RU2773332C1 - Method, system and storage medium for calculating the duration of a train's passage through a tunnel - Google Patents

Method, system and storage medium for calculating the duration of a train's passage through a tunnel Download PDF

Info

Publication number
RU2773332C1
RU2773332C1 RU2021120950A RU2021120950A RU2773332C1 RU 2773332 C1 RU2773332 C1 RU 2773332C1 RU 2021120950 A RU2021120950 A RU 2021120950A RU 2021120950 A RU2021120950 A RU 2021120950A RU 2773332 C1 RU2773332 C1 RU 2773332C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
train
tunnel
samples
sequence
current position
Prior art date
Application number
RU2021120950A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хой Лю
Яньфэй ЛИ
Хайпин У
Лэй Чжан
Original Assignee
Сентрал Саус Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сентрал Саус Юниверсити filed Critical Сентрал Саус Юниверсити
Application granted granted Critical
Publication of RU2773332C1 publication Critical patent/RU2773332C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: computer technology.
SUBSTANCE: invention relates to computer technology, namely to determining the time of passage of a train through a tunnel. A method is described for calculating the duration of the passage of a train through a tunnel, while on-board temperature, humidity and air pressure sensors installed at both ends of the train receive sequences of barometric and meteorological parameters when the train passes through the tunnel, and pre-installed responders receive time sequences of the path in miles from the current position to the tunnel exit in order to create a database of meteorological parameters of the tunnel. The barometric and meteorological parameters of the tunnel in the database are classified by means of architectural zoning and an average temperature distribution model and a comparison of typical sequences of each category is carried out, which are extracted to form a combined model for matching RGB color image templates.
EFFECT: increase in the accuracy of determining the time of passage of a train in a tunnel.
10 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к области обучения искусственного интеллекта и, более конкретно, к способу, системе и носителю хранения для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель.The present invention relates to the field of artificial intelligence training, and more particularly to a method, system, and storage medium for calculating the duration of a train passing through a tunnel.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИPRIOR ART

Улучшение для пассажиров опыта использования пассажирских поездов в ходе путешествия благоприятствует повышению конкурентоспособности высокоскоростного железнодорожного пассажирского транспорта. Всеобъемлющие информационные подсказки способствуют тому, чтобы позволять пассажирам быстро воспринимать текущий статус функционирования поезда и улучшать опыт пассажиров. В настоящее время, оперативная информация в поезде включает в себя температуру, скорость поезда и т.д., но в ней отсутствуют релевантные информационные подсказки для специальных условий, таких как прохождение поезда через тоннель.Improving the passenger experience of using passenger trains while traveling is conducive to increasing the competitiveness of high-speed rail passenger transport. Comprehensive information cues help to enable passengers to quickly perceive the current status of train operation and improve the passenger experience. At present, train operational information includes temperature, train speed, etc., but it lacks relevant information prompts for special conditions such as a train passing through a tunnel.

После того как поезд входит в тоннель, передаваемая информация может быть потеряна, так что пассажиры, в эпоху Интернета, оказываются не у дел, и ощущение комфорта у пассажиров быстро снижается. Кроме того, темное герметичное окружение в тоннеле, дискомфорт в барабанной перепонке, вызванный ухудшающейся ситуацией герметичного окружения поезда, и неизвестная длина тоннеля вызывают заметное чувство тревожности. По этой причине, разрабатываются эффективные и точные методы позиционирования для длительностей прохождения тоннеля, чтобы своевременно информировать пассажиров о времени, в течение которого им нужно будет ждать прохождения тоннеля, что является очень важным для улучшения опыта пассажиров. Сущностью вычисления длительности прохождения тоннеля поездов является точное позиционирование поезда в тоннеле. Обычными способами позиционирования поезда являются следующие:After the train enters the tunnel, the transmitted information may be lost, so that passengers, in the age of the Internet, find themselves out of work, and the passenger's sense of comfort quickly declines. In addition, the dark hermetic environment in the tunnel, the discomfort in the eardrum caused by the deteriorating situation of the hermetic environment of the train, and the unknown length of the tunnel cause a noticeable feeling of anxiety. For this reason, efficient and accurate positioning methods for tunnel passage times are being developed in order to inform passengers in a timely manner of the time they will need to wait for tunnel passage, which is very important to improve the passenger experience. The essence of calculating the duration of the passage of the tunnel of trains is the exact positioning of the train in the tunnel. The usual ways to position a train are as follows:

1. Тип позиционирования на основе Beidou/GPS; спутниковое позиционирование Beidou может обеспечивать информацию всестороннего, всепогодного и круглосуточного позиционирования, но не пригодно для позиционирования поезда в тоннеле.1. Positioning type based on Beidou/GPS; Beidou satellite positioning can provide all-round, all-weather and 24-hour positioning information, but is not suitable for train positioning in a tunnel.

2. Использование беспроводных базовых станций; беспроводные станции на обоих концах тоннеля обеспечивают информацию о поезде, что эффективно сокращает использование путевого оборудования вдоль линии, но не пригодно для позиционирования поезда в тоннеле.2. Use of wireless base stations; wireless stations at both ends of the tunnel provide information about the train, which effectively reduces the use of track equipment along the line, but is not suitable for train positioning in the tunnel.

3. Использование ответчиков; множество единиц путевого оборудования расположено вдоль железнодорожного пути, и соответствующее бортовое оборудование установлено на поезде, что имеет лучшую точность, но затраты на разработку и затраты на техническое обслуживание очень велики, так что практическая польза невелика.3. Use of defendants; a plurality of track equipments are arranged along the railway track, and the corresponding on-board equipments are installed on the train, which has better accuracy, but the development cost and maintenance cost are very high, so that the practical benefit is small.

Краткое описание сущности изобретенияBrief description of the essence of the invention

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в том, чтобы обеспечить, в ответ на недостатки предшествующего уровня техники, способ, систему и носитель хранения для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель так, чтобы реализовать интеллектуальное восприятие дистанции между поездом в тоннеле и выходом из тоннеля, и точно оценить время движения поезда в тоннеле.The technical problem solved by the present invention is to provide, in response to the shortcomings of the prior art, a method, system and storage medium for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel so as to realize the intelligent perception of the distance between the train in the tunnel and the exit of the tunnel , and accurately estimate the time of train movement in the tunnel.

Для того чтобы решить вышеуказанную техническую задачу, техническое решение, принятое настоящим изобретением, заключается в следующем: способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель, причем оставшаяся длительность, за которую поезд проходит через данный тоннель, оценивается с использованием следующего уравнения: t=O(i)/f Hz (O(i)-O(i-1)); причем значение пути в милях от текущего положения поезда до выхода тоннеля составляет O(i)= O M (i)+ε(i); O(i-1) представляет собой значение пути в милях от последнего положения текущего положения поезда до выхода тоннеля; O M (i) представляет собой положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, которое получают после вычисления корреляций между изображениями признаков текущего положения и изображениями в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, изображение признаков текущего положения получают путем реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB полученных последовательностей метеорологических параметров точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и метеорологических параметров с периодом времени перед текущим положением, и изображения шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок представляют собой цветные изображения относительно изменения метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, и метеорологические параметры в головной части и хвостовой части поезда получают путем реконструкции фазового пространства типовых выборок каждой категории групп тоннелей; типовые выборки каждой категории групп тоннелей относятся к выборкам, полученным путем классификации метеорологических параметров в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля и дополнительной классификации классифицируемых однородных выборок в области; ε(i) представляет собой ошибку компенсации, полученную путем ввода метеорологических параметров, полученных во время функционирования поезда, в модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, и модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля относится к модели, полученной обучением машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания объединенной модели сопоставления цветов RGB в качестве выхода; и f Hz представляет собой частоту обновления положения.In order to solve the above technical problem, the technical solution adopted by the present invention is as follows: a method for calculating the duration of the passage of a train through a tunnel, and the remaining duration for which the train passes through this tunnel is estimated using the following equation: t = O ( i )/ f Hz ( O ( i )- O ( i -1)); moreover, the distance in miles from the current position of the train to the exit of the tunnel is O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ); O ( i -1) represents the distance in miles from the last position of the current position of the train to the exit of the tunnel; O M ( i ) represents the position of the best match of the current position in the library of combined type samples patterns, which is obtained after calculating the correlations between the images of the features of the current position and the images in the library of the combined type samples patterns, the image of the current position features is obtained by reconstructing the phase space and combining the color RGB spaces of received sequences of meteorological parameters of sample points at the head and tail of the train at the current position and meteorological parameters with a period of time before the current position, and template images in the library of combined templates of type samples are color images regarding the change of meteorological parameters at the head and tail parts of the train, and the meteorological parameters in the head and tail parts of the train are obtained by reconstructing the phase space of typical samples of each category and groups of tunnels; sample samples of each category of tunnel groups refer to samples obtained by classifying meteorological parameters according to the geographic location of the tunnel and meteorological conditions inside and outside the tunnel and further classifying the classified homogeneous samples in the area; ε ( i ) is the compensation error obtained by inputting the meteorological parameters obtained during the operation of the train into the tunnel mile prediction error compensation model, and the tunnel mile prediction error compensation model refers to the model obtained by training the support vector machine of the smallest squares using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and combined RGB color matching model prediction error as output; and f Hz is the position update rate.

