基于HMM的列车轨道占用自动识别算法研究

在列车运行控制系统中,及时准确地了解列车所在位置事关列车运行安全.在车站,列控系统需要准确了解列车所在股道,以控制两列列车在车站交会或越行.由于车站股道密集,单纯依靠卫星定位系统(GNSS)确定列车所在的股道有较大困难.隐马尔可夫模型(HMM)是广泛应用于语音处理的一种时间序列统计模型,本文将HMM应用到列车股道占用自动识别中,对列车运行轨迹建立HMM,解决了卫星定位系统用于列车定位时列车占用股道的识别问题.对于HMM状态个数、卫星定位输出频率与列车运行速度对识别的影响等做了进一步的研究,得出优化参数.     

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。     

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。     

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。     

基于北斗-陀螺仪组合定位的轨道占用判别方法研究

自主定位是CTCS-4级列控系统对列车定位的要求。在车站内的平行股道区段,轨道占用判别是列控系统获取列车位置信息的重要环节,而现有判别方法尚未满足CTCS-4级列控系统需要。本文使用北斗卫星导航系统与微机械陀螺仪组合定位的技术进行列车定位,重点研究其中的列车轨道占用判别方法。该方法应用模式识别,对从卫星定位系统及惯性传感器获得的列车运行状态进行实时分析,判别当前轨道占用。实验表明,该方法响应时间小于3s,对样本数据判别结果与实际相符,能够很好的辅助列车获取位置信息。     

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。     

定位同步系统

针对现有定位技术定位信息精度不高、设备占用空间较大等问题,设计了一种基于GNSS和射频识别技术辅助列车定位的小型化定位同步系统新方案。采用GNSS和射频识别技术,通过将铁路及城市轨道交通里程信息与经纬度、电子标签号码建立一一对应关系,实现检测车的里程定位。对小型化定位同步系统进行试验,验证系统具有可行性,可为铁路及城市轨道交通检测车运行中小型化、便携化精确定位提供较为有效的解决方案。     

列车定位中GNSS的RAMS研究与评估

随着全球卫星导航系统GNSS及相关技术的不断发展和铁路运输系统的信息化,基于GNSS的定位技术被逐步引入列车控制系统中,而如何验证及评估其是否满足列车定位的实际需求,是将GNSS应用于列车定位中亟待解决的问题。为解决GNSS性能指标与铁路RAMS指标的映射问题,提出一种平行递进模型下GNSS性能指标与RAMS指标间的完整映射关系模型,并给出GNSS定位单元RAMS各项指标的定量计算方法。结合城市和郊区两段铁路沿线的车载动态实测数据,对两种情境下GNSS定位单元的RAMS性能进行评估,验证映射模型在实际应用中的可行性,为铁路领域GNSS专用测试平台和评估体系的构建提供一定的理论参考。     

车车通信后备模式下智能轨旁对象控制器系统

为解决基于车车通信的列车运行控制系统在通信中断情况下，信号系统降级后备模式运行的问题，设计了一种基于超带宽通信技术和射频识别技术的智能轨旁对象控制器系统，实现了双向列车定位、列车车号识别、列车完整性判断、列车行驶方向判断和轨道占用检测等一系列基础功能。研制了样机并进行实验室测试。测试结果表明，后备模式下，所提智能轨旁对象控制器系统可以提供地面设备办理进路的后备模式，保障行车安全。     

