基于图论和面向对象的列控数字轨道地图研究

将全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)结合在一起应用于轨道交通中,可提高列车定位精度、减少轨旁设备、降低建设和维护成本。一份结构合理的数字轨道地图可以提高列车定位的实时性和准确性。本文主要研究数字轨道地图的模型、设计和验证。首先,结合拓扑关系数据模型和面向对象数据模型的优点,对数字轨道地图进行建模;基于图论和面向对象的数据结构的思想,利用空间数据和对象属性数据实现数字轨道地图的设计。其次,结合图的深度优先搜索算法,提出对数字轨道地图连通性、合理性和正确性进行验证的算法。最后,本文在VC++平台下实现数字轨道地图的功能,并采用丰沙线三家店车站现场采集的GPS数据对数字轨道地图进行实验验证。结果表明本文提出的设计方法是可行的。     

数字轨道地图数据平顺性检查算法研究

利用卫星导航实现多传感器列车组合定位必须建立数字轨道地图。在数字轨道测量数据处理过程中,轨道数据平顺性检查是非常重要的环节,而人工检查工作量大且无法保证数据准确可靠。本文使用短时傅里叶变换分析线路数据点夹角序列的幅度谱,通过对数据进行频域高通滤波排除线路弯道对平顺性检查的影响,从而直观的检查、定位线路中的数据不平顺区域。实验表明,该方法能够直观的呈现线路平顺性,并快速定位不平顺位置,在轨道地图GPS测量过程中降低人员工作量,保证数据准确、可靠。     

变分曲线模型及其在轨道数据库生成中的应用研究

本文研究有限约束条件下的变分曲线模型及其在铁路列控轨道数据库中的应用,提出从GPS轨道数据中自动生成适合列车控制的数字轨道地图的方法、模型和算法。通过大量实测数据对算法和方法进行验证、比较和改进,针对大量轨道数据建立其数据约简的组合数学模型,分析实际列车运行时有限约束条件,研究曲线演化理论,采用基于变分曲线模型曲线形变的思想对数据进行约简和误差剔除,在满足一定的误差前提下快速自动获取少量关键数据来描述铁道轨迹,完善列控轨道数据库的自动生成与优化方法,实现基于GPS的列车运行控制系统的实时、精确定位。     

基于卫星定位的区间列车轨道占用检测方法研究

列车轨道占用检测是列车行车间隔控制的重要条件,已有的区间列车轨道占用检测方法是利用轨道电路或者计轴器等地面设备来确定的,建设和运营成本较高。本文提出了基于卫星定位GNSS(Globe Navigation Satellites System)的区间列车轨道占用监测方法,即在列车车头和车尾分别安装卫星定位接收机,通过分析卫星定位解算过程,建立评估定位风险的公式,分析不同置信区间、不同定位漏检率和误检率等因素,得出列车位置定位水平保护距离HPL(Horizontal Protection Level),结合地图匹配技术,得出列车在轨道上的占用估计,即利用列车车头与车尾的最不利位置来确定列车的轨道占用。     

列车组合定位信息采集平台的研究

实时列车位置信息是列车运行控制的基础。基于全球卫星定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)和里程计(ODO)的通用列车组合定位系统信息采集平台以ARM7处理器为核心。通过研究各种传感器数据的传输以及解算延迟问题,并对延迟进行补偿,解决传感器信息同步以及数据标准化存储等问题。系统提高了列车组合定位的精度和可靠性,同时也为不同融合算法的分析和比较提供了更为可靠的数据源。     

基于GNSS的轨道占用识别技术综述

列车的位置信息是列车控制系统的重要的基础信息,基于卫星导航(GNSS)的列车定位是近年来的研究热点,轨道占用识别是实时确定列车所在的股道及具体位置。本文介绍基于GNSS的轨道占用识别的原理,分析GNSS技术应用于轨道占用识别的可行性以及应用中的难点,包括GNSS用于轨道占用识别的精度及完好性问题,以及初始定位时的轨道识别问题。阐述目前国内外已有的一些基于GNSS的轨道占用识别方法,包括检测道岔状态、辅助应答器、检测航向角、地图匹配、隐马尔可夫模型,详细分析其原理、功能以及优缺点,认为采用隐马尔可夫模型进行定位不需要其他辅助手段,并可以有效地解决初始化定位问题,是一种较好的方法,需要进一步研究并进行实际测试验证。     