Настоящее изобретение реализует интеллектуальное восприятие расстояния между поездом в тоннеле и выходом тоннеля с использованием технологии анализа больших данных искусственного интеллекта через данные последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления на обоих концах поезда, и настоящее изобретение не требует никакого путевого оборудования, так что затраты являются низкими, а практическая полезность высокой.The present invention realizes the intelligent perception of the distance between the train in the tunnel and the tunnel exit using artificial intelligence big data analysis technology through the data of the sequence of temperature, humidity sequence and air pressure sequence at both ends of the train, and the present invention does not require any track equipment, so that the cost is low and practical utility high.

Конкретный процесс определения окончательного выходного значения O(i) расстояния между текущим положением поезда и выходом тоннеля включает в себя:The specific process of determining the final output value O ( i ) of the distance between the train's current position and the tunnel exit includes:

1) получение метеорологических параметров тоннеля, чтобы создать базу данных метеорологических параметров тоннеля;1) obtaining the meteorological parameters of the tunnel in order to create a database of the meteorological parameters of the tunnel;

2) классифицирование, на основе базы данных метеорологических параметров тоннеля, метеорологических параметров в базе данных метеорологических параметров тоннеля в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля, чтобы получить однородные выборки в области так, чтобы реализовать классификацию групп тоннелей со сходными атрибутами;2) classification, based on the tunnel meteorological parameters database, the meteorological parameters in the tunnel meteorological parameters database according to the geographic location of the tunnel and the meteorological conditions inside and outside the tunnel, so as to obtain uniform samples in the area so as to realize the classification of groups of tunnels with similar attributes ;

3) дополнительное классифицирование однородных выборок в области, чтобы получить типовые выборки каждой категории групп тоннелей;3) additional classification of homogeneous samples in the area to obtain sample samples of each category of tunnel groups;

4) выполнение реконструкции фазового пространства на типовых выборках каждой категории групп тоннелей, чтобы получить цветные изображения относительно изменения барометрических и метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, то есть, изображения шаблонов; причем изображения шаблонов, соответствующие всем типовым выборкам, составляют библиотеку объединенных шаблонов типовых выборок;4) performing phase space reconstruction on sample samples of each category of tunnel groups to obtain color images of changes in barometric and meteorological parameters at the head and tail of the train, i.e. pattern images; wherein the template images corresponding to all sample samples constitute a library of combined sample sample templates;

5) сбор точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и последовательностей выборок с периодом времени перед текущим положением соответственно, и выполнение реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB, чтобы создать изображения {c h , c f } признаков текущего положения; вычисление корреляций между изображениями признаков текущего положения и изображениями шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы определить положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок;5) collecting sample points at the head and tail of the train at the current position and sequences of samples with a time period before the current position, respectively, and performing phase space and RGB color space combination reconstruction to create images { c h , c f } of the current position features ; calculating correlations between the current position feature images and the template images in the combined type sample template library to determine the position of the best current position match in the combined type sample template library;

6) обучение машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания положения наилучшего совпадения в качестве выхода, чтобы установить модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля; и6) training the least squares support vector machine using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and best match position prediction error as output, to establish a tunnel mile path prediction error compensation model; and

7) получение метеорологических параметров во время функционирования поезда в реальном времени и получение окончательного значения пути в милях до выхода тоннеля с использованием модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, то есть, получение O(i).7) obtaining meteorological parameters during the operation of the train in real time and obtaining the final mileage to the tunnel exit using the tunnel mileage prediction error compensation model, that is, obtaining O ( i ).

Способ согласно настоящему изобретение может полностью использовать изменения метеорологических параметров в тоннеле, чтобы реализовать интеллектуальное восприятие в положении поезда, не требует путевого оборудования и поэтому имеет преимущества в простоте и практической полезности.The method according to the present invention can make full use of changes in meteorological parameters in the tunnel to realize intelligent perception in the position of the train, does not require track equipment, and therefore has the advantages of simplicity and practical usefulness.

Конкретный процесс реализации этапа 2) включает в себя:The specific implementation process for step 2) includes:

1) классифицирование групп тоннелей на N категорий в соответствии с географическим положением выборок тоннелей; и1) classification of groups of tunnels into N categories in accordance with the geographical location of the samples of tunnels; and

2) получение распределений средних температур в пределах T min перед входом поезда в тоннель в течение одного года в данной области, аппроксимации распределений средних температур в тоннеле данной области с использованием гауссовой функции распределения, разделение аппроксимированных распределений средних температур на K равных участков в соответствии с вероятностью, определение выборок температуры, которые принадлежат тому же самому участку, как однородных выборок температуры в данной области, и определение последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления, соответствующих однородным выборкам температуры, как однородных выборок.2) obtaining distributions of average temperatures within T min before the train enters the tunnel for one year in a given area, approximating the distributions of average temperatures in the tunnel of this area using a Gaussian distribution function, dividing the approximated distributions of average temperatures into K equal sections in accordance with the probability , defining temperature samples that belong to the same area as uniform temperature samples in the area, and defining a temperature sequence, a humidity sequence, and an air pressure sequence corresponding to the uniform temperature samples as homogeneous samples.

Настоящее изобретение использует географическое положение, чтобы приближенно классифицировать тоннели, и затем использует метеорологические параметры, чтобы точно классифицировать тоннели в той же самой области, тем самым гарантируя надежность выборок шаблонов.The present invention uses geographic location to roughly classify tunnels, and then uses meteorological parameters to accurately classify tunnels in the same area, thereby ensuring the reliability of pattern samples.

Конкретный процесс реализации этапа 3) включает в себя:The specific implementation process for step 3) includes:

1) создание модели авторегрессионного интегрированного скользящего среднего для каждой временной последовательности однородных выборок в данной области, и извлечение характеристических величин каждой временной последовательности, то есть, параметров авторегрессионных членов, интегрированных членов и членов скользящей регрессии каждой временной последовательности; причем все характеристические величины однородных выборок в области составляют характеристическую матрицу A; причем временные последовательности включают в себя последовательность температуры, последовательность влажности и последовательность воздушного давления;1) creating an autoregressive integrated moving average model for each time series of homogeneous samples in a given area, and extracting the characteristic values of each time series, that is, the parameters of autoregressive terms, integrated terms and moving regression terms of each time series; moreover, all the characteristic values of homogeneous samples in the region constitute the characteristic matrix A ; wherein the time sequences include a temperature sequence, a humidity sequence, and an air pressure sequence;

2) сокращение размеров характеристической матрицы A, и выбор М основных компонентов с наибольшим вкладом, чтобы характеризовать информацию исходной характеристической матрицы, получая, таким образом, преобразованную матрицу A';2) reducing the size of the feature matrix A , and selecting the M major components with the largest contribution to characterize the information of the original feature matrix, thus obtaining the transformed matrix A' ;

3) определение функции ядра k=αk rbf +βk linear +(1-α-β)k laplace ; причем k rbf представляет собой радиально-базисную функцию ядра, k linear представляет собой линейное ядро, и k laplace представляет собой функцию ядра Лапласа; определение произвольным образом начальных значений коэффициентов α, β и числа n 0 категорий функции ядра, причем α, β∈[0, 1], и n 0 представляет собой положительное целое меньше, чем 30;3) definition of the kernel function k = αk rbf + βk linear +(1- α - β ) k laplace ; wherein k rbf is the radial basis kernel function, k linear is the linear kernel, and k laplace is the Laplace kernel function; arbitrarily determining the initial values of the coefficients α , β and the number n 0 of the categories of the kernel function, and α , β ∈[0, 1], and n 0 is a positive integer less than 30;

4) отображение характеристических значений в матрице A' на характеристическое пространство, соответствующее функции ядра k, чтобы получить новую характеристическую матрицу A", в соответствии с начальным числом n 0 категорий, использование характеристических величин в A" в качестве входа, чтобы группировать в кластер характеристические величины в A" посредством алгоритма кластеризации k-средних, чтобы классифицировать однородные выборки в области в n категорий, причем каждая категория выборок образует кластер выборок; вычисление целевой функции оптимизации fitness =

Figure 00000001
, причем avg(C i ) представляет собой среднее расстояние выборок в кластере C i выборок, avg(C j ) представляет собой среднее расстояние выборок в кластере C j выборок, и d cen (C i , C j ) представляет собой расстояние между центральными точками кластера C i выборок и кластера C j выборок;4) mapping the characteristic values in matrix A' onto the characteristic space corresponding to the kernel function k to obtain a new characteristic matrix A", according to the initial number n 0 of categories, using the characteristic values in A" as an input to cluster the characteristic values in A" through a k -means clustering algorithm to classify homogeneous samples in a region into n categories, with each category of samples forming a cluster of samples; computing an optimization objective function fitness =
Figure 00000001
, where avg ( C i ) is the average distance of the samples in the cluster C i of samples, avg ( C j ) is the average distance of the samples in the cluster C j of samples, and d cen ( C i , C j ) is the distance between the center points cluster C i samples and cluster C j samples;

