JP7226855B2 - Calculation method, system and storage medium for train passing through tunnel - Google Patents
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Description
本発明は、人工知能学習の分野に関し、具体的には、列車がトンネルを通過する時間の計算方法、システム及び記憶媒体に関する。 The present invention relates to the field of artificial intelligence learning, in particular to a method, system and storage medium for calculating the time a train passes through a tunnel.
旅客列車を利用した乗客の旅程全体の乗り心地を向上させることは、旅客輸送の点で高速鉄道の競争力を向上させることに役立つ。全面的な情報提示は、乗客に現在の列車運行状況を把握させ、乗客の乗り心地を向上することに役立つ。現在、車内の提示情報は気温及び列車時速等を含むが、列車がトンネル等を通過する時の特殊な作業条件の関連情報を提示することに乏しい。 Improving the ride comfort of passengers on passenger trains throughout their journey will help improve the competitiveness of high-speed rail in terms of passenger transport. Comprehensive information presentation helps passengers to grasp the current train operation status and improve the passenger's ride comfort. At present, the information presented in the train includes temperature, train speed, etc., but it is poor in presenting information related to special working conditions when the train passes through a tunnel or the like.
列車がトンネルに入った後に、通信情報がなくなるという状況が発生し、これにより、インターネット時代の人々が心理的に焦り慌てており、乗客の乗り心地を深刻に損なう。また、トンネル内の暗い密閉環境、車両密閉性が悪くなることにより引き起こされた耳膜の不快感や未知のトンネルの長さは、人に大きな不安感をもたらす。このため、トンネルを通過する時間を有効で正確に測定するための方法を設計し、トンネルで待つ時間を乗客にタイムリーに通知することは、乗り心地を向上させることに非常に重要な役割を果たす。列車がトンネルを通過する時間を計算するコアはトンネル内での列車の正確な測位である。一般的な列車測位方法は以下の複数の種類を有する。 After the train enters the tunnel, there will be a situation where the communication information is lost, which makes people in the Internet age nervous and panicked, and seriously impairs the comfort of passengers. In addition, the dark closed environment in the tunnel, the discomfort of the ear membrane caused by poor vehicle sealing, and the unknown length of the tunnel make people feel very uneasy. Therefore, designing a method to effectively and accurately measure the time it takes to pass through a tunnel and timely notifying passengers of their waiting time in the tunnel plays a very important role in improving ride comfort. Fulfill. The core of calculating the time it takes a train to pass through a tunnel is the accurate positioning of the train inside the tunnel. There are several types of general train positioning methods as follows.
1.北斗GPS測位式であって、北斗衛星測位を用いて全方位、全天候で一日中を通じて測位情報を提供することができるが、トンネル内の列車測位に適用しない。 1. It is a Beidou GPS positioning system, which can use Beidou satellite positioning to provide omnidirectional, all-weather positioning information throughout the day, but is not applicable to train positioning in tunnels.
2.無線基地局式であって、トンネル両端の無線基地局により列車情報を提供し、沿線のトラックサイド機器の使用を効果的に減少させるが、トンネル内の列車の測位に適用しない。 2. Radio base station type, train information is provided by radio base stations at both ends of the tunnel, effectively reducing the use of trackside equipment along the route, but not applicable to train positioning in the tunnel.
3.応答式であって、鉄道沿線に複数のトラックサイド機器が配置されるとともに、列車に対応する車載装置が取り付けられ、高い精度を有するが、工事コスト及びメンテナンスコストが膨大であり、実用性が低い。 3. It is a response type, and multiple trackside devices are arranged along the railway line, and in-vehicle devices corresponding to the train are installed. Although it has high accuracy, construction and maintenance costs are enormous, and practicality is low. .
本発明が解決しようとする課題は、従来技術の欠点に対して、トンネル内の列車からトンネル出口までの距離のインテリジェントな感知を実現し、列車のトンネル内での運行時間を正確に推定する、列車がトンネルを通過する時間の計算方法、システム及び記憶媒体を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to achieve intelligent sensing of the distance from the train in the tunnel to the tunnel exit, and accurately estimate the running time of the train in the tunnel, for the shortcomings of the prior art. To provide a method, system and storage medium for calculating the time for a train to pass through a tunnel.
上記技術的課題を解決するために、本発明が採用する技術的解決手段は以下のとおりである。列車がトンネルを通過する時間の計算方法であって、
式t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1)))で列車が現在のトンネルを通過する残り時間を推定し、
式中、列車の現在位置からトンネル出口までの走行距離値はO(i)=OM(i)+ε(i)であり、O(i-1)は列車の現在位置の前の位置からトンネル出口までの走行距離値であり、OM(i)は現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像を利用して相関性を計算して得た現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置であり、前記現在位置特徴画像は収集された列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイントの気象パラメータ及び前の一定期間の現在位置の気象パラメータシーケンスを利用して位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行うことによって取得され、前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像は、各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行って取得された列車の頭部と尾部の気象パラメータによって進化されたカラー画像であり、前記各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルとは、トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じて気象パラメータを分類し、分類した区域内の同一クラスのサンプルをさらに分けて得たサンプルであり、ε(i)は列車の運行中に収集された気象パラメータをトンネル走行距離予測誤差補償モデルに入力して得た補償誤差であり、前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルとは、同一クラスのトンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、RGBカラー統合マッチングモデルの予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングして得たモデルを指し、fHzは位置更新頻度である。
In order to solve the above technical problems, the technical solutions adopted by the present invention are as follows. A method for calculating the time for a train to pass through a tunnel, comprising:
Estimate the remaining time for the train to pass through the current tunnel with the formula t=O(i)/(f Hz (O(i)-O(i-1)));
where the mileage value from the train's current position to the tunnel exit is O(i)= OM (i)+ε(i), and O(i−1) is the distance from the train's current position to the tunnel exit. is the distance traveled to the exit, and O M (i) is the typical sample integration of the current position obtained by calculating the correlation using the current position feature image and the template image in the typical sample integration template library. The current position feature image is the best matching position in the template library, and the current position feature image is obtained using the collected meteorological parameters of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological parameter sequence of the current position for a certain period of time before. Obtained by performing phase space reconstruction and RGB color space combination, the template images in the representative sample integrated template library are obtained by performing phase space reconstruction on representative samples of each class tunnel group are color images evolved by meteorological parameters of the head and tail of a train, and a representative sample of each class of tunnel group, depending on the geographic location where the tunnel is located and the weather conditions inside and outside the tunnel. Meteorological parameters are classified, and samples of the same class within the classified area are further divided into samples obtained. The tunnel travel distance prediction error compensation model adopts the data of the tunnel group of the same class, and the temperature sequence, humidity sequence, and atmospheric pressure sequence are input, and the RGB color integration matching model It refers to a model obtained by training a least-squares support vector machine with prediction error as output, where f Hz is the location update frequency.
本発明は人工知能ビッグデータ分析の技術を利用し、列車両端の温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスのデータにより、トンネル内で列車からトンネル出口までの距離のインテリジェントな感知を実現し、本発明はいずれのトラックサイド機器も必要とせず、コストが低く、実用性が高い。 The present invention uses the technology of artificial intelligence big data analysis to realize intelligent sensing of the distance from the train to the tunnel exit in the tunnel according to the temperature sequence, humidity sequence and atmospheric pressure sequence data at both ends of the train. It does not require any trackside equipment, is low cost and highly practical.
列車の現在位置からトンネル出口までの走行距離値O(i)の具体的な決定過程は、
トンネル気象パラメータを収集し、トンネル気象パラメータデータベースを構築するステップ1)と、
トンネル気象パラメータデータベースに基づいて、トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じてトンネル気象パラメータデータベースにおける気象パラメータを分類し、区域内の同一クラスのサンプルを得、属性が近いトンネルグループの分類を実現するステップ2)と、
区域内の同一クラスのサンプルをさらに分け、各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルを取得するステップ3)と、
各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行い、列車の頭部と尾部の気圧気象パラメータの進化的カラー画像、即ちテンプレート画像を取得し、すべての典型的なサンプルに対応するテンプレート画像で典型的なサンプル統合テンプレートライブラリを構築するステップ4)と、
列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイント、及び前の一定期間の現在位置のサンプルシーケンスをそれぞれ収集し、位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行い、現在位置特徴画像{ch,cf}を構築し、現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像に対して相関性の計算を行い、現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置を決定するステップ5)と、
同一クラスのトンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、前記最適マッチング位置の予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、トンネル走行距離予測誤差補償モデルを確立するステップ6)と、
列車運行中の気象パラメータをリアルタイムに収集し、前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルを利用してトンネル出口までの最終的な走行距離値、即ちO(i)を取得するステップ7)と、を含む。
The specific process of determining the travel distance value O(i) from the current position of the train to the tunnel exit is as follows.
Step 1) of collecting tunnel weather parameters and building a tunnel weather parameter database;
Based on the tunnel weather parameter database, classify the weather parameters in the tunnel weather parameter database according to the geographic location of the tunnel and the weather conditions inside and outside the tunnel, obtain samples of the same class in the area, and group the tunnels with similar attributes. Step 2) for realizing the classification of
step 3) of subdividing the samples of the same class within the zone to obtain a representative sample of tunnel groups of each class;
Phase-space reconstruction was performed on a representative sample of each class of tunnel group to obtain an evolutionary color image of the barometric weather parameters of the head and tail of the train, i.e. the template image, and all representative samples step 4) building a typical sample integrated template library with corresponding template images;
The head and tail sample points of the current position of the train and the sample sequence of the current position over a period of time before are respectively collected, phase space reconstruction and RGB color space combination are performed, and the current position feature image { ch ,c f } and perform correlation calculations on the current position feature image and the template image in the typical sample integrated template library to determine the best matching position in the typical sample integrated template library for the current position. 5) and
Adopt the data of tunnel group in the same class, take the temperature sequence, humidity sequence, and pressure sequence as input, and the prediction error of the best matching position as output, train the least squares support vector machine, and compensate for the tunnel travel distance prediction error. step 6) of establishing a model;
Step 7) of collecting real-time weather parameters during train operation and using the tunnel mileage prediction error compensation model to obtain the final mileage value to the tunnel exit, namely O(i). .
