基于GNSS的虚拟应答器研究 被引量：15

1

作者 张雅静 王剑 蔡伯根 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期104-108,共5页

Galileo系统的加入使全球导航定位系统GNSS的可靠性、安全性进一步加强。应答器是ETCS中采用的主要定位设备,但设备成本和维护费用较高是其主要不足。基于GNSS的虚拟应答器可以减少实际应答器在铁路上的铺设,明显减低设备成本和维护费用... Galileo系统的加入使全球导航定位系统GNSS的可靠性、安全性进一步加强。应答器是ETCS中采用的主要定位设备,但设备成本和维护费用较高是其主要不足。基于GNSS的虚拟应答器可以减少实际应答器在铁路上的铺设,明显减低设备成本和维护费用,并且可以准确的提供列车连续定位信息,增加系统定位的准确性。本文根据我国列车定位发展的需要,提出采用GNSS实现虚拟应答器(Virtual Balise)用于列车定位;文章重点介绍了虚拟应答器的概念、组成和软件系统的实现,采用全球卫星导航定位技术和地图匹配技术,应用专用铁路电子地图和一定的算法设计,通过车载系统软件处理来实现查询应答器功能;软件经青藏线数据测试,能准确捕获前方虚拟应答器信息实现虚拟应答器用于列车定位功能。 展开更多

关键词 铁路 虚拟应答器 GNSS 列车定位 地图匹配

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基于虚拟应答器的GNSS列车安全定位及风险分析 被引量：11

2

作者 王剑 陆德彪 +1 位作者 唐一哲 靳成铭 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期53-58,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 GNSS 安全完好性 虚拟应答器 风险分析

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引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案适应性研究 被引量：4

3

作者 王思琦 刘江 +2 位作者 蔡伯根 王剑 陆德彪 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1054-1065,共12页

随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导... 随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明:卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。 展开更多

关键词 虚拟应答器 列车定位 适应性分析 卫星定位 组合定位

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基于状态估计的虚拟应答器捕获方法研究 被引量：4

4

作者 刘江 蔡伯根 +1 位作者 王剑 陆德彪 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期71-80,共10页

基于卫星导航的列车运行状态自主感知是下一代列车控制系统的重要发展方向之一,采用虚拟应答器这一技术方案能够以较高的系统兼容性将卫星定位应用于列控系统,并实现系统自主化能力和成本效益的优化。本文基于虚拟应答器的基本原理,分... 基于卫星导航的列车运行状态自主感知是下一代列车控制系统的重要发展方向之一,采用虚拟应答器这一技术方案能够以较高的系统兼容性将卫星定位应用于列控系统,并实现系统自主化能力和成本效益的优化。本文基于虚拟应答器的基本原理,分析常规基于捕获半径的虚拟应答器捕获策略存在的问题,采用状态估计思想提出一种实现虚拟应答器捕获的新方法,该方法利用状态空间模型及估计算法对列车与虚拟应答器的接近状态进行估计计算,在确定列车位置的同时利用轨道电子地图及状态预测完成虚拟应答器的捕获判决。基于实测数据进行仿真的结果验证了本文所述方法相比于常规固定捕获半径方案在定位精度、捕获性能、捕获时间分辨率等方面的优势,反映了该方法用于未来实现基于卫星导航的列车控制系统的重要潜力和应用价值。 展开更多

关键词 列车定位 列车运行控制 卫星定位 虚拟应答器 状态估计

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基于GNSS的虚拟应答器捕获算法的研究 被引量：4

5

作者 王剑 蔡伯根 +1 位作者 惠希云 上官伟 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期73-79,共7页

应答器在欧洲列车运行控制系统ETCS(European Train Control System)和中国列车运行控制系统CTCS(China Train Control System)中都是重要的定位设备。为了提高定位精度,应答器必须高密度地布设在轨道上,增加了系统的建设成本和后期维... 应答器在欧洲列车运行控制系统ETCS(European Train Control System)和中国列车运行控制系统CTCS(China Train Control System)中都是重要的定位设备。为了提高定位精度,应答器必须高密度地布设在轨道上,增加了系统的建设成本和后期维护量。基于GNSS技术的虚拟应答器是采用GNSS接收机和相关软件实现应答器的功能,用于模拟一个真正放置在轨道上的应答器,保证列车运行的安全,提高列车定位的精度,降低建设成本和后期维护量。本文对虚拟应答器捕获半径的数学公式进行推导,在此基础上对捕获算法进行设计。通过设置仿真场景,分析接收机的输出频率、列车速度以及捕获率与捕获精度之间的关系,验证算法的可行性。 展开更多