5) обновление, в соответствии с текущим значением целевой функции оптимизации fitness, значений α, β и n 0 посредством оптимизации по алгоритму “серого волка”;5) update, in accordance with the current value of the fitness optimization objective function, the values of α , β and n 0 by means of optimization according to the “gray wolf” algorithm;

6) повторение этапа 4) и этапа 5), пока не будет достигнуто установленное число m=100 оптимизаций, причем значения α, β и n 0 в это время представляют собой окончательно оптимизированные значения параметров, и результаты кластеризации при окончательно оптимизированных значениях параметров представляют собой окончательные результаты кластеризации; и6) repeating step 4) and step 5) until the set number m =100 optimizations is reached, wherein the values of α , β and n 0 at this time represent the final optimized parameter values, and the clustering results at the final optimized parameter values are final clustering results; and

7) классифицирование однородных выборок в данной области в E кластеров выборок в соответствии с окончательными результатами кластеризации, и получение центра кластера каждого кластера выборок и исходной временной последовательности {

Figure 00000002
} (i=0, 1, 2…P, n=0, 1, 2…E), соответствующей Р выборкам, ближайшим к центру кластера, при этом
Figure 00000003
соответствует последовательности температуры, полученной в головной части поезда, последовательности влажности, полученной в головной части поезда, последовательности воздушного давления, полученной в головной части поезда, последовательности температуры, полученной в хвостовой части поезда, последовательности влажности, полученной в хвостовой части поезда, и последовательности воздушного давления, полученной в хвостовой части поезда, соответственно; и определение исходной временной последовательности, соответствующей (P+1) выборкам, как типовой выборки текущей категории групп тоннелей.7) classifying the homogeneous samples in the given area into E sample clusters according to the final clustering results, and obtaining the cluster center of each sample cluster and the original time sequence {
Figure 00000002
} ( i =0, 1, 2… P , n =0, 1, 2… E ) corresponding to P samples closest to the center of the cluster, while
Figure 00000003
corresponds to the sequence of temperature obtained at the head of the train, the sequence of humidity obtained at the head of the train, the sequence of air pressure obtained at the head of the train, the sequence of temperature obtained at the tail of the train, the sequence of humidity obtained at the tail of the train, and the sequence of air pressure obtained in the tail section of the train, respectively; and determining the initial time sequence corresponding to the (P+1) samples as a typical sample of the current category of tunnel groups.

Настоящее изобретение определяет типовые выборки посредством адаптивного способа и оптимизирует пространство отображения признаков и параметры кластеризации признаков, что является выгодным в получении более репрезентативных типовых выборок и гарантирует эффективность шаблонов.The present invention determines the type samples by an adaptive method and optimizes the feature mapping space and the feature clustering parameters, which is beneficial in obtaining more representative type samples and guarantees the efficiency of the templates.

Конкретный процесс реализации этапа 5) включает в себя:The specific implementation process for step 5) includes:

1) определение текущих точек выборок и предыдущих G точек выборок в последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления головной части и хвостовой части поезда в текущем положении;1) determining the current sample points and the previous G sample points in the sequence of temperature, humidity sequence and air pressure sequence of the head and tail of the train at the current position;

2) выполнение реконструкции фазового пространства с помощью способа координат задержки, чтобы получить шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда, разделение шести матриц на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, и комбинирование шести матриц в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения;2) performing a phase space reconstruction using the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the characteristics of temperature, humidity and air pressure changes at the head and tail of the train, dividing the six matrices into matrices corresponding to the head of the train, and matrices, corresponding to the rear of the train, and combining the six matrices according to the RGB color space to form images { c h , c f } of the current position indicia;

3) выполнение операции свертки на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получить множество одномерных последовательностей;3) performing a convolution operation on the images of current position features and images in the library of combined templates of type samples to obtain a plurality of one-dimensional sequences;

4) сортировку элементов во всех одномерных последовательностях от больших до малых, чтобы определить L наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, представляют собой положения-кандидаты, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2...L); и4) sorting the elements in all one-dimensional sequences from large to small to determine the L largest elements as candidate elements, where the positions corresponding to the candidate elements before sorting are the candidate positions, and the mileage to the tunnel exit corresponding to the positions -candidates are s j ( j =1, 2... L ); and

5) усреднение значений пути в милях до выхода тоннеля, соответствующих положениям-кандидатам, причем среднее значение представляет собой положение наилучшего совпадения

Figure 00000004
текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок.5) averaging the mileage to the tunnel exit corresponding to the candidate locations, with the average being the location of the best match
Figure 00000004
the current position in the library of merged type selection templates.

Настоящее изобретение преобразует одномерные временные последовательности в двумерные изображения путем реконструкции фазового пространства, что является выгодным в поиске детальной информации во временных последовательностях, и является выгодным для точного совпадения с шаблонами во множестве временных последовательностей.The present invention converts one-dimensional time sequences into two-dimensional images by phase space reconstruction, which is beneficial in finding detailed information in time sequences, and is beneficial for exact pattern matching in multiple time sequences.

Конкретный процесс реализации этапа 6) включает в себя:The specific implementation process for step 6) includes:

1) определение входных выборок I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ), причем T h =(t1 , t 2t G ) представляет собой последовательность температуры текущих точек выборок и G предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной G, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной G, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной G, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной G, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части поезда с длиной G; определение выходных выборок как значений ε ошибки пути в милях, соответствующих текущему положению; причем комбинации Y ={I, ε} входных выборок и выходных выборок составляют выборки моделирования;1) definition of input samplesI=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), andT h =(tone , t 2t G ) is a sequence of temperature of the current sample points andG previous sample points at the head of the train in the tunnel,H h is a sequence of humidity at the head of the train with a lengthG,P h is the sequence of air pressure at the head of the train with a lengthG,T f is the sequence of temperature at the rear of the train with lengthG,H f is a sequence of humidity in the tail section of the train with lengthG, andP f is the sequence of air pressure in the tail section of the train with lengthG; defining output samples as valuesε mistakes path in miles corresponding to the current position; with combinationsY={I,ε} input samples and output samples constitute simulation samples;

2) классифицирование выборок моделирования набор обучения и набор валидации;2) classification of simulation samples training set and validation set;

3) выполнение двоичного кодирования на признаке каждой размерности во входных выборках I, причем, когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная машины опорных векторов наименьших квадратов; когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается;3) performing binary encoding on a feature of each dimension in the input samples I , wherein when the code value corresponding to a feature of some dimension is 1, the feature is selected as an input variable of the least squares support vector machine; when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded;

4) обновление входных выборок на основе кодовых значений текущих признаков, чтобы получить обновленный набор обучения и набор валидации, и обучение машины опорных векторов наименьших квадратов данными обновленного набора обучения; ввод данных обновленного набора валидации в обученную машину опорных векторов наименьших квадратов, чтобы получить выходную последовательность

Figure 00000005
машины опорных векторов наименьших квадратов, причем k=1, 2..., N 1, и N 1 представляет собой число пар выборок в наборе валидации; и4) updating the input samples based on the current feature code values to obtain an updated training set and validation set, and training the least squares support vector machine with the updated training set data; inputting the updated validation set data into the trained least squares support vector machine to obtain the output sequence
Figure 00000005
least squares support vector machines, where k =1, 2..., N 1 , and N 1 is the number of pairs of samples in the validation set; and

5) повторение этапа 3) и этапа 4), чтобы определить входные признаки и машину опорных векторов наименьших квадратов, которые минимизируют целевую функцию оптимизации

Figure 00000006
, то есть получение оптимальных входных признаков и оптимальной машины опорных векторов наименьших квадратов, причем оптимальная машина опорных векторов наименьших квадратов представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях; причем
Figure 00000007
представляет собой действительное выходное значение в наборе валидации.5) repeating step 3) and step 4) to determine the input features and the least squares support vector machine that minimize the optimization objective function
Figure 00000006
, that is, obtaining optimal input features and an optimal least squares support vector machine, the optimal least squares support vector machine being a path prediction error compensation model in miles; and
Figure 00000007
represents the actual output value in the validation set.

Настоящее изобретение устанавливает модель коррекции ошибки с помощью получения данных, которые являются выгодными для снижения ошибки, вызванной отклонением шаблонов и действительных значений, и дополнительно повышает точность предсказания пути в милях.The present invention establishes an error correction model by obtaining data that is beneficial in reducing the error caused by the deviation of patterns and actual values, and further improves the accuracy of mileage prediction.

