基于卫星导航的列车轨道占用加权识别方法研究 被引量：10

1

作者 吴波前 蔡伯根 +1 位作者 陆德彪 王剑 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期62-67,80,共7页

全球卫星导航系统在列车位置服务中的研究越来越广泛,基于卫星导航的列车定位方法可结合轨道电子地图将卫星定位结果转换为一维轨道里程值,其中列车轨道占用状态的正确识别是列车卫星定位的基础.本文提出一种基于地图匹配的适用于道岔... 全球卫星导航系统在列车位置服务中的研究越来越广泛,基于卫星导航的列车定位方法可结合轨道电子地图将卫星定位结果转换为一维轨道里程值,其中列车轨道占用状态的正确识别是列车卫星定位的基础.本文提出一种基于地图匹配的适用于道岔区段内列车轨道占用加权识别方法,首先构建列车卫星定位的置信区域,然后计算置信区域内的线路数据与原始卫星定位结果的距离偏差和方向偏差等,对列车的轨道占用状态进行识别,并综合考虑铁路线路的拓扑结构,以及列车运行状态以提高运算效率.结合现场数据并与垂直投影法和交互多模型法对比可知,本文方法在保证轨道占用识别正确率的基础上,提高了计算效率. 展开更多

关键词 铁路运输 列车定位 轨道电子地图 轨道占用识别 全球卫星导航系统

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铁路安全应用卫星导航信号空间可信区域识别方法

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作者 靳成铭 蔡伯根 +1 位作者 王剑 上官伟 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期50-57,共8页

卫星导航系统作为一种信息源,在铁路安全苛求系统中应用时需满足相应的可用性需求.针对铁路遮挡环境下导航卫星空间信号的可用性评估问题,提出了一种基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法,并得出可信的卫星导航信号可用区域.在此基础上,设... 卫星导航系统作为一种信息源,在铁路安全苛求系统中应用时需满足相应的可用性需求.针对铁路遮挡环境下导航卫星空间信号的可用性评估问题,提出了一种基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法,并得出可信的卫星导航信号可用区域.在此基础上,设计了一套铁路导航定位应用环境下的空间信号本地可用性分析方案,并进行了实验验证.结果表明,在所选取的四个场景中,本文所提出的算法能够有效降低将遮挡识别为可见天空的风险,算法将可见天空识别为遮挡的误识率低于6.9%,漏识率低于2.1%,并支持风险等级的进一步降低,为铁路安全苛求系统提供可信的“保守”空间信号可用区域. 展开更多

关键词 交通工程 可见天空 禁忌搜索 GNSS空间信号 图像处理 可用性 可信性

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动态间隔可调整的列控系统自主感知关键技术及应用 被引量：14

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作者 蔡伯根 朱强 +3 位作者 上官伟 刘丹 姜维 王剑 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期31-41,共11页

为提高铁路运输效率、优化列车控制、降低铁路运营维护成本,提出一种动态间隔可调整的列控系统方案,分析列控系统自主感知关键技术和动态间隔调整原理.研究基于卫星导航和惯性导航的组合定位技术,在差分定位和数字轨道地图的辅助下,实... 为提高铁路运输效率、优化列车控制、降低铁路运营维护成本,提出一种动态间隔可调整的列控系统方案,分析列控系统自主感知关键技术和动态间隔调整原理.研究基于卫星导航和惯性导航的组合定位技术,在差分定位和数字轨道地图的辅助下,实现列车连续无缝定位;研究基于三级告警机制的列车追踪预警方法和列车间隔动态调整策略.在京沈高速铁路进行了实测试验,结果表明:在列车高速运行环境下,差分定位误差均值为2.5m,数字轨道地图辅助的组合定位误差均值为1.5m,测试速度与列车实际速度误差±0.01%,满足动态间隔可调整的列控系统对列车运行状态精准、连续获取的需求.基于三级告警机制的列车追踪预警方法可以实时监测列车间隔变化并及时给出预警信号,为司机操作提供参考,保障列车安全运行. 展开更多

关键词 列控系统 动态间隔调整 自主感知 组合定位 追踪预警

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基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法 被引量：4

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作者 郭子明 蔡伯根 +2 位作者 姜维 王剑 上官伟 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期47-53,共7页