多轨迹GPS数据生成高精度列车控制用数字电子地图的方法

采用GPS进行列车定位是一种全新的列车定位方法。而建立生成各个车站和区间的数字电子地图是一项巨大的工程。针对高效率、低成本地生成列车控制用高精度电子地图，提出了多轨迹求径的概念，即利用低成本GPS接收机采集的线路轨迹数据，在关键点（POI点）坐标的约束下，拟合得出线路方程，用以生成数字电子地图。该算法在城市智能交通系统车载导航地图线路更新，未知区域线路探测等领域也有很好的应用前景。     

数字轨道地图线路特征分段拟合方法研究

基于全球卫星导航系统（GNSS,Global Navigation Satellite System）的列车定位技术降低了铁路建设与运营的成本，数字轨道地图作为地图匹配方法的基础，通常作为辅助定位手段对卫星定位偏差进行校正，对轨道线形进行准确描述及约简是轨道电子地图构建存储的前提。文章采用方位角近似估计曲率的方法对轨迹平面线形进行初步识别分类，为提高线形的拟合精度，引入自适应权值因子，对最小二乘拟合法进行优化，以消除大偏差观测数据对拟合趋势的影响，从而保证整体轨迹数据的平滑拟合及精度。实测车辆轨迹数据验证表明，该算法可对车辆轨迹线路特征进行有效提取及准确描述。     

地图辅助北斗/惯导组合的列车轨道占用估计方法

卫星导航在铁路运输系统众多基于位置的应用服务中具有广阔的应用前景,我国自主建设的北斗卫星导航系统已正式开始提供区域服务,为卫星导航在铁路系统中的应用发展提供了重要契机。在采用卫星导航实现列车定位的过程中,列车轨道占用状态的估计识别是列车位置描述的重要内容和定位正确性必要前提,本文结合高速列车追踪接近预警系统这一应用背景,根据系统功能及性能的实际需求,提出一种基于地图辅助北斗/惯导组合的列车轨道占用估计方法,该方法利用地图辅助信息对北斗/惯导融合所需系统模型进行约束,并采用交互多模型估计策略将列车组合定位过程与轨道占用状态估计进行结合,有效实现了轨道占用识别的实时性和自主性。论文采用实际现场测试数据对所提出的轨道占用估计方法进行了验证,并通过与GPS模式的比较探讨了我国北斗卫星导航系统在铁路系统应用中的可行性和实际性能。     

正线机车无线调车机车信号和监控系统地图数据验证

正线机车无线调车机车信号和监控系统通过GPS地理信息地图实现机车位置的定位,进而实现调车作业过程的安全防护.制作GPS地理信息地图需到车站采集GPS数据,受电磁环境等因素影响,GPS数据在采集过程中可能会出现偏差,直接影响GPS地理信息地图的准确度.通过GPS机车定位装置记录机车坐标来检验GPS地理信息地图,能及时发现问题,确保GPS地理信息地图的准确度.由于GPS机车定位装置记录的数据量过于庞大,且有用部分所占比例很小,提出一种数据提取机制,阐述实现该机制的软件流程以及检验GPS地理信息地图的实现过程.     

高铁VoLTE测试中基于小区方位角的定位方法

Vo LTE测试对优化高速铁路(简称高铁) 4G网络性能与评估高铁舒适度具有重要意义。针对高铁4G高清语音Vo LTE测试中的GPS信号缺失问题,基于小区方位角和高铁地图,计算小区天线主瓣方向射线与高铁轨道曲线的交点,根据相邻基站的覆盖切换交点求出高铁沿线每个基站的覆盖范围;在该覆盖范围内,以铁路轨道离散化的经纬度点数与测试终端RSRP采样点数的比值作为插值周期,均匀插值等量、缺失的轨道经纬度信息,实现对测试终端的定位。通过对兰新高铁不同地形的现场测试和仿真分析,结果表明:该方法在GPS信号缺失情形下能够获取测试终端的位置信息且定位精度约8 m,满足了高铁Vo LTE测试数据分析对位置信息的需求。     

地图辅助定位方法在列车定位中的应用

地图辅助定位是使用道路地图矢量辅助其它手段进行车辆定位的一种方法。本文依据线路平纵断面特征对线路进行单调分段后,建立线路平面和纵断面数字地图数据库,然后以铁路线路平面特征辅助GPS进行列车连续定位,分别推导出直线、缓和曲线以及圆曲线区段的列车位置估算公式。在直线区段将GPS位置信息投影到实际线路上进行列车定位;在缓和曲线上,根据实测当前点曲率以及缓和曲线曲率和全长计算列车的位置;在圆曲线上,提出利用同向切线法实现列车连续定位的方法。文中还探讨了应用纵断面变坡点作为虚拟查询应答器实现单点定位的方法。最后给出列车连续定位的现场实验结果和利用变坡点实现单点定位的仿真结果,验证了方法的有效性。     