Конкретный процесс реализации этапа 7) включает в себя:The specific implementation process for step 7) includes:

1) получение данных распределения средних температур в пределах T min перед входом поезда в тоннель, получение последовательностей температуры и последовательностей влажности в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении, получение выходного значения совпадения с шаблоном O M (i), и получение выходного результата ошибки компенсации ε(i) с использованием модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля; и1) obtaining data on the distribution of average temperatures within T min before the train enters the tunnel, obtaining the temperature and humidity sequences at the head and tail of the train at the current position, obtaining the output value of matching with the template O M ( i ), and obtaining the output result compensation errors ε ( i ) using the tunnel mileage path prediction error compensation model; and

2) получение значения пути в милях от текущего положения поезда до выхода тоннеля с помощью с помощью следующего уравнения: O(i)=O M (i)+ε(i).2) obtaining the distance in miles from the current position of the train to the exit of the tunnel using the following equation: O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ).

Настоящее изобретение вычисляет путь в милях тоннеля посредством комбинации приближенного предсказания совпадения с шаблоном и компенсации коррекции ошибки, что является выгодным для повышения точности вычисления пути в милях.The present invention calculates the mileage of a tunnel by a combination of approximate pattern matching prediction and error correction compensation, which is advantageous for improving the accuracy of mileage calculation.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает систему для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель, включающую в себя:The present invention further provides a system for calculating the duration of a train passing through a tunnel, including:

модуль получения положения наилучшего совпадения, сконфигурированный, чтобы вычислять корреляции между изображениями признаков текущего положения и шаблонами в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, получать положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок; при этом изображения признаков текущего положения получают путем реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB полученных последовательностей метеорологических параметров точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и метеорологических параметров с периодом времени перед текущим положением, изображения шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок представляют собой цветные изображения относительно изменения метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, и метеорологические параметры в головной части и хвостовой части поезда получают путем реконструкции фазового пространства типовых выборок каждой категории групп тоннелей, и типовые выборки каждой категории групп тоннелей относятся к выборкам, полученным путем классификации метеорологических параметров в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля и дополнительной классификации классифицируемых однородных выборок в области;a best match position obtaining module, configured to calculate correlations between current position feature images and patterns in the combined type sample template library, obtain the best match position of the current position in the combined type sample template library; at the same time, images of signs of the current position are obtained by reconstructing the phase space and combining the RGB color space of the obtained sequences of meteorological parameters of sample points in the head and tail of the train in the current position and meteorological parameters with a time period before the current position, images of templates in the library of combined templates of typical samples are color images regarding the change of meteorological parameters at the head and tail of the train, and the meteorological parameters at the head and tail of the train are obtained by reconstructing the phase space of the type samples of each category of tunnel groups, and the type samples of each category of tunnel groups refer to the samples obtained by classifying meteorological parameters according to the geographic location of the tunnel and the meteorological conditions inside and outside the tunnel, and further classifying the class ssifiable homogeneous samples in the region;

модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, полученную обучением машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания положения наилучшего совпадения в качестве выхода, причем выход этой модели представляет собой ошибку компенсации ε(i); иtunnel mile path prediction error compensation model obtained by training a least squares support vector machine using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and best match position prediction error as output, with the output of this model is the compensation error ε ( i ); and

модуль вычисления оставшейся длительности, сконфигурированный, чтобы оценивать оставшуюся длительность t, которую поезд проходит в данном тоннеле, в соответствии со следующим уравнением: t=O(i)/(f Hz (O(i)-O(i-1))); причем O(i)=O M (i)+ ε(i), и O(i-1) представляет собой значение пути в милях от предыдущего положения относительно текущего положения поезда до выхода тоннеля; O M (i) представляет собой положение наилучшего совпадения; и f Hz представляет собой частоту обновления положения поезда.a remaining duration calculation module configured to estimate the remaining duration t that a train travels in a given tunnel according to the following equation: t=O ( i )/( f Hz (O(i)-O(i- 1))) ; where O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ), and O ( i -1) is the distance in miles from the previous position relative to the current position of the train to the exit of the tunnel; O M ( i ) is the position of the best match; and f Hz is the train position update rate.

Модуль получения положения наилучшего совпадения включает в себя:The module for obtaining the position of the best match includes:

блок получения данных, сконфигурированный, чтобы определять текущие точки выборок и предыдущие G точки выборок в последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления головной части и хвостовой части поезда в текущем положении;a data acquisition unit configured to determine current sample points and previous G sample points in a temperature sequence, a humidity sequence, and a train head and tail air pressure sequence at a current position;

блок вычисления изображения признаков, сконфигурированный, чтобы выполнять реконструкцию фазового пространства с помощью способа координат задержки, чтобы получать шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда, разделять шесть матриц на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, комбинировать шесть матриц в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения;a feature image computing unit, configured to perform phase space reconstruction with the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing temperature, humidity, and air pressure change characteristics at the head and tail of the train, divide the six matrices into matrices corresponding to the head the train part, and matrices corresponding to the rear of the train, combine six matrices according to the RGB color space to form images { c h , c f } of current position indicia;

блок свертки, сконфигурированный, чтобы выполнять операцию свертки на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получить множество одномерных последовательностей;a convolution unit configured to perform a convolution operation on the current position feature images and the images in the combined sample sample library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;

блок сортировки, сконфигурированный, чтобы сортировать элементы во всех одномерных последовательностях от больших до малых, чтобы определить L наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, представляют собой положения-кандидаты, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2...L); иa sorter configured to sort the elements in all one-dimensional sequences from large to small to determine the L largest elements as candidate elements, the positions corresponding to the candidate elements before sorting being the candidate positions, and the path values in miles to the exit the tunnels corresponding to candidate positions are s j ( j =1, 2... L ); and

блок вывода, сконфигурированный, чтобы усреднять значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, причем среднее значение представляет собой положение наилучшего совпадения

Figure 00000008
текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок.an output unit configured to average the mileage to the tunnel exit corresponding to the candidate positions, the average being the position of the best match
Figure 00000008
the current position in the library of merged type selection templates.

Процесс обучения модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля согласно настоящему изобретению включает в себя:The training process of the tunnel mileage prediction error compensation model according to the present invention includes:

1) определение входных выборок I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ), причем T h =(t1 , t 2t G ) представляет собой последовательность температуры текущих точек выборок и G предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной G, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной G, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной G, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной G, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части с длиной G; определение выходных выборок как значений ε ошибки пути в милях, соответствующих текущему положению; причем комбинации Y ={I, ε} входных выборок и выходных выборок составляют выборки моделирования;1) definition of input samplesI=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), andT h =(tone , t 2t G ) is a sequence of temperature of the current sample points andG previous sample points at the head of the train in the tunnel,H h is a sequence of humidity at the head of the train with a lengthG,P h is the sequence of air pressure at the head of the train with a lengthG,T f is the sequence of temperature at the rear of the train with lengthG,H f is a sequence of humidity in the tail section of the train with lengthG, andP f is a sequence of air pressure in the tail section with a lengthG; defining output samples as valuesε mistakes path in miles corresponding to the current position; with combinationsY={I,ε} input samples and output samples constitute simulation samples;

2) классифицирование выборок моделирования в набор обучения и набор валидации;2) classifying the simulation samples into a training set and a validation set;

3) выполнение двоичного кодирования на признаке каждой размерности во входных выборках I, причем, когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная машины опорных векторов наименьших квадратов; когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается;3) performing binary encoding on a feature of each dimension in the input samples I , wherein when the code value corresponding to a feature of some dimension is 1, the feature is selected as an input variable of the least squares support vector machine; when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded;

4) обновление входных выборок на основе кодовых значений текущих признаков, чтобы получить обновленный набор обучения и набор валидации, и обучение машины опорных векторов наименьших квадратов данными обновленного набора обучения; ввод данных обновленного набора валидации в обученную машину опорных векторов наименьших квадратов, чтобы получить выходную последовательность

Figure 00000005
машины опорных векторов наименьших квадратов, причем k=1, 2..., N 1 и N 1 представляет собой число пар выборок в наборе валидации; и4) updating the input samples based on the current feature code values to obtain an updated training set and validation set, and training the least squares support vector machine with the updated training set data; inputting the updated validation set data into the trained least squares support vector machine to obtain the output sequence
Figure 00000005
least squares support vector machines, where k =1, 2..., N 1 and N 1 is the number of pairs of samples in the validation set; and

5) повторение этапа 3) и этапа 4), чтобы определить входные признаки и машину опорных векторов наименьших квадратов, которые минимизируют целевую функцию оптимизации

Figure 00000006
, то есть получение оптимальных входных признаков и оптимальной машины опорных векторов наименьших квадратов, причем оптимальная машина опорных векторов наименьших квадратов представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях; причем
Figure 00000007
представляет собой действительное выходное значение в наборе валидации.5) repeating step 3) and step 4) to determine the input features and the least squares support vector machine that minimize the optimization objective function
Figure 00000006
, that is, obtaining optimal input features and an optimal least squares support vector machine, the optimal least squares support vector machine being a path prediction error compensation model in miles; and
Figure 00000007
represents the actual output value in the validation set.

