基于多傳感器融合的列車測(cè)速定位方法

1、專業(yè)專業(yè)知識(shí)分享版分享版使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程摘要以信息融合技術(shù)為基礎(chǔ)，研究以速度傳感器為核心的多傳感器融合列車測(cè)速定位系統(tǒng)通過(guò)列車打滑試驗(yàn)，驗(yàn)證和分析該測(cè)速定位系統(tǒng)的空滑檢測(cè)和誤差補(bǔ)償能力。關(guān)鍵詞城市軌道交通基于通信的列車運(yùn)行控制多傳感器融合列車測(cè)速定位北京地鐵亦莊線1研究背景基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)是一種連續(xù)的自動(dòng)列車控制系統(tǒng)，它利用高精度的列車定位(不依賴于軌道電路)，采取雙向連續(xù)、大容量的車地

2、數(shù)據(jù)通信，依靠車載、地面的安全功能處理器來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。高精度的列車定位技術(shù)是CBTC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，列車位置和速度信息是移動(dòng)閉塞、列車運(yùn)行控制的重要參數(shù)，精確的列車位置和速度信息能有效地提高行車效率和安全度。在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車需要交替運(yùn)行在地下和地上，運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，單獨(dú)依靠一種測(cè)速定位技術(shù)很難獲得高精度的列車位置和速度信息。因此，研究多傳感器融合技術(shù)，就能夠結(jié)合不同傳感器的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，通過(guò)冗余互補(bǔ)提供更加可靠、精

3、確的列車速度和位置信息。11測(cè)速定位技術(shù)測(cè)速定位通過(guò)不斷測(cè)量列車的運(yùn)行速度、對(duì)列車的即時(shí)速度進(jìn)行積分的方法，得到列車的運(yùn)行距離，輔助其他定位方法(如查詢應(yīng)答器定位、電子地圖匹配)來(lái)獲取列車的位置信息。下面對(duì)幾種主要的測(cè)速測(cè)距方法進(jìn)行分析比較。1)脈沖轉(zhuǎn)速傳感器(odometer)是通過(guò)列車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生數(shù)字脈沖，輸出脈沖信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理后，可直接輸入微處理器進(jìn)行計(jì)算，得到高測(cè)量精度的速度、距離信息。2)多普勒雷達(dá)(Dopplerradar

4、)依靠雷達(dá)向地面發(fā)射的信號(hào)，檢查雷達(dá)回波頻率與發(fā)射信號(hào)頻率的不同，根據(jù)多普勒效應(yīng)計(jì)算列車的運(yùn)行方向和速度，再對(duì)列車的速度進(jìn)行積分，得到列車的運(yùn)行距離。3)航位推算系統(tǒng)(deadreckoning，DR)在航天、航空和航海領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，航位推算系統(tǒng)一般使用慣性傳感器作為航向傳感器和位移傳感器，具有不與外界發(fā)生光電聯(lián)系和不受氣候條件限制的特點(diǎn)。隨著慣性傳感器的民用普及和成本降低，它成為列車測(cè)速測(cè)距的一種可選方案。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)的發(fā)展

5、已經(jīng)相對(duì)成熟，在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，能提供高精度、數(shù)字化的速度和距離信息，因此近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)作為采集對(duì)象間接獲取列車速度，車輪磨損產(chǎn)生的輪徑變化、運(yùn)行過(guò)程中的空轉(zhuǎn)和滑行會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。雷達(dá)和航位推算系統(tǒng)是直接測(cè)量列車速度和距離的方式，不存在車輪磨損、空轉(zhuǎn)、滑行等造成的誤差。但是，多普勒雷達(dá)測(cè)速方法比較復(fù)雜，需要考慮雷達(dá)校正、不同地面反射系數(shù)等問(wèn)題航位推算系統(tǒng)受到傳感器本身溫漂、敏感度等的影響，在短時(shí)間內(nèi)

6、測(cè)量具有較高的精度，但長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致較大的累積誤差，因此在使用航位推算系統(tǒng)進(jìn)行列車測(cè)速定位時(shí)，需要解決累積誤差的補(bǔ)償問(wèn)題。12多傳感器信息融合方法多傳感器的信息融合要完成同源、同質(zhì)、非同源、非同質(zhì)的測(cè)量信號(hào)融合，需要多領(lǐng)域融合算法的支持?，F(xiàn)有的融合算法基本可以分為隨機(jī)類方法和人工智能類方法:隨機(jī)類方法包括加權(quán)平均、Kalman濾波、Bayes概率推理法、DempsterShafer證據(jù)推理、小波變換等，是多傳感器融合最常用的方法人工智

7、能類方法有模糊邏輯推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。目前，已有研究人員將人工智能類方法引入隨機(jī)類方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與Kalman濾波結(jié)合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波變換結(jié)合等，以解決隨機(jī)類方法在不確定性推理上存在的一些缺陷。2CBTC列車多傳感器融合測(cè)速定位研究盡管基于多傳感器信息融合的列車定位方法能夠融合多種傳感器的信息，獲得列車的速度和位置信息，但實(shí)際采用的傳感器專業(yè)專業(yè)知識(shí)分享版分享版使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程研究系統(tǒng)的融合方法和更加