2022年, 第46卷, 第2期 刊出日期:2022-04-15
  

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    交通智能控制与检测
  • 张德干, 龚倡乐, 张婷, 张捷, 李霞
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 1-10. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210012
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    在分析现有相关技术的基础上,提出了一种基于边缘计算的分簇 (Ad hoc On-demand Distance Vector,AODV)路由新算法.通过对传统的以最小跳数为基础的AODV路由协议进行优化,综合考虑车辆节点能量,车辆行驶速度的信息,结合车对车(Vehicle to Vehicle,V2V)以及车对路(Vehicle to Road,V2R)的通信模式,在路边单元RSU中添加边缘服务器,使用分簇的方法,簇内车辆节点使用V2V通信模式,簇间车辆节点使用V2V与V2R相结合的通信模式来进行路由的选择.仿真结果表明,该算法在高速移动车辆自组织网络中提高了路由的选择效率,降低了链路因高速移动而导致断开重新建立链接带来的网络拓扑控制开销.
  • 齐凡瑞, 李强
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 11-19. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210139
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    目前,列控系统测试序列大多由人工编写而成,在测试项的有效性和测试案例覆盖的全面性等方面存在较多问题.针对传统蚁群算法收敛速度慢和易发生停滞现象等缺点,提出一种基于改进蚁群算法(Modified-Ant Colony Optimization,M-ACO)的测试序列优化生成方法,以RBC单电台切换场景为例,根据CTCS-3级列控系统技术规范构建RBC切换有色Petri网(Colored Petri Net,CPN)模型,由该模型生成状态空间可达图和可扩展标记语言(Extensible Markup Language,XML)文件,采用路径搜索算法生成满足全节点覆盖的测试案例集,根据各测试案例的开始条件和结束条件将测试案例串联后生成测试序列,再应用M-ACO算法生成优化测试序列.最后与序列优选算法及传统蚁群算法进行对比,结果表明:该方法降低了测试的复杂程度,测试利用率较未改进的蚁群算法提高了38.53%,适合复杂系统的测试.
  • 邬春明, 廉力影, 赵立权
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 20-28. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210150
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    现有的目标检测方法多为单纯的检测方法,应用场景广泛但缺乏针对性.在现有检测方法的泛化场景中,有针对性地选取人和物之间有动作交互的场景为特定检测背景,提出了基于人体姿态信息的目标物体检测方法.当场景中人和待测目标同时存在并且二者有动作交互时,可在人体姿态信息的辅助下对该场景中的目标更准确地识别.模型以CenterNet网络为基础,引入蕴含16个关节点信息的关节点热力图分支,并对特征提取网络加以改进.实验结果表明:在特定检测场景下,新模型检测效果更理想.
  • 刘云婷, 陈光武
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 29-36. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210137
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    转辙机缺口大小是其健康状态的重要标志之一.针对大多数现有转辙机缺口检测装置需要在表示杆额外增加标记的缺点,以及目前边缘检测技术难以消除图像中噪声的问题,以某铁路公司ZYJ7型与ZD6型转辙机缺口图像为基础,设计了一种基于超像素的快速模糊聚类算法(Superpixel-based Fast Fuzzy C-Means clustering,SFFCM)图像分割的转辙机缺口自动检测方法.首先,采用SFFCM对缺口图像进行精准分割,保持缺口图像边缘的清晰度和连续性;其次,利用Canny算子对分割后的图像进行边缘提取,获取缺口图像的单像素边缘;最后,利用算法对图像中转辙机缺口两端进行标记,从而实现转辙机缺口的自动检测.实验结果表明,该转辙机缺口检测方法与架构具有一定的有效性.
  • 朱梦瑞, 牛宏侠
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 37-45. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210174
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    异物入侵影响列车行车安全,严重时会造成事故伤亡.针对现有铁路异物入侵识别准确率不高、实时性较差等问题,提出了一种改进YOLOv3模型的异物入侵识别算法.首先,利用逆透视变换确定轨道位置并划分危险区域,为后续的异物识别提出基础.然后采用K-means++聚类算法选取适合本文数据集的先验框尺寸,使先验框与特征图层更加契合,提升对铁路异物的定位能力.同时用MobileNetv2作为特征提取网络以减少模型参数量,提高识别的速度.最后,用改进的YOLOv3算法对危险区域进行异物识别.实验结果表明:本文算法在铁轨异物数据集上的平均识别精度达到89.23%,较传统YOLOv3算法高出9.73%,帧速率由20?f?s-1提高到54.3?f?s-1,有效提高了铁路异物入侵识别的实时性和准确率.
