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第九届中国卫星导航学术年会

作者：吴波前陆德彪蔡伯根北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京交通大学电子信息工程学院轨道交通控制与安全国家重点实验室

全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)在列车定位方面的研究与应用越来越广泛,而面向生命安全的铁路应用服务对基于GNSS的列车定位性能有着较高的量化要求。GNSS完好性直接决定了卫星定位的安全性级别,在列车卫星... 详细信息

全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)在列车定位方面的研究与应用越来越广泛,而面向生命安全的铁路应用服务对基于GNSS的列车定位性能有着较高的量化要求。GNSS完好性直接决定了卫星定位的安全性级别,在列车卫星定位时可基于铁路系统对于漏检率和误警率的要求应用一致性检测算法建立列车定位水平保护级别HPL(Horizontal Protection Level),指示卫星定位安全水平。卫星定位性能极易受到用户端周边环境影响,而列车运行所处环境是动态变化的,一旦环境受限,通常会同时导致多个卫星信号出现多径效应,可通过分析不同的环境场景的误差水平,确立对应的HPL。本文首先对列车运行环境场景进行分类,并对城市峡谷、"半边天"以及开阔场景等建立三维3D(Three-Dimensional)地图模型,抽象三维地图模型的环境参数建立模型样本库,分析在不同环境场景下的直射信号LOS(Line-of-Sight)与非直射信号NLOS(Non-Line-of-Sight)以及其中单次反射信号的多路径延迟,结合接收机输出的原始观测量对伪距位置解算过程迭代改进,基于此可以建立不同环境场景下的列车定位HPL,确定不同环境场景下的列车卫星定位完好性阈值。

关键词：列车卫星定位完好性水平保护级别 3D地图

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面向列车完整性监测的惯性传感器校准方法研究

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中国科技论文 2017年第20期12卷 2281-2288页

作者：蔡伯根郭子明杨翼王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

基于GNSS/INS的列车完整性监测系统通过多种传感器信息融合进行组合定位,并实时记录列车头尾位置、加速度、速度信息等,实现列车完整性判别。惯性传感器数据的准确性对列车完整性判决的准确性和可靠性会造成直接影响。分析了列车运行环... 详细信息

基于GNSS/INS的列车完整性监测系统通过多种传感器信息融合进行组合定位,并实时记录列车头尾位置、加速度、速度信息等,实现列车完整性判别。惯性传感器数据的准确性对列车完整性判决的准确性和可靠性会造成直接影响。分析了列车运行环境下的惯性传感器信号误差特性,采用最优小波包降噪、零速校正等技术,提出了惯性传感器随机误差的动态校准方法。利用青藏线试验数据,对校准方法进行了性能验证。结果表明,提出的校准方法能在列车运行环境下对惯性传感器实现动态校准,提高了数据的可用性和准确性。

关键词：列车完整性检测惯性传感器校准最优小波包 ARMA模型零速检测 Kalman滤波

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基于TdPN的无信号交叉口优化控制方法

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中国公路学报 2016年第3期29卷 124-133页

作者：上官伟崔晓丹郑子茹蔡伯根王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

为了提高城市交叉口通行效率,在车路协同环境下对无信号交叉口优化控制方法进行了研究。设计并采用基于时延Petri网(Timed Petri Net,TdPN)的无信号交叉口优化控制方法,利用TdPN建立无信号交叉口控制模型,并依此建立交叉口车辆最快消散... 详细信息

为了提高城市交叉口通行效率,在车路协同环境下对无信号交叉口优化控制方法进行了研究。设计并采用基于时延Petri网(Timed Petri Net,TdPN)的无信号交叉口优化控制方法,利用TdPN建立无信号交叉口控制模型,并依此建立交叉口车辆最快消散目标函数,采用递归方式求解车辆最优通过序列;利用Q-Paramics构建基于车路协同环境下的无信号交叉口仿真平台,分析该方法在不同交通流量下对交叉口平均延迟、平均停车次数、平均排队长度和平均速度4个交通参数的影响,并将其与传统的信号控制方法进行对比。研究结果表明:基于TdPN的无信号优化控制方法能够在一定程度上缓解中小交通流量下的交叉口通行问题,并且其控制结果明显优于传统的感应控制方法。

关键词：交通工程无信号交叉口 TdPN 车路协同系统 Q-Paramics

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基于虚拟应答器的GNSS列车安全定位及风险分析

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铁道学报 2016年第6期38卷 53-58页

作者：王剑陆德彪唐一哲靳成铭北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 通号国际控股有限公司北京100166

GNSS在交通行业的应用越来越广泛,在铁路行业非安全领域如乘客通知、列车到站时间估计等都已有成熟的应用。GNSS作为与安全相关的列车运行控制系统中的关键问题,GNSS接收机测量列车位置信息并提供安全校验信息,但基于目前的GNSS单点定... 详细信息

GNSS在交通行业的应用越来越广泛,在铁路行业非安全领域如乘客通知、列车到站时间估计等都已有成熟的应用。GNSS作为与安全相关的列车运行控制系统中的关键问题,GNSS接收机测量列车位置信息并提供安全校验信息,但基于目前的GNSS单点定位技术是一个挑战。本文就基于GNSS接收机的列车定位结果安全层实现方式提出两种实现方法,分别基于现有的ETCS系统及GNSS车载定位系统。在安全应用层的实现方法上,对GNSS虚拟应答器实现安全层的风险分配进行分析,提出GNSS虚拟应答器的风险指标方法。

