摘要以資訊融合技術為基礎，研究以速度感測器為核心的多感測器融合列車測速定位系統; 通過列車打滑試驗，驗證和分析該測速定位系統的空滑檢測和誤差補償能力。 關鍵詞城市軌道交通基於通訊的列車執行控制多感測器融合列車測速定位北京地鐵亦莊線 1 研究背景基於通訊的列車控制系統( cbtc) 是一種連續的自動列車控制系統，它利用高精度的列車定位( 不依賴於軌道電路) ，採取雙向連續、大容量的車地資料通訊，依靠車載、地面的安全功能處理器來加以實現。高精度的列車定位技術是 cbtc 系統的關鍵技術之一，列車位置和速度資訊是移動閉塞、列車執行控制的重要引數，精確的列車位置和速度資訊能有效地提高行車效率和安全度。
在城市軌道交通系統中，列車需要交替執行在地下和地上，執行環境比較複雜，單獨依靠一種測速定位技術很難獲得高精度的列車位置和速度資訊。因此，研究多感測器融合技術，就能夠結合不同感測器的優點，彌補各自的缺點，通過冗餘互補提供更加可靠、精確的列車速度和位置資訊。 1． 1 測速定位技術測速定位通過不斷測量列車的執行速度、對列車的即時速度進行積分的方法，得到列車的執行距離，輔助其他定位方法( 如查詢-應答器定位、電子地圖匹配) 來獲取列車的位置資訊。
下面對幾種主要的測速測距方法進行分析比較。 1) 脈衝轉速感測器( odometer) 是通過列車車輪轉動產生數字脈衝，輸出脈衝訊號通過訊號處理後，可直接輸入微處理器進行計算，得到高測量精度的速度、距離資訊。 2) 都卜勒雷達( doppler radar) 依靠雷達向地面發射的訊號，檢查雷達回波頻率與發射訊號頻率的不同，根據都卜勒效應計算列車的執行方向和速度，再對列車的速度進行積分，得到列車的執行距離。
3) 航位推算系統( dead reckoning，dr) 在航天、航空和航海領域得到廣泛應用，航位推算系統一般使用慣性感測器作為航向感測器和位移感測器，具有不與外界發生光電聯絡和不受氣候條件限制的特點。隨著慣性感測器的民用普及和成本降低，它成為列車測速測距的一種可選方案。 脈衝轉速感測器技術的發展已經相對成熟，在實際應用中實現比較簡單，能提供高精度、數位化的速度和距離資訊，因此近年來得到了廣泛應用。
但是，由於以車輪轉動作為採集物件間接獲取列車速度，車輪磨損產生的輪徑變化、執行過程中的空轉和滑行會產生較大的誤差。雷達和航位推算系統是直接測量列車速度和距離的方式，不存在車輪磨損、空轉、滑行等造成的誤差。但是，都卜勒雷達測速方法比較複雜，需要考慮雷達校正、不同地面反射係數等問題; 航位推算系統受到感測器本身溫漂、敏感度等的影響，在短時間內測量具有較高的精度，但長時間使用會導致較大的累積誤差，因此在使用航位推算系統進行列車測速定位時，需要解決累積誤差的補償問題。
1． 2 多感測器資訊融合方法多感測器的資訊融合要完成同源、同質、非同源、非同質的測量訊號融合，需要多領域融合演算法的支援。現有的融合演算法基本可以分為隨機類方法和人工智慧類方法: 隨機類方法包括加權平均、kalman 濾波、bayes 概率推理法、dempster-shafer 證據推理、小波變換等，是多感測器融合最常用的方法; 人工智慧類方法有模糊邏輯推理、神經網路方法等。
目前，已有研究人員將人工智慧類方法引入隨機類方法，如神經網路與 kalman 濾波結合、神經網路與小波變換結合等，以解決隨機類方法在不確定性推理上存在的一些缺陷。 2 cbtc 列車多感測器融合測速定位研究儘管基於多感測器資訊融合的列車定位方法能夠融合多種感測器的資訊，獲得列車的速度和位置資訊，但實際採用的感測器種類和數量並非是多多益善。因此，本研究根據列車定位子系統的應用背景，提出了一種以速度感測器為核心感測器、多感測器資訊融合的列車定位方法。
該方法主要針對以下 3 個方面的問題: 1) 空轉滑行的檢測能力及速度補償問題。車輪的空轉和滑行是速度感測器產生較大誤差的原因之一，通過雷達和 dr 資訊的檢查和融合，降低空轉和滑行帶來的誤差。
