基于GPS和虚拟卫星的列车完整性检查方法研究

将GPS和列尾装置结合可以构成一个冗余的列车完整性检查系统。在列车行驶过程中,由于在列车尾部车钩安装的GPS天线容易被车厢遮挡,常规卫星定位方法受到限制,无法利用GPS进行列车完整性检查。本文提出一种基于GPS和虚拟卫星组合定位完成列车完整性检查的方法。利用列车首部的定位信息确定一颗虚拟卫星,虚拟卫星和3颗可视卫星即可实现列尾定位解算,通过列车首部和列车尾部的位置信息实时地测算车长变化,达到检查列车完整性的目的。本文分析GPS和虚拟卫星组合定位模型,推导定位模型算法和列车完整性检查算法,并进行可行性分析和算法验证。实验表明,列尾定位精度达到3m以内,列车长度误差在10m以内,该方法可满足列车完整性检查的要求。     

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。     

虚拟应答器研究进展与发展展望

欧洲应答器(Eurobalise)是欧洲列车控制系统(ETCS/ERTMS)中广泛使用的列车定位设备.在使用时需要铺设大量的地面设备,需要昂贵的费用和较大的维护量.随着卫星定位导航(GNSS)技术的发展,定位精度越来越高;同时越来越多的卫星定位系统(GPS,GLONASS,GALILEO)可用,使得降低列车定位的成本成为可能.国际铁路联盟(UIC)提出采用卫星定位导航技术,辅以地图匹配技术实现虚拟应答器(virtual balise).虚拟应答器可以部分甚至全部取代实物应答器,无需地面轨旁设备.本文就虚拟应答器的发展背景、功能要求、实现方式、应用方式以及目前发展的现状进行描述,并且建议在中国的列车控制中采用虚拟应答器,从而适应中国铁路快速发展的需要.     

列车完整性检查技术综述与应用展望

列车完整性检查是保障列车安全运行的关键,只有检查列车的完整性才能在车厢发生脱钩等故障时及时报警,确保轨道的安全畅通。综合分析列车制动风管压力检测,列车首尾运动状态检测和列车车长检测等列车完整性基本检查方法,并对各基于单一原理的列车完整性检测方法的优势和局限性进行分析。由于单一原理的检测方法无法实现可靠的列车完整性检测,提出将先进的通信技术,定位技术及多传感器融合技术应用于列车完整性检测方法。该方法不仅能够实现列车完整性状态的监测,还能够克服传统列车完整性检查装置的诸多弊端,提高系统的可靠性、实时性和安全性。     

在GPS不完备条件下RFID列车定位研究

目前在城市轨道交通实际应用中,普遍采用的列车位置检测方式有轨道电路、计轴器以及GPS卫星定位法等,但这些手段都存在着一定的不足。从铁路运输速度快、密集度高、行车间隔短的特点出发,联系现代有轨电车列车位置检测的关键和难点,结合GPS应用优势与短板,提出于GPS不完备情况下采用高频射频识别(RFID)技术满足列车定位需求,其价格便宜、识别距离远、无法伪造、可重复读写且体积小巧,能够满足现代有轨电车位置检测的需要,同时可以避免目前检测技术存在的不足和缺陷。     

车载式线路状态监测系统超限点定位技术

文章说明在列车上使用车载式线路状态监测网络系统,实现线路病害发生位置的实时定位、实时数据传输的关键技术。采用GPS卫星定位技术使线路维修更及时,保障列车的高速运行安全。     

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。     

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。     

基于铁路公里标的半实物卫星定位仿真系统设计

针对列车卫星定位技术的研究需求,为实现列控系统中动态铁路公里标与卫星坐标完全对应,开展了半实物卫星定位仿真系统的系统架构和实现原理研究,完成了软件设计,实现了在室内环境下仿真系统的搭建,并通过应用测试验证了系统的功能.测试表明,在室内环境下模拟的卫星动态信号与实际线路一致,具有延时短和误差小的特点,可为利用BDS/GPS进行列车定位的技术研究提供试验环境.     