  • 刘宇航, 曹晓东, 张雪莲, 张其鑫
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 46-53. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220012
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    针对逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter,SAR ADC)中电容失配引起转换精度降低的问题,提出了基于扰动的高精度SAR ADC校准算法.SAR ADC采用整数权重非二进制结构的分段电容阵列,在未增加额外冗余电容的情况下可实现误差容错的冗余功能,提高了SAR ADC输入信号的摆幅与转换精度.仿真结果表明,该校准算法将无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range,SFDR)从60.0 dB提升到106.3 dB,将有效位数( Effective Number of Bits,ENOB)从9.28 bit提升到13.75 bit,仿真结果验证了校准算法的正确性和有效性.
  • 梁栋, 马传奎, 刘晨景, 刘佳, 李琦
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 54-63. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210106
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    在利用计算机视觉的挠度测量系统中,相机固定,视野固定,难以获取试验梁整体挠度信息.为此,开发了一种图像连续采集系统,能够定距移动工业相机以获取试验梁的连续图像,并提出了一种基于拼接图像的挠度测量方法,通过具有筛选机制的PCA-SIFT图像拼接技术,得到试验梁的全景图像;采用简化尺度空间的AKAZE特征检测算法和具有预检验且迭代次数自适应的RANSAC追踪结构自然特征,并进行最小二乘法曲线拟合获得试验梁在不同荷载作用下的挠度曲线.试验结果表明,该挠度测量方法能够直接反映试验梁的变形情况,耗时较短且变形平均误差为4%,验证了该方法的实用性.
  • 交通通信技术与列控系统
  • 方维维, 王云鹏, 张昊, 孟娜
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 64-72. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210070
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    无线网络的高速发展为车联网提供了更好的支持,但是如何为高速移动车辆提供更高质量的服务仍然是一个挑战.通过分析多个车对车(Vehicle-to-Vehicle, V2V)链路重用的车对基础设施(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)链路占用的频谱,研究了基于连续动作空间的多智能体深度强化学习的车联网中的频谱共享问题.车辆高移动性带来的信道的快速变化为集中式管理网络资源带来了局限性,因此将资源共享建模为多智能体深度强化学习问题,提出一种基于分布式执行的多智能体深度确定性策略梯度(Multi-Agent Deep Deterministic Policy Gradient, MADDPG)算法.每个智能体与车联网环境进行交互并观察到自己的局部状态,均获得一个共同的奖励,通过汇总其他智能体的动作集中训练Critic网络,从而改善各个智能体选取的功率控制.通过设计奖励函数和训练机制,多智能体算法可以实现分布式资源分配,有效提高了V2I链路的总容量和V2V链路的传输速率.
  • 杨世武, 楚少童, 刘淑贤, 刘倡, 熊奇慧
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 73-81. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210062
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    在高速和重载铁路牵引电流干扰严重区段,机车信号对于谐波干扰难以采用传统的时域或频域滤波方法有效抑制,导致掉码、延迟上码、误码等现象出现,影响运营效率.为此,本文首先改进去噪卷积神经网络(Denoising Convolutional Neural Networks,DnCNN),将网络中堆叠的单一尺度的卷积核替换为多尺度卷积核,在保证网络性能的同时降低网络深度,并通过残差学习方式得到预估的噪声分布,进而通过对消的方式抑制落入有效频带中的骚扰,使FSK(Frequency-shift Keying)信号低频幅值在有用频带附近最大化,提高信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR).通过将本方法与常见的信号去噪算法进行仿真对比分析,并利用现场实测信号解码验证,结果表明,该方法能提升信噪比约13 dB,可以更准确地提取FSK机车信号特征频率,为提高机车信号抗干扰性能提供了新的途径.