2) 輪徑修正問題。列車在執行中車輪的磨損和形變是產生速度感測器較大誤差的另乙個原因，通過雷達和 dr 資訊的檢查和融合，降低輪徑變化帶來的誤差。 3) 絕對位置資訊的修正問題。
根據線路資料庫資訊( db) ，進行類似應答器定位的位置修正，減少位置資訊的累積誤差。 在實際 cbtc 列車執行控制系統中，所用感測器的種類和數量需要考慮實際線路的需求、環境、成本、列車結構等因素，選擇合適的多感測器融合測速定位方案。本研究以速度感測器 odo 為核心，設計了多感測器融合模型，通過融合雷達和 dr 的資訊，實現列車的測速定位功能，如圖1 所示。
通過節點 n1空轉滑行檢查和補償、節點和 n2輪徑校正節點融合，消除速度感測器的誤差;將校正後的速度感測器資訊與雷達和 dr 速度資訊在n3速度與資訊估計節點融合，計算出列車的實際速度;然後將計算出的速度資訊與雷達和dr 距離資訊在n4距離資訊估計融合，計算出列車走行距離; 最後通過 n5位置資訊修正節點，將距離資訊與 db 融合，修正列車位置。 上述模型可根據實際線路的測速定位精度需求、綜合成本，既可以同時使用雷達和 dr，也可以簡化模型，單獨使用雷達或者 dr。dr 能夠修正雷達在列車低速執行時測量精度較低的缺點，雷達能夠修正 dr 在列車長時間執行時的累積誤差。
3 實際應用效果本研究以上述模型為基礎，設計了多感測器融合的列車測速定位系統。該系統以2 個冗餘速度感測器為核心，融合了1 個雷達、1 個由陀螺和加速度計組成的航位推算系統，在實際打滑實驗中加以驗證，如圖2 所示。
列車在撒過潤滑劑的軌道上加速至一定速度後採取緊急制動，安置在列車不同輪對上的速度感測器odo1和 odo2發生不同程度的打滑; 通過將雷達和dr 速度資訊與速度感測器的 odo1和 odo2速度資訊進行融合，得到 spd-atp 列車的實際速度曲線，消除了列車車輪打滑產生的誤差。 表 1 為列車進行打滑時間時採集的信標間距離測試結果，可見在發生打滑情況下，列車距離資訊的測定在可容許的範圍內，有效地保證了列車定位的精度。
4 結語多感測器融合測速定位研究適合於列車定位方法中的多感測器資訊融合結構。根據軌道交通的特點，需要合理選擇感測器的組合，研究解決當前列車定位方法中固有的問題。單一的測速方式缺乏抗干擾性，偶然的故障可能會導致整個系統無法正常工作; 而多感測器融合測速定位系統是乙個冗餘系統，當多感測器融合中的某一感測器失效時，其餘感測器仍可以降級工作，保證了列車執行控制故障-安全的特性。
對於多感測器融合列車測速定位，還需要進一步研究系統的融合方法和更加靈活的融合結構，提高融合系統的自適應性和抗干擾性，設計可配置的多感測器融合模型，根據實際線路提供更加可靠、經濟和高效的解決方案。
多感測器遙感影象配準方法的研究
摘要 根據多感測器遙感影象的成像特點，需要對獲得的遙感影象進行配準融合後才能獲得所需要的資訊。傅利葉變換應用在多感測器遙感影象配準中可以達到預期的配準效果，能夠分析出所需要的資料資訊。關鍵詞 影象配準傅利葉變換資料資訊 1 影象配準的意義 由多感測器遙感影象的成像的特殊性可知造成影象失真 發生幾何畸...
基於礦井中LEACH的無線感測器網路節能改進演算法
作者 牟寧芳 科技視界 2013年第27期 摘要 為了最大限度延長無線感測器網路的使用壽命，本文分析了leach協議並在此基礎上提出了一種新演算法。該演算法主要在簇首選取上進行了改進。簇首選擇由原來的隨機選取到現在的固定放入。理論和 結果證明，該演算法要優於leach協議，使整個網路的生命週期延長。...
基於模糊邏輯的單感測器目標風險評估方法
計算機與數字工程 總第 期 年第 期 基於模糊邏輯的單感測器目標風險評估方法 黨化梅 蘭州鈾濃縮 蘭州 摘要以目標地形為主要研究內容，給出飛行器目標地形灰度影象的地形特徵模糊變數及其隸屬函式的確定方法，並完成了計算單 元地形特徵提取。分析了基於雜訊特性和退化函式的灰度影象濾波的基本原理 研究了基於合...