关键词 虚拟应答器 全球导航卫星系统 列车定位 捕获算法

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虚拟应答器研究进展与发展展望 被引量：4

6

作者 王剑 张辉 +1 位作者 蔡伯根 陈德旺 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期71-77,共7页

欧洲应答器(Eurobalise)是欧洲列车控制系统(ETCS/ERTMS)中广泛使用的列车定位设备。在使用时需要铺设大量的地面设备,需要昂贵的费用和较大的维护量。随着卫星定位导航(GNSS)技术的发展,定位精度越来越高;同时越来越多的卫星定位系统(G... 欧洲应答器(Eurobalise)是欧洲列车控制系统(ETCS/ERTMS)中广泛使用的列车定位设备。在使用时需要铺设大量的地面设备,需要昂贵的费用和较大的维护量。随着卫星定位导航(GNSS)技术的发展,定位精度越来越高;同时越来越多的卫星定位系统(GPS,GLONASS,GALILEO)可用,使得降低列车定位的成本成为可能。国际铁路联盟(UIC)提出采用卫星定位导航技术,辅以地图匹配技术实现虚拟应答器(virtual balise)。虚拟应答器可以部分甚至全部取代实物应答器,无需地面轨旁设备。本文就虚拟应答器的发展背景、功能要求、实现方式、应用方式以及目前发展的现状进行描述,并且建议在中国的列车控制中采用虚拟应答器,从而适应中国铁路快速发展的需要。 展开更多

关键词 卫星导航定位系统 虚拟应答器 ETCS/ERTMS

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基于局域定位场景聚类的虚拟应答器布局优化方法研究 被引量：2

7

作者 王思琦 刘江 +1 位作者 蔡伯根 王剑 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期77-86,共10页

基于全球导航卫星系统的列车定位是下一代列车控制系统的重要技术方向之一,卫星定位驱动的虚拟应答器技术是实现卫星定位与既有列控系统兼容的有效途径。重点关注虚拟应答器的选址布局优化设计问题,结合虚拟应答器捕获与报文触发对卫星... 基于全球导航卫星系统的列车定位是下一代列车控制系统的重要技术方向之一,卫星定位驱动的虚拟应答器技术是实现卫星定位与既有列控系统兼容的有效途径。重点关注虚拟应答器的选址布局优化设计问题,结合虚拟应答器捕获与报文触发对卫星定位性能的需求,从候选虚拟应答器布设位置的局域卫星定位观测性能特征出发,运用动态时间规划和具有噪声的基于密度的聚类方法,提出一种铁路沿线局域定位场景聚类策略,基于聚类结果,重点针对卫星信号观测受限区段,构建一种基于麻雀搜索改进遗传算法的虚拟应答器布局优化方法。采用实际线路数据及现场试验数据,对所提出的局域定位场景聚类策略进行了验证,并通过与传统优化算法的对比,验证所提布局优化方法的能力。所得结果对于辅助实际线路虚拟应答器布设方案设计与实施具有参考意义。 展开更多

关键词 虚拟应答器 列车定位 卫星定位 场景聚类 布局优化

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虚拟应答器测试方法研究 被引量：1

8

作者 杨荣伟 王剑 《铁道通信信号》 2016年第4期81-85,共5页

虚拟应答器实际上是一套车载系统,它通过软件处理GNSS定位单元的导航信息,输出与真实应答器具有相同数据格式的报文,从而实现列车定位的功能。论文对虚拟应答器进行设计与实现,搭建了虚拟应答器测试平台,设计对比测试实验,并在不同实验... 虚拟应答器实际上是一套车载系统,它通过软件处理GNSS定位单元的导航信息,输出与真实应答器具有相同数据格式的报文,从而实现列车定位的功能。论文对虚拟应答器进行设计与实现,搭建了虚拟应答器测试平台,设计对比测试实验,并在不同实验场景下对虚拟应答器与真实应答器的捕获时间差和捕获率进行比较。 展开更多

关键词 虚拟应答器 GNSS 地图匹配 测试平台 对比测试

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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

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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虚拟应答器复合地图匹配方法研究

