基于卷积神经网络的列车位置指纹定位算法研究

针对高速铁路隧道环境下采用位置指纹定位时定位精度低的问题，提出将深度卷积神经网络应用于列车位置指纹的定位中。首先采用2σ准则、模糊C均值聚类FCM及类数据加权，对采集到的下一代铁路通信系统LTE-R中的信号强度值进行预处理，降低异常值的影响，提高指纹数据的有效性；然后引入定时提前量，增强指纹特征值；接着将处理后的指纹数据量转换为灰度图片指纹条，基于图像样本建立FCM-CNN指纹定位模型；最后以现场实测数据为基础对定位模型进行测试验证。结果表明，相较于采用未经处理的数据作为样本的CNN模型及传统的位置指纹定位方法，基于FCM-CNN的列车位置指纹定位方法，提高了数据质量，在离线阶段具有较大的指纹采集间距，大幅减少了指纹采集工作量，模型训练时间较短，定位精度小于10 m的概率可达100%,满足列车在中密度线路对定位精度的要求。     

WSN在高速列车运营环境监测中的应用框架研究

无线传感器网络(WSN)在高速列车运营环境监测中的应用尚处于起步阶段,介绍无线传感器网络在高速列车运营环境监测的应用,从统筹规划的角度构建应用框架以及不同场景的应用模型。通过研究基于无线传感器网络的高速列车运营环境监测理论与应用现状,分析列车运营环境监测的需求,搭建基于无线传感器网络的高速列车运营环境监测系统总体框架,并分别建立地面、车载、车地以及车站无线传感器网络架构。提出研究基于无线传感器网络的高速铁路运营环境监测系统关键问题,为进一步研究无线传感器网络在高速列车运营环境监测中的应用起到指导性的作用。     

高速列车追踪接近预警系统

温州"7.23"特大高铁追尾事故暴露出我国高速列车避撞预警技术所存在的问题和不足。本文对比当前交通领域已有的避撞预警系统(航空交通预警和避撞系统TCAS/ADS-B、船舶自动识别系统AIS、列车避撞预警系统RCAS)的技术特点、定位方法、通信方法及预警逻辑,分析中国高速铁路列车追踪预警避撞系统的功能需求,提出一种适合我国高速铁路的追踪预警系统方案。     

铁路列车追踪预警系统技术研究

近年来我国铁路交通蓬勃发展,高速铁路网已初具规模。铁路系统自身对于安全性、可靠性的需求也显得更加迫切。因此,列车追踪预警系统的开发满足了以上需求。这套系统采用列车定位技术,通过无线传输,实现同一线上列车追踪告警功能。系统对于保障铁路运输安全、提高铁路运输效率具有重要意义。     

高速铁路列控系统列车位置在线估计算法研究

针对高速铁路列控系统的列车定位误差问题,首先分析不同型号ATP车载设备通过应答器的绝对定位信息进行距离误差校正的数据,验证列车定位相对误差的正态分布特性;其次提出列车的相对测距近似模型,并以最小二乘法进行在线参数辨识;最后建立列车位置更新的离散线性模型,以定位相对误差的噪声特性和最小二乘的相对测距近似模型为基础,利用多层降噪自动编码网络辅助的卡尔曼滤波算法直接对列车的相对位置在线估计从而得到绝对定位信息。利用ATP车载设备与高速动车组接口型式试验的现场数据进行仿真分析,仿真实验与实际误差校正的对比结果表明,文章提出的方法可以有效降低高速列车行走过程中的定位误差,对应均方根误差统计,整体改善程度至少达到34.39%。     

基于2阶段优化的高速列车节能运行仿真研究

以高速列车牵引计算为基础,节能运行为目标,充分考虑实际运行线路条件,提出包含坡道运行优化和全线惰行优化的两阶段优化方法,分别构建定时约束下的列车节能模型。第1阶段,将线路坡道离散化,使用遗传算法搜索列车运行能耗最小时的速度组合序列,将模型求解转化为最优化问题,获得列车速度运行曲线;第2阶段,通过遗传算法在列车的中间运行阶段选择合理的惰行位置和惰行区间速度,再次优化列车速度曲线。以济南—泰安为站间实例进行仿真,经过2阶段优化后,CRH_3型高速列车节能效果达11.63%。     

高速铁路地震预警系统三级警报阈值及其处置策略研究

针对高铁地震预警系统中警报阈值及其处置策略问题,设计完成高速铁路列车-无砟轨道-桥梁缩尺模型、列车-无砟轨道-路基缩尺模型及列车-有砟轨道-路基缩尺模型的振动台试验,研究了列车的脱轨现象,并用模型试验验证了数值仿真分析方法的正确性。在此基础上,通过开展动力学仿真计算,提出地震作用下高速列车安全运行的速度阈值。研究结果表明:无论是桥梁还是路基结构,CHY004地震波首先出现脱轨系数超标和轮轨分离现象,ALS地震波次之,安评地震波最后;高速列车安全运行速度阈值表现为无砟轨道路基过渡段32 m简支梁桥。从行车安全性指标来看,脱轨系数控制的安全运行速度阈值对地震动加速度变化最为敏感,呈反比例关系。最后,基于相关规定,建议高铁地震预警系统警报阈值分三级设置,即当40 gal≤预测或计测的峰值地震动加速度a80 gal时,限速160 km/h,以偏安全考虑;当80 gal≤a120 gal时,紧急停车;当a≥120 gal时,紧急停车并接触网断电。     