基于CS-BP的列车卫星定位欺骗干扰检测方法

随着列车运行控制模式车载自主化、系统智能化发展需求的不断深化,新型列车运行控制系统的设计与运用对列车测速定位自主性、可信性的需求愈发显著。全球导航卫星系统因其具备覆盖范围广、定位精度高、全天候等优势,成为新型列车控制系统实施列车自主定位的重要发展应用方向。卫星导航系统存在显著脆弱性,来自铁路沿线运行环境的干扰会对列车定位感知性能形成严重威胁,因此,准确、及时检测并识别干扰的发生是实施有效防护并确保列车运行安全的关键。欺骗式干扰通过信号转发或者定制生成虚假卫星信号信息,可诱骗接收机终端使其解算出错误的定位结果,具有复杂性、隐蔽性和危害性,对特定设备的影响极大。基于此,研究并提出一种列车卫星定位欺骗干扰检测方法。首先,分析列车卫星定位面临的欺骗干扰特征;其次,提取对欺骗干扰敏感的观测量构建典型特征量;然后,设计包括样本集构建、离线模型训练、在线检测识别等环节的欺骗干扰检测总体方案,提出基于布谷鸟搜索算法改进BP神经网络的卫星定位欺骗干扰检测模型构建方法;最后,搭建列车卫星定位欺骗干扰测试环境,采用多种观测信息及特征实施干扰样本的CS-BP模型训练并将其用于识别特定形式欺骗干扰的存在与特征,...     

LZB700M型城市轨道交通信号系统列车定位技术浅析

实时、准确地确定列车在线路上的位置是城市轨道交通信号系统保证行车安全、提高运营效率的前提。LZB700M型信号系统以FTGS917型轨道电路作为区段空闲/占用检测设备,并通过轨道电路向列车发送特定报文实现列车的粗略定位,采用测速电机进行精确定位,同时还采用同步环线进行站台区段的辅助定位。重点对以上3种定位技术进行了原理分析。     

旅客列车过站径路优化模型与算法

在给定铁路客运站站形布局和列车运行图的前提下,研究旅客列车过站径路优化问题。过站径路由列车的接车作业进路、占用的到发线和发车作业进路拼接而成。以旅客列车的接发车作业进路为决策,以道岔和到发线占用相容性为约束,以最大化接发车作业进路效用和到发线运用效用为优化目标,建立旅客列车过站径路优化的0-1规划模型。设计基于极大列车过站径路方案k剔除邻域系的模拟退火算法。以某客运站为例验证该模型和算法的合理性。结果表明:模型对实际问题的描述准确,算法效率较高,适用于求解大规模铁路客运站旅客列车过站径路优化问题。     

新型列车运行控制系统——SCBTC系统

一种基于通行信号链的列车运行控制移动闭塞系统(SCBTC-MAS),可作为一个独立监测系统与现有列车运行控制系统(TBTC或CBTC)并联运行,为列车运行提供一个"双保险"机制。SCBTC-MAS具有精确、实时的轨道占用检测及闭塞控制能力,令列车在信号系统故障、列车定位失效、人为操作错误情况下,仍可有效避免相撞事故的发生。     

浅析FTGS轨道电路的故障处理方法

FTGS轨道电路用于检查和监督轨道区段的列车占用情况,以及传输ATP的报文信息,是联锁系统的"三大要件"之一,是ATP系统的基础,其重要性不言而喻。介绍在实际应用中FTGS轨道电路常见的故障,并对其进行分析,提出解决方法。     

基于光纤光栅压力传感器的轨道区段占用检测方法研究

轨道电路是用于检测列车是否占用轨道区段的设备,正确判断其分路状态对行车安全十分重要。当出现轨面生锈或积污等问题时,由于分路电阻过高导致轨道电路分路不良,这将影响分路状态的可靠判定,轨道区段占用检测方法仍存在瓶颈。对此,利用光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)压力传感技术的优势,结合轨道电路的工作原理和轨道动力学分析结果,设计轨道占用检测的系统结构;监测FBG的中心波长漂移量,统计列车进出轨道区段的轮对轴数,通过轴数比较解决轨道电路分路不良时的轨道区段占用检测问题。对光纤Bragg光栅纵向应力特性进行仿真实验,结果表明:FBG的中心波长漂移量和纵向应力的改变成正比,即和钢轨受力形变所产生的弯矩变化成正比,这种应力特性可有效应用于轨道区段的检测问题。     