本発明の方法はトンネル内の気象パラメータの変化を十分に利用して列車位置のインテリジェントな感知を実現することができ、ラックサイド機器を必要とせず、簡単で実用的な利点を有する。 The method of the present invention can make full use of changes in weather parameters in tunnels to realize intelligent sensing of train position, does not require rackside equipment, and has the advantages of simplicity and practicality.
ステップ2)の具体的な実現過程は、
1)トンネルサンプルが所在する地理的位置に従ってトンネルグループをNクラスに分けることと、
2)現在の区域における1年間内の列車がトンネルを通過する前のTmin内の平均気温分布を取得し、ガウス分布関数を採用して現在の区域のトンネル内の平均気温分布をフィッティングし、フィッティング後の平均気温分布を確率に応じてK等分し、1つの部分に属する気温サンプルを現在の区域での同一クラスの気温サンプルと定義し、同一クラスの気温サンプルに対応する温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスを同一クラスのサンプルと定義することと、を含む。
The specific realization process of step 2) is
1) dividing the tunnel groups into N classes according to the geographical locations where the tunnel samples are located;
2) Obtain the average temperature distribution in Tmin before the train passes through the tunnel in the current area within one year, adopt the Gaussian distribution function to fit the average temperature distribution in the tunnel in the current area, and perform fitting The subsequent average temperature distribution is divided into K equal parts according to the probability, the temperature samples belonging to one part are defined as temperature samples of the same class in the current area, and the temperature sequence and humidity sequence corresponding to the temperature samples of the same class and defining the pressure sequences as samples of the same class.
本発明は地理的位置を採用してトンネルを粗分類し、次に気象パラメータを採用して同区域のトンネルを仕上げ分類することで、テンプレートサンプルの信頼性を保証する。 The present invention employs geographic location to coarsely classify tunnels, and then employs meteorological parameters to finely classify tunnels in the same area to ensure the reliability of template samples.
ステップ3)の具体的な実現過程は、
1)現在の区域での同一クラスのサンプル中の各時間シーケンスに対して自己回帰和分移動平均モデルのモデリングを行い、各時間シーケンスの特徴量、即ち各時間シーケンスの自己回帰項、差分項及び移動回帰項のパラメータを抽出することであって、区域内の同一クラスのサンプルのすべての特徴量は特徴行列Aを構成し、前記時間シーケンスは温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスを含むことと、
2)特徴行列Aに対して次元削減処理を行い、寄与度が最も大きいM個の主成分を選択して元の特徴行列Aの情報を特徴付け、変換後の行列A’を取得することと、
3)カーネル関数k=αkrbf+βkLinear+(1-α-β)kLaplace(式中、krbfがラジアル基底カーネル関数であり、kLinearが線形カーネル関数であり、kLaplaceがラプラシアンカーネル関数である。)を定義し、カーネル関数の係数α、β(α、β∈[0,1])及びクラス数n0(n0が30より小さい正の整数である。)の初期値をランダムに決定することと、
4)行列A’内の特徴値をカーネル関数kに対応する特徴空間にマッピングし、新たな特徴行列A”を得、A”における特徴量を入力とし、初期クラス数n0に従って、k-meansクラスタリングアルゴリズムを採用してA”における特徴量のクラスタリングを実現し、区域内の同一クラスのサンプルをnクラスに分け、各クラスのサンプルで1つのサンプルクラスタを構成し、最適化目的関数
5)現在の最適化目的関数値fitnessに基づいて、灰色オオカミ最適化アルゴリズムを採用して、α、β及びn0の値を更新することと、
6)所定の最適化回数m=100に達するまで、ステップ4)とステップ5を繰り返すことであって、この時のα、β及びn0の値極は最適化された最終的なパラメータ値であり、最適化された最終的なパラメータ値でのクラスタリング結果は最終クラスタリング結果であることと、
7)最終クラスタリング結果に従って現在の区域での同一クラスのサンプルをE個のクラスタリングサンプルクラスタに分け、各クラスタリングサンプルクラスタのクラスタリング中心及びクラスタリング中心から最も近いP個のサンプルに対応する
1) Modeling an autoregressive integrated moving average model for each time sequence in the same class of samples in the current area, and calculating the features of each time sequence, namely the autoregressive term, the difference term and the extracting the parameters of the moving regression term, wherein all features of the samples of the same class within the zone constitute a feature matrix A, the time sequence comprising a temperature sequence, a humidity sequence and an air pressure sequence;
2) Performing dimension reduction processing on the feature matrix A, selecting M principal components with the largest contribution to characterize the information of the original feature matrix A, and obtaining the transformed matrix A′. ,
3) Kernel function k = αk rbf + βk Linear + (1-α-β)k Laplace (where k rbf is the radial basis kernel function, k Linear is the linear kernel function, and k Laplace is the Laplacian kernel function ), and randomly set the initial values of the kernel function coefficients α, β (α, β∈[0, 1]) and the number of classes n 0 (n 0 is a positive integer smaller than 30) to decide;
4) Map the feature values in the matrix A′ to the feature space corresponding to the kernel function k, obtain a new feature matrix A″, use the feature amount in A″ as input, and according to the initial class number n 0 , k-means A clustering algorithm is used to achieve feature clustering in A", dividing the same class samples in the area into n classes, forming a sample cluster from each class sample, and optimizing the objective function
5) based on the current optimization objective function value fitness, adopting the gray wolf optimization algorithm to update the values of α, β and n0 ;
6) Repeating step 4) and step 5 until a predetermined number of optimization times m=100 is reached, at which time the extremes of α, β and n0 are the final optimized parameter values. , and the clustering result at the final optimized parameter value is the final clustering result, and
7) Divide the samples of the same class in the current area into E clustering sample clusters according to the final clustering result, corresponding to the clustering center of each clustering sample cluster and the P samples closest to the clustering center;
本発明は自己適応方法で典型的なサンプルを決定するとともに、特徴マッピング空間及び特徴クラスタリングパラメータを最適化し、それは、代表的な典型的なサンプルを取得することに役立ち、テンプレートの有効性を保証する。 The present invention determines typical samples by self-adaptive method and optimizes feature mapping space and feature clustering parameters, which helps to obtain representative typical samples and ensures the effectiveness of templates. .
ステップ5)の具体的な実現過程は、
1)現在位置の列車の頭部と尾部の温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスにおける現在サンプルポイント及びG個の前のサンプリングポイントを決定することと、
2)遅延座標法を採用して位相空間再構築を行い、列車の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせ、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成することと、
3)現在位置特徴画像と典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおける画像に対して畳み込み演算を行い、複数の一次元シーケンスを取得することと、
4)すべての一次元シーケンスにおける要素を降順でソートし、最大のL個の要素を候補要素として決定することであって、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…L)であることと、
5)候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取ることであって、該平均値は現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置
1) Determining the current sample point and G previous sample points in the head and tail temperature sequence, humidity sequence and barometric pressure sequence of the train at the current position;
2) Adopting the delayed coordinate method to perform phase space reconstruction, obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the evolutionary characteristics of temperature, humidity and air pressure at the head and tail of the train, and convert the six matrices into combining the head and tail according to the RGB color space to form a current position feature image {c h ,c f };
3) performing a convolution operation on the current position feature image and the images in the typical sample integration template library to obtain multiple one-dimensional sequences;
4) sorting the elements in all one-dimensional sequences in descending order and determining the largest L elements as candidate elements, where the pre-sorting position corresponding to the candidate element is the candidate position, and the traveled distance values to the corresponding tunnel exits are s j (j=1, 2, . . . L);
5) taking the mean of the distance-to-tunnel-exit values corresponding to the candidate positions, where the mean is the best matching position in the representative sample integrated template library for the current position;
本発明は空間再構築により一次元時間シーケンスを二次元画像に変換し、それにより、時間シーケンスにおける細部情報の取得に役立ち、複数の時間シーケンスの正確なテンプレートマッチングに役立つ。 The present invention transforms a one-dimensional time sequence into a two-dimensional image by spatial reconstruction, which helps in obtaining detailed information in the time sequence and in accurate template matching of multiple time sequences.
ステップ6)の具体的な実現過程は、
1)入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)(式中、Th=(t1,t2…,tG)はトンネル内の列車頭部の現在サンプルポイント及びG個の前のサンプルポイントの温度シーケンスであり、Hhは長さがGである列車頭部湿度シーケンスであり、Phは長さがGである列車頭部気圧シーケンスであり、Thは長さがGである列車尾部温度シーケンスであり、Hhは長さがGである列車尾部湿度シーケンスであり、Phは長さがGである列車尾部気圧シーケンスである。)を定義し、出力サンプルを現在位置に対応する走行距離誤差値εと定義し、入力サンプルと出力サンプルの組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成することと、
2)前記モデリングサンプルをトレーニングセットと検証セットに分けることと、
3)入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴を最小二乗サポートベクターマシンの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てることと、
4)現在特徴符号化値に基づいて、入力サンプルを更新し、更新したトレーニングセットと検証セットを得、更新したトレーニングセットデータを採用して最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、更新した検証セットデータをトレーニング済みの最小二乗サポートベクターマシンに入力し、最小二乗サポートベクターマシンの出力シーケンスを
5)ステップ3)とステップ4)を繰り返し、最適化目的関数
1) Input sample I = (T h , H h , P h , T f , H f , P f ) (where T h = (t 1 , t 2 ..., t G ) is the head of the train in the tunnel and G previous sample points, where H h is a head of train humidity sequence of length G and Ph is a head of train pressure sequence of length G where T h is a G-length train tail temperature sequence, H h is a G-length train tail humidity sequence, and Ph is a G-length train tail pressure sequence. ), defining the output sample as the mileage error value ε corresponding to the current position, and constructing the modeling sample with the combination Y={I, ε} of the input and output samples;
2) dividing the modeling samples into a training set and a validation set;
3) perform binary encoding on each dimensional feature in the input sample I, and if the encoded value corresponding to a dimensional feature is 1, select that feature as an input variable for a least-squares support vector machine; discarding a dimension feature if the corresponding encoded value for that dimension feature is 0;
4) based on the current feature encoding values, update the input samples to obtain an updated training set and a validation set, adopt the updated training set data to train a least squares support vector machine, and update the validation set data; into the trained least-squares support vector machine, and the output sequence of the least-squares support vector machine is
5) Repeat steps 3) and 4) to optimize the objective function
本発明はデータ駆動の方式を採用して誤差補正モデルを確立し、それにより、テンプレートと実際値との偏差による誤差を減少させ、走行距離の予測精度をさらに向上させることに役立つ。 The present invention adopts a data-driven method to establish an error correction model, which helps to reduce the error caused by the deviation between the template and the actual value, and further improve the mileage prediction accuracy.
