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基于可见光成像通信的列车定位方法研究
| 论文题名： | 基于可见光成像通信的列车定位方法研究 |
| 关键词： | 列车定位;可见光成像通信;机器学习 |
| 摘要： | 地铁已成为大都市缓解公共交通压力的必然选择，CBTC（基于通信的列车控制）系统作为主流的地铁列车运行控制系统，由定位技术获得的列车位置信息是保证列车安全运行的重要参数之一。传统的地铁列车定位方式有查询-应答器、交叉感应环线、计轴、WLAN和LTE等定位技术，但上述方法都面临一定的不足，如无法满足连续定位的需求、成本高且维护困难、定位精度低、易受电磁干扰、频谱资源受限等。而随着科研人员对可见光的研究，VLC（可见光通信）技术传输速率高、兼顾照明和通信、绿色环保、频谱资源免费等优势突显。其中，使用IS（图像传感器）作为接收器的VLC定位技术继承了以上优点，具有精度高、成本低、可移植性好、系统易于搭建等优势。 针对地铁隧道环境运营过程，提出了基于OCC（可见光成像通信）的地铁列车定位方法。首先，依据地铁隧道场景，构建基于OCC的列车定位模型、列车运动模型和列车定位观测模型。其次，根据地铁隧道内LED光源固有的布置方式，设计了基于双LED光源的可见光成像定位算法，该定位方法使用相机捕捉LED光源，通过图像处理技术提取图像中的ROI(RegionofInterest,感兴趣区域)，识别ROI内的条纹图像的特征。接着，利用机器学习得到LED光源的ID信息，再通过几何原理得到列车位置。最后，针对可能出现的无法捕捉到两个LED光源的情况，提出了基于单个LED光源的可见光成像定位算法，该算法利用了LED光源形状信息求解比例因子k。此外，为了减小成像倾斜时比例因子误差，提出抗倾斜算法，提高列车定位精度。 依托甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心，对基于双LED光源的OCC定位算法进行了实验，同时根据成都地铁1号线的实际线路和设备信息，利用MATLAB对基于单LED光源的OCC定位方法进行仿真实验。实验结果表明，双LED光源定位算法平均定位误差为2.34cm，且定位算法的平均定位时间为51.24ms。单LED光源定位算法平均定位误差为15.56cm，本文所提出的列车定位方法能够满足IEEE1474.1标准中对CBTC系统列车定位精度的要求，而且具有良好的实时性，保证了列车定位过程的稳定性，具有广阔的应用前景。 |
| 作者： | 朱东亚 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 张雁鹏;张帮伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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