В качестве соответствующей изобретению концепции, настоящее изобретение дополнительно обеспечивает считываемый компьютером носитель хранения, хранящий программу; и программа сконфигурирована, чтобы исполнять этапы способа в соответствии с настоящим изобретением.As an inventive concept, the present invention further provides a computer-readable storage medium storing a program; and the program is configured to execute the steps of the method in accordance with the present invention.

По сравнению с предшествующим уровнем техники, настоящее изобретение имеет следующие полезные результаты:Compared with the prior art, the present invention has the following beneficial results:

1. Настоящее изобретение использует технологию анализа больших данных искусственного интеллекта, чтобы полностью исследовать потенциальные закономерности изменений барометрических и метеорологических параметров в тоннеле с изменением глубины тоннеля. Через данные последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления, полученные на обоих концах поезда, реализуется интеллектуальное восприятие расстояния между поездом в тоннеле и выходом тоннеля, и на этой основе реализуется эффективная оценка времени пребывания поезда в тоннеле.1. The present invention uses artificial intelligence big data analysis technology to fully explore the potential patterns of changes in barometric and meteorological parameters in a tunnel with a change in tunnel depth. Through the data of temperature sequence, humidity sequence and air pressure sequence obtained at both ends of the train, intelligent perception of the distance between the train in the tunnel and the exit of the tunnel is realized, and based on this, an effective estimate of the time spent by the train in the tunnel is realized.

2. Настоящее изобретение может обеспечивать пассажиров точными информационными указаниями (такими как температура, влажность и оставшееся время пребывания в тоннеле), что является полезным для улучшения опыта пассажиров.2. The present invention can provide passengers with accurate informational indications (such as temperature, humidity, and remaining time in the tunnel), which is useful for improving the experience of passengers.

3. После того как моделирование завершено, требуются только установленные на поезде датчики температуры, влажности и воздушного давления, чтобы получать входные данные, без путевого оборудования, так что настоящее изобретение имеет большое значение содействия развитию.3. After the simulation is completed, only temperature, humidity and air pressure sensors installed on the train are required to receive input data, without track equipment, so the present invention is of great importance to promote development.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 представляет собой основную блок-схему последовательности действий согласно настоящему изобретению;Fig. 1 is a basic flow chart of the present invention;

Фиг. 2 представляет собой схематичную диаграмму реконструкции фазового пространства и сопоставления объединенных шаблонов RGB в соответствии с настоящим изобретением.Fig. 2 is a schematic diagram of phase space reconstruction and combined RGB pattern matching in accordance with the present invention.

ПОДРОБНОЕ описание вариантов осуществления DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Как показано на фиг. 1, конкретные этапы варианта осуществления 1 настоящего изобретения являются следующими:As shown in FIG. 1, the specific steps of Embodiment 1 of the present invention are as follows:

Этап 1: Получение барометрических и метеорологических параметров тоннеля и создание базы данных барометрических и метеорологических параметров тоннеля.Stage 1: Obtaining barometric and meteorological parameters of the tunnel and creating a database of barometric and meteorological parameters of the tunnel.

Бортовые датчики, распределенные на обоих концах поезда, получают, в реальном времени, последовательности температуры, влажности и воздушного давления, когда поезд проходит тоннель, и устройства-ответчики, заранее установленные в тоннеле и на поезде, получают временные последовательности пути в милях поезда в тоннеле, с частотой дискретизации 10 Гц. Средние значения температуры и влажности, полученные при T min перед входом поезда в тоннель, используются как оцененные значения локальной средней температуры и влажности. Последовательность температуры, последовательность влажности и последовательность воздушного давления, полученные датчиками на обоих концах поезда, когда поезд проходит через тоннель в одно время, и оцененные значения, полученные перед входом в тоннель, средней температуры и средней влажности области, где расположен тоннель, образуют набор выборок метеорологических параметров тоннеля. Выборки метеорологических параметров тоннеля, полученные во время функционирования всех поездов в данной области за один год, образуют базу данных метеорологических параметров тоннеля. Диапазон значений T составляет [10, 20], и T=10 в настоящем изобретении.On-board sensors distributed at both ends of the train receive, in real time, sequences of temperature, humidity and air pressure as the train passes through the tunnel, and transponder devices pre-installed in the tunnel and on the train receive time sequences of the train's mileage in the tunnel , with a sampling rate of 10 Hz. The average temperature and humidity values obtained at T min before the train enters the tunnel are used as estimated local average temperature and humidity values. The sequence of temperature, sequence of humidity and sequence of air pressure obtained by the sensors at both ends of the train when the train passes through the tunnel at the same time, and the estimated values obtained before entering the tunnel, the average temperature and average humidity of the area where the tunnel is located, form a set of samples meteorological parameters of the tunnel. The samples of meteorological parameters of the tunnel, obtained during the operation of all trains in the given area in one year, form a database of meteorological parameters of the tunnel. The range of T values is [10, 20] and T =10 in the present invention.

Этап 2: Классификация барометрических и метеорологических параметров групп тоннелей.Step 2: Classification of barometric and meteorological parameters of tunnel groups.

Метеорологические параметры в базе данных классифицируются на основе базы данных метеорологических параметров тоннеля в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля, чтобы реализовать классификацию групп тоннелей со сходными атрибутами. Конкретный процесс реализации заключается в следующем:The meteorological parameters in the database are classified based on the tunnel meteorological parameters database according to the geographic location of the tunnel and the meteorological conditions inside and outside the tunnel, so as to realize the classification of groups of tunnels with similar attributes. The specific implementation process is as follows:

Этап A1: Группы тоннелей классифицируются в 7 категорий в соответствии с классификацией климатических характеристик Китая посредством архитектурного зонирования Китая и в соответствии с географическим положением выборок тоннелей в базе данных метеорологических параметров тоннелей.Step A1: Tunnel groups are classified into 7 categories according to the classification of China's climatic characteristics through China's architectural zoning and according to the geographic location of the tunnel samples in the tunnel meteorological parameters database.

Этап A2: Получают распределения средних температур за T min перед входом поезда в тоннель в течение одного года в данной области, и распределения средних температур аппроксимируют с помощью гауссовой функции распределения. Распределения средних температур делят на 10 равных участков в соответствии с вероятностью, выборки температуры, которые принадлежат тому же самому участку, определяются как однородные выборки температуры в данной области, и последовательность температуры, последовательность влажности и последовательность воздушного давления, соответствующие однородным выборкам температуры, определяются как однородные выборки.Step A2: Average temperature distributions are obtained for T min before the train enters the tunnel for one year in the given area, and the average temperature distributions are approximated using a Gaussian distribution function. The average temperature distributions are divided into 10 equal sections according to probability, the temperature samples that belong to the same section are defined as uniform temperature samples in a given area, and the temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence corresponding to uniform temperature samples are defined as homogeneous samples.

Этап 3: Представление однородных выборок и типовых выборок в области.Stage 3: Representation of homogeneous samples and sample samples in the area.

Каждая однородная выборка в области, которая получена на основе приближенной классификации на категории групп тоннелей и посредством ввода набора атрибутов, классифицируется дополнительно. Более конкретно, этот процесс включает в себя следующие подэтапы:Each homogeneous sample in the area, which is obtained on the basis of an approximate classification into categories of tunnel groups and by entering a set of attributes, is further classified. More specifically, this process includes the following sub-steps:

Этап B1: Извлекают характеристики изменения последовательностей температуры, влажности и воздушного давления в однородных выборках, когда поезд проходит через тоннель. Конкретный этап включает в себя моделирование модели авторегрессионного интегрированного скользящего среднего (ARIMA) для каждой временной последовательности, и извлечение параметров авторегрессионных членов, интегрированных членов и членов скользящей регрессии каждой последовательности. Более конкретно, 6 временных последовательностей могут быть получены, когда поезд проходит через тоннель в одно время, тогда характеристическая величина, извлеченная, когда поезд проходит через тоннель в одно время, может быть выражена как α=(p 1, d 1, q 1, p 2, d 2, q 2, …, p 6, d 6, q 6), где p 1 представляет авторегрессионные члены во временной последовательности 1, d 1 представляет интегрированные члены во временной последовательности 1, и q 1 представляет члены скользящей регрессии во временной последовательности 1. Все характеристические величины однородной выборки в области образуют характеристическую матрицу A.Step B1: Characterize the change in temperature, humidity and air pressure sequences in homogeneous samples as the train passes through the tunnel. The specific step involves modeling an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model for each time series, and extracting parameters of the autoregressive terms, integrated terms, and moving regression terms of each series. More specifically, 6 time sequences can be obtained when the train passes through the tunnel at the same time, then the characteristic value extracted when the train passes through the tunnel at the same time can be expressed as α =( p 1 , d 1 , q 1 , p 2 , d 2 , q 2 , . _ _ _ _ _ _ _ _ time sequence 1. All characteristic quantities of a homogeneous sample in the region form a characteristic matrix A .