ステップ7)の具体的な実現過程は、
1)列車がトンネルを通過する前のTmin間内の平均温度分布データを収集し、現在位置の列車の頭部と尾部の温度シーケンスと湿度シーケンスを取得し、テンプレートマッチング出力値OM(i)を取得し、トンネル走行距離予測誤差補償モデルを利用して補償誤差出力結果ε(i)を取得することと、
2)式O(i)=OM(i)+ε(i)で列車の現在位置からトンネル出口までの走行距離値O(i)を取得することと、を含む。
The specific realization process of step 7) is
1) Collect the average temperature distribution data within Tmin before the train passes through the tunnel, obtain the temperature sequence and humidity sequence of the head and tail of the train at the current position, and obtain the template matching output value O M (i) and obtaining a compensation error output result ε(i) using the tunnel travel distance prediction error compensation model;
2) Obtaining the mileage value O(i) from the train's current position to the tunnel exit with the formula O(i)=O M (i)+ε(i).
本発明はテンプレートマッチングによる粗予測と誤差補正補償とを組み合わせたポリシーを採用してトンネルでの走行距離の計算を実現し、それにより、走行距離の計算精度を向上させることに役立つ。 The present invention adopts a policy of combining rough prediction by template matching and error correction compensation to realize the calculation of the mileage in the tunnel, which helps to improve the accuracy of the mileage calculation.
本発明は列車がトンネルを通過する時間の計算システムをさらに提供し、該計算システムは、
現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレートに対して相関性の計算を行い、現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置を得るための最適マッチング位置取得モジュールであって、前記現在位置特徴画像は収集された列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイントの気象パラメータ及び前の一定期間の現在位置の気象パラメータシーケンスを利用して位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行うことによって取得され、前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像は、各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行って取得された列車の頭部と尾部の気象パラメータによって進化されたカラー画像であり、前記各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルとは、トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じて気象パラメータを分類し、分類した区域内の同一クラスのサンプルをさらに分けて得たサンプルである最適マッチング位置取得モジュールと、
同一クラスのトンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、最適マッチング位置の予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングして取得され、出力が補償誤差ε(i)であるトンネル走行距離予測誤差補償モデルと、
式t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1)))(式中、O(i)=OM(i)+ε(i)であり、O(i-1)は列車の現在位置の前の位置からトンネル出口までの走行距離値であり、OM(i)は最適マッチング位置であり、fHzは列車位置更新頻度である。)で列車が現在のトンネルを通過する残り時間tを推定するための残り時間計算モジュールと、を含む。
The present invention further provides a system for calculating the time a train travels through a tunnel, the system comprising:
An optimum matching position acquisition module for performing correlation calculations on the current position feature image and templates in the typical sample integrated template library to obtain the optimum matching position of the current position in the typical sample integrated template library. Then, the current position feature image is phase space reconstruction and RGB color space using the collected meteorological parameters of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological parameter sequence of the current position for a certain period of time before. The template images in the typical sample integrated template library are obtained by performing a combination of train head and tail images obtained by performing phase space reconstruction on a representative sample of each class of tunnel group. The typical sample of each class of tunnel group is classified and classified according to the geographical location where the tunnel is located and the weather conditions inside and outside the tunnel. an optimal matching position acquisition module, which is a sample obtained by further dividing samples of the same class within the area;
Adopting the data of the tunnel group of the same class, taking the temperature sequence, humidity sequence and pressure sequence as the input, and the prediction error of the best matching position as the output, obtained by training the least squares support vector machine, the output is the compensation error a tunnel mileage prediction error compensation model that is ε(i);
Formula t=O(i)/(f Hz (O(i)−O(i−1))) (where O(i)= OM (i)+ε(i) and O(i− 1) is the traveled distance value from the position before the train's current position to the tunnel exit, O M (i) is the best matching position, and f Hz is the train position update frequency. a remaining time calculation module for estimating the remaining time t to traverse the tunnel.
前記最適マッチング位置取得モジュールは、
現在位置の列車の頭部と尾部の温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスにおける現在サンプルポイント及びG個の前のサンプリングポイントを決定するためのデータ収集ユニットと、
遅延座標法を採用して位相空間再構築を行い、列車の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を分頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせ、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成するための特徴画像計算ユニットと、
現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像に対して畳み込み演算を行い、複数の一次元シーケンスを取得するための畳み込みユニットと、
すべての一次元シーケンスにおける要素を降順でソートし、最大のL個の要素を候補要素として決定するためのソートユニットであって、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…L)であるソートユニットと、
候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取るための出力ユニットであって、該平均値が現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置OMは
a data acquisition unit for determining a current sample point and G previous sample points in the head and tail temperature sequence, humidity sequence and barometric pressure sequence of the current position train;
Adopting the delayed coordinate method to perform phase space reconstruction, obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the evolutionary characteristics of temperature, humidity and air pressure at the head and tail of the train, and divide the six matrices into subdivisions. a feature image calculation unit for forming a current position feature image {c h , c f } by combining according to the RGB color space according to the head and tail;
a convolution unit for performing a convolution operation on the current position feature image and the template image in the typical sample integrated template library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;
A sorting unit for sorting the elements in all one-dimensional sequences in descending order and determining the largest L elements as candidate elements, wherein the positions before sorting corresponding to the candidate elements are candidate positions, and a sorting unit whose traveled distance values to tunnel exits corresponding to are s j (j=1, 2, . . . L);
An output unit for taking the mean value of the distance traveled to tunnel exit values corresponding to the candidate positions, wherein the mean value is the best matching position OM in the typical sample integrated template library of the current position is
本発明の前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルのトレーニング過程は、
1)入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)(式中、Th=(t1,t2…,tG)はトンネル内の列車頭部の現在サンプルポイント及びG個の前のサンプルポイントの温度シーケンスであり、Hhは長さがGである列車頭部湿度シーケンスであり、Phは長さがGである列車頭部気圧シーケンスであり、Tfは長さがGである列車尾部温度シーケンスであり、Hfは長さがGである列車尾部湿度シーケンスであり、Pfは長さがGである列車尾部気圧シーケンスである。)を定義し、出力サンプルを現在位置に対応する走行距離誤差値εと定義し、入力サンプルと出力サンプルの組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成することと、
2)前記モデリングサンプルをトレーニングセット、検証セット、及びテストセットに分けることと、
3)入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴を最小二乗サポートベクターマシンの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てることと、
4)現在特徴符号化値に基づいて、入力サンプルを更新し、更新したトレーニングセット、検証セット及びテストセットを得、更新したトレーニングセットデータを採用して最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、更新した検証セットデータをトレーニング済みの最小二乗サポートベクターマシンに入力し、最小二乗サポートベクターマシンの出力シーケンスを
5)ステップ3)とステップ4)を繰り返し、最適化目的関数
1) Input sample I = (T h , H h , P h , T f , H f , P f ) (where T h = (t 1 , t 2 ..., t G ) is the head of the train in the tunnel and G previous sample points, where H h is a head of train humidity sequence of length G and Ph is a head of train pressure sequence of length G where Tf is a G-length train tail temperature sequence, Hf is a G-length train tail humidity sequence, and Pf is a G-length train tail pressure sequence. ), defining the output sample as the mileage error value ε corresponding to the current position, and constructing the modeling sample with the combination Y={I, ε} of the input and output samples;
2) dividing the modeling samples into a training set, a validation set, and a test set;
3) perform binary encoding on each dimensional feature in the input sample I, and if the encoded value corresponding to a dimensional feature is 1, select that feature as an input variable for a least-squares support vector machine; discarding a dimension feature if the corresponding encoded value for that dimension feature is 0;
4) based on the current feature encoding values, updated the input samples to obtain an updated training set, validation set and test set, and adopted the updated training set data to train and update a least squares support vector machine; Input the validation set data into a trained least-squares support vector machine, and take the output sequence of the least-squares support vector machine as
5) Repeat steps 3) and 4) to optimize the objective function
発明構想として、本発明は、本発明の方法のステップを実行するように構成されるプログラムが記憶されているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに提供する。 As an inventive concept, the present invention further provides a computer readable storage medium having stored thereon a program arranged to perform the steps of the method of the present invention.
従来の技術に比べて、本発明が有する有益な効果は以下のとおりである。 The beneficial effects of the present invention compared to the prior art are as follows.
1.本発明は、人工知能ビッグデータ分析の技術を利用し、トンネル内の気圧気象パラメータのトンネルの深さに伴う変化の潜在的な法則を十分に掘り起こす。列車の両端で取得された温度、湿度及び気圧シーケンスデータにより、トンネル内の列車からトンネルの出口までの距離のインテリジェントな感知を実現し、これに基づいて列車のトンネル内での滞留時間の効果的な推定を実現する。 1. The present invention takes advantage of the technology of artificial intelligence big data analysis to fully unearth the potential law of changes with tunnel depth of barometric weather parameters in the tunnel. Temperature, humidity and barometric pressure sequence data acquired at both ends of the train enables intelligent sensing of the distance from the train in the tunnel to the exit of the tunnel, and based on this, the effective duration of the train's dwell time in the tunnel. realization of accurate estimation.
2.本発明は乗客に正確な情報提示(例えば温度、湿度やトンネル内の滞在時間情報等)を提供することができ、乗客の乗り心地を向上させることに役立つ。 2. The present invention can provide passengers with accurate information presentation (such as temperature, humidity, stay time information in a tunnel, etc.), which helps improve the passenger's ride comfort.
