详情

原文传递多传感器铁路轨道区段占用检测方法研究

论文题名：	多传感器铁路轨道区段占用检测方法研究
关键词：	铁路信号;轨道占用;检测技术;传感器;时间序列;混沌神经网络
摘要：	铁路信号是铁路上信号显示、联锁、闭塞设备的总称，向铁路行车人员传达有关机车车辆运行条件、行车设备状态以及行车指示和命令等信息，以确保行车的安全。在铁路信号系统中如何检测线路上是否有车辆占用是极其重要的，检测线路包括站间的区间线路和站内的区段线路。　　本论文针对铁路车站轨道区段占用检测方法进行研究，在综述典型轨道区段占用检测方法的基础上，对检测方法的研究历史、现状和存在的问题进行了论述，并提出一种新的计轴设备占用检测方法，并逐步展开理论研究，解决检测方法中的关键问题，通过仿真与实际现场对所提出的方法进行验证。　　本论文的主要研究工作内容与创新成果如下: 　　1.针对现有计轴传感器存在的数据单一、没有容错功能等缺陷，提出使用红外计轴传感器、接近计轴传感器、列车存在传感器来实现列车的计轴，包括传感器的安装方式、计轴数据采集方法、计轴序列编码方式、计轴数据特征提取等关键技术，为计轴数据处理及轨道区段的占用检测打下基础。传感器所产生的输出数据全部为二值电平数据，因此所形成的编码数据准确、抗干扰性能强、数据容易处理和传输; 　　2.在红外计轴、接近计轴、列车存在传感器安装、采集、编码的基础上，为去除干扰，提高计轴准确率，以计轴编码为基础，把KMP匹配算法与计轴编码数据结合，提出了KMP计轴匹配检测算法;通过对待计轴数据编码的完整性、有序性、相似性特征的提取，加权计算后得到计轴匹配算法计算输出值，依据输出值进行判断是否是列车的一轴数据。该算法时间复杂度低，程序上容易实现，处理速度快，但抗干扰能力相对较弱，适用于干扰较少的区段，通过仿真算法达到了预期的效果; 　　3.为提高复杂环境下对干扰识别，在计轴编码序列中加入了时间要素，提出了基于时间序列匹配计轴算法模型(TSCRM)，以时间序列变化速度和加速度作为序列匹配的手段，实现标准计轴编码与待检测计轴编码数据的相似度匹配，实现原理简单，处理速度快，具有抗干扰能力强，通过仿真和现场实验数据分析得到了准确数据; 　　4.轨道区段占用情况更复杂一些，为进一步提高轨道区段占用判断准确度，提出了基于D-S证据理论和基于混沌神经网络的信息融合方法来解决轨道区段是否占用的问题，对是否有物体通过、轨道区段占用、列车速度、列车加速度、列车运动方向、列车面积六个信息进行融合，运用统计证据和离差最大化法确定了有车、无车、不确定三种情况下的基本概率赋值，再运用多传感器时域递归的轨道是否占用检测模型进行判定;为避免D-S证据理论建模的局限性，采用神经网络技术通过历史数据计算各传感器的权重数据，同时考虑到神经网络易陷入局部最优的情况，通过引入混沌机制，使得该种混沌神经网络能够有效地避免神经网络在训练过程中易陷入局部极小值的缺点，并对微小区别的模式具有更好的识别效果。通过两种融合算法，使得判断更加准确。　　5.为证明作者提出计轴匹配方法、信息融合轨道区段占用检测模型的有效性，系统设计了具体测试方案，采用CAN总线结构，把轨道旁边的设备及室内设备都连接到总线上，完成了数据采集及信息传输。为提高CAN总线数据传输的可靠性，在铁路室外现场使用确认性通信和执行性通信的方法;设计继电器控制单元时，通过检测控制信息实现控制反馈，实现继电器的可靠性控制;实现与原轨道电路并行辅助控制的方式完成轨道区段占用的安全防护，提高了占用检测准确度的同时，也可以实现轨道电路的断轨检测，遵循了“故障导向安全”的原则;经过两年多的连续实际测试，计轴数、轨道占用正确率达到了100％，且适应环境的变化，实际测试也达到了预期的效果。　　论文经过理论研究、仿真和实际的测试，证明作者所使用的方法是可行的、准确的、有效的，其可靠性、安全性、实时性都达到了预期的设计要求。另外，轨道占用所引起的多类故障是一个亟待解决的问题，经过进一步的研究与实验，紧密结合生产实际，证明本论文所采用的方法具有一定的推广价值，同时，论文中所使用的方法也会为其它领域的理论和应用研究提供一定的经验和借鉴。
作者：	华泽玺
专业：	计算机应用技术
导师：	陈向东
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文