10

作者 陈永刚 韩思成 +3 位作者 王海涌 高锋阳 魏鹏山 宋鹏飞 《测绘科学》 CSCD 北大核心 2022年第12期192-199,共8页

针对目前虚拟应答器地图匹配采用直接投影法在复杂铁路路段上准确性差、匹配精度低的问题,该文提出了一种复合地图匹配算法。首先将铁路线路进行分段处理,然后根据所划分线路特征的不同,采用不同的地图匹配算法选取列车实际运行的匹配路... 针对目前虚拟应答器地图匹配采用直接投影法在复杂铁路路段上准确性差、匹配精度低的问题,该文提出了一种复合地图匹配算法。首先将铁路线路进行分段处理,然后根据所划分线路特征的不同,采用不同的地图匹配算法选取列车实际运行的匹配路段,最后进行仿真验证。通过与传统地图匹配算法进行对比,结果表明:在复杂路段下,复合地图匹配算法相对于传统地图匹配算法在匹配准确率上具有显著优势,具有较好的匹配效果,能够有效实现复杂路网下定位点的精准匹配,满足虚拟应答器的定位需要。 展开更多

关键词 虚拟应答器 复合地图匹配算法 复杂铁路路段

原文传递

基于Kriging算法的虚拟应答器捕获方法

11

作者 韩思成 陈永刚 熊文祥 《导航定位学报》 CSCD 2022年第3期130-136,159,共8页

针对全球卫星导航系统(GNSS)接收机所提供的定位数据是离散的,GNSS定位点有时不能在捕获区域内被捕获,从而出现虚拟应答器漏捕获的问题。提出了基于克里金(Kriging)算法的数据内插方法:使用Kriging算法得到插值点的函数表达式,然后利用... 针对全球卫星导航系统(GNSS)接收机所提供的定位数据是离散的,GNSS定位点有时不能在捕获区域内被捕获,从而出现虚拟应答器漏捕获的问题。提出了基于克里金(Kriging)算法的数据内插方法:使用Kriging算法得到插值点的函数表达式,然后利用变异函数对已知样本点的离散关系进行拟合,通过对样本点集合进行插值扩展增加样本点的数目,使虚拟应答器仍能在捕获区域内被捕获。最后设置仿真场景,将Kriging插值算法与不同GNSS接收机频率下的虚拟应答器捕获方法进行比较。仿真结果表明,在相同捕获半径的条件下,本文所述算法在虚拟应答器捕获率和捕获精度上具有显著优势,反映了该插值算法应用于虚拟应答器漏捕获的可行性。 展开更多

关键词 虚拟应答器 漏捕获 克里金算法 数据内插 全球卫星导航系统

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基于GPS的虚拟应答器在调车监控系统中的应用

12

作者 梁前浩 薛峰 《铁道通信信号》 2011年第10期1-3,共3页

提出一种适用于无线调车机车信号和监控系统中基于GPS技术实现的作业机车初始定位方案———虚拟应答器方案,代替了目前普遍采用的无源应答器方案,极大地提高了工程实施水平。虚拟应答器方案通过组建局域差分增强系统方式,提高了定位精... 提出一种适用于无线调车机车信号和监控系统中基于GPS技术实现的作业机车初始定位方案———虚拟应答器方案,代替了目前普遍采用的无源应答器方案,极大地提高了工程实施水平。虚拟应答器方案通过组建局域差分增强系统方式,提高了定位精度;在设计上采用模块化方式实现结构和功能分离。通过理论分析和现场试验,表明虚拟应答器的定位精度满足调车监控系统要求。 展开更多

关键词 调车监控 虚拟应答器 定位

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基于衰减因子的虚拟应答器信息融合方法研究

13

作者 陈永刚 韩思成 +1 位作者 贾水兰 许继业 《全球定位系统》 CSCD 2022年第5期88-93,共6页

针对虚拟应答器(VB)信息融合时使用Kalman滤波易出现滤波发散的问题,提出了基于改进Sage-Husa自适应滤波算法的信息融合方法.首先采用自适应滤波动态调节噪声统计特性参数,抑制滤波发散,在预测误差方差矩阵中引入衰减因子,减小陈旧数据... 针对虚拟应答器(VB)信息融合时使用Kalman滤波易出现滤波发散的问题,提出了基于改进Sage-Husa自适应滤波算法的信息融合方法.首先采用自适应滤波动态调节噪声统计特性参数,抑制滤波发散,在预测误差方差矩阵中引入衰减因子,减小陈旧数据的影响进而提高滤波精度,最后进行仿真实验,将所提出的滤波算法与Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波在VB的位置误差和速度误差上进行对比.仿真结果证明:在相同的时间内,本文所述算法在VB的定位误差上具有显著优势,具有较好地稳定性. 展开更多

关键词 虚拟应答器(VB) 信息融合 改进Sage-Husa自适应滤波算法 衰减因子 滤波发散

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