3.本発明は、モデリングが完了した後、いずれのトラックサイド機器も必要とせず、車載温度、湿度及び気圧センサだけで入力データの収集を実現することができ、普及させる価値が高い。 3. After the modeling is completed, the present invention does not require any trackside equipment, and can realize the collection of input data only with on-vehicle temperature, humidity and air pressure sensors, and is highly worthy of popularization.
図1に示すように、本発明の実施例1の具体的なステップは以下のとおりである。 As shown in FIG. 1, the specific steps of Embodiment 1 of the present invention are as follows.
ステップ1、トンネル気圧気象パラメータを収集し、トンネル気圧気象パラメータデータベースを構築する。 Step 1: Collect tunnel pressure meteorological parameters and build a tunnel pressure meteorological parameter database.
列車の両端に分布している車載センサにより列車が通過する時のトンネル内の温度、湿度及び気圧シーケンスをリアルタイムに収集し、トンネル内及び車に事前に取り付けられた応答装置により列車のトンネル内の走行距離と時間のシーケンスを収集し、サンプリング周波数が10Hzである。列車がトンネルに入る前のTminで収集された温度及び湿度の平均値を現地の温度、湿度平均値の推定値とする。列車があるトンネルを1回通過する時に列車の両端に位置するセンサにより収集された温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンス及びトンネルに入る前に取得された所在区域の平均気温、平均湿度の推定値は、1組のトンネル気象パラメータサンプルを構成する。管轄区域内のすべての列車が1年間に運行して収集したトンネル気象パラメータサンプルはトンネル気象パラメータデータベースを構成する。T値の範囲は[10,20]であり、本発明において、T=10である。 On-board sensors distributed at both ends of the train collect the temperature, humidity and barometric pressure sequences in the tunnel as the train passes in real time. A sequence of mileage and time is collected, with a sampling frequency of 10 Hz. The temperature and humidity averages collected at Tmin before the train enters the tunnel are taken as estimates of the local temperature and humidity averages. The temperature sequence, humidity sequence, and barometric pressure sequence collected by sensors located at both ends of the train when the train passes through a tunnel once, and the average temperature and humidity estimates for the location obtained before entering the tunnel are , constitute a set of tunnel weather parameter samples. Tunnel weather parameter samples collected by all trains operating within a jurisdiction in one year constitute the tunnel weather parameter database. The range of T values is [10,20], where T=10 in the present invention.
ステップ2、トンネルグループ気圧気象パラメータを分類する。 Step 2, classify the tunnel group barometric weather parameters.
トンネル気象パラメータデータベースに基づいて、トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じてデータベースにおける気象パラメータを分類し、属性が近いトンネルグループの分類を実現する。具体的な実現フロセスは以下のとおりである。 Based on the tunnel weather parameter database, the weather parameters in the database are classified according to the geographic location of the tunnel and the weather conditions inside and outside the tunnel to achieve classification of tunnel groups with similar attributes. The specific realization process is as follows.
ステップA1、中国の建築区画による中国気象特徴の区分に応じて、トンネル気象パラメータデータベースにおけるトンネルが所在する地理的位置に従ってトンネルグループを7種類に分類する。 Step A1, according to the division of China's weather features by China's building blocks, classify the tunnel groups into 7 types according to the geographic location of the tunnels in the tunnel weather parameter database.
ステップA2、現在の区域における1年間内の列車がトンネルを通過する前のTmin内の平均気温分布を取得し、ガウス分布関数を採用して平均気温分布をフィッティングする。平均気温分布を確率に応じて10等分し、1つの部分に属する気温サンプルを現在の区域での同一クラスの気温サンプルと定義し、同一クラスの気温サンプルに対応する温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスを同一クラスのサンプルと定義する。 Step A2, obtain the average temperature distribution within Tmin before the train passes through the tunnel in the current area in one year, and adopt the Gaussian distribution function to fit the average temperature distribution. The average temperature distribution is divided into 10 equal parts according to the probability, the temperature samples belonging to one part are defined as temperature samples of the same class in the current area, and the temperature sequence, humidity sequence and pressure corresponding to the temperature samples of the same class are calculated. Define a sequence as samples of the same class.
ステップ3、区域内の同一クラスのサンプルの典型的なサンプルを特徴付ける。 Step 3, characterize representative samples of the same class of samples within the area.
トンネルグループのクラスに基づいて入力属性セットを粗分類して取得された区域内の各同一クラスのサンプルをさらに分ける。具体的には、以下のサブステップを含む。 Each same-class sample within the area obtained by coarsely classifying the input attribute set based on the class of the tunnel group is further divided. Specifically, it includes the following substeps.
ステップB1、同一クラスのサンプル中の、列車がトンネルを通過する時の温度、湿度及び気圧シーケンスに対して進化特徴抽出を行う。具体的なステップは、各時間シーケンスに自己回帰和分移動平均モデル(ARIMA)のモデリングを行い、各のシーケンスの自己回帰項、差分項及び移動回帰項のパラメータを抽出することである。具体的には、列車がトンネルを通過するごとに収集した時間シーケンスは6列の時間シーケンスを収集することができ、したがって、列車がトンネルを通過するごとに抽出した特徴量はa=(p1,d1,q1,p2,d2,q2,…,p6,d6,q6)として表すことができ、式中、p1は時間シーケンス1の自己回帰項数であり、d1は時間シーケンス1の差分回数であり、q1は時間シーケンス1の移動平均項数である。区域内の同一クラスのサンプルのすべての特徴量は特徴行列Aを構成する。 Step B1, perform evolutionary feature extraction on the temperature, humidity and pressure sequences when the train passes through a tunnel in the samples of the same class. The specific steps are to model an autoregressive integrated moving average model (ARIMA) for each time sequence and extract parameters for the autoregressive, differential and moving regression terms of each sequence. Specifically, the time sequence collected each time a train passes through a tunnel can collect six time sequences, and therefore the feature quantity extracted each time a train passes through a tunnel is a=(p 1 , d 1 , q 1 , p 2 , d 2 , q 2 , ..., p 6 , d 6 , q 6 ), where p 1 is the number of autoregressive terms in time sequence 1, d1 is the number of differences in time sequence 1, and q1 is the number of moving average terms in time sequence 1. All the features of the samples of the same class within the area constitute the feature matrix A.
ステップB2、主成分分析アルゴリズム(PCA)を採用して区域内の同一クラスのサンプルのすべての特徴量かなる特徴行列Aに対して次元削減処理を行う。寄与度が最も大きい5つの主成分を選択して元の特徴行列Aの情報を特徴付け、変換後の行列A’を取得する。 In step B2, a principal component analysis algorithm (PCA) is employed to perform dimensionality reduction processing on the feature matrix A, which is the feature amount of all the samples of the same class within the area. The five principal components with the highest contribution are selected to characterize the information of the original feature matrix A to obtain the transformed matrix A'.
ステップB3、カーネル関数を定義する。
k=αkrbf+βklinear+(1-α-β)klaplace(1)
式中、krbfがラジアル基底カーネル関数であり、klinearが線形カーネル関数であり、klaplaceがラプラシアンカーネル関数である。A’行列の特徴量をカーネル関数kに対応する特徴空間にマッピングする。
Step B3, define a kernel function.
k = αk rbf + βk linear + (1-α-β)k lap (1)
where k_rbf is the radial basis kernel function, k_linear is the linear kernel function, and k_laplace is the Laplacian kernel function. The feature values of the A' matrix are mapped to the feature space corresponding to the kernel function k.
ステップB4、最適化の対象を決定し、灰色オオカミ最適化アルゴリズム(GWO)を採用してカーネル関数の係数α、β及びクラス数を最適化する。ここで、α、β∈[0、1]であり、クラス数は20より小さい正の整数である。 Step B4, determine the optimization target and adopt the Gray Wolf Optimization Algorithm (GWO) to optimize the kernel function coefficients α, β and the number of classes. where α, βε[0, 1] and the number of classes is a positive integer less than 20.
ステップB5、最適化目的関数を決定する。
ステップB6、上記の所定のパラメータに応じて、灰色オオカミ最適化アルゴリズムにより最適化されたk-meansクラスタリングアルゴリズムを採用して次元削減後の特徴のクラスタリングを実現する。各クラスタリングサンプルクラスタのクラスタリング中心及びクラスタリング中心から最も近い5個のサンプルに対応する
ステップ4、典型的なサンプル統合テンプレートライブラリを構築する。 Step 4, build a typical sample integrated template library.
典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行い、遅延時間を1、ウィンドウの長さを5に設定し、遅延座標法を採用して温度、湿度及び気圧シーケンスに対して空間再構築を行い、3個の列車頭部の温度、湿度及び気圧の進化特性及び列車尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す3個の二次元再構築行列を取得し、3個の行列をRGB色空間に応じて組み合わせて、列車頭部及び尾部の気圧気象パラメータの進化的カラー画像を形成し、該カラー画像はテンプレート画像{hi,fi}(i=0,1,2…5)である。 Perform phase space reconstruction on a typical sample, set delay time to 1, window length to 5, and adopt the delayed coordinate method to perform spatial reconstruction on the temperature, humidity and pressure sequences. , three two-dimensional reconstruction matrices representing the evolution characteristics of temperature, humidity and pressure at the head of the train and the evolution characteristics of temperature, humidity and pressure at the tail of the train, and converting the three matrices into the RGB color space to form an evolutionary color image of the barometric weather parameters of the train head and tail, which is the template image {h i , f i } (i=0,1,2...5) .
ステップ5、テンプレートRGBカラー統合マッチングモデルをトレーニングする(図2に示す)。 Step 5, train a template RGB color integration matching model (shown in Figure 2).
列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイントの気象データ及び前の一定期間の気象サンプルシーケンスをそれぞれ収集し、位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行い、現在位置特徴画像{ch,cf}を構築する。現在位置特徴モジュール及びテンプレートライブラリにおける画像に対して相関性の計算を行い、現在位置のテンプレートライブラリでの最適マッチング位置を決定する。具体的には、以下のステップを含む。 Collect the meteorological data of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological sample sequence of a certain period of time respectively, perform phase space reconstruction and RGB color space combination, and obtain the current position feature image { ch ,c f }. A correlation calculation is performed on the images in the current location feature module and the template library to determine the best matching location in the template library for the current location. Specifically, it includes the following steps.