Этап B2: Выполняют ограничение размерности посредством анализа основных компонентов (PCA) на характеристической матрице A, образованной характеристическими величинами однородной выборки в области. Выбирают 5 основных компонентов с наибольшим вкладом, чтобы характеризовать информацию исходной характеристической матрицы A, и получают преобразованную матрицу A'.Step B2: Dimensional constraint is performed by principal component analysis (PCA) on the characteristic matrix A formed by the homogeneous sample characteristic values in the region. The 5 principal components with the largest contribution are selected to characterize the information of the original characteristic matrix A , and the transformed matrix A' is obtained.

Этап B3: Функция ядра определяется как:Stage B3: The kernel function is defined as:

k=αk rbf +βk linear +(1-α-β)k laplace (1) k = αk rbf + βk linear +(1- α - β ) k laplace (1)

В этом уравнении, k rbf представляет собой радиально-базисную функцию ядра, k linear представляет собой линейное ядро, и k laplace представляет собой функцию ядра Лапласа. Характеристические значения в матрице A' отображаются на характеристическое пространство, соответствующее функции ядра k. In this equation, k rbf is the radial basis kernel function, k linear is the linear kernel, and k laplace is the Laplace kernel function. The characteristic values in the matrix A' are mapped onto the characteristic space corresponding to the kernel function k.

Этап В4: Определяют оптимизированные объекты, то есть, коэффициенты α, β и число категорий функции ядра оптимизируются посредством оптимизации по алгоритму “серого волка” (GWO), причем α, β∈[0, 1], и число категорий представляет собой положительное целое меньше, чем 20.Step B4: Optimized objects are determined, i.e., the coefficients α , β and the number of categories of the kernel function are optimized by gray wolf optimization (GWO), where α , β ∈[0, 1] and the number of categories is a positive integer less than 20.

Этап B5: Целевая функция оптимизации определяется как: Step B5: The optimization objective function is defined as:

fitness =

Figure 00000001
(2) fitness =
Figure 00000001
(2)

В этом уравнении, avg(C i ) представляет собой среднее расстояние выборок в кластере C i , и d cen (C i , C j ) представляет собой расстояние между центральными точками кластера C i и кластера C j .In this equation, avg ( C i ) is the average distance of samples in cluster C i , and d cen ( C i , C j ) is the distance between the center points of cluster C i and cluster C j .

Этап B6: Характеристики после сокращения размерности группируются в кластеры в соответствии с установленными выше параметрами посредством алгоритма кластеризации k-средних, оптимизированного посредством оптимизации по алгоритму “серого волка”. Получают центры кластера каждого кластера выборок и исходную временную последовательность {

Figure 00000009
} (i=0, 1, 2, …, 5) соответствующую 5 выборкам, ближайшим к центру кластера.
Figure 00000003
соответствует последовательности температуры, полученной в головной части поезда, последовательности влажности, полученной в головной части поезда, последовательности воздушного давления, полученной в головной части поезда, последовательности температуры, полученной в хвостовой части поезда, последовательности влажности, полученной в хвостовой части поезда, и последовательности воздушного давления, полученной в хвостовой части поезда.Step B6: Characteristics after dimension reduction are grouped into clusters according to the parameters set above by k -means clustering algorithm optimized by gray wolf optimization. Get the cluster centers of each cluster of samples and the original time sequence {
Figure 00000009
} ( i =0, 1, 2, …, 5) corresponding to 5 samples closest to the cluster center.
Figure 00000003
corresponds to the sequence of temperature obtained at the head of the train, the sequence of humidity obtained at the head of the train, the sequence of air pressure obtained at the head of the train, the sequence of temperature obtained at the tail of the train, the sequence of humidity obtained at the tail of the train, and the sequence of air pressure received in the tail section of the train.

Этап 4: Создание библиотеки объединенных шаблонов типовых выборок.Stage 4: Creation of a library of combined type selection templates.

Выполняется реконструкция фазового пространства на типовой выборке, время задержки устанавливается в 1, длина окна устанавливается в 5, реконструкция фазового пространства выполняется на последовательностях температуры, влажности и воздушного давления с помощью способа координат задержки, чтобы получить три двумерные матрицы реконструкции, представляющие характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части поезда, и три двумерные матрицы реконструкции, представляющие характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в хвостовой части поезда, соответствующие три матрицы комбинируются в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать цветные изображения, представляющие характеристики изменения барометрических и метеорологических параметров в головной части или хвостовой части поезда, и цветные изображения являются изображениями шаблона {h i , f i } (i=0, 1, 2…5).The phase space reconstruction is performed on the sample sample, the delay time is set to 1, the window length is set to 5, the phase space reconstruction is performed on the temperature, humidity, and air pressure sequences using the delay coordinate method to obtain three two-dimensional reconstruction matrices representing temperature change characteristics, humidity and air pressure at the head of the train, and three two-dimensional reconstruction matrices representing the characteristics of change in temperature, humidity and air pressure at the tail of the train, the corresponding three matrices are combined in accordance with the RGB color space to form color images representing the characteristics of changes in barometric and meteorological parameters at the head or tail of the train, and the color images are template images { h i , f i } ( i= 0, 1, 2…5).

Этап 5: Обучение модели объединенного сопоставления цветов RGB шаблонов (как показано на фиг. 2).Step 5: Training a combined RGB pattern color matching model (as shown in FIG. 2).

Метеорологические данные точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и последовательности метеорологических выборок на период времени впереди получают соответственно, и выполняют реконструкцию фазового пространства и комбинацию цветового пространства RGB, чтобы создать изображения {c h , c f } признаков текущего положения. Корреляции между модулем признаков текущего положения и изображениями в библиотеке шаблонов вычисляются, чтобы определить положение наилучшего совпадения для текущего положения в библиотеке шаблонов. Этот процесс включает в себя следующие этапы:The meteorological data of the sample points at the head and tail of the train at the current position and the sequence of meteorological samples for the time period ahead are obtained respectively, and phase space reconstruction and RGB color space combination are performed to create images { c h , c f } of the current position features. Correlations between the current position feature module and the images in the template library are calculated to determine the best match position for the current position in the template library. This process includes the following steps:

Этап C1: Получают релевантные метеорологические данные текущих точек выборок в последовательностях температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и предыдущих 19 точек выборок.Step C1: Relevant meteorological data of the current sample points in the sequences of temperature, humidity and air pressure at the head and tail of the train at the current position and the previous 19 sample points are obtained.

Этап C2: Время задержки установлено в 1, длина окна установлена в 5, реконструкция фазового пространства выполняется с помощью способа координат задержки, чтобы получить шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда, шесть матриц делятся на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, и шесть матриц комбинируются в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения.Step C2: The delay time is set to 1, the window length is set to 5, the phase space reconstruction is performed using the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing the characteristics of temperature, humidity and air pressure changes at the head and tail of the train, six matrices are divided into matrices corresponding to the head of the train and matrices corresponding to the tail of the train, and the six matrices are combined according to the RGB color space to form images { c h , c f } of the current position features.

Этап C3: Выполняется операция свертки g i =h i Υc h +f i Υc f (i=0, 1, 2…5) на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке шаблонов, причем каждое g i является одномерной последовательностью.Step C3: The convolution operation g i =h i Υ c h +f i Υ c f ( i =0, 1, 2…5) is performed on the current position feature images and template library images, with each g i being a one-dimensional sequence.

Этап C4: Элементы во всех последовательностях g i сортируются от больших до малых, чтобы определить 5 наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, являются положениями-кандидатами, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2…5).Step C4: The elements in all sequences g i are sorted from largest to smallest to determine the 5 largest elements as candidate elements, with the positions corresponding to the candidate elements before sorting being the candidate positions, and the mileage to the tunnel exit corresponding to candidate positions are s j ( j =1, 2…5).

Этап C5: Значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, усредняются, причем среднее значение является текущим выходным значением совпадения с шаблоном, то есть, формула вычисления выходного значения совпадения с шаблоном имеет вид:Step C5: The tunnel exit miles corresponding to the candidate locations are averaged, with the average being the current pattern match output, i.e., the formula for calculating the pattern match output is:

Figure 00000010
Figure 00000010

Этап 6: Установление объединенной модели компенсации ошибки совпадения с шаблоном.Step 6: Establishment of a joint pattern matching error compensation model.

