经过ABC算法优化后的结果均能满足优化操纵方式的基本操纵策略且达到了良好的优化效果,能较好地解决列车节能操纵优化问题。     

基于模糊时间Petri网的列车运行时间不确定性问题的处理

定义一种应用于铁路列车运行系统的模糊时间Petri网；针对列车运行时间存在的不确定性，该Petri网引入了4个模糊集理论函数：模糊时间片、模糊使能时间、模糊发生时间和模糊延迟，来处理时间的不确定性问题；能够对列车运行过程中的时间不确定性问题进行定量分析，可以有效应用于列车交会、列车终到时间、列车运行计划调整的分析等；其相对于已有的方法具有精确分析、计算简单、简化系统、便于系统集成的特点。     

输入受约束的高速列车鲁棒自适应动态面控制

实现高速列车对期望速度与位移的精确跟踪至关重要。考虑输入饱和约束以及由于不确定的运行阻力、未知的黏滞摩擦系数和未测量的运行状态等引起的系统不确定性,提出高速列车的鲁棒自适应动态面控制算法。建立考虑牵引与制动转矩产生动态过程的高速列车动力学模型;引入扩张状态观测器在线估计和补偿系统总的不确定性,应用跟踪微分器代替动态面控制中的一阶滤波器,构造附加系统处理输入约束问题,设计了高速列车的鲁棒自适应动态面控制律;基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性以及高速列车速度跟踪误差和位移跟踪误差的半全局一致最终有界性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

RFID技术在列车高精度定位中的应用

在CBTC(基于通信的列车控制)系统中,列车定位的精确性是保证列车安全高效运行的前提,而基于RFID(radio frequency identification,无线射频识别)的列车定位技术,是提供高精度列车定位的技术条件。从电子标签、读写器、系统高层3方面对RFID技术工作原理进行阐述,并介绍基于不同设计标准的RFID铁路应答器的技术指标及工作原理;分析影响列车定位精度的列车位置不确定性产生的3种因素(测速误差、轮径误差和应答器校正误差),提出通过RFID铁路应答器消除列车位置不确定性,提高列车精确定位的方法,并通过实测数据,验证RFID技术高精度定位的可行性,即在不同行车速度下,RFID技术均能准确完成列车定位,RFID应答器响应时间均在0.2 s以内,实际定位误差均未超过测量值的2%,可以满足轨道交通中低速CBTC列车辅助定位的需求。     

面向更高速度综合检测列车时空校准系统研制

针对现有高速综合检测列车时空校准系统存在的时间同步延时不稳定、里程校准精度不足等问题,提出一种高精度时空校准系统。在时间校准方面,系统采用GNSS、高频率恒温晶振进行系统内部时钟的驯服和保持,并基于PTP精确时间协议发布时间校准信息;在里程校准方面,系统利用光电编码器、惯性组合里程定位、RFID射频里程标签、点式应答器里程信息和LKJ列车运行里程信息实现里程数据的累加和校准,并通过以太网向各专业检测系统发布里程校准信息。试验结果表明,该系统可实现纳秒级时间精确同步和厘米级里程校准,校准频率最高可达1 250 Hz,能够满足更高速度综合检测列车的运用需求。     

低地板铰接列车动态包络线计算

通过分析70%和100%低地板铰接列车通过直线轨道和曲线轨道时的位置和运行姿态,推导铰接列车几何曲线通过算法。采用CJJ96-2003车辆动态包络线计算方法,根据铰接列车的结构特点对计算公式进行修正。结合列车姿态,提出铰接列车的动态包络线计算公式和计算方法。编写了计算机仿真软件,实现低地板铰接列车的几何曲线通过和动态包络线自动计算。     

城市轨道交通ATO的节能优化研究

自动列车驾驶系统ATO通过对列车的速度调节实现列车在站间的自动运行,列车在站间的控制策略决定其运行的能耗。传统的ATO可以根据线路情况、列车当前速度、位置、牵引制动特性以及停车点的位置计算相应的速度曲线,通过一定的控制算法实现对列车速度的精确追踪,保证列车准点并精确地到达停车点。但是该过程使得列车在站间运行时反复实施牵引力和制动力的转换,能耗较大。本文在传统ATO控制策略的基础上,分析一种基于驾驶策略的ATO控制方法,给出一种ATO节能驾驶策略的求解算法。该算法在保证列车到站时间误差在一定范围的前提下,通过延长列车的惰行距离,减少列车在站间运行的能耗。     