GPS卫星定位系统在轨道测试仪中应用的研究

便携式轨道测试仪是检测铁路轨道平顺性的有效手段,测速模块是其重要组成部分。现有轨道测试仪的测速方法在使用中存在定位不准等缺陷,为此研究了利用GPS全球卫星定位系统的新型轨道测试仪。本文论述了系统软硬件的总体设计及应用GPS的关键技术和实验分析。新系统可以提高轨道测试仪的故障点定位精度,更快、更准地找到故障点,提高了维修效率。     

“当前”模型自适应卡尔曼滤波在有轨电车定位中的应用

有轨电车常与地面其他交通工具混行,因此其准确定位是列车调度指挥和运输安全的重要保障。为节约成本,有轨电车系统一般采用GPS结合速度传感器等方式进行定位,而非大量铺设应答器,因此,GPS信号的处理对于列车定位精度的提高具有重要作用。从简化系统、节省费用、计算难度和精度等方面综合考虑,采用卡尔曼滤波方法对GPS定位信息进行修正。同时,为更好地描述列车运行状态,使其更贴近列车真实运动情况,采用机动加速度"当前"统计模型结合自适应卡尔曼滤波方法对有轨电车位置进行最优估计处理。通过Matlab仿真对在试验场地采集的GPS定位信息进行最优估计处理。仿真结果表明:采用"当前"模型下的自适应卡尔曼滤波算法后,列车定位结果能够更好地跟随其运动的真实轨迹,更接近其真实值,很好地提高了定位精度。     

卫星定位轨迹最小二乘拟合适应性分析

卫星定位技术在列控系统深入应用,轨道信息数字化是其中的关键问题。提出一种基于卫星轨迹最小二乘拟合的轨道数据采集方法,并针对地理坐标系距离计算和非线性映射两个问题,提出3个假设条件。当待拟合的卫星定位数据满足这3个假设条件时,可以使用最小二乘方法获得轨道的近似最优解。     

跨坐式单轨交通轨道梁定位测量及线形检测方法探讨

为了提高跨坐式单轨交通轨道梁安装定位精度,提升轨道梁线形平顺性,提出一种基于轨道梁基础控制网的轨道梁定位测量及线形检测的新方法。介绍了该方法下的轨道梁基础控制网点位设置、测量方法和精度指标分析,以及轨道梁线形检测断面设置、检测点测量、检测数据处理及线形分析的方法。给出了轨道梁定位测量时全站仪的定向方法及精度指标;研发了精密测量基座。实际案例表明,轨道梁基础控制网相对点位精度为±1.5 mm,轨道梁平面定位精度为±3 mm,高程定位精度为±2 mm,验证了该作业方法的可行性,定位安装后的轨道梁符合相关规范的验收要求。     

列车监控系统专用电子地图自动生成算法的研究

GPS是近年来得到广泛应用的定位系统,将先进的定位技术应用于铁路站场可实现调车的可视化、智能化监控,有利调车安全,提高调车效率。但是车站股道密集的特点决定了对定位数据高精度的要求,生成一张精确的电子站场图成为实现列车智能化监控的一个必要环节。本文针对调车作业产生大量重复轨迹的特点提出多轨迹融合的方法实现地图自动精确化和更新,并且对定位测量方法及弯轨的表示进行了讨论。初步的实验结果证明了算法的有效性。     

基于GPS与惯性测量单元的列车组合定位系统

采用GPS接收机及惯性测量单元构成列车组合定位系统,系统包括传感器输入层、故障检测与隔离层、数据融合层和输出层4个部分。给出GPS接收机、惯性测量单元等定位传感器的位置解算方法;设计采用H∞鲁棒滤波方法的数据融合算法;采用小波变换方法进行组合系统故障检测,确定故障隔离及系统重构策略。对列车组合定位系统进行现场测试和仿真验证结果表明:在复杂的列车运行环境及干扰条件下,该系统能够实现高精度高可靠性的列车定位;定位误差较采用传统的Kalman滤波方法更为稳定;组合系统能够有效实现故障检测并根据故障隔离策略重构系统,保证定位输出的连续性,保障系统安全;具有较高的适应性和实际应用价值。