Машина опорных векторов наименьших квадратов (LSSVM) обучается с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания модели совпадения с шаблоном в качестве выхода, чтобы установить модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля. Этот процесс включает в себя следующие этапы:A least squares support vector machine (LSSVM) is trained using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and pattern matching model prediction error as output, to establish a tunnel mileage prediction error compensation model . This process includes the following steps:

Этап D1: Определяются обучающие выборки, и определяются входные выборки I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ) , причем T h =(t1 , t 2…, t 19, t 20) является последовательностью температуры текущих точек выборок и 19 предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле. Аналогично, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной 20, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной 20, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной 20, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной 20, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части поезда с длиной 20. Выходные выборки являются значениями ε ошибки пути в милях, соответствующей текущему положению. Входные и выходные комбинации Y ={I, ε} составляют выборки моделирования. Для каждой однородной группы тоннелей, 3000 выборок выбираются, чтобы установить модель компенсации ошибки предсказания пути в милях.Step D1: Training samples are determined and input samples I =( T h , H h , P h , T f , H f , P f ) are determined, with T h = (t 1 , t 2 …, t 19 , t 20 ) is the sequence of the temperature of the current sample points and the 19 previous sample points at the head of the train in the tunnel. Similarly, H h is the train head humidity sequence with length 20, P h is the train head air pressure sequence with length 20, T f is the train tail temperature sequence with length 20, H f is the sequence humidity at the tail of a train with a length of 20, and P f is the sequence of air pressure at the tail of a train with a length of 20. The output samples are the mileage track error ε values corresponding to the current position. The input and output combinations Y ={ I , ε } constitute the simulation samples. For each homogeneous group of tunnels, 3000 samples are chosen to establish a mileage prediction error compensation model.

Этап D2: Выборки моделирования классифицируются в набор обучения и набор валидации. Путем произвольного взятия выборок без замены, 70% из 3000 пар выборок среди выборок моделирования выбираются в качестве набора обучения и 30% в качестве набора валидации.Step D2: The simulation samples are classified into a training set and a validation set. By random sampling without replacement, 70% of the 3000 pairs of samples among the simulation samples are chosen as the training set and 30% as the validation set.

Этап D3: Определяются объекты оптимизации, и инициализируются значения оптимизации. Входные признаки модели оптимизируются посредством двоичного алгоритма оптимизатора “муравьиного льва”, то есть, двоичное кодирование выполняется на признаке каждой размерности во входных выборках I. Когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная модели LSSVM. Когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается. 60 размерных признаков произвольным образом инициализируются и кодируются как 0 или 1.Step D3: Optimization objects are defined and optimization values are initialized. The input features of the model are optimized by means of a binary antlion optimizer algorithm, that is, binary encoding is performed on a feature of each dimension in the input samples I . When the code value corresponding to a feature of some dimension is 1, the feature is selected as an input variable of the LSSVM model. When the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded. The 60 dimension features are randomly initialized and encoded as 0 or 1.

Этап D4: Определяется целевая функция оптимизации. Входные признаки определяются на основе кодовых значений текущих признаков, и модель LSSVM обучается данными набора обучения. Данные набора валидации вводятся в обученную модель LSSVM, чтобы получить выходную последовательность

Figure 00000005
модели (k=1, 2…900). Целевая функция оптимизации определяется как:Step D4: The optimization objective function is determined. The input features are determined based on the code values of the current features, and the LSSVM model is trained on the training set data. Validation set data is fed into the trained LSSVM model to produce an output sequence
Figure 00000005
models ( k =1, 2…900). The optimization objective function is defined as:

Figure 00000011
Figure 00000011

В уравнении,

Figure 00000007
, (k=1, 2…900) представляет собой действительное выходное значение набора валидации.In the equation
Figure 00000007
, ( k =1, 2…900) is the actual output value of the validation set.

Этап D5: Выводится оптимизированная модель предсказания. Итерационные операции оптимизации выполняются посредством двоичного алгоритма “муравьиного льва”, чтобы определить оптимальные входные признаки и модель LSSVM, модель LSSVM представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях LSSVM.Step D5: An optimized prediction model is derived. Iterative optimization operations are performed through a binary antlion algorithm to determine the optimal input features and the LSSVM model, the LSSVM model is the LSSVM mileage prediction error compensation model.

Этап 7: Получение тестовых данных и вызов модели предсказания пути в миляхStep 7: Get Test Data and Call Mileage Prediction Model

Во время функционирования поезда, получают барометрические и метеорологические параметры реального времени, чтобы сформировать изображения признаков текущего статуса, выполняется поиск и сопоставление шаблонов трехмерного изображения; и определяются входные переменные компенсации ошибки и модель компенсации ошибки. Выход совпадения с шаблоном объединяется с выходом компенсации ошибки, чтобы получить окончательное значение пути в милях до выхода тоннеля. Этот процесс включает в себя следующие этапы:During the operation of the train, real-time barometric and meteorological parameters are obtained to form images of the signs of the current status, search and match 3D image patterns; and the error compensation input variables and the error compensation model are determined. The pattern match output is combined with the error compensation output to obtain the final mileage to the tunnel exit. This process includes the following steps:

Этап E1: Получают распределение средней температуры в пределах T min перед входом поезда в тоннель. Определяется категория выборки текущего статуса (то есть, метеорологические параметры текущего положения поезда). Получают текущую последовательность температуры и текущую последовательность влажности с помощью датчиков температуры и влажности, установленных в головной части и хвостовой части поезда.Step E1: Get the average temperature distribution within T min before the train enters the tunnel. The category of the current status sample is determined (that is, the meteorological parameters of the current position of the train). The current temperature sequence and the current humidity sequence are obtained using temperature and humidity sensors installed at the head and tail of the train.

Этап E2: Соответствующую библиотеку шаблонов извлекают в соответствии с категорией выборки, определенной в соответствии с текущей средней температурой, текущего статуса.Step E2: The corresponding template library is retrieved according to the sampling category determined according to the current average temperature, the current status.

Этап E3: Определяют положение наилучшего совпадения в библиотеке шаблонов со ссылкой на процесс на этапе 3, и выводят выходные значения совпадения с шаблоном O M (i) текущих точек выборок.Step E3: Determine the position of the best match in the template library with reference to the process in step 3, and output values of the match with the template O M ( i ) of the current sample points.

Этап E4: Получают входные вектора I модели текущего статуса со ссылкой на процесс C1 на этапе 6 и подставляют в обучаемую модель LSSVM, чтобы получить выходные результаты ε(i) ошибки компенсации.Step E4: The current status model input vectors I are obtained with reference to process C1 in step 6 and substituted into the LSSVM to be trained to obtain compensation error outputs ε ( i ).

Этап E5: Объединяют выходные значения совпадения трехмерных шаблонов и выходные значения модели LSSVM, чтобы получить окончательное выходное значение расстояния между текущим положением и выходом тоннеля:Step E5: Combine the 3D pattern match outputs and the LSSVM model outputs to get the final distance output between the current position and the tunnel exit:

Figure 00000012
Figure 00000012

Этап 8: Вычисление предсказанной оставшейся длительности до выхода тоннеляStep 8: Calculate the predicted remaining duration until the tunnel exits

Оставшаяся длительность, за которую поезд проходит через данный тоннель, может оцениваться в соответствии со следующим уравнением:The remaining duration for which the train passes through this tunnel can be estimated according to the following equation:

Figure 00000013
Figure 00000013

В уравнении, f Hz представляет собой частоту обновления положения, и f Hz =50 Гц в настоящем изобретении.In the equation, f Hz is the position update rate, and f Hz =50 Hz in the present invention.

В соответствии со способом в варианте осуществления 1, вариант осуществления 2 настоящего изобретения обеспечивает систему для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель, включающую в себя:According to the method in Embodiment 1, Embodiment 2 of the present invention provides a system for calculating the duration of a train passing through a tunnel, including:

модуль получения положения наилучшего совпадения, сконфигурированный, чтобы вычислять корреляции между изображениями признаков текущего положения и шаблонами в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получать положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок; причем изображения признаков текущего положения получают путем реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB полученных последовательностей метеорологических параметров точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и метеорологических параметров с периодом времени перед текущим положением, изображения шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок представляют собой цветные изображения относительно изменения метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, и метеорологические параметры в головной части и хвостовой части поезда получают путем реконструкции фазового пространства типовых выборок каждой категории групп тоннелей, и типовые выборки каждой категории групп тоннелей относятся к выборкам, полученным путем классификации метеорологических параметров в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля и дополнительной классификации классифицируемых однородных выборок в области;a best match position obtaining module, configured to calculate correlations between current position feature images and patterns in the combined type sample pattern library to obtain the best match position of the current position in the combined type sample template library; moreover, the images of the signs of the current position are obtained by reconstructing the phase space and the combination of the RGB color space of the obtained sequences of meteorological parameters of sample points at the head and tail of the train at the current position and meteorological parameters with a time period before the current position, the template images in the library of combined type sample templates represent are color images regarding the change of meteorological parameters at the head and tail of the train, and the meteorological parameters at the head and tail of the train are obtained by reconstructing the phase space of the type samples of each category of tunnel groups, and the type samples of each category of tunnel groups refer to the samples obtained by classification of meteorological parameters according to the geographic location of the tunnel and meteorological conditions inside and outside the tunnel and additional classification class fifiable homogeneous samples in the region;

модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, полученную обучением машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания положения наилучшего совпадения в качестве выхода, причем выход этой модели представляет собой ошибку компенсации ε(i); иtunnel mile path prediction error compensation model obtained by training a least squares support vector machine using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and best match position prediction error as output, with the output of this model is the compensation error ε ( i ); and

модуль вычисления оставшейся длительности, сконфигурированный, чтобы оценивать оставшуюся длительность t, которую поезд проходит в данном тоннеле, в соответствии со следующим уравнением: t=O(i)/f Hz (O(i)-O(i-1))); причем O(i)=O M (i)+ ε(i), и O(i-1) представляет собой значение пути в милях от предыдущего положения относительно текущего положения поезда до выхода тоннеля; O M (i) представляет собой положение наилучшего совпадения; f Hz представляет собой частоту обновления положения поезда.a remaining duration calculation module configured to estimate the remaining duration t that the train passes in a given tunnel according to the following equation: t = O ( i )/ f Hz ( O ( i ) - O ( i -1))); where O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ), and O ( i -1) is the distance in miles from the previous position relative to the current position of the train to the exit of the tunnel; O M ( i ) is the position of the best match; f Hz is the train position update rate.

