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在安全苛求的现代列车控制系统中,列车的实时定位是一个十分重要的环节. 传统的基于里程计的列车定位方法只能提供列车行驶的里程信息,在具有多条平行股道的铁路车站,传统的列车定位方法无法解决轨道占用识别的问题. 本文根据列车在铁路线路上运行的特点,提出了基于道岔曲线信息的列车定位方法,该方法利用GPS及惯性传感器辅助提取列车在道岔处的速度、加速度、角速度等运行特征,得到列车在道岔处的转弯半径、曲率变化及运行方向,并通过与车载地图数据库进行比较,实现准确的轨道占用识别及列车定位. 文中给出了采用传感器获取运行特征的方法以及实现道岔信息匹配的流程. 现场测试结果表明,在当前试验条件下,该方法已具备较强的轨道占用识别能力,能够在一定程度上提高列车定位的性能.     

列车轨道占用自动识别算法

为解决列车在道岔及平行股道区段的轨道占用自动识别问题,基于LTS-Hausdorff距离,结合D-S证据理论,提出了一种新的列车轨道占用自动识别算法,建立了可用于列车轨道占用自动识别的轨道LTS-Hausdorff距离参考模板,分析了LTS-Hausdorff距离的计算过程及轨道占用自动识别决策方法,研究了列车速度与搜索阈值对自动识别算法的影响。验证结果表明:在轨迹点数量为10时,该识别算法和基于最大似然准则的轨道识别决策的识别结果相同;列车速度越高,轨迹点越少,算法仍可进行有效识别;搜索阈值越小,算法实现时间越短。可见,识别算法有效。     

基于卫星导航的列车轨道占用加权识别方法研究

全球卫星导航系统在列车位置服务中的研究越来越广泛，基于卫星导航的列车定位方法可结合轨道电子地图将卫星定位结果转换为一维轨道里程值，其中列车轨道占用状态的正确识别是列车卫星定位的基础.本文提出一种基于地图匹配的适用于道岔区段内列车轨道占用加权识别方法，首先构建列车卫星定位的置信区域，然后计算置信区域内的线路数据与原始卫星定位结果的距离偏差和方向偏差等，对列车的轨道占用状态进行识别，并综合考虑铁路线路的拓扑结构，以及列车运行状态以提高运算效率.结合现场数据并与垂直投影法和交互多模型法对比可知，本文方法在保证轨道占用识别正确率的基础上，提高了计算效率.     

基于卫星导航的列车轨道占用加权识别方法研究

全球卫星导航系统在列车位置服务中的研究越来越广泛，基于卫星导航的列车定位方法可结合轨道电子地图将卫星定位结果转换为一维轨道里程值，其中列车轨道占用状态的正确识别是列车卫星定位的基础.本文提出一种基于地图匹配的适用于道岔区段内列车轨道占用加权识别方法，首先构建列车卫星定位的置信区域，然后计算置信区域内的线路数据与原始卫星定位结果的距离偏差和方向偏差等，对列车的轨道占用状态进行识别，并综合考虑铁路线路的拓扑结构，以及列车运行状态以提高运算效率.结合现场数据并与垂直投影法和交互多模型法对比可知，本文方法在保证轨道占用识别正确率的基础上，提高了计算效率.     

基于多传感器的轨道区段占用解决方案

针对轨道电路分路不良的问题,提出一种基于多传感器的轨道区段占用解决方案.该方案利用红外对射、接近开关和测距3种传感器不同的安装方法来实现数据采集,基于D-S证据理论建立了轨道占用检测模型,并通过Petri网的轨道占用检测模型实现列车计轴,在上位机实现对轨道占用情况的判断,以此对铁路行车控制提供有效依据.分析表明,本文设计的轨道电路占用解决方案的危险侧失效概率达到10-7,MTBF(平均故障间隔时间)达到105 h,满足铁路应用的可靠性和安全性需求;与传统轨道电路相比,解决轨道区段占用问题的正确率提高了20%.      

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轨道交通线路净空安全是确保列车平稳、不间断运行的基础.由于轨间异物对行车安全产生严重影响,所以基于非轨道电路的轨道异物入侵检测系统在铁路系统中具有十分广泛的应用前景.本文提出了一种基于移动车载摄像机检测轨间异物的方法.首先,通过钢轨识别算法自动定位钢轨位置,并确定列车前方轨道是否有其它列车或公路车辆等大型异物,若有则进行报警;之后,基于边缘检测的异物检测算法自动检测轨间可疑小异物,同时提取可疑异物的尺度信息和颜色索引参数等相关特征;最后,用支持向量机（SVM）来对可疑小异物区域进行分类和辨识.车载实验结果表明,该方法可以有效地检测出轨间异物.     

基于光纤光栅压力传感器的轨道占用检测方法研究

对轨道区段进行占用检测,利用光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)压力传感器对轮对进行计轴,结合传统轨道占用的工作原理,以及对轨道结构力学、材料学分析,从而可以判断轨道占用的状况.实际实验测试结果表明,FBG的中心波长漂移量和钢轨受力形变所产生的弯矩变化成正比,并利用LabView搭建数据处理系统对中心波长分析处理,观察中心波长的偏移量,即可以准确的识别列车轮轴的数量,从而实现轨道占用的可靠检测.     