基于CKF-SVSF数据融合提高CTCS-3级列控系统测速精度的研究

高速列车速度测量值的精确程度直接影响列控系统对列车运行的控制,根据列车速度等参数计算的列车制动距离的准确性也直接影响列车运行安全。针对既有测速算法的不足,提出了采用CKF-SVSF数据融合算法来提高列车速度测量的精确性。相对于传统的滤波算法,该算法充分结合了CKF和SVSF算法的优势。容积卡尔曼滤波算法(Cubature Kalman Filter,CKF)可更加精确地实现对非线性系统的状态估计;滑动可变结构滤波算法(Smooth Variable Structure Filter,SVSF)提供了在非线性系统的模型误差干扰下更具鲁棒性的测量方法。     

列车定位中置信区间的确定方法

车载测速测距子系统对列车进行定位时有可能存在一定误差,通过具有一定置信水平的置信区间可获得安全侧的距离和速度信息。本文提出通过状态方程预测结合测量区间校准的方式获得综合置信区间的算法,当遇到应答器时对距离信息进行修正;同时给出了列车发生空转、滑行等异常情况时的处理方式;最后通过仿真验证了算法的可行性。     

计算机联锁系统中逻辑区段状态定义与功能设计

区域控制器-车载控制单元通信存在列车定位的位置不确定性及通信延时的不确定性。从计算机联锁系统的角度,基于新的应用逻辑对逻辑区段的占用状态进行详细定义,其中包括多列车追踪区域的逻辑区段状态集定义。逻辑区段占用状态的新定义,可有效兼顾传统逻辑区段应用的高效率和高可靠性。基于逻辑区段的新定义,在计算机联锁系统中设计了设备故障判断和定位、配置数据的一致性判断、基于逻辑区段的多列车追踪和区段解锁等新业务功能。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

基于变步长迭代逼近的轨道交通列车运行计算方法

既有轨道交通列车运行计算方法存在计算误差大、效率低、应用有风险等问题,因此提出1种基于变步长迭代逼近的轨道交通列车运行计算方法。根据列车运行路径,确定保障紧急制动限制点和停站常用制动停车点,计算列车牵引运行曲线;采用变步长迭代逼近方法计算确定保障紧急制动触发点位置和停站常用制动触发点位置,将保障紧急制动触发点位置作为非停站常用制动触发点位置;据此位置计算列车匀速运行曲线、列车非停站常用制动曲线和列车停站常用制动曲线;由此形成最高效率的列车运行曲线。采用该方法对实例计算的结果表明:列车运行计算效率和精度均较高,计算结果符合列车实际运行安全控制原则;通过调整位置允许误差门限值,可有效控制列车运行计算精度和效率;计算列车运行曲线与实际列车运行曲线基本贴合。     

多质点列车牵引计算系统设计与实现

列车牵引计算系统的核心在于算法设计,从列车运动方程出发,通过列车的受力分析,建立在考虑列车运行长度情况下多质点列车模型单位合力的数学模型。从数据库设计、算法设计和界面设计三方面构建列车牵引计算系统。同时引入时间片的概念,从工况选择和停站试凑两方面制定列车牵引计算系统的自动驾驶功能。采用VC++6.0进行编程实现。     

列车牵引能耗计算方法

针对列车牵引能耗既有计算方法缺乏统计标准和能耗预测手段,通过分析机车性能、线路属性等因素对列车牵引能耗的影响,提出新的能耗计算方法。算法步骤是:客车按照车次、货车按照机车交路确定列车运行经路;按照列车起停、运行、惰行及空转、出入段及调车、上坡5种牵引过程,分别计算各区段的列车牵引能耗;按照列车径路累加各区段的能耗值,并换算为油、电的消耗量,最终计算出能耗费用。据此开发列车牵引能耗计算软件系统,以宝成线、丰台机务段为例进行能耗计算及影响因素分析,以DJ4和SSJ3为例进行新型机车牵引能耗的预测。结果表明,应用此计算方法和系统能够及时掌握列车牵引能耗的变化。     

基于GNSS双差定姿的区间列车轨道占用判别方法研究

为解决区间列车轨道占用判别问题,满足CTCS-4级列控系统需求。提出一种基于GNSS双差定姿的区间列车轨道占用判别方法。建立列车GNSS双差定姿数学模型,在获取列车基线航向角的基础上,提出一种基于粒子滤波的风险敏感滤波算法,通过引入风险敏感因子来解决由于系统的不确定性而导致滤波器鲁棒性差以及发散问题,与此同时提出一种支持向量机的分类算法,通过对定位数据的分类来判别轨道占用情况。对可见卫星数量和HDOP值对轨道占用判别的影响做进一步研究,得出优化参数。实验表明该方法的可行性和有效性,为未来卫星定位技术在列车中的应用提供一定的参考价值。