基于多源信息融合的地铁列车速度位置检测系统研究与设计

摘要

随着城市轨道交通的快速发展,对于新型交通方式的成套技术的研究需求随之增大。列车车载速度与位置测定子系统是列车自动运行控制系统的关键技术之一。在CBTC系统中,列车速度检测的可靠性和定位的精确性是列车安全、高效运行的保障。因此对城轨交通车载速度位置检测系统的进一步研究,对于推动新型交通运输的发展具有重大和深远的意义。
　　本文根据城市轨道交通运行的特殊环境,对列车的速度检测和位置判定进行理论分析,将城市轨道交通常用速度检测和定位技术作以比较、研究并设计出一款适合城市轨道交通列车应用的列车速度与位置检测系统。
　　首先,本文对当前应用于地铁列车车速测量及定位的各种方式予以阐述,研究列车运行过程中各种误差的产生机理,分析了系统的主导误差空转打滑现象的产生及对列车高效运行的影响,提出一种采用测速与点式定位相结合的方法完成列车测速与定位功能,并在列车到站停车时加入条码识别系统作为辅助设备进行精确定位。实现方式具体表现为:利用不同类型速度对列车运行速度进行测量,并以此计算列车的位移,同时采用车载查询器与地面应答器之间的通信来进行绝对位置的校核,停车时同时采集条码信息,用以减小列车运行过程中采集速度和位置信息误差,提高系统精确可靠性。
　　其次,本文阐述了信息融合技术在列车测速定位系统中的应用,使用多源信息融合的方法对各类传感器测量值进行融合处理,优势互补,验证信息融合技术在列车测速及定位中的有效性,并建立车载速度位置静态测试信号源模型及开发车载速度与位置检测子系统软件,并搭建硬件产品平台,在硬件设计过程中,采用不同形式硬件处理模块构成“三取二”形式的冗余系统,增强系统的安全性和可靠性,提高系统的鲁棒性。
　　最后,以此软硬件系统为平台,基于速度位置静态测试信号源进行系统级分析验证。结果表明,基于“三取二”冗余系统模型设计的车载速度与位置检测子系统硬件系统具有较高的精度和可靠性,尤其是在冗余系统设计中使用多种不同质处理模块进行数据的冗余计算,更是增强了系统的安全等级。在软件方面,多源信息融合的数据处理方法能有效地消除传感器采集数据的误差,得到全局最优的列车速度值和列车运行位移,确定列车的具体位置,测试结果良好,达到预期设计目标。

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1 绪论

1.1论文研究背景和目的

1.2 国内外发展现状

1.3论文的研究内容与组织结构

2列车速度与位置检测技术的分析

2.1列车车载速度与位置检测系统

2.2常用列车测速技术

2.3常用列车定位技术

2.4城市轨道交通列车停车精确定位方案

2.5城市轨道交通列车速度与位置检测系统方案的选择

2.6本章小结

3列车速度与位置检测技术的分析

3.1多传感器信息融合结构的比较与分析

3.2多传感器信息融合理论

3.3本章小结

4车载速度与位置检测系统硬件设计

4.1车载速度位置静态测试信号源

4.2车载速度与位置检测系统硬件总体结构

4.3外围电路设计

4.4下位机算法设计

4.5本章小结

5车载速度与位置检测系统软件设计

5.1车载速度与位置检测系统的软件流程

5.2车载速度与位置检测系统各模块算法

5.3本章小结

6车载速度与位置检测系统实现

6.1车载速度与位置检测系统软硬件实现

6.2系统整机联调试验

6.3试验结果分析

6.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果