ステップC1、列車の現在位置の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧シーケンスにおける現在サンプルポイント及び19個の前のサンプルポイントの関連気象データを取得する。 Step C1, obtain the relevant meteorological data of the current sample point and 19 previous sample points in the head and tail temperature, humidity and pressure sequence of the current position of the train.
ステップC2、遅延時間を1、ウィンドウの長さを5に設定し、遅延座標法を採用して空間再構築を行い、列車頭部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせて、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成する。 Step C2, set the delay time to 1 and the window length to 5, adopt the delay coordinate method to perform spatial reconstruction, and create 6 two-dimensional representations of the evolution characteristics of temperature, humidity and air pressure at the head of the train. The reconstruction matrices are obtained, and the 6 matrices are combined according to the RGB color space for each head and tail to form the current position feature image { ch , cf }.
ステップC3、現在位置特徴画像とテンプレートライブラリにおける画像に対して畳み込み演算
ステップC4、すべてのgiシーケンスにおける要素を降順でソートし、最大の5個の要素を候補要素として決定し、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…5)である。 Step C4, sort the elements in all g i sequences in descending order, determine the maximum 5 elements as candidate elements, the position before sorting corresponding to the candidate element is the candidate position, and the tunnel corresponding to the candidate position The traveled distance values to the exit are s j (j=1, 2, . . . 5).
ステップC5、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取り、該平均値は現在のテンプレートマッチング出力値であり、即ちテンプレートマッチング出力値の計算式は、
ステップ6、統合テンプレートマッチング誤差補償モデルを確立する。 Step 6, establish an integrated template matching error compensation model.
同一クラスのトンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、テンプレートマッチングモデルの予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシン(LSSVM)をトレーニングし、トンネル走行距離予測誤差補償モデルを確立する。具体的には、以下のステップを含む。 Adopting the data of the tunnel group of the same class, taking the temperature sequence, humidity sequence, and pressure sequence as input, and the prediction error of the template matching model as output, trains the least squares support vector machine (LSSVM) to predict the tunnel travel distance. Establish an error compensation model. Specifically, it includes the following steps.
ステップD1、トレーニングサンプルを定義し、入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)を定義し、式中、Th=(t1,t2…,t19,t20)はトンネル内の列車頭部の現在サンプルポイント及び19個の前のサンプルポイントの温度シーケンスである。同様に、Hhは長さが20である列車頭部湿度シーケンス、Phは長さが20である列車頭部気圧シーケンス、Thは長さが20である列車尾部温度シーケンス、Hhは長さが20である列車尾部湿度シーケンス、Phは長さが20である列車尾部気圧シーケンスである。出力サンプルは現在位置に対応する走行距離誤差値εである。入力と出力の組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成する。各同一クラスのトンネルグループに対して、3000個のサンプルを選択して走行距離予測誤差補償モデルを確立する。 Step D1, define training samples, define input samples I=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), where T h =(t 1 ,t 2 . . . , t 19 , t 20 ) is the temperature sequence of the current and 19 previous sample points of the train head in the tunnel. Similarly, H h is a train head humidity sequence of length 20, Ph is a train head pressure sequence of length 20, T h is a train tail temperature sequence of length 20, H h is Length 20 train tail humidity sequence, Ph is length 20 train tail pressure sequence. The output sample is the odometer error value ε corresponding to the current position. We construct a modeling sample with an input-output combination Y={I, ε}. For each co-class tunnel group, 3000 samples are selected to establish a mileage prediction error compensation model.
ステップD2、モデリングサンプルをトレーニングセットと検証セットに分ける。非復元ランダムサンプリング方式を採用してモデリングサンプルのうち3000個のサンプルペアの数のうちの70%をトレーニングセットとし、30%を検証セットとして選択する。 Step D2, divide the modeling samples into a training set and a validation set. 70% of the number of 3000 sample pairs among the modeling samples are selected as the training set and 30% as the validation set by adopting the non-reconstructive random sampling scheme.
ステップD3、最適化の対象を決定して、最適化値を初期化する。バイナリアリライオンアルゴリズムを採用してモデルの入力特徴を最適化し、即ち入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴をLSSVMモデルの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てる。60個の次元特徴をランダムに初期化して0又は1に符号化する。 Step D3, determine the optimization target and initialize the optimization value. Adopting the binary alligator algorithm to optimize the input features of the model, i.e. performing binary encoding on each dimension feature in the input sample I, if the encoding value corresponding to a dimension feature is 1, The feature is selected as the input variable of the LSSVM model, and if the encoded value corresponding to a dimension feature is 0, the dimension feature is discarded. The 60 dimensional features are randomly initialized and coded to 0 or 1.
ステップD4、最適化目的関数を決定する。現在特徴符号化値に基づいて、入力特徴を決定し、トレーニングセットデータを採用してLSSVMモデルをトレーニングする。検証セットデータをトレーニング済みのLSSVMモデルに入力し、モデル出力シーケンスを
ステップD5、最適化予測モデルを出力する。バイナリアリライオンアルゴリズムを採用して反復最適化演算を行い、最適な入力特徴とLSSVMモデルを決定し、該モデルはLSSVM走行距離予測誤差補償モデルである。 Step D5, output the optimized prediction model. A binary alligator algorithm is adopted to perform iterative optimization operations to determine the optimal input features and the LSSVM model, which is the LSSVM mileage prediction error compensation model.
ステップ7、テストデータを取得し、走行距離予測モデルを呼び出す Step 7, get the test data and call the mileage prediction model
列車の運行中、リアルタイムな気圧気象パラメータを収集し、現在の状態特徴画像を構築し、3次元画像テンプレートを検索してマッチングし、誤差補正入力変数、誤差補償モデルを決定する。テンプレートマッチング出力と誤差補償出力とを融合して、トンネル出口までの最終的な走行距離値を取得する。具体的には、以下のステップを含む。 During train operation, real-time barometric weather parameters are collected, current state feature images are constructed, three-dimensional image templates are searched and matched, and error correction input variables and error compensation models are determined. The template matching output and the error compensation output are fused to obtain the final mileage value to the tunnel exit. Specifically, it includes the following steps.
ステップE1、列車がトンネルを通過する前のTmin間内の平均温度分布を収集する。現在の状態(即ち列車の現在位置の気象パラメータ)が属するサンプルクラスを決定する。列車の頭部と尾部に取り付けられた温度湿度センサを利用して、現在の温度シーケンス及び湿度シーケンスを取得する。 Step E1, collect the average temperature distribution within Tmin before the train passes through the tunnel. Determine the sample class to which the current state (ie the weather parameters of the train's current position) belongs. Temperature and humidity sensors mounted on the head and tail of the train are used to obtain the current temperature and humidity sequences.
ステップE2、現在の平均气温に基づいて現在の状態が属するサンプルクラスを決定し、対応するテンプレートライブラリを抽出する。 Step E2, determine the sample class to which the current state belongs according to the current average temperature, and extract the corresponding template library.
ステップE3、ステップ3におけるプロセスを参照して、テンプレートライブラリで最適マッチング位置を決定し、現在サンプルポイントのテンプレートマッチング出力値OM(i)を出力する。 Step E3, refer to the process in step 3 to determine the best matching position in the template library, and output the template matching output value O M (i) of the current sample point.
ステップE4、ステップ6におけるプロセスC1のプロセスを参照し、現在の状態のモデル入力ベクトルIを取得し、トレーニング済みのLSSVMモデルに代入し、補償誤差出力結果ε(i)を取得する。 Step E4, refer to the process of process C1 in step 6, get the current state model input vector I and substitute it into the trained LSSVM model to get the compensation error output result ε(i).
ステップE5、3次元テンプレートマッチング出力値とLSSVMモデル出力値とを融合して、下式による現在位置からトンネル出口までの距離の最終出力値を取得する。
O(i)=OM(i)+ε(i) (5)
Step E5, fuse the 3D template matching output value and the LSSVM model output value to obtain the final output value of the distance from the current position to the tunnel exit according to the following formula.
O(i)= OM (i)+ε(i) (5)
ステップ8、トンネルを出るまでの予測残り時間を計算する。 Step 8, Calculate the estimated remaining time to exit the tunnel.
下式で列車が現在のトンネルを通過するまでの残り時間を推定できる。
t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1))))(6)
式中、fHzは位置更新頻度であり、本発明では、fHz=50Hzである。
The remaining time until the train passes through the current tunnel can be estimated by the following formula.
t=O(i)/(f Hz (O(i)-O(i-1)))) (6)
where f Hz is the location update frequency and in the present invention f Hz =50 Hz.
