CTCS-4级列控系统关键技术研究

为了更安全高效地实现跨区域列车高速运行,并降低运维成本,提出了CTCS-4级列控系统将移除轨道电路等设备,移动闭塞列车追踪间隔数学模型,基于GPS差分技术的列车完整性检查,基于GNSS/INS的列车组合定位和LTE-R车地无线通信等关键技术.仿真结果表明:运用这些技术后,相比于既有的CTCS-3级列控系统,CTCS-4级列控系统在安全性、性能和成本等方面均有提升,运行更稳定和高效.     

基于强化学习的新型列控系统区间行车间隔控制方法

列车间隔控制是保证列车运行安全和提高列车行车密度的关键.基于车-车通信的新型列控系统能够感知更多的列车运行环境信息,缩小列车行车间隔,提升列车运行效率.本文将列车速度控制视为一个决策过程,采用强化学习算法来实现新型列控系统中列车区间速度的实时控制.首先,结合车-车通信获得所处环境的列车状态信息,采用蒙特卡洛树搜索算法实时生成列车动态速度调整序列;然后,通过动态规划算法对序列进行分析处理,并在此基础上,确定列车当前时刻所应采取的速度控制策略;最后,仿真模拟了多车在不同初始条件下的列车间隔控制运行场景.仿真结果表明,在相同场景下强化学习算法对比模糊控制算法在行车间隔控制的响应速度、调节时间、总体波动以及超调量上具有一定的优势.     

GPS对流层延迟的历元间差分分析

GPS(Global Positioning System)观测难免受到各种因素的影响,虽然可以通过不同观测组合和改正模型予以消弱,但总有一定的残留误差对定位结果产生影响.基于精密单点定位理论,通过无电离层组合模型、高精度GPS卫星轨道、卫星钟差来削弱电离层延迟误差、轨道误差的影响,以不同采样间隔的观测数据,分析对流层延迟历元间差分结果的特性;分析不同采样间隔观测中,对流层延迟历元间差分值的变化,对流层延迟对历元间差分观测值的影响;残留误差对历元间差分结果、组合观测值的影响;残留误差在时间序列上的变化.     

基于“撞硬墙”和“撞软墙”相结合的高速铁路列控系统控车方法研究

压缩列车追踪间隔可以显著提升行车密度，优化列控系统的控车方法是压缩追踪间隔的重要手段。目前常见的“撞硬墙”控车模式在效率上存在很大冗余，“撞软墙”控车模式又无法保证行车的绝对安全。因此提出“撞硬墙”和“撞软墙”相结合的控车模式，在保证列车绝对安全的前提下压缩列车追踪距离。给出了对该控车模式优化的基本原则，并针对该模式下前车速度无法获取、控车曲线无法满足约束的问题，探讨了基于轨道电路信息的列车速度估算方法和满足相关约束的控车曲线生成技术。以CRH380BL列车为例，编制求解程序获取了优化后的列控减速度建议取值，新控车模式下平直道上列车追踪距离可压缩3 035 m,区间追踪间隔时间可压缩31 s。这对提升高铁运营效率和线路通过能力有重要意义。     

CTCS-3级列控系统中列车追踪间隔的研究

介绍了CTCS-3级列控系统中列车追踪的计算方法,建立了多列车追踪运行仿真模型,并进行了算例的设计,算例中,在相同的线路及列车参数条件下,设定两车的追踪间隔,得出在不同追踪间隔条件下,前车对后车运行的影响大小,并最终确定两车的最小追踪间隔。     

基于漏泄同轴电缆的高速列控系统的设计

随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展,传统的信号列控系统已经不能适应高密度、高速度和高安全性的行车需求,作为列控系统核心部分的车--地信息传输子系统则成为铁路信号技术研究的必然趋势.设计中提出的基于漏泄同轴电缆的列控系统,主要用来解决列车在隧道、地铁中行驶时车--地之间的实时双向通信问题,保证了控车信息在传输过程中的连续性,同时可以准确的判断出列车的上下行方向,进而实现了列车的实时追踪,确保了行车安全.     

多维并行遗传算法在列车追踪运行节能优化中的应用

为了研究先行列车与追踪列车在移动闭塞信号系统控制下进行追踪运行时的综合节能优化控制问题,构建了以能耗与运行时间误差为目标的列车节能控制模型.该模型以列车的操纵手柄级位与列车的工况转换点(即操纵手柄级位改变时,列车的位置)为控制变量.在此基础上,提出了静态与动态速度约束条件(即线路的静态速度约束与先行列车的运行状态对其后的追踪列车所产生的动态速度约束),结合外部惩罚函数,利用多维并行遗传算法对该问题进行了求解.求解时,根据GA的进化代数动态的调整交叉与变异概率,提高粗粒度搜索与细粒度搜索的效率.同时,采用了坡道三分法和实数编码法来缩短染色体长度,提高收敛速度.最后,在移动闭塞信号系统列车运行仿真平台上验证了该优化控制算法的正确性与有效性.     