GPS不完备条件下定位方法研究

为了解决在GPS卫星信号被遮挡而无法定位的问题,提出了一种利用钟差预测模型辅助GPS定位的方法。对预测模型的基本思想和具体实现步骤作了详细的介绍,并且将钟差预测值引入到GPS接收机中,实现信号遮挡情况下GPS接收机的定位解算。通过对实测数据的验证分析表明,该钟差预测模型对钟差序列有很好的预测效果;能够在仅有3颗可观测卫星的情况下实现接收机的定位解算。     

基于最大期望算法的列车完整性检测方法

面向中国中西部低密度线路条件,基于GNSS的列车完整性检测系统是一种经济有效的列车完整性解决手段,也可作为制动管风压检测的辅助冗余检测方式,以进一步保障列车运行安全。针对列车运行过程中基于GNSS列车完整性检测系统问题建立完整性检测模型,模型包含列车完整状态及断裂状态下的系统时间动态转换过程。基于系统参数先验统计特性未知情况下的模型参数估计,提出基于最大期望算法的离线训练学习方法,得到列车完整性检测系统模型后验参数的极大似然估计。在列车完整性检测过程中,针对当前时刻的观测值,进行列车完整性所有状态的概率推理估计,采用高斯和滤波的方法实现状态的概率推理计算,选取最大概率下的列车完整性状态,实现列车完整性检测。结合现场测试及仿真数据,针对本文提出的列车完整性检测方法进行测试验证,结果证明了该方法的有效性。     

基于GPS钟差预测模型的列车定位技术研究

GPS接收机能够定位列车运行位置并提供安全校验信息,在铁路旅客告知、到站时间预测等方面广泛应用.由于安装在列尾的GPS天线易受到外界环境的干扰而无法接收足够的卫星数据,常规4星定位方法无法实现定位结果.从灰色系统理论的角度探讨GPS接收机钟差序列预测,提出一种新的GPS定位列车位置的算法,通过实测数据验证分析,该算法在...     

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。     

用于列车定位的RAIM算法改进研究

针对北斗卫星导航系统应用于列车在定位过程中所存在的故障卫星导致定位结果不准确问题,在传统RAIM检测算法的基础上,提出一种新的用于列车定位的RAIM算法。该算法通过可见卫星数目、完好性告警限值的约束,判断改进算法的可用性,并在故障卫星检测过程中引入加权因子C以降低由于直接检测而引起的较高漏警率,实现对列车的精确定位。以青藏铁路数据为对象进行实例仿真,结果表明:改进的RAIM算法有效改善了列车定位精度,降低了检测过程中的漏警率,提高了北斗卫星导航系统在列车定位应用上的安全性及可靠性。     

虚拟应答器在铁路列控系统中的应用研究

ETCS、CTCS等列控系统需要在铁路沿线铺设数量众多的点式查询应答器,实现列车定位等功能。提出采用全球导航卫星系统(GNSS)技术为主的组合定位方法,实现虚拟应答器。虚拟应答器可以部分取代真正的查询应答器,无需地面轨旁设备。介绍虚拟查询应答器的发展背景和在列控系统中的工作原理、应用方式等。     

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。     

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。     

朔黄铁路综合检测列车定位同步技术研究

为了解决在朔黄铁路综合检测列车检测过程中,检测数据时空基准统一的需求,检测列车采用了融合电子标签、GPS和网络授时技术的定位同步系统,通过GPS授时和检测列车精确定位,并通过专用网络,实现了全车各检测系统在时间和里程上的同步。该定位同步技术的实现,使得综合检测列车多专业检测系统在同一时间、同一里程截面处的检测数据得到了统一,为精确定位伤损里程位置、多专业整合分析同里程断面处线路病害状态及原因提供了必要条件。     

一种列车完整性监测系统的设计

本文设计了一种风压传感器、GPS定位模块和加速度传感器相结合的列车完整性监测系统,通过采集多源传感器信息,进行决策级信息融合,监测列车完整性状态与GSM-R无线通信技术实现车地双向通信.文中对系统的组成、工作原理及关键技术进行阐述.测试结果表明该系统能够有效监控列车分离,具有较高的应用价值.     

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.