基于概率模型的高速铁路地震预警实时性与准确性分析

采用地震预警时延评价高速铁路地震预警的实时性,根据地震预警时延的特征,建立地震预警时延的偏置伽马分布模型,并给出偏置伽马分布的性质及其参数的极大似然估计算法。采用震源定位偏差评价地震预警的准确性,以震中距偏差服从伽马分布和方位角偏差服从均匀分布的二维随机变量,建立震源定位偏差的二维分布模型。以300条地震记录数据作为输入,对某高速铁路地震预警系统进行现场试验,验证所建立模型的正确性,并对高速铁路地震预警的实时性和准确性进行评价。结果表明:偏置伽马分布模型能够精确描述地震预警时延,伽马分布可有效描述震中距偏差;随着地震监测台站数量的增加,地震预警的实时性下降但准确性明显提高;地震监测台站数量取3和在70%概率情况下,地震预警可实现全系统时延小于7s、震中距偏差小于20km,能够满足高速铁路地震预警对实时性和准确性的要求。     

面向服务水平的高速铁路列车开行方案优化

在传统列车开行方案基础上引入列车始发时间,形成高速铁路列车开行方案的新概念。针对一些关键O-D对,提出服务列车数下限要求;针对车站需求稀疏时段,提出发车时间间隔上限要求。基于旅客出行的时变需求,建立面向旅客服务水平的高速铁路列车开行方案优化的双层规划模型,其中上层规划为铁路企业优化列车开行方案的决策;下层规划描述旅客的乘车选择行为,即列车网络上进行客流分配。为缩小优化搜索空间,列车运行区段仅限于备选集中产生,并将关键O-D对服务列车数约束转化为各车站的停站列车数约束。设计列车停站方案的确定方法、初始开行方案的生成方法和邻域解的搜索方法,并以此为核心设计求解模型的模拟退火算法。算例表明,采用该模型和算法求解的列车开行方案在时空区域上较好地满足了旅客出行时变需求,服务水平达到规定下限,模型和算法具有良好的优化效率和实用性。     

一种快速高精度GPS组合定位方法研究

为解决高速铁路采用GPS实现列车定位时因卫星信号中断而造成的定位差错问题,提出一种快速高精度GPS组合定位方法。在原有GPS卫星接收机的基础上结合里程计与三轴加速度陀螺仪传感器,一方面将列车高速行驶时卫星信号所产生的多普勒频移引入GPS卫星接收机,建立高速列车卫星信号捕获的数学模型,以提高信号捕获搜索效率;另一方面针对卫星定位数据中断时如何与捷联惯导/航位推算系统(SINS/DR)的数据相衔接的问题,提出基于LSKF算法的GPS/SINS/DR列车定位方法。仿真结果表明,该方法可实现卫星信号的快速捕获及高精度定位,对于提高采用GPS实现高速列车定位的质量有一定参考价值。     

基于参考应答器的列车位置和方向计算原理

在CTCS-3级和ETCS-2级列控系统中,车载设备基于参考应答器确定列车位置和运行方向,向无线闭塞中心报告列车位置,无线闭塞中心根据列车的位置向列车发送行车许可等控车信息,共同保障高速铁路列车安全高效运行.介绍基于参考应答器计算列车位置和方向的基本概念、基本原理和计算方法;阐述车载设备位置报告中的位置和方向的基本概念...     

高速铁路宽带无线接入的几种技术方案分析

分析未来可用于高速铁路的几种宽带接入网的实现方案,阐述了各自的优缺点与适用范围,现有的蜂窝系统需要改进才能满足未来高速铁路上的宽带需求.介绍未来可用于高速铁路宽带无线接入网的多方面的关键技术,阐述基本原理与应用于高速铁路环境下的特殊要求,在高速列车上实现宽带通信需要采用多项新技术.     

一种基于钢轨枕的中低速磁浮列车组合测速定位方法

中低速磁浮列车因其特性,无法使用轮轴式传感器测量车轮运动状态,也无法像高速磁浮测速那样通过检测轨面上分布规律的参照物来计算列车的速度与位置。提出了一种基于中低速磁浮钢轨枕的高精度测速定位方法,使用加速度计和涡流传感器检测列车运动状态,再与雷达的信息进行比较判断,共同计算出列车的速度和位置。通过在长沙中低速磁浮线路上的试验测试,证实这种测速方法的精确度和实时性能够满足需求。     