実施例1の方法に対応し、本発明の実施例2は列車がトンネルを通過する時間の計算システムを提供し、この計算システムは、
現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレートに対して相関性の計算を行い、現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置を得るための最適マッチング位置取得モジュールであって、前記現在位置特徴画像は収集された列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイントの気象パラメータ及び前の一定期間の現在位置の気象パラメータシーケンスを利用して位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行うことによって取得され、前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像は、各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行って取得された列車の頭部と尾部の気象パラメータによって進化されたカラー画像であり、前記各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルとは、トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じて気象パラメータを分類し、分類した区域内の同一クラスのサンプルをさらに分けて得たサンプルである最適マッチング位置取得モジュールと、
同一クラスのトンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、最適マッチング位置の予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングして取得され、出力が補償誤差ε(i)であるトンネル走行距離予測誤差補償モデルと、
式t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1)))(式中、O(i)=OM(i)+ε(i)であり、O(i-1)は列車の現在位置の前の位置からトンネル出口までの走行距離値であり、OM(i)は最適マッチング位置であり、fHzは列車位置更新頻度である。)で列車が現在のトンネルを通過する残り時間tを推定するための残り時間計算モジュールと、を含む。
Corresponding to the method of embodiment 1, embodiment 2 of the present invention provides a system for calculating the time for a train to pass through a tunnel, which system comprises:
An optimum matching position acquisition module for performing correlation calculations on the current position feature image and templates in the typical sample integrated template library to obtain the optimum matching position of the current position in the typical sample integrated template library. Then, the current position feature image is phase space reconstruction and RGB color space using the collected meteorological parameters of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological parameter sequence of the current position for a certain period of time before. The template images in the typical sample integrated template library are obtained by performing a combination of train head and tail images obtained by performing phase space reconstruction on a representative sample of each class of tunnel group. The typical sample of each class of tunnel group is classified and classified according to the geographical location where the tunnel is located and the weather conditions inside and outside the tunnel. an optimal matching position acquisition module, which is a sample obtained by further dividing samples of the same class within the area;
Adopting the data of the tunnel group of the same class, taking the temperature sequence, humidity sequence and pressure sequence as the input, and the prediction error of the best matching position as the output, obtained by training the least squares support vector machine, the output is the compensation error a tunnel mileage prediction error compensation model that is ε(i);
Formula t=O(i)/(f Hz (O(i)−O(i−1))) (where O(i)= OM (i)+ε(i) and O(i− 1) is the traveled distance value from the position before the train's current position to the tunnel exit, O M (i) is the best matching position, and f Hz is the train position update frequency. a remaining time calculation module for estimating the remaining time t to traverse the tunnel.
最適マッチング位置取得モジュールは、
現在位置の列車の頭部と尾部の温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスにおける現在サンプルポイント及びG個の前のサンプリングポイントを決定するためのデータ収集ユニットと、
遅延座標法を採用して位相空間再構築を行い、列車の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を分頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせ、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成するための特徴画像計算ユニットと、
現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像に対して畳み込み演算を行い、複数の一次元シーケンスを取得するための畳み込みユニットと、
すべての一次元シーケンスにおける要素を降順でソートし、最大のL個の要素を候補要素として決定するためのソートユニットであって、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…L)であるソートユニットと、
候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取るための出力ユニットであって、該平均値が現在位置の典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置OMは
a data acquisition unit for determining a current sample point and G previous sample points in the head and tail temperature sequence, humidity sequence and barometric pressure sequence of the current position train;
Adopting the delayed coordinate method to perform phase space reconstruction, obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the evolutionary characteristics of temperature, humidity and air pressure at the head and tail of the train, and divide the six matrices into subdivisions. a feature image calculation unit for forming a current position feature image {c h , c f } by combining according to the RGB color space according to the head and tail;
a convolution unit for performing a convolution operation on the current position feature image and the template image in the typical sample integrated template library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;
A sorting unit for sorting the elements in all one-dimensional sequences in descending order and determining the largest L elements as candidate elements, wherein the positions before sorting corresponding to the candidate elements are candidate positions, and a sorting unit whose traveled distance values to tunnel exits corresponding to are s j (j=1, 2, . . . L);
An output unit for taking the mean value of the distance traveled to tunnel exit values corresponding to the candidate positions, wherein the mean value is the best matching position OM in the typical sample integrated template library of the current position is
本実施例におけるデータ収集ユニットは列車の頭部と尾部に取り付けられた様々なセンサであり、例えば温度センサ、湿度センサ、気圧センサである。 The data collection units in this example are various sensors attached to the head and tail of the train, such as temperature sensors, humidity sensors, barometric pressure sensors.
前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルのトレーニング過程は、
1)入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)(式中、Th=(t1,t2…,tG)はトンネル内の列車頭部の現在サンプルポイント及びG個の前のサンプルポイントの温度シーケンスであり、Hhは長さがGである列車頭部湿度シーケンスであり、Phは長さがGである列車頭部気圧シーケンスであり、Tfは長さがGである列車尾部温度シーケンスであり、Hfは長さがGである列車尾部湿度シーケンスであり、Pfは長さがGである列車尾部気圧シーケンスである。)を定義し、出力サンプルを現在位置に対応する走行距離誤差値εと定義し、入力サンプルと出力サンプルの組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成することと、
2)前記モデリングサンプルをトレーニングセットと検証セットに分けることと、
3)入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴を最小二乗サポートベクターマシンの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てることと、
4)現在特徴符号化値に基づいて、入力サンプルを更新し、更新したトレーニングセットと検証セットを得、更新したトレーニングセットデータを採用して最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、更新した検証セットデータをトレーニング済みの最小二乗サポートベクターマシンに入力し、最小二乗サポートベクターマシンの出力シーケンスを
5)ステップ3)とステップ4)を繰り返し、最適化目的関数
1) Input sample I = (T h , H h , P h , T f , H f , P f ) (where T h = (t 1 , t 2 ..., t G ) is the head of the train in the tunnel and G previous sample points, where H h is a head of train humidity sequence of length G and Ph is a head of train pressure sequence of length G where Tf is a G-length train tail temperature sequence, Hf is a G-length train tail humidity sequence, and Pf is a G-length train tail pressure sequence. ), defining the output sample as the mileage error value ε corresponding to the current position, and constructing the modeling sample with the combination Y={I, ε} of the input and output samples;
2) dividing the modeling samples into a training set and a validation set;
3) perform binary encoding on each dimensional feature in the input sample I, and if the encoded value corresponding to a dimensional feature is 1, select that feature as an input variable for a least-squares support vector machine; discarding a dimension feature if the corresponding encoded value for that dimension feature is 0;
4) based on the current feature encoding values, update the input samples to obtain an updated training set and a validation set, adopt the updated training set data to train a least squares support vector machine, and update the validation set data; into the trained least-squares support vector machine, and the output sequence of the least-squares support vector machine is
5) Repeat steps 3) and 4) to optimize the objective function
本発明の実施例3は、本発明の実施例1の方法のステップを実行するように構成されるプログラムが記憶されているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。 Embodiment 3 of the present invention provides a computer readable storage medium storing a program configured to perform the steps of the method of Embodiment 1 of the present invention.
Claims (10)
式t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1)))で前記列車が現在の前記トンネルを通過する残り時間を推定し、
式中、前記列車の現在位置からトンネル出口までの走行距離値はO(i)=OM(i)+ε(i)であり、O(i-1)は前記列車の現在位置の前の位置から前記トンネル出口までの走行距離値であり、OM(i)は現在位置特徴画像及び典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像を利用して相関性を計算して得た現在位置の前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置であり、前記現在位置特徴画像は収集された前記列車の現在位置の頭部と尾部のサンプルポイントの気象パラメータ及び前の一定期間の現在位置の気象パラメータシーケンスを利用して位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行うことによって取得され、前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおける前記テンプレート画像は、各クラスのトンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行って取得された前記列車の頭部と尾部の前記気象パラメータのカラー画像であり、前記各クラスの前記トンネルグループの典型的なサンプルとは、前記トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じて前記気象パラメータを分類し、分類した区域内の同一クラスの前記気象パラメータをさらに分けて得たサンプルであり、ε(i)は前記列車の運行中に収集された前記気象パラメータをトンネル走行距離予測誤差補償モデルに入力して得た補償誤差であり、前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルとは、同一クラスの前記トンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、RGBカラー統合マッチングモデルの予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングして得たモデルを指し、fHzは位置更新頻度であり、前記気象パラメータとは、列車運行中の前記列車の頭部に対応する前記温度シーケンス、前記列車の頭部に対応する前記湿度シーケンス、前記列車の頭部に対応する前記気圧シーケンス、前記列車の尾部に対応する前記温度シーケンス、前記列車の尾部に対応する前記湿度シーケンス、前記列車の尾部に対応する前記気圧シーケンスを指す、ことを特徴とする列車がトンネルを通過する時間の計算方法。 A method for calculating the time for a train to pass through a tunnel, comprising:
estimating the remaining time for the train to pass through the current tunnel with the formula t=O(i)/(f Hz (O(i)-O(i-1)));
where the mileage value from the train's current position to the tunnel exit is O(i)=O M (i)+ε(i), and O(i−1) is the previous position of the train's current position. to the tunnel exit, and O M (i) is the typical current position obtained by calculating the correlation using the current position feature image and the template image in the typical sample integrated template library. The current position feature image is the collected meteorological parameters of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological parameters of the current position of a previous period of time. Obtained by performing phase space reconstruction and RGB color space combination using sequences, the template images in the typical sample integration template library are phase space 4 is a color image of the meteorological parameters of the head and tail of the train obtained by performing a reconstruction, wherein a representative sample of the tunnel group of each class includes the geographic locations where the tunnels are located and It is a sample obtained by classifying the weather parameters according to the weather conditions inside and outside the tunnel, and further dividing the weather parameters of the same class in the classified area, and ε(i) was collected during the operation of the train. It is a compensation error obtained by inputting the weather parameters into a tunnel travel distance prediction error compensation model . sequence, pressure sequence as input, RGB color integration matching model prediction error as output, refers to a model obtained by training a least squares support vector machine, f Hz is the location update frequency, the weather parameters are: said temperature sequence corresponding to the head of said train in operation; said humidity sequence corresponding to said head of said train; said pressure sequence corresponding to said head of said train; said temperature sequence corresponding to said tail of said train. , said humidity sequence corresponding to said train tail, and said barometric pressure sequence corresponding to said train tail.