基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法

识别列车所在轨道，是列车运行控制系统必不可少的功能. 提出一种数字轨道地图辅助的基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法. 首先，在考虑全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)与方向相关测量误差的基础上进行地图匹配，采用卡尔曼滤波算法处理速度测量值，通过加权求和的方式对GNSS与速度信息进行融合，获得列车沿轨道方向的一维位置；其次，对列车位置假设进行贝叶斯建模，计算在给定GNSS与速度测量的前提下所有可能的位置假设的概率；最后，与设置的假设概率阈值进行比较，对不同的识别结果进行分类. 实验结果表明，基于贝叶斯建模的轨道占用识别法能够减少剔除小概率假设所需的距离，与垂直投影法相比，该方法可以对列车所在轨道做出更确定的判断.     

基于视频列车车号识别系统的研究

提出了基于视频的铁路列车车号的识别系统,为铁路列车设计了一种全新的列车车号识别方法.系统通过对铁路现有设备的利用优化了列车图像的采集方法,同时提出用图像的色彩信息准确进行列车车牌图像定位分割和以像素面积原理为基础的搜索寻优进行列车车牌倾斜校正.在字符分割与识别部分使用了改善后的快速准确算法对列车车号进行处理.各个部分均采用改进了的针对性强、实用、快捷的算法和技术,完成了对列车车号识别的功能.     

基于RFID技术的列车精确定位系统设计与试验

通过对目前列车定位技术的优缺点分析对比,提出将RFID技术运用于列车定位,同时用C语言开发了RFID（Radio frequency technology）列车定位控制系统,并在模拟实验台上对其进行了试验.试验表明：RFID技术能够独立完成列车的定位,高速阅读器识别电子标签并从中读取信息的速度为20 ms左右,满足高速铁路运输.试验中RFID技术定位精度为5 cm,可以直接定位区分复线中列车所在线路以及道岔处位置.无线射频技术具有一定的抗干扰能力,能适应多沙土和多雨水的恶劣自然环境,同时可以检测列车脱节问题.     

引入轨道特征的北斗列车定位方法研究

列车定位是轨道交通众多应用的基础条件,北斗卫星导航用于列车定位能够有效提升我国轨道交通装备的自主性.针对列车北斗定位性能对运行条件的适应性需求,本文提出一种引入轨道特征的北斗列车定位方法,该方法从轨道电子地图中提取轨道特征参数,在列车状态预测的系统模型中增加轨道约束,并利用一维地图位置预测拓展北斗导航卫星的伪距测量.利用现场实测数据构建场景进行仿真.所得结果表明,本文提出的方法能够提高列车定位解算对卫星可视条件的鲁棒性,有效拓展北斗列车定位在恶劣观测条件下的可用水平,具有较高的实际应用价值.     

常导电磁型高速磁浮列车主动导向能力的评估与验证

为科学准确地分析和评估常导电磁型高速磁浮列车通过平面曲线线路的能力,利用高速磁浮列车运行中的导向间隙、电流以及加速度等状态信息,基于模糊综合评价法提出了可量化的评价指标;在不同的曲线半径、运行速度和有效载荷下,利用本文提出的评价指标对列车的主动导向能力进行了分析和评估;最后,通过实际线路测试验证了评估结果的有效性. 研究结果表明:常导电磁型高速磁浮列车的主动导向能力不仅与导向系统本身的能力有关,还与线路半径、列车运行速度等因素密切相关;提出的方法可以对常导电磁型高速磁浮列车的主动导向能力进行评估,为检验导向系统的实际效用和应用边界提供参考依据.      

基于UKF的数字轨道地图的三维线路生成方法

针对基于卫星导航系统的列车定位对数字轨道地图的实际需求, 提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的线路估计方法, 生成线路的三维数字轨道地图; 对于铁路线路的3种平面线形(直线、缓和曲线和圆曲线), 采用以里程为参数的菲涅尔(Fresnel)积分模型统一建模; 对于纵断面的直线和曲线, 采用二次曲线模型建模; 用无迹卡尔曼滤波对模型的状态(里程、三维坐标)和参数(方位角、曲率、曲率变化率、坡度、坡度变化率)进行联合估计; 将归一化新息平方和估计距离误差作为线路分段的判断条件, 最终用分段点和几何参数完成三维线路的生成; 采用仿真的平面线路数据对比了离散点法、三次多项式法和本文Fresnel法, 利用青藏线14.7 km的实测数据进一步对Fresnel法进行了验证。仿真结果表明: 在相同的误差要求下, 3种方法的平面距离误差均值都在0.024 m以内, 但Fresnel法采用了最少的分段点, 数据约简率高达99.76%; Fresnel法的最大累积里程误差最小, 由0.964 m降低为0.060 m, 减少了93.77%;Fresnel法比三次多项式法的方位角和曲率估计精度都高, 更加接近真值; 实际数据测试结果表明Fresnel法分别采用22个和20个分段点及参数即可完成线路的平面曲线和纵断面曲线生成, 平面和纵断面曲线距离误差均值都在0.03 m以内, 累积里程误差最大只有0.078 m, 位置精度和几何精度都较高。      

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。      

考虑列车追踪的自动驾驶控制算法

为了研究追踪列车安全、平稳的操纵策略,在分析列车间相互纵向动力学关系的基础上,提出了列车追踪模型. 列车在不同情况下控制目标有所不同:单独运行模式下以最优速度模式曲线运行,追踪运行模式下保证安全追踪间隔运行.为了实现不同的控制目标,采用模型预测控制的分层结构,结合二次型优化算法实现最优列车速度控制.以CRH2型列车、武广线为例验证该模型的有效性. 仿真结果表明,本文方法可使追踪列车安全性得到有效提高,且当使加速度控制在-0.75~0.5 m/s2之间,加加速度控制在-0.5~0.5 m/s3之间时,乘车舒适性得到了有效的保障.      

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿一拉夫森达代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。