地震激励下高速列车动态响应与运行安全边界研究

为研究地震对高速列车动态响应与运行安全的影响,建立地震激励下车辆-轨道耦合动力学模型,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入车辆轨道仿真模型中。基于仿真计算,对地震作用下高速列车的动态响应、脱轨机理及运行安全边界进行详细地分析和讨论,给出地震下高速列车安全运行及脱轨边界。分析结果表明:地震所引起的轨道结构大幅横向振动对高速列车的安全运行影响极大;横向地震波激励下,车轮与钢轨频繁地发生分离、车轮的大幅度抬升和车辆激烈的横向滚摆运动是造成高速列车脱轨的主要原因。     

时速400km高速铁路曲线超高研究

通过理论分析对时速400 km铁路线路最大曲线超高、欠超高以及最小曲线半径进行了研究,并建立列车通过高速铁路曲线地段动力学仿真计算模型,对不同工况下高速列车动力学各项安全性和平稳性指标进行计算分析。结果表明:时速400 km高速铁路最大曲线超高、欠超高、过超高、欠过超高之和、最大曲线超高与欠(过)超高之和等参数可以采用既有350 km/h高速铁路规范规定值;高速列车以400 km/h速度通过7 500,8 500,9 000 m半径曲线时,脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等各项安全性指标均在限值以内;从平稳性方面考虑,高低速列车不共线运行时,对时速400 km高速铁路推荐最小曲线半径为9 000 m,一般条件下8 500 m,困难条件下7 500 m;高低速列车共线运行时,为了满足高低速匹配要求,推荐最小曲线半径为8 500 m。     

基于改进差分算法的高速列车运行调整研究

为了压缩高速铁路列车运行的总晚点时间、编制高质量的列车运行调整计划,建立高速铁路列车运行调整模型,运用矩阵描述高速列车运行调整中的相关概念,以列车到发线数量、列车追踪时间间隔、列车停站时分等作为高速列车运行调整的约束,以列车在各站的到达的总晚点时间最少为优化目标,构建高速铁路列车运行调整模型。在分析基本差分算法差分策略的基础上,提出基于三角差分策略的高速铁路运行调整差分算法,给出详细的计算步骤。以京广高速铁路实际列车运行数据进行计算,验证了模型的有效性和算法的高效性、精确性。本文提出的基于新的改进的差分策略的高速铁路列车运行调整方法是合理可行的。     

一种适用于高铁地震预警的多台定位算法

研究目的:我国是一个地震多发国家,防震减灾所面临的形势十分严峻。高速铁路地震预警监测系统的研发旨在结合我国高铁运行环境、快速、准确地为地震影响里程范围内的列车提供预警信息,实现震后列车的紧急处置,最大程度上降低地震对于高速铁路造成的危害。研究结论:(1)结合我国高速铁路地震监测台站布设环境,采用基于自适应滑动时窗的双摆相似性算法对各台站的触发事件进行判断,滑动时窗自适应地搜索固定时窗内两组地震数据相似性的最大值,有效避免了设备延迟对相似性判断的影响,当来自同一个台站的双摆相似性低于设定阈值时,判断为干扰触发事件,该触发台站不参与后续多台定位,可避免误触发对定位的影响;(2)当两个及以上的台站触发报警后采用顺序触发的Voronoi图进行地震快速定位,该方法不受速度模型的影响,仅根据台站的触发顺序就可直接进行地震初步定位,所需台站少、时效性高;(3)在初步定位的基础上,再利用双台子阵定位算法对地震事件进行精确定位,由于先后依次触发报警的两个台站地震到时差所确定的震中双曲线轨迹为无限延伸的曲线,在V图的限制下可以很大程度上缩小震中的分布区域,从而大幅减小定位算法的计算量,达到提升高铁地震预警时效性的要求;(4)本文算法应用于高速铁路地震预警监测系统多台站定位,可为震后列车紧急处置提供预警信息。     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

基于KH算法的高速列车ATO控制策略优化研究

针对传统高速列车自动驾驶(ATO)控制策略优化时简化线路参数、列车牵引计算采用单质点模型等问题,将列车通过牵引供电分相区断电惰行纳入运行工况,建立动车组多质点模型。在满足列车运行图固定运行时间条件下,以能耗、准点性、停车准确性及舒适性为指标建立高速列车ATO控制策略优化模型。利用磷虾群(KH)算法对高速列车ATO控制策略进行优化。以兰新高速铁路某区间线路数据为例,仿真测试表明KH算法可以在较少的迭代次数下获得较粒子群算法更优的ATO控制策略,且列车过分相区断电惰行会对优化结果产生影响,验证了所提算法在优化高速列车ATO控制策略中的优越性及将列车过分相区断电惰行纳入运行工况的合理性。     

无线射频(RFID)技术在高速检测列车精确定位中的应用

针对现有检测列车定位信息采用GPS存在精度不高和定位盲区的问题,提出了应用RFID无线射频技术实现检测列车定位的设计方案.采用RFID技术辅助检测列车的定位,通过将铁路沿线的里程信息与电子标签的标签号建立一一对应关系的数据库,实现检测列车的里程定位.通过对实际系统的低速和高速试验,验证了系统的可行性,为检测列车运行过程中的精确定位提供一个较为有效的解决方案.