  • 张美艳, 徐清
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 82-88. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210130
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    应答器控制接口(the Balise controlling interface) C接口作为轨旁电子单元(Lineside Electronic Unit,LEU)与有源应答器的通信接口,其工作性能直接影响信息传输的可靠性.为研究C接口的传输特性,提出了基于传输线理论的C接口回波损耗网络模型.该模型首先对传输信号进行傅氏变换,利用传输线理论建立电缆传输二端口级联网络模型,然后将C接口信号通过不同阻抗匹配条件的网络模型进行仿真,并与其相对应的C接口回波损耗测试网络适配器的实际输出结果进行比较,结果表明:本文网络模型仿真结果与实际测量结果一致,其传输过程存在明显的吉布斯效应,且在不同阻抗匹配条件下:回波损耗测试网络对信号传输会有上升沿冲击以及半周期的延时,造成信号畸变等,降低了信号传输质量.搭建的网络模型可为进一步研究C接口传输特性,提高信号传输性能等提供理论支撑.
  • 蒋云, 杨文东
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 89-97. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210128
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    为探究2011—2019年欧盟航线网络演变,提出多层加权航线网络构建方法以及映射聚合方法,构建基于改进Louvain算法的社区划分模型,对多层加权航线网络进行社区划分与模块度计算,引入航线网络效率评估模型对各个社区网络进行效率评估,并探讨航线网络平均度与机场节点度变化.研究结果表明,欧盟整体航线网络紧密性和连通性逐渐增强,社区划分呈现明显的地理聚集性,西欧、南欧和中欧地区机场节点较为密集,西班牙和意大利等地区的社区网络效率最高.在全服务航空公司中,汉莎航空与法荷航空航线网络连通性有所减弱,枢纽机场数量有所减少;英国航空网络规模在逐渐扩大,网络聚集程度有所增强.低成本航空公司航线网络连通性逐渐增强,在欧盟航空运输市场具有更大的竞争力与发展潜力.改进Louvain算法较好地实现了多层加权航线网络的社区化分,可为航线网络演变研究、枢纽机场布局以及航线网络优化提供参考借鉴.
  • 付文秀, 周晓勇, 李弘扬, 郭毅
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 98-107. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210041
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    地铁列车车载自动控制系统(Automatic Train Control,ATC)设备的故障排查诊断大多依赖人工经验,存在效率低下问题.针对车载ATC设备的故障诊断问题,采用一种基于粒子群算法优化支持向量机(Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine,PSO-SVM)的地铁列车车载ATC设备故障诊断方法.根据历史故障数据记录表得到故障特征词汇集,引入粗糙集理论的知识对故障特征词汇集进行属性约简.利用PSO-SVM算法对约减后的故障特征词汇集进行分类对比,实验结果表明:在相同训练测试集下,PSO-SVM算法相对于SVM、神经网络算法具有更高的故障诊断准确率,并且更具稳定性.
  • 赵子涛, 宋志群, 倪嘉昊, 房宵杰, 沙学军
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 108-117. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220037
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    基于扩展加权分数阶傅里叶变换(Extended Weighted-type Fractional Fourier Transform,EWFRFT)的两分量信号是一种新的信号形式,具备抗信道衰落的能力,但缺乏更多角度讨论和理论分析.首先对线性处理的两分量信号性能进行深入分析,提出用最大似然检测和连续干扰消除算法解调两分量信号,分别以不同研究角度对这两种算法的作用进行了理论解释.通过两分量信号通信系统中接收处理算法的讨论,丰富了两分量信号的接收处理方法.仿真结果表明:所提方法提高了两分量信号通信的可靠性.