新型列控系统列车追踪间隔的优化及效能评估

为了解决地铁列车运力不足，缩短列车追踪间隔，提出了新型列控系统、相对移动闭塞和协同运行三者相结合的方法，构建了列车通信协同运行模型。在该模型下，精细化前后列车冲突区域，对正线和站后折返最小追踪间隔分别优化建模，提出缩短追踪间隔的行车策略。经实际线路仿真计算，相比基于通信的列车运行控制系统(communication based train control, CBTC)列车通过能力提升了32.3%，且4A编组可以满足79.9 s的行车间隔。考虑缩短行车间隔对运营效能的影响，将运营效能量化为运输率、满载率、单位能耗、等车时间，对不同行车方案进行评估。结果表明，对于单向小时断面客流量小于6.4万的线路，通过调节行车间隔，4A编组在满足满载率下，比6A、8A编组能耗更小，等车时间更短。     

基于有色Petri网的点式-基于通信的列车控制系统切换实时性分析

点式?基于通信的列车控制（BM-CBTC）多模列控系统的模式切换时延对城市轨道交通运营效率有着较大影响。分析点式?基于通信的列车控制（BM-CBTC）系统模式切换功能及过程,建立基于有色Petri网（CPN）的模式切换模型,研究不同点式（BM）控制系统设计运行间隔下的系统切换实时性。实验表明,切换时延随着BM设计运行间隔增大而增加,当BM设计运行间隔为2 min时能将列车运行晚点时间控制在5 min以内。建立的CPN模型亦可为其他配置的多模列控系统切换的实时性分析作为参考。     

北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的参数匹配算法以及单频、双频用户精密定位模型.将系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位,分析了不同频点及定位模型的系统精密定位服务性能.18个测站7 d的结果表明:北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42 min收敛至0.5 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.15 m,高程0.2 m;相比仅使用北斗二号系统,不同定位模型收敛时间平均缩短了56.7%;而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平.使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位PPP平均11.74 min收敛至0.8 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2 m,高程0.3 m;相比使用广播星历电离层模型改正的结果,静态和动态定位平均收敛时间分别缩减了21.4%和25.2%.     

基于异态检测的有轨电车辅助安全防护技术

针对现代有轨电车受运营环境影响,在运行过程中具有一定安全隐患,提出毫米波雷达作为有轨电车异态检测优选手段,并设计辅助安全防护功能,在此基础上,建立新型辅助安全防护算法.提出一种基于异态检测的有轨电车辅助安全防护技术,通过前向检测器实时检测前方轨道障碍物信息,并通过坐标匹配获取前方障碍物与轨道限界的相对位置情况,对于侵入轨道限界的障碍物确定其与列车的轨内距离,实时计算列车防护曲线,可以提前200m距离向驾驶员提供避撞预警信息.仿真试验结果验证了该方法的有效性,能够基于检测器数据实时提供列车防护信息.     

基于电子地图和激光捷联惯组的运动基座初始对准方法

基于捷联惯导系统动基座初始对准对速度和路线要求较高,粗对准方位角失准过大影响精度等问题,提出引入电子地图对算法进行辅助修正的组合对准方法.通过地图匹配进行位置修正提高载车定位精度,最大限度减小第二次停车所带来的定位误差,提高对准精度.实验结果证明,动基座初始对准方法与电子地图匹配算法的有效组合,降低了对载车速度及路线的要求,极大提高了系统对准精度.     

基于不等间隔接收机钟差组合预报模型的辅助定位方法

在典型城市或室内应用等情况下,卫星导航信号由于被频繁遮挡变而变得微弱甚至不可用,使得传统的定位模式难以满足连续定位的要求。针对此问题,分析接收机钟差辅助定位的可行性,建立原点插值条件下使残差平方和最小的多项式钟差预报模型和改进的非等间距灰色系统钟差预报模型,并提出一种基于不等间隔接收机钟差解算值序列的动态加权组合预测模型及相应的钟差辅助定位算法。该模型通过权值的合理选取可实现单一模型的最优组合,具有更高的预测精度和稳健性。实测结果表明:该组合模型对钟差解算值序列的预测是可行和有效的;对于50 s内的短时钟差辅助定位,定位误差与连续正常定位接近,仅降低2.76%,可有效提高可见卫星不足4颗时的定位连续性。     