关键词： GNSS 安全完好性虚拟应答器风险分析

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北斗二代在西部低密度铁路中的应用

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交通运输工程学报 2016年第5期16卷 132-141页

作者：上官伟袁重阳蔡伯根王剑刘江北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 伦敦大学学院交通研究中心

考虑西部铁路线低密度、低成本、高可靠性等应用需求,研究了基于北斗二代卫星导航系统和惯性导航系统的组合定位技术,结合地图匹配技术,能够满足面向西部低密度铁路的列车连续无缝定位需求。当列车经过铁路沿线隧道与山区时,北斗卫星信... 详细信息

考虑西部铁路线低密度、低成本、高可靠性等应用需求,研究了基于北斗二代卫星导航系统和惯性导航系统的组合定位技术,结合地图匹配技术,能够满足面向西部低密度铁路的列车连续无缝定位需求。当列车经过铁路沿线隧道与山区时,北斗卫星信号会因遮挡而失效,采用加速度计和陀螺仪构成的惯性导航系统进行参数短时推算,能够提供列车的运行姿态、速度与位置信息,解决短时间内因卫星信号失效导致列车无法定位的问题。研究了面向铁路直线线路和有岔区段的地图匹配技术,并结合轨道地图数据库进行了测试。设计并搭建了应用于西部低密度铁路的北斗二代卫星导航列车定位系统,在实验室单点静态定位和青藏铁路现场连续动态定位测试条件下,对系统的定位功能进行了测试和验证。试验结果表明:在单点静态定位条件下,定位误差平均为0.558m,在动态定位条件下,定位误差平均为0.258m;结合基于轨道地图数据库的地图匹配技术,列车运行轨迹点匹配正确率达98.6%,系统定位误差能够满足西部低密度铁路的全局定位需求。

关键词：信息工程西部低密度铁路北斗二代卫星导航系统组合定位地图匹配无缝定位

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数字轨道地图数据平顺性检查算法研究

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铁道学报 2015年第1期37卷 57-62页

作者：王剑杨孜刘江蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

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... 详细信息

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。

关键词：全球定位系统数字轨道地图数据平顺性短时傅里叶变换

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基于卫星定位的区间列车轨道占用检测方法研究

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铁道学报 2015年第10期37卷 54-59页

作者：王剑郑波蔡伯根刘江上官伟北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

列车轨道占用检测是列车行车间隔控制的重要条件,已有的区间列车轨道占用检测方法是利用轨道电路或者计轴器等地面设备来确定的,建设和运营成本较高。本文提出了基于卫星定位GNSS(Globe Navigation Satellites System)的区间列车轨道占... 详细信息

列车轨道占用检测是列车行车间隔控制的重要条件,已有的区间列车轨道占用检测方法是利用轨道电路或者计轴器等地面设备来确定的,建设和运营成本较高。本文提出了基于卫星定位GNSS(Globe Navigation Satellites System)的区间列车轨道占用监测方法,即在列车车头和车尾分别安装卫星定位接收机,通过分析卫星定位解算过程,建立评估定位风险的公式,分析不同置信区间、不同定位漏检率和误检率等因素,得出列车位置定位水平保护距离HPL(Horizontal Protection Level),结合地图匹配技术,得出列车在轨道上的占用估计,即利用列车车头与车尾的最不利位置来确定列车的轨道占用。

关键词：列控系统轨道占用卫星定位 HPL 地图匹配

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基于时序分析的列车接近预警方法

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铁道学报 2015年第10期37卷 60-67页

作者：李四辉蔡伯根刘江王剑单洪政北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京佳讯飞鸿电气股份有限公司产品技术部北京100095

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... 详细信息

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。

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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面向我国低密度线路的列车运行控制系统

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铁道学报 2015年第12期37卷 46-52页

作者：王剑靳成铭蔡伯根刘江上官伟单洪政北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京佳讯飞鸿电气股份有限公司产品技术部北京100095

CTCS不同等级的列车运行控制系统能够适应我国大部分铁路线路的实际需求,但其建设、运营、维护成本难以满足我国低密度线路的特殊要求。本文总结了欧洲ERTMS-Regional和美国PTC列控系统的发展现状与特点。结合ITCS在青藏线格拉段的实际... 详细信息

CTCS不同等级的列车运行控制系统能够适应我国大部分铁路线路的实际需求,但其建设、运营、维护成本难以满足我国低密度线路的特殊要求。本文总结了欧洲ERTMS-Regional和美国PTC列控系统的发展现状与特点。结合ITCS在青藏线格拉段的实际建设情况,分析了我国低密度线路对列控系统的需求和关键技术,提出了一种面向我国低密度线路的列车运行控制系统总体方案。该方案能够满足我国低密度线路对于运输能力、建设维护成本、高效安全等方面的要求。

关键词：低密度线路LDL 列车运行控制系统欧洲铁路交通管理系统-区域运营管理系统主动列车控制

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