识别列车所在轨道,是列车运行控制系统必不可少的功能.提出一种数字轨道地图辅助的基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法.首先,在考虑全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与方向相关测量误差的基础上进行地图匹配,... 识别列车所在轨道,是列车运行控制系统必不可少的功能.提出一种数字轨道地图辅助的基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法.首先,在考虑全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与方向相关测量误差的基础上进行地图匹配,采用卡尔曼滤波算法处理速度测量值,通过加权求和的方式对GNSS与速度信息进行融合,获得列车沿轨道方向的一维位置;其次,对列车位置假设进行贝叶斯建模,计算在给定GNSS与速度测量的前提下所有可能的位置假设的概率;最后,与设置的假设概率阈值进行比较,对不同的识别结果进行分类.实验结果表明,基于贝叶斯建模的轨道占用识别法能够减少剔除小概率假设所需的距离,与垂直投影法相比,该方法可以对列车所在轨道做出更确定的判断. 展开更多

关键词 铁路运输 轨道占用识别 贝叶斯建模 传感器融合 地图匹配

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基于深度数据的车辆目标检测与跟踪方法 被引量：18

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作者 陆德彪 郭子明 +3 位作者 蔡伯根 姜维 王剑 上官伟 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期55-62,共8页

现有基于几何特征的目标检测与跟踪方法误检率较高,目标跟踪过程中的漏检易导致错误的目标关联.针对这些问题,本文提出了一种基于激光雷达(Li DAR)深度数据的车辆目标检测与跟踪方法.根据激光雷达深度数据特性,采用一种基于栅格的参数... 现有基于几何特征的目标检测与跟踪方法误检率较高,目标跟踪过程中的漏检易导致错误的目标关联.针对这些问题,本文提出了一种基于激光雷达(Li DAR)深度数据的车辆目标检测与跟踪方法.根据激光雷达深度数据特性,采用一种基于栅格的参数自动化聚类(PAG)算法对原始数据进行处理,并在每个聚类中提取目标线段,获取目标特征.在此基础上对车辆目标进行识别,并计算得到目标的位置信息.采用卡尔曼滤波算法,制定滤波器管理策略,完成目标关联及状态估计.最后利用装备有一个前向激光雷达的实验车辆对提出的方法进行验证.实验结果表明,本文提出的方法可准确识别并跟踪多个车辆目标,避免错误的目标关联. 展开更多

关键词 智能交通 检测与跟踪 特征提取 车辆目标 深度数据 卡尔曼滤波

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基于XGBoost的列控车载设备故障预测方法 被引量：13

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作者 刘江 许康智 +2 位作者 蔡伯根 郭忠斌 王剑 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期95-106,共12页

列控车载设备的健康管理和故障预测是实现高速铁路关键装备智能化视情维护的重要途径.为了克服列控车载设备故障建模的复杂性和健康监测手段受限等问题,充分运用现场收集的设备运行记录数据,提出一种基于数据驱动的列控车载设备故障预... 列控车载设备的健康管理和故障预测是实现高速铁路关键装备智能化视情维护的重要途径.为了克服列控车载设备故障建模的复杂性和健康监测手段受限等问题,充分运用现场收集的设备运行记录数据,提出一种基于数据驱动的列控车载设备故障预测体系框架.建立了高速列车列控车载设备运行数据管理平台,基于大量历史现场数据构建训练及测试样本集,运用极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法实施特定故障类型的模型训练与学习,并将所得故障模型用于故障概率的预测分析.以CTCS2-200H型列控车载设备为对象,运用实际数据对所提出的故障建模方法进行了验证,对不同建模样本规模、故障类型维度下的模型性能以及不同建模算法性能进行了对比.结果表明:基于XGBoost算法的建模方法能够有效揭示各特征量与故障之间的关联,所采用树的深度值越高,迭代收敛速度越快;相较于GBDT、RF算法,基于XGBoost的建模方法能够实现更高的预测正确率,在给定样本条件下达到稳定正确率所需训练时间分别减少了78.55%、12.47%,验证了该方法在大规模数据条件下的适用性和性能优势. 展开更多

关键词 列车控制 车载设备 故障预测 健康管理 极端梯度提升

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基于最大期望算法的列车完整性检测方法 被引量：3

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作者 李四辉 蔡伯根 +3 位作者 闻映红 王剑 上官伟 刘江 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期74-81,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 铁路运输 全球卫星导航系统 列车完整性检测 最大期望算法 极大似然估计

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基于时序分析的列车接近预警方法 被引量：4

8

作者 李四辉 蔡伯根 +2 位作者 刘江 王剑 单洪政 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期60-67,共8页