  • 机械与电气工程
  • 刘慧娟, 王宇, 张千, 吕刚
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 118-127. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210117
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    为了研究不同形式绕组产生的谐波磁动势对电机推力的影响,设计了3种绕组(双层整距绕组、双层短距绕组、单层整距绕组)形式的短初级双边直线感应电机(Double Sided Linear Induction Motor,DLIM),在考虑谐波磁动势的前提下,对比不同绕组的谐波磁动势分布及其对推力特性的影响.首先分别计算在三相对称电流源激励时3种绕组产生的磁动势并利用傅里叶分解得到各次谐波;其次,建立短初级DLIM的一维场数学模型,在考虑各次磁动势谐波的情况下,采用解析法推导出短初级DLIM电磁推力的数学表达式,并分析了各次谐波磁动势对推力的影响.最后,搭建有限元仿真模型,计算推力特性并与解析结果进行比较,二者具有较好的一致性,验证了解析计算的正确性.
  • 陈广华, 葛梦莹, 黄白瑶, 梁国贤, 李潇凯
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 128-137. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210098
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    电力塔倾斜检测对电力系统安全运行具有至关重要的作用.针对传统电力塔倾斜检测方法效率低的问题,设计了一种基于双目视觉的塔倾斜检测系统,该系统具有远程智能、准确且便捷的特点.通过张氏标定法进行双目摄像机的标定与校正,基于DeepLab V3+对电力塔图像区域进行分割并提出融合低阶特征的DeepLab V3+网络结构.由极线立体匹配算法得到电力塔侧棱视差,通过该侧棱特征点的三维坐标拟合侧棱空间直线方程,建立倾斜度计算模型估计电力塔倾斜度.最后和经纬仪测量结果进行对比,平均测量误差为0.020°,在技术标准的允许误差之内,实验说明该系统可以准确便捷地计算出电力塔倾斜度.
  • 张晓萍, 郑子璇, 罗春晖, 杜贵府, 张驰
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 138-147. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210118
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    为阐明城市轨道交通多个车站钢轨电位交互影响下分布特性,分析了钢轨电位限制装置(Over Voltage Protection Device, OVPD)等装置的动态接地特性,建立了直流牵引供电系统多站钢轨电位交互影响的仿真模型.基于该仿真模型,建立了牵引供电系统的节点电压方程组并通过迭代计算进行求解,从而得到线路的潮流参数以及钢轨电位、杂散电流的分布情况.基于国内某实际线路的参数仿真分析了多站钢轨电位及杂散电流的动态分布规律,从而首次阐明了系统多站钢轨电位交互影响的机理.研究结果表明: OVPD动作会造成泄漏电流增多并抬升其他位置的钢轨电位幅值,因而触发其他站点的OVPD接续动作,进一步抬升全线钢轨电位与杂散电流.此外,多站OVPD同时动作往往为泄漏电流构成回路,导致杂散电流水平激增.以上研究为OVPD动作特性的优化以及线路钢轨电位、杂散电流的控制提供了依据.
  • 朱辉明, 贾鹏宇, 苑国锋
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 148-159. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210125
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    通过大信号模型端口等效的电路原则,分别分析了广泛应用于工业生产领域的两类高效率谐振变换器(LLC与CLLLC)的电路模型,详细论述了两类变换器电路模型之间的关系与区别.并通过模型等效方法,将CLLLC谐振变换器简化为LLC-C变换器模型,实现了模型降阶.在此基础上通过正余弦分量扰动的方法建立了变换器的小信号模型,并通过仿真与实验验证了建模方法的正确性.
  • 马御棠, 刘刚, 耿浩, 廖民传, 冯瑞发
    北京交通大学学报. 2022, 46(2): 160-166. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210157
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    针对气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Suitchgear,GIS)中导电微粒运动容易引发电极间击穿和绝缘沿面闪络等问题,开展了正极性电场中SF6气体对导电微粒带电特性的影响研究.试验得到了空气、SF6环境导电微粒的运动轨迹,根据观测结果分析微粒的速度、受力提出微粒带电量估算方法并计算启举场强下空气、SF6气体环境微粒的带电量.结果表明,正极性条件下带电微粒启举场强明显高于真空及空气环境,且启举场强随SF6气体压力的升高而增大.电场强度相同时,SF6条件下微粒带电量小于空气环境,约为空气条件下的0.789倍.电极表面导电微粒附近电场集中及SF6电负特性是影响微粒初始带电量的原因.研究拟为GIS微粒抑制方法及针对微粒抑制的耐压试验方法的制定提供数据支持.