前記気象パラメータを収集し、気象パラメータデータベースを構築するステップ1)と、
前記気象パラメータデータベースに基づいて、前記トンネルが所在する地理的位置及びトンネル内外の気象状況に応じて前記気象パラメータデータベースにおける前記気象パラメータを分類し、区域内の同一クラスのサンプルを得、属性が近い前記トンネルグループの分類を実現するステップ2)と、
区域内の同一クラスのサンプルをさらに分け、各クラスの前記トンネルグループの典型的なサンプルを取得するステップ3)と、
各クラスの前記トンネルグループの典型的なサンプルに対して位相空間再構築を行い、前記列車の頭部と尾部の前記気象パラメータのカラー画像、即ちテンプレート画像を取得し、すべての典型的なサンプルに対応するテンプレート画像で前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリを構築するステップ4)と、
前記列車の現在位置の頭部と尾部の現在のサンプル取得時点、及び複数の現在より前のサンプル取得時点でのサンプルシーケンスをそれぞれ収集し、位相空間再構築とRGB色空間組み合わせを行い、前記現在位置特徴画像{ch,cf}を構築し、前記現在位置特徴画像及び前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像に対して相関性の計算を行い、現在位置の前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置を決定するステップ5)と、
同一クラスの前記トンネルグループのデータを採用して、前記温度シーケンス、前記湿度シーケンス、前記気圧シーケンスを入力とし、前記最適マッチング位置の予測誤差を出力とし、前記最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、トンネル走行距離予測誤差補償モデルを確立するステップ6)と、
列車運行中の前記気象パラメータをリアルタイムに収集し、前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルを利用してトンネル出口までの最終的な走行距離値、即ちO(i)を取得するステップ7)と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の列車がトンネルを通過する時間の計算方法。 A specific process of determining the travel distance value O(i) from the current position of the train to the tunnel exit is as follows:
step 1) of collecting the weather parameters and building a weather parameter database;
Classify the weather parameters in the weather parameter database according to the geographic location of the tunnel and the weather conditions inside and outside the tunnel according to the weather parameter database to obtain samples of the same class within the area and have similar attributes. a step 2) of realizing the tunnel group classification;
step 3) of subdividing the samples of the same class within the zone to obtain a representative sample of said tunnel groups of each class;
Phase space reconstruction is performed on representative samples of the tunnel group for each class to obtain color images of the meteorological parameters of the head and tail of the train, i.e. template images, and all representative samples step 4) building said exemplary sample integration template library with template images corresponding to
A current sample acquisition time of the head and tail of the current position of the train, and a sample sequence at a plurality of previous sample acquisition times, respectively, are collected, phase space reconstruction and RGB color space combination are performed, and the current position of the train is constructing a position feature image {c h , c f }, performing correlation calculations on the current position feature image and template images in the typical sample integration template library, and performing the typical sample integration of the current position; step 5) of determining the best matching position in the template library;
Adopting the data of the tunnel group of the same class, taking the temperature sequence, the humidity sequence and the air pressure sequence as input, and the prediction error of the best matching position as output , training the least squares support vector machine, and tunneling Step 6) of establishing a mileage prediction error compensation model;
Step 7) of collecting the weather parameters in real time during train operation and using the tunnel mileage prediction error compensation model to obtain the final mileage value to the tunnel exit, namely O(i); 2. The method of calculating the time for a train to pass through a tunnel according to claim 1, characterized in that it comprises:
1)トンネルサンプルが所在する地理的位置に従って前記トンネルグループをNクラスに分けることと、
2)現在の区域における1年間内の前記列車がトンネルを通過する前のT(Tは所定の時間である)min内の平均気温分布を取得し、ガウス分布関数を採用して現在の区域のトンネル内の平均気温分布をフィッティングし、フィッティング後の平均気温分布を確率に応じてK等分し、1つの部分に属する気温サンプルを現在の区域での同一クラスの気温サンプルと定義し、同一クラスの気温サンプルに対応する温度シーケンス、湿度シーケンス及び気圧シーケンスを同一クラスのサンプルと定義することと、を含むことを特徴とする請求項2に記載の列車がトンネルを通過する時間の計算方法。 The specific realization process of step 2) is
1) dividing the tunnel groups into N classes according to the geographical locations where the tunnel samples are located;
2) Obtain the average temperature distribution within T (T is a predetermined time) min before the train passes through the tunnel in one year in the current area, and adopt the Gaussian distribution function to obtain the temperature distribution of the current area Fit the average temperature distribution in the tunnel, divide the average temperature distribution after fitting into K equal parts according to the probability, define the temperature samples belonging to one part as temperature samples of the same class in the current area, and defining the temperature sequence, the humidity sequence and the pressure sequence corresponding to the air temperature samples of the same class as samples of the same class.
1)現在の区域での同一クラスのサンプル中の各時間シーケンスに対して自己回帰和分移動平均モデルのモデリングを行い、各時間シーケンスの特徴量、即ち各時間シーケンスの自己回帰項、差分項及び移動回帰項のパラメータを抽出することであって、区域内の同一クラスのサンプルのすべての特徴量は特徴行列Aを構成し、前記時間シーケンスは前記温度シーケンス、前記湿度シーケンス及び前記気圧シーケンスを含むことと、
2)特徴行列Aに対して次元削減処理を行い、寄与度が最も大きいM個の主成分を選択して元の特徴行列Aの情報を特徴付け、変換後の行列A’を取得することと、
3)カーネル関数k=αkrbf+βkLinear+(1-α-β)kLaplace(式中、krbfがラジアル基底カーネル関数であり、kLinearが線形カーネル関数であり、kLaplaceがラプラシアンカーネル関数である。)を定義し、カーネル関数の係数α、β(α、β∈[0,1])及びクラス数n0(n0が30より小さい正の整数である。)の初期値をランダムに決定することと、
4)行列A’内の特徴値をカーネル関数kに対応する特徴空間にマッピングし、新たな特徴行列A”を得、A”における特徴量を入力とし、初期クラス数n0に従って、k-meansクラスタリングアルゴリズムを採用してA”における特徴量のクラスタリングを実現し、区域内の同一クラスのサンプルをnクラスに分け、各クラスのサンプルで1つのサンプルクラスタを構成し、最適化目的関数
5)現在の最適化目的関数値fitnessに基づいて、灰色オオカミ最適化アルゴリズムを採用して、α、β及びn0の値を更新することと、
6)所定の最適化回数m=100に達するまで、ステップ4)とステップ5を繰り返すことであって、この時のα、β及びn0の値極は最適化された最終的なパラメータ値であり、最適化された最終的なパラメータ値でのクラスタリング結果は最終クラスタリング結果であることと、
7)最終クラスタリング結果に従って現在の区域での同一クラスのサンプルをE個のクラスタリングサンプルクラスタに分け、各クラスタリングサンプルクラスタのクラスタリング中心及びクラスタリング中心から最も近いP個のサンプルに対応する
1) Modeling an autoregressive integrated moving average model for each time sequence in the same class of samples in the current area, and calculating the features of each time sequence, namely the autoregressive term, the difference term and the extracting the parameters of the moving regression term, wherein all features of the samples of the same class in the area form a feature matrix A, the time sequence includes the temperature sequence, the humidity sequence and the pressure sequence; and
2) Performing dimension reduction processing on the feature matrix A, selecting M principal components with the largest contribution to characterize the information of the original feature matrix A, and obtaining the transformed matrix A′. ,
3) Kernel function k = αk rbf + βk Linear + (1-α-β)k Laplace (where k rbf is the radial basis kernel function, k Linear is the linear kernel function, and k Laplace is the Laplacian kernel function ), and randomly set the initial values of the kernel function coefficients α, β (α, β∈[0, 1]) and the number of classes n 0 (n 0 is a positive integer smaller than 30) to decide;
4) Map the feature values in the matrix A′ to the feature space corresponding to the kernel function k, obtain a new feature matrix A″, use the feature amount in A″ as input, and according to the initial class number n 0 , k-means A clustering algorithm is used to achieve feature clustering in A", dividing the same class samples in the area into n classes, forming a sample cluster from each class sample, and optimizing the objective function
5) based on the current optimization objective function value fitness, adopting the gray wolf optimization algorithm to update the values of α, β and n0 ;
6) Repeating step 4) and step 5 until a predetermined number of optimization times m=100 is reached, at which time the extremes of α, β and n0 are the final optimized parameter values. , and the clustering result at the final optimized parameter value is the final clustering result, and
7) Divide the samples of the same class in the current area into E clustering sample clusters according to the final clustering result, corresponding to the clustering center of each clustering sample cluster and the P samples closest to the clustering center;
1)現在位置の前記列車の頭部と尾部の前記温度シーケンス、前記湿度シーケンス及び前記気圧シーケンスにおける現在のサンプル取得時点及び複数の現在より前のサンプル取得時点を決定することと、
2)遅延座標法を採用して位相空間再構築を行い、前記列車の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせ、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成することと、
3)前記現在位置特徴画像と前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおける画像に対して畳み込み演算を行い、複数の一次元シーケンスを取得することと、
4)すべての一次元シーケンスにおける要素を降順でソートし、最大のL個の要素を候補要素として決定することであって、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…L)であることと、
5)候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取ることであって、該平均値は現在位置の前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置OMは
1) determining a current sample time and a plurality of previous sample time points in the temperature sequence, the humidity sequence and the pressure sequence of the head and tail of the train at the current position;
2) Adopting the delayed coordinate method to perform phase space reconstruction, obtaining six two-dimensional reconstruction matrices representing the evolution characteristics of temperature, humidity and air pressure at the head and tail of the train, and obtaining six matrices are combined according to the RGB color space for each head and tail to form a current position feature image { ch ,c f };
3) performing a convolution operation on the current location feature image and the images in the exemplary sample integration template library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;
4) sorting the elements in all one-dimensional sequences in descending order and determining the largest L elements as candidate elements, where the pre-sorting position corresponding to the candidate element is the candidate position, and the traveled distance values to the corresponding tunnel exits are s j (j=1, 2, . . . L);
5) taking the average of the traveled distance values to the tunnel exit corresponding to the candidate locations, where the average value is the best matching location OM in the exemplary sample integrated template library of the current location is
1)入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)(式中、Th=(t1,t2…,tG)はトンネル内の前記列車の頭部の現在サンプルポイント及びG個の前のサンプルポイントの前記温度シーケンスであり、Hhは長さがGである前記列車の頭部の前記湿度シーケンスであり、Phは長さがGである前記列車の頭部の前記気圧シーケンスであり、Tfは長さがGである前記列車の尾部の前記温度シーケンスであり、Hfは長さがGである前記列車の尾部の前記湿度シーケンスであり、Pfは長さがGである前記列車の尾部の前記気圧シーケンスである。)を定義し、出力サンプルを現在位置に対応する走行距離誤差値εと定義し、入力サンプルと出力サンプルの組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成することと、
2)前記モデリングサンプルをトレーニングセットと検証セットに分けることと、
3)入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴を前記最小二乗サポートベクターマシンの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てることと、
4)現在特徴符号化値に基づいて、入力サンプルを更新し、更新したトレーニングセットと検証セットを得、更新したトレーニングセットデータを採用して前記最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、更新した検証セットデータをトレーニング済みの前記最小二乗サポートベクターマシンに入力し、前記最小二乗サポートベクターマシンの出力シーケンスを
5)ステップ3)とステップ4)を繰り返し、最適化目的関数
1) Input samples I = (T h , H h , P h , T f , H f , P f ) (where T h = (t 1 , t 2 ..., t G ) is the H is the temperature sequence of the head current sample point and G previous sample points, where Hh is the humidity sequence of the train head of length G, Ph is the length of G; is the pressure sequence at the head of a certain train, T f is the temperature sequence at the tail of the train of length G, and H f is the humidity sequence of the tail of the train of length G. and P f is the pressure sequence at the tail of the train of length G), define an output sample to be the mileage error value ε corresponding to the current position, and define an input sample and an output sample constructing a modeling sample with the combination Y={I, ε} of
2) dividing the modeling samples into a training set and a validation set;
3) perform binary encoding on each dimensional feature in the input sample I, and if the encoded value corresponding to a dimensional feature is 1, select that feature as an input variable for the least squares support vector machine; , discarding a feature of a dimension if the corresponding encoded value is 0;
4) based on the current feature encoding values, update the input samples to obtain an updated training set and a validation set, adopt the updated training set data to train the least squares support vector machine, and update the validation set; Input the data into the trained least -squares support vector machine, and the output sequence of the least-squares support vector machine as
5) Repeat steps 3) and 4) to optimize the objective function
1)前記列車がトンネルを通過する前のTmin間内の平均温度分布データを収集し、現在位置の前記列車の頭部と尾部の前記温度シーケンスと前記湿度シーケンスを取得し、テンプレートマッチング出力値OM(i)を取得し、トンネル走行距離予測誤差補償モデルを利用して補償誤差出力結果ε(i)を取得することと、
2)式O(i)=OM(i)+ε(i)で前記列車の現在位置からトンネル出口までの走行距離値O(i)を取得することと、を含むことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の列車がトンネルを通過する時間の計算方法。 The specific realization process of step 7) is
1) Collect the average temperature distribution data within Tmin before the train passes through the tunnel , obtain the temperature sequence and the humidity sequence of the head and tail of the train at the current position, and obtain the template matching output value O obtaining M (i) and utilizing a tunnel mileage prediction error compensation model to obtain a compensation error output result ε(i);
2) obtaining the traveled distance value O(i) from the train's current position to the tunnel exit with the formula O(i)= OM (i)+ε(i). A method for calculating the time for a train to pass through a tunnel according to any one of 1 to 6.