列车接近预警系统通过获取运行线路上相邻列车的位置信息进行碰撞风险分析,当存在潜在危险时向司机发出警告信息,从而保障列车运行安全。本文将列车安全接近过程划分为不同的时序分量并进行详细分析,基于各时序分量精确计算安全接近时间... 列车接近预警系统通过获取运行线路上相邻列车的位置信息进行碰撞风险分析,当存在潜在危险时向司机发出警告信息,从而保障列车运行安全。本文将列车安全接近过程划分为不同的时序分量并进行详细分析,基于各时序分量精确计算安全接近时间,并针对前车匀速运行及前车静止两种情况下的安全接近过程进行讨论。本文在安全接近时间的基础上定义了时间防护分区,并据此将列车接近预警信号划分为3个等级,分别为蓝色预警信号、黄色预警信号和红色预警信号,司机可以根据信号采取相应的安全措施,列车接近分级预警方法可为列车接近预警系统的研发提供参考。 展开更多

关键词 铁路 时序分析 列车接近预警系统 安全接近时间

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基于列车运行状态组合预测的虚拟应答器捕获方法 被引量：2

9

作者 王剑 王思琦 +2 位作者 蔡伯根 刘江 程君 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期202-213,共12页

为进一步提高虚拟应答器(VB)技术在基于卫星定位的列车运行控制中的运用效果,分析常规VB捕获原理,从完善其不足的角度提出1种基于列车运行状态组合预测的新型VB捕获方法。首先,明确新型方法的捕获原理;其次,考虑列车运行状态的复杂性和... 为进一步提高虚拟应答器(VB)技术在基于卫星定位的列车运行控制中的运用效果,分析常规VB捕获原理,从完善其不足的角度提出1种基于列车运行状态组合预测的新型VB捕获方法。首先,明确新型方法的捕获原理;其次,考虑列车运行状态的复杂性和规律性,采用交互多模型(IMM)结合容积卡尔曼滤波(CKF)的自适应IMM-CKF方法,对列车位置进行滤波估计和短期前向预测;然后,将长短期记忆方法引入列车运行状态预测问题,基于实时数据更新预测模型;最后,得到基于列车运行状态组合预测的VB捕获方法,有效改善常规方法中的VB漏捕获和捕获精度低等问题。基于京沈高铁现场试验数据,对比并验证新型方法和其他列车运行状态预测方法、VB捕获方法的性能。结果表明:尽管周期捕获计算平均用时较长,但新型方法下的VB捕获识别位置与下一个VB位置较近,不仅能保证100%的VB捕获率,而且在VB捕获误差均值上最大可实现70.23%的优化效果。 展开更多

关键词 列车运行控制系统 虚拟应答器 卫星定位 列车运行状态 组合预测

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车路协同系统仿真实时性优化方法 被引量：1

10

作者 李四辉 上官伟 +1 位作者 蔡伯根 王剑 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3944-3953,共10页

为了研究车路协同系统的仿真关键技术并构建车路协同系统仿真平台,针对车路协同系统仿真平台中的联邦成员间实时性问题,提出基于PTP(precision timing protocol)协议的高精度仿真主动时钟同步方法。讨论车路协同仿真联邦中各个联邦成员... 为了研究车路协同系统的仿真关键技术并构建车路协同系统仿真平台,针对车路协同系统仿真平台中的联邦成员间实时性问题,提出基于PTP(precision timing protocol)协议的高精度仿真主动时钟同步方法。讨论车路协同仿真联邦中各个联邦成员的时间管理策略,并基于时钟同步方法测试2种信息交互策略下的系统延时,提出车路协同系统的信息交互改进策略。仿真测试结果表明:平均同步时钟误差为5.69μs,有效解决了各个联邦成员间的时钟同步问题;仿真系统中1级和2级系统从节点平均仿真延迟为0.77,1.02 ms,较好满足车路协同系统仿真需求。 展开更多

关键词 交通工程 车路协同系统 高层体系架构 精确时钟同步协议 实时性

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车联网关键指标对车辆安全影响仿真测试方法 被引量：12

11

作者 柴琳果 蔡伯根 +2 位作者 王化深 上官伟 王剑 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期1316-1324,共9页

提出了一种用于分析车联网关键指标对车辆安全影响的仿真测试方法。首先,基于微观交通流仿真软件设计了危险跟驰、换道等基础仿真场景;然后,分析了基于高斯分布的定位误差模型和单跳通信延误模型,并建立了定位误差、通信延误和渗透率在... 提出了一种用于分析车联网关键指标对车辆安全影响的仿真测试方法。首先,基于微观交通流仿真软件设计了危险跟驰、换道等基础仿真场景;然后,分析了基于高斯分布的定位误差模型和单跳通信延误模型,并建立了定位误差、通信延误和渗透率在仿真过程中的执行策略;接着,基于车辆最小安全距离跟驰模型和车辆非线性分段制动模型分别提出了车辆危险跟驰预警和危险换道预警方法;最后,通过建立基于HLA(high level architecture)的车联网仿真平台对不同定位误差、通信延误和渗透率对车辆安全的影响进行了仿真测试。结果表明,在危险跟驰场景中,在注入了基于高斯分布的定位误差后,预警成功率为88%,预警成功率随着预警策略中减速度的减小而增大;在危险换道场景中,在注入了单跳通信延误后,预警成功率达100%;成功预警数随着OD(origin destination)取值和渗透率的增大而增大,并且受渗透率影响更加明显。 展开更多

