数字轨道地图平面线形特征提取方法研究

数字轨道地图是卫星定位技术应用到铁路运输行业的基础,根据铁路线路设计时三种平面线形——直线、缓和曲线和圆曲线的不同特征,采用基于方位角的曲率方法进行平面线形的初步识别,再以横向误差为约束条件迭代确定满足要求的线形分段,进而采用整体最小二乘的方法对三种线形进行拟合,实现数字轨道地图的平面线形特征提取。青藏线实测数据结果表明,该算法是可行且有效的,不仅能识别拟合线路的平面线形,用少数关键点和相关参数就能表达出整体的几何特征;而且拟合后线路的横向误差和纵向累积误差都较小,满足高精度应用的要求。     

双向双车道超车行为的智能车队间隙控制优化

建立了双向双车道环境下单车超越车队模型, 分析了影响双向双车道超车危险区域范围的主要因素; 设计了分步式单车超越车队算法, 研究了安全间隙前后车速度、超车车辆入队速度与车队安全间隙范围四者之间的关系, 提出了车辆入队所需最小安全间隙的速度匹配方案; 建立了单车超越车队算法的目标函数, 设定最大允许超车时间内超车车辆与车队行驶距离最大, 超车车辆超越车队车辆数最多, 前、后车形成安全间隙过程中加速度、减速度最小; 提出了基于改进粒子群的分级约束多目标优化方法, 为单车超越车队算法中的三级车速引导提供了优化的速度引导方案。研究结果表明: 双向双车道环境下超车危险区域范围与车队车辆数及对向车辆行驶速度成正相关关系; 改进的粒子群优化算法相比传统算法具有更强的鲁棒性和更快的收敛速度, 平均收敛时间缩短39.2%;在分步式单车超越车队过程中, 车队车辆平均速度提升9.04%, 即在车队间隙生成过程中, 虽然部分车辆速度减小, 但车队整体平均速度得到提升; 超车车辆平均速度提升16.8%, 即在超车过程中, 不仅超车车辆的安全性得到保证, 其运行效率也得到提升。      

一种结合时刻表调整的列车节能驾驶优化方法

为了降低高速列车在连续站间运行的能耗,以区间运行能耗和运行时间为目标建立列车驾驶策略优化模型,采用基于模拟退火的粒子群算法PSO-SA进行求解,得到每个运行区间的能耗-时间Pareto解集,并通过最小二乘法拟合得到每个区间相应的Pareto曲线。在此基础上,提出一种时刻表优化调整方法,在始发站至终点站总运行时分确定的前提下,基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件调整每个站间运行时分,给出最优的站间运行时分组合和最佳的区间运行策略。以CRH2A高速列车在镇江南—昆山南区间实际运行数据为基础进行仿真验证,结果表明:通过区间最优工况求解和多站间运行时分调整优化,列车在多站间的总运行能耗降低了17.6%,验证了模型和算法的有效性。     

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基于北斗导航系统实现列车定位具有显著的性能及成本效益.为确保其符合特定应用需求,需要对定位完好性进行有效监测.立足于对常规接收机自主完好性监测方法进行有效辅助,本文提出一种应用于北斗列车定位的接收机自主完好性监测可用性预测方法.该方法利用北斗导航系统历书信息,结合列车运行计划实施完好性监测离线计算,预先对实际行车过程中可能的完好性状况进行估计,为列车在途定位完好性监测计算提供先验信息,确保定位结果满足应用需求.采用现场试验数据验证了本文所提出方法的预测能力,在基于卫星导航的列车控制等系统领域具有重要的应用价值.     

基于状态估计的虚拟应答器捕获方法研究

基于卫星导航的列车运行状态自主感知是下一代列车控制系统的重要发展方向之一,采用虚拟应答器这一技术方案能够以较高的系统兼容性将卫星定位应用于列控系统,并实现系统自主化能力和成本效益的优化。本文基于虚拟应答器的基本原理,分析常规基于捕获半径的虚拟应答器捕获策略存在的问题,采用状态估计思想提出一种实现虚拟应答器捕获的新方法,该方法利用状态空间模型及估计算法对列车与虚拟应答器的接近状态进行估计计算,在确定列车位置的同时利用轨道电子地图及状态预测完成虚拟应答器的捕获判决。基于实测数据进行仿真的结果验证了本文所述方法相比于常规固定捕获半径方案在定位精度、捕获性能、捕获时间分辨率等方面的优势,反映了该方法用于未来实现基于卫星导航的列车控制系统的重要潜力和应用价值。     

交通流特征深度认知的车队运行参数优化方法

为提升车队对周围交通流环境的认知能力，获取车队周围多车的运行模式，同时通过改变车队运行参数实现车队群体对周围多车群体运行模式的诱导变化，为提升车队及交通流整体运行效率提供优化策略，提出了基于狄利克雷混和高斯过程的车队周围多车运行模式获取算法，将车队周围多车车辆的复杂运行模式视为混和高斯过程，利用狄利克雷分布作为高斯混和权重的先验分布，建立车队周围多车运行模式速度场，从而获取车队周围多车运行模式并分类；通过比较不同多车运行模式下车队的运行效率，提升车队对所处运行环境的认知能力。研究结果表明：利用非参数贝叶斯算法将复杂的多车运行状态进行分类，获取的车队周围多车运行模式可表现为对车队运行效率产生不同影响的速度场；通过将车队周围的多车运行仿真数据分成多个运行模式，可获取不同多车运行模式下车队及交通流整体运行特性；通过更改车队运行参数，观察不同多车运行模式的占比变化，可获取车队运行参数对所处运行环境改变的影响趋势；车队周围多车运行模式的获取，不仅可以提升车队对周围运行环境的认知能力，使得车队能够选取有利路径行驶，同时能够为车队运行策略的优化提供有效的信息。     

应用于列车控制系统的地图数据库的研究

本文叙述了一种应用于列车控制系统的铁路地图数据库的设计方法。根据铁路轨道的拓扑结构以及列车控制系统的功能要求，对铁路地图数据库的内容进行了定义，并且对其中的地图精度问题提出了解决的方法。     

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本文提出了基于J2EE技术的城市交通诱导Web-GIS三层模型系统实现方案。并以北京市为例，采用Struts+ Hibernate+ JDBC技术构建了B/S结构的实时交通信息发布与诱导系统，克服了已有的城市交通信息Web-GIS系统只面向交通管理层的局限。该Web-GIS采用MapXtreme Java作为地图管理构建的瘦客户机/服务器模式，通过将查询道路与GPS实时浮动车数据进行动态匹配，来获得路线实时的交通信息，并结合重要的道路消息，为出行者提供可靠参考。     

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。     

故障注入方法在列车运行控制仿真系统中的应用

故障注入作为一种有效的测试验证手段已在多个领域得到运用,针对列控仿真系统,采用基于仿真的故障注入方法,利用基于HLA设计的故障注入工具,通过关键设备典型故障案例的大量实验,对目标仿真系统进行相关安全性能测试,得到列车运行控制仿真系统的安全性能分析及关键设备的故障概率。实验结果表明,故障注入仿真可以有效对列车运行控制系统做出可靠性评估分析。