同一クラスの前記トンネルグループのデータを採用して、温度シーケンス、湿度シーケンス、気圧シーケンスを入力とし、最適マッチング位置の予測誤差を出力とし、最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングして取得され、出力が補償誤差ε(i)であるトンネル走行距離予測誤差補償モデルと、
式t=O(i)/(fHz(O(i)-O(i-1)))(式中、O(i)=OM(i)+ε(i)であり、O(i-1)は前記列車の現在位置の前の位置からトンネル出口までの走行距離値であり、OM(i)は最適マッチング位置であり、fHzは前記列車の位置更新頻度である。)で前記列車が現在のトンネルを通過する残り時間tを推定するための残り時間計算モジュールと、を含む、ことを特徴とする列車がトンネルを通過する時間の計算システム。 A best matching position acquisition module for performing correlation calculations on the current position feature image and templates in the typical sample integrated template library to obtain the best matching position of the current position in the typical sample integrated template library. wherein the current position feature image is phase space reconstruction and RGB color using the collected meteorological parameters of the head and tail sample points of the current position of the train and the meteorological parameter sequence of the current position for a certain period of time before; Obtained by performing spatial combination, the template images in the typical sample integrated template library are the head of the train obtained by performing phase-space reconstruction on the representative samples of each class of tunnel group. and a color image of the weather parameters of the tail and a representative sample of the tunnel group for each class classifying the weather parameters according to the geographic location where the tunnel is located and the weather conditions inside and outside the tunnel . , an optimal matching position acquisition module, which is a sample obtained by further dividing samples of the same class within the classified area;
Adopting the data of the tunnel group in the same class, taking the temperature sequence, humidity sequence, and pressure sequence as input, and the prediction error of the best matching position as output, obtained by training a least squares support vector machine, and the output is compensated. a tunnel mileage prediction error compensation model with error ε(i);
Formula t=O(i)/(f Hz (O(i)−O(i−1))) (where O(i)= OM (i)+ε(i) and O(i− 1) is the traveled distance value from the position before the train's current position to the tunnel exit, O M (i) is the best matching position, and f Hz is the position update frequency of the train. and a remaining time calculation module for estimating the remaining time t for the train to pass through the current tunnel.
現在位置の前記列車の頭部と尾部の前記温度シーケンス、前記湿度シーケンス及び前記気圧シーケンスにおける現在サンプルポイント及びG個の前のサンプリングポイントを決定するためのデータ収集ユニットと、
遅延座標法を採用して位相空間再構築を行い、前記列車の頭部と尾部の温度、湿度及び気圧の進化特性を表す6個の二次元再構築行列を取得し、6個の行列を分頭部と尾部別にRGB色空間に応じて組み合わせ、現在位置特徴画像{ch,cf}を形成するための特徴画像計算ユニットと、
前記現在位置特徴画像及び前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリにおけるテンプレート画像に対して畳み込み演算を行い、複数の一次元シーケンスを取得するための畳み込みユニットと、
すべての一次元シーケンスにおける要素を降順でソートし、最大のL個の要素を候補要素として決定するためのソートユニットであって、候補要素に対応するソート前の位置は候補位置であり、候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値はsj(j=1,2,…L)であるソートユニットと、
候補位置に対応するトンネル出口までの走行距離値の平均値を取るための出力ユニットであって、該平均値が現在位置の前記典型的なサンプル統合テンプレートライブラリでの最適マッチング位置OMは
前記トンネル走行距離予測誤差補償モデルのトレーニング過程は、
1)入力サンプルI=(Th,Hh,Ph,Tf,Hf,Pf)(式中、Th=(t1,t2…,tG)はトンネル内の前記列車の頭部の現在サンプルポイント及びG個の前のサンプルポイントの前記温度シーケンスであり、Hhは長さがGである前記列車の頭部の前記湿度シーケンスであり、Phは長さがGである前記列車の頭部の前記気圧シーケンスであり、Tfは長さがGである前記列車の尾部の前記温度シーケンスであり、Hfは長さがGである前記列車の尾部の前記湿度シーケンスであり、Pfは長さがGである前記列車の尾部の前記気圧シーケンスである。)を定義し、出力サンプルを現在位置に対応する走行距離誤差値εと定義し、入力サンプルと出力サンプルの組み合せY={I,ε}でモデリングサンプルを構成することと、
2)前記モデリングサンプルをトレーニングセットと検証セットに分けることと、
3)入力サンプルIにおける各次元の特徴に対してバイナリ符号化を行い、ある次元の特徴に対応する符号化値が1である場合、該特徴を前記最小二乗サポートベクターマシンの入力変数として選択し、ある次元の特徴に対応する符号化値が0である場合、該次元の特徴を捨てることと、
4)現在特徴符号化値に基づいて、入力サンプルを更新し、更新したトレーニングセットと検証セットを得、更新したトレーニングセットデータを採用して前記最小二乗サポートベクターマシンをトレーニングし、更新した検証セットデータをトレーニング済みの前記最小二乗サポートベクターマシンに入力し、前記最小二乗サポートベクターマシンの出力シーケンスを
5)ステップ3)とステップ4)を繰り返し、最適化目的関数
a data acquisition unit for determining a current sample point and G previous sample points in the temperature sequence, the humidity sequence and the barometric pressure sequence of the head and tail of the train at the current position;
Phase space reconstruction is performed by adopting the delayed coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the evolution characteristics of temperature, humidity and air pressure in the head and tail of the train, and dividing the six matrices. a feature image calculation unit for forming a current position feature image {ch, cf} by combining the head part and the tail part according to the RGB color space;
a convolution unit for performing a convolution operation on the current position feature image and template images in the exemplary sample integration template library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;
A sorting unit for sorting the elements in all one-dimensional sequences in descending order and determining the largest L elements as candidate elements, wherein the positions before sorting corresponding to the candidate elements are candidate positions, and a sorting unit whose traveled distance values to tunnel exits corresponding to are s j (j=1, 2, . . . L);
An output unit for taking the mean value of distance traveled to tunnel exit values corresponding to candidate positions, wherein the mean value is the best matching position OM in the exemplary sample integrated template library of the current position is
The training process of the tunnel mileage prediction error compensation model includes :
1) Input samples I = (T h , H h , P h , T f , H f , P f ) (where T h = (t 1 , t 2 ..., t G ) is the H is the temperature sequence of the head current sample point and G previous sample points, where Hh is the humidity sequence of the train head of length G, Ph is the length of G; is the pressure sequence at the head of a certain train, T f is the temperature sequence at the tail of the train of length G, and H f is the humidity sequence of the tail of the train of length G. and P f is the pressure sequence at the tail of the train of length G), define an output sample to be the mileage error value ε corresponding to the current position, and define an input sample and an output sample constructing a modeling sample with the combination Y={I, ε} of
2) dividing the modeling samples into a training set and a validation set;
3) perform binary encoding on each dimensional feature in the input sample I, and if the encoded value corresponding to a dimensional feature is 1, select that feature as an input variable for the least squares support vector machine; , discarding a feature of a dimension if the corresponding encoded value is 0;
4) based on the current feature encoding values, update the input samples to obtain an updated training set and a validation set, adopt the updated training set data to train the least squares support vector machine, and update the validation set; Input the data into the trained least -squares support vector machine, and the output sequence of the least-squares support vector machine as
5) Repeat steps 3) and 4) to optimize the objective function
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