关键词 交通工程 车辆安全 仿真测试 车联网 仿真场景

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基于间隙理论的智能车交叉口运行控制方法 被引量：10

12

作者 柴琳果 蔡伯根 +2 位作者 上官伟 王剑 陈俊杰 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1875-1882,共8页

提出了基于间隙理论的智能车在交叉口控制方法,连接交叉口的道路被分为两个区域:状态计算区和状态调整区,当车辆进入状态计算区域时,路侧设备通过LOOSE(Location optimization onsequence evaluation)算法计算无碰撞时车辆需要达到的目... 提出了基于间隙理论的智能车在交叉口控制方法,连接交叉口的道路被分为两个区域:状态计算区和状态调整区,当车辆进入状态计算区域时,路侧设备通过LOOSE(Location optimization onsequence evaluation)算法计算无碰撞时车辆需要达到的目标状态,然后通过COMPACT(Cooperativeoptimization method for previous allocation comparatively transforming)算法降低每条车道的排队长度,并结合车辆运动学模型给出车辆在状态调整区的运行策略。仿真结果表明,本文方法能够有效提高交叉口通行量,并且对均衡交通流具有更优的控制效率;较传统信号控制能够有效降低车辆平均延误。 展开更多

关键词 智能交通 交叉口控制 间隙穿行 车辆避碰

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联网智能车运动学仿真基础环境构建方法 被引量：5

13

作者 柴琳果 蔡伯根 +2 位作者 上官伟 王剑 王化深 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期66-77,共12页

提出了一种联网智能车运动学仿真基础环境构建方法,该方法无需任何第三方交通仿真软件的协助,能够实现对联网智能车运动学相关功能的仿真验证.采用交叉口节点作为路网关键元素实现对仿真路网的描述,定义了交叉口和车辆属性,设计了车辆... 提出了一种联网智能车运动学仿真基础环境构建方法,该方法无需任何第三方交通仿真软件的协助,能够实现对联网智能车运动学相关功能的仿真验证.采用交叉口节点作为路网关键元素实现对仿真路网的描述,定义了交叉口和车辆属性,设计了车辆运动学模型在仿真环境中的实现方法,给出了基于高斯分布的车辆定位误差、基于平均分布和Rayleigh分布的通信延误在仿真中的运行机制,构建了仿真环境.仿真结果表明:该方法可靠性好;采用该方法构建的仿真环境得到的车辆延误与HCM 1994车辆延误模型结果保持一致;在危险跟驰预警场景中,预警时刻两车间距的变化规律与论文提出的定位误差模型和通信延误模型保持一致.最后,通过对交叉口车辆间隙控制方法进行仿真,进一步证明了该方法对联网智能车运动学方面功能验证的支持. 展开更多

关键词 交通工程 联网智能车 车辆运动学模型 误差模型 仿真环境构建

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车联网干线协调控制相位差自适应优化 被引量：3

14

作者 柴琳果 蔡伯根 +3 位作者 上官伟 王剑 王化深 陈俊杰 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期69-75,共7页

为了提高车联网环境中干线的通行效率,提出一种车联网中干线协调控制相位差自适应优化方法.本文基于车辆换道延误模型建立了以上游交叉口车辆数为输入、下游交叉口信号相位差调节量为输出的模糊控制网络;为解决车流和路况变化造成的控... 为了提高车联网环境中干线的通行效率,提出一种车联网中干线协调控制相位差自适应优化方法.本文基于车辆换道延误模型建立了以上游交叉口车辆数为输入、下游交叉口信号相位差调节量为输出的模糊控制网络;为解决车流和路况变化造成的控制效果降低问题,以车辆交叉口平均等待时间最小为目标,对模糊规则进行自适应调节;通过基于Q-Paramics的车联网仿真平台对本文提出的方法进行验证.结果表明:本文提出方法控制效果明显优于传统干线协调控制方法;在车流大幅震荡和车流随机波动条件下,较固定规则的干线模糊控制方法能够分别降低车辆平均等待时间12.35%和9.7%.本文方法能够适应车流变化和路况变化,具有更优的适应性、可用性及工程价值. 展开更多

关键词 交通工程 干线协调控制 模糊自适应控制 相位差 仿真验证

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