基于随机价格时间博弈理论的车-车通信列控系统控制策略稳定性建模与验证

基于车-车通信的新型列控系统，通过等距离间隔、等时间间隔和变时距3种控制策略实现高效率的列车追踪控制。由于在车队控制中，领航车的控制具有随机性，如何保证不同控制策略中车队的稳定性至关重要。提出了一种基于随机价格时间博弈理论（stochastic priced timed game,SPTG）的车-车通信控制策略建模与验证方法。首先，针对不同控制策略要求，利用随机价格时间自动机，建立包含领航车和跟随车的车队控制模型，并进行稳定性验证；然后，以时间为成本函数，通过对建立车队随机价格时间博弈自动机模型，利用Q-learning强化学习方法得到车队的最优驾驶策略；最后，结合多车运行追踪场景，进行车队的稳定性仿真优化。结果表明：相比于车队的随机运行策略，该方法使得车队的稳定误差更小。     

一种提高GPS定位精度的组合定位方法

验证了DGPS和卡尔曼滤波器在提高GPS接收机定位精度方面的有效性 .针对静态定位的特点 ,对传统卡尔曼滤波方程做出改进 ,消除由速度误差引起的定位偏离 ,并进一步采用组合滤波结构以完善动态滤波器的静态定位性能 .利用DGPS和卡尔曼滤波器在减少误差类型上的互补性 ,本文采用一种组合定位的方法 ,以起到同时减少常值误差和随机误差的作用 .实验证明 ,如果融合DGPS和卡尔曼滤波技术采用组合定位的方法 ,可以将定位精度从 2 .4m( 2σ)提高到 0 .9m( 2σ) .     

ZPW-2000A系统工程设计及维护

随着高速铁路的发展,列车运行自动控制设备水平也在不断提高,数字化、无线传输技术、漏泄电缆及卫星定位技术实现了列车和地面控制中心、列车和列车之间的信息传输,列车之间通过数据传输,自动计算出实时的列车追踪安全间隔,调整之间的追踪间隔,使两列车间的间隔最小,从而提高了行车密度和区间通过能力,这种运行间隔称为移动自动闭塞,代表了区间闭塞技术的发展方向。目前,我国自行研制的以数字信号处理技术为基础的新型移频自动闭塞系统即ZPW-2000A已被广泛应用。本文就对ZPW-2000A系统工程设计及维护进行了探讨。     

移动机器人多信标SLAM技术

针对大型煤矿中的露天移动机器人自主行走问题,应用基于卡尔曼滤波的SLAM算法,研究了移动机器在不携带惯性导航设备,也无先验地图的情况下,通过自身携带的传感器与环境特征量进行应答式通信,建立环境地图,并利用该地图计算自身位置,从而实现自主导航与定位。仿真结果显示,SLAM算法的定位误差保持在±1 m以内,速度误差保持在±0.2 m/s以内,对环境特征量的定位误差随着机器人的移动逐渐减小,最终保持在±2 m以内。同时,通过对不同距离量测噪声与速度量测噪声的情况也进行了分析。仿真结果显示,当保持距离量测噪声不变,增大速度量测噪声时,或保持速度量测噪声不变,增大距离量测噪声时,SLAM算法的定位精度均会下降。研究表明,基于卡尔曼滤波的SLAM算法很好地控制了移动机器人在未知环境中的定位误差,保证了机器人的定位精度。     

基于防护速度的高速磁浮辅助停车区设置

为了在满足高速磁浮列车安全连续运行需求的前提下节约建设成本,提出了一种基于速度防护曲线的辅助停车区设置算法.在此基础上给出了一种基于基准运行速度曲线的辅助停车区算法,同时能满足多目标速度曲线并存的线路上列车安全连续运行的要求.考虑了列车运行控制系统安全性的要求,给出了工程应用中相应的辅助停车区调整方法,并在一定工况条件下进行了仿真计算,结果表明该辅助停车区算法能在一定程度上降低高速磁浮交通系统的建设成本.     

空间碎片TLE数据演化误差分析

针对空间碎片碰撞预警计算的误差问题,提出TLE数据演化误差野值处理和分析方法,得到了国际空间站不同预报期的误差分析结果,给出了变化规律,并对其分布进行了初步分析,结合碰撞预警工程实际给出了预警时间提前量和误差精细化分析的建议. 结果表明,野值处理对于异常变化的低轨道物体十分有效,目前预警计算中误差的零均值正态分布的假定对于长预报期并不合理,并基于误差分析结果给出了预警时间提前量小于3 d的建议.     

基于B+树索引的动态社会网络差分隐私保护

针对当前社会网络的动态更新速度越来越快,而社会网络中差分隐私保护方法迭代速度慢的问题,提出一种基于B+树索引的动态社会网络差分隐私保护方法.使用B+树索引社会网络图的边,根据差分隐私并行性组合的特点,对B+树的索引数据划分,为数据分配不同的ε并添加拉普拉斯噪声,实现数据隐私后的整体高效用性和局部强保护性;在迭代时利用B+树的高效索引对欲更新的信息快速定位,实现动态社会网络差分隐私保护的快速迭代.实验表明,B+树索引有效提高了动态社会网络差分隐私保护的迭代速度,同时差分隐私的并行性提高了数据的效用性.