基于着色Petri网的下一代列控系统虚拟闭塞技术仿真分析研究

采用虚拟化的逻辑区段代替实际的轨道占用检测设备划分轨道区段，这对自然环境恶劣、维修维护工作困难的高寒铁路具有重要意义。针对下一代列控系统的特点，对其虚拟闭塞技术展开研究。分析了虚拟闭塞条件下，列车占用检查功能以及车地通信故障情况下，区间安全防护功能的逻辑实现。根据对虚拟闭塞技术的研究，以车地通信故障情况下，区间虚拟区段的封锁设置为例，采用着色Petri网的基本概念，利用CPN Tools建模仿真工具，对封锁功能进行建模仿真分析。根据验证结果，对所建模型进行分析修正，确保模型逻辑功能的正确性。     

基于电磁场模型的轨道电路钢轨阻抗研究

轨道电路能够传递列车行车许可、检查轨道占用,有效地保证了列车安全高效的运行.轨道电路的钢轨阻抗决定了轨道电路的传输性能,研究钢轨阻抗变化具有重要意义.本文提出一种基于电磁场模型的钢轨阻抗研究方法.首先分析轨道电路中钢轨阻抗的分布原理,确定钢轨阻抗的计算方法;然后建立模型,计算比较有砟轨道和无砟轨道钢轨阻抗在不同环境和频率下的变化;最后仿真验证无砟轨道钢轨阻抗优化方法的正确性.结果表明电磁场模型可以很好的模拟轨道电路,分析不同环境下钢轨阻抗的变化规律,验证了加高距离和绝缘方法对于优化无砟轨道钢轨阻抗的正确性.     

基于CTCS-3级列控系统的高速铁路移动闭塞实现

随着我国经济的快速发展,高速铁路的运输能力要求不断提高。目前我国高速铁路装备CTCS-2/3级列控系统,采用准移动闭塞方式。CTCS-4级列控系统取消轨道电路,通过地面和车载设备共同完成列车定位,能够实现移动闭塞,进一步缩短行车间隔。但是,我国高速铁路一直基于轨道电路实现列车占用检查,干线铁路也未有取消轨道电路的列控系统运用。通过分析现阶段CTCS-4级列控系统面临的问题,提出一种基于CTCS-3级列控系统的高速铁路移动闭塞实现方案,并阐述该方案的系统总体结构和基本工作原理。方案中列控地面子系统综合利用列车位置报告和轨道电路信息,保证了移动闭塞的运输效率。同时给出了一种移动闭塞方式下行车许可的计算方法,并通过建模和运营场景进行验证,为我国高速铁路移动闭塞的实现提供参考。     

基于MAS的列车运行调整方法

针对列车运行调整问题,运用多智能体系统(MAS)技术,将列车运行调整方案的制定过程抽象为多用户(列车)对车站股道和区间线路等共享资源的占用预约过程,在此基础上建立智能体模型。车站和区间被抽象为资源Agent,列车被抽象为用户Agent,由资源Agent和用户Agent组成多Agent系统,Agent之间采用合同网协议进行协作。列车运行调整方案由Agent之间的分布式自主决策和相互协作产生。协作过程中的数据通信采用KQML标准设计,并增加消息等级,以提高通信和系统的效率。仿真实验表明,采用基于MAS的列车运行调整方法是可行的。     

CTCS-3级列控系统仿真平台中轨道电路占用识别算法的研究

CTCS-3级列控系统仿真测试平台需要仿真轨道电路的占用,以实现列车的占用检查,为RBC计算行车许可和完成轨道电路编码提供基础条件。提出了一种精确实现站内轨道电路仿真占用查找的算法。通过将信号机作为参考原点,由数据库定位信号机,从与仿真联锁设备的通信中获取列车进路信息,将列车里程根据列车行驶方向进行累加或累减的变换,参考原点不停变换来查找轨道电路,并通过统一＂进路＂把站内轨道电路查找和区间轨道电路查找统一起来。该算法减小了仿真轨道电路的复杂性,为CTCS-3级列控系统仿真测试平台的搭建奠定了基础。