Модуль получения положения наилучшего совпадения включает в себя:The module for obtaining the position of the best match includes:

блок получения данных, сконфигурированный, чтобы определять текущие точки выборок и предыдущие G точки выборок в последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления головной части и хвостовой части поезда в текущем положении;a data acquisition unit configured to determine current sample points and previous G sample points in a temperature sequence, a humidity sequence, and a train head and tail air pressure sequence at a current position;

блок вычисления изображения признаков, сконфигурированный, чтобы выполнять реконструкцию фазового пространства с помощью способа координат задержки, чтобы получать шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда, разделять шесть матриц на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, и комбинировать шесть матриц головной части и хвостовой части поезда в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения;a feature image computing unit, configured to perform phase space reconstruction with the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing temperature, humidity, and air pressure change characteristics at the head and tail of the train, divide the six matrices into matrices corresponding to the head train part and train tail matrices, and combine the six train head and tail matrices according to the RGB color space to form current position indicia { c h , c f } images;

блок свертки, сконфигурированный, чтобы выполнять операцию свертки на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получить множество одномерных последовательностей;a convolution unit configured to perform a convolution operation on the current position feature images and the images in the combined sample sample library to obtain a plurality of one-dimensional sequences;

блок сортировки, сконфигурированный, чтобы сортировать элементы во всех одномерных последовательностях от больших до малых, чтобы определить L наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, представляют собой положения-кандидаты, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2...L); иa sorter configured to sort the elements in all one-dimensional sequences from large to small to determine the L largest elements as candidate elements, the positions corresponding to the candidate elements before sorting being the candidate positions, and the path values in miles to the exit the tunnels corresponding to candidate positions are s j ( j =1, 2... L ); and

блок вывода, сконфигурированный, чтобы усреднять значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, причем среднее значение представляет собой положение

Figure 00000014
наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок.an output unit configured to average the mileage to the tunnel exit corresponding to the candidate positions, the average being the position
Figure 00000014
the best match of the current position in the library of merged pattern samples.

Блок получения данных в этом варианте осуществления включает в себя различные датчики, установленные в головной части и хвостовой части поезда, такие как датчики температуры, датчики влажности и датчики воздушного давления.The data acquisition unit in this embodiment includes various sensors installed at the head and tail of the train, such as temperature sensors, humidity sensors, and air pressure sensors.

Процесс обучения модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля включает в себя следующее:The process of training the tunnel mileage prediction error compensation model includes the following:

1) Определяются входные выборки I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ), причем T h =(t1 , t 2t G ) представляет собой последовательность температуры текущих точек выборок и G предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной G, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной G, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной G, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной G, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части поезда с длиной G; определяются выходные выборки как значения ε ошибки пути в милях, соответствующие текущему положению; и комбинации Y ={I, ε} входных выборок и выходных выборок составляют выборки моделирования;1) Input samples are determinedI=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), andT h =(tone , t 2t G ) is a sequence of temperature of the current sample points andG previous sample points at the head of the train in the tunnel,H h is a sequence of humidity at the head of the train with a lengthG,P h is the sequence of air pressure at the head of the train with a lengthG,T f is the sequence of temperature at the rear of the train with lengthG,H f is a sequence of humidity in the tail section of the train with lengthG, andP f is the sequence of air pressure in the tail section of the train with lengthG; output samples are defined as valuesε mistakes paths in miles corresponding to the current position; and combinationsY={I,ε} input samples and output samples constitute simulation samples;

2) Выборки моделирования классифицируются в набор обучения и набор валидации;2) The simulation samples are classified into a training set and a validation set;

3) Выполняется двоичное кодирование на признаке каждой размерности во входных выборках I, причем, когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная машины опорных векторов наименьших квадратов; когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается;3) Binary coding is performed on the feature of each dimension in the input samples I , wherein when the code value corresponding to the feature of some dimension is 1, the feature is selected as the input variable of the least squares support vector machine; when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded;

4) Входные выборки обновляются на основе кодовых значений текущих признаков, чтобы получить обновленный набор обучения и набор валидации, и машина опорных векторов наименьших квадратов обучается данными обновленного набора обучения; данные обновленного набора валидации вводятся в обученную машину опорных векторов наименьших квадратов, чтобы получить выходную последовательность

Figure 00000005
машины опорных векторов наименьших квадратов, причем k=1, 2..., N 1 и N 1 представляет собой число пар выборок в наборе валидации; 4) The input samples are updated based on the current feature code values to obtain an updated training set and a validation set, and the least squares support vector machine is trained on the updated training set data; the updated validation set data is fed into the trained least squares support vector machine to produce the output sequence
Figure 00000005
least squares support vector machines, where k =1, 2..., N 1 and N 1 is the number of pairs of samples in the validation set;

5) Этап 3) и этап 4) повторяются, чтобы определить входные признаки и машину опорных векторов наименьших квадратов, которые минимизируют целевую функцию оптимизации

Figure 00000006
, то есть получают оптимальные входные признаки и оптимальную машину опорных векторов наименьших квадратов, причем оптимальная машина опорных векторов наименьших квадратов представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях; причем
Figure 00000007
представляет собой действительное выходное значение в наборе валидации.5) Step 3) and step 4) are repeated to determine the input features and the least squares support vector machine that minimize the optimization objective function
Figure 00000006
, that is, the optimal input features and the optimal least squares support vector machine are obtained, the optimal least squares support vector machine being the path prediction error compensation model in miles; and
Figure 00000007
represents the actual output value in the validation set.

Вариант осуществления 3 настоящего изобретения обеспечивает считываемый компьютером носитель хранения, хранящий программу; и программа сконфигурирована, чтобы исполнять этапы способа в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.Embodiment 3 of the present invention provides a computer-readable storage medium storing a program; and the program is configured to execute the steps of the method according to Embodiment 1 of the present invention.

Claims (52)

1. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель, причем оставшаяся длительность, за которую поезд проходит через данный тоннель, оценивается с использованием следующего уравнения: t=O(i)/f Hz (O(i)-O(i-1)); причем значение пути в милях от текущего положения поезда до выхода тоннеля составляет O(i)= O M (i)+ε(i); O(i-1) представляет собой значение пути в милях от последнего положения текущего положения поезда до выхода тоннеля; O M (i) представляет собой положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, которое получают после вычисления корреляций между изображениями признаков текущего положения и изображениями в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок; изображения признаков текущего положения получают путем реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB полученных последовательностей метеорологических параметров точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и метеорологических параметров с периодом времени перед текущим положением; изображения шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок представляют собой цветные изображения относительно изменения метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда; метеорологические параметры в головной части и хвостовой части поезда получают путем реконструкции фазового пространства типовых выборок каждой категории групп тоннелей; типовые выборки каждой категории групп тоннелей относятся к выборкам, полученным путем классификации метеорологических параметров в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля и дополнительной классификации классифицируемых однородных выборок в области; ε(i) представляет собой ошибку компенсации, полученную путем ввода метеорологических параметров, полученных во время функционирования поезда, в модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, и модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля относится к модели, полученной обучением машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания объединенной модели сопоставления цветов RGB в качестве выхода; и f Hz представляет собой частоту обновления положения; и метеорологические параметры относятся к последовательности температуры, соответствующей головной части поезда, последовательности влажности, соответствующей головной части поезда, последовательности воздушного давления, соответствующей головной части поезда, последовательности температуры, соответствующей хвостовой части поезда, последовательности влажности, соответствующей хвостовой части поезда, последовательности воздушного давления, соответствующей хвостовой части поезда.1. A method for calculating the duration of the passage of a train through a tunnel, and the remaining duration for which the train passes through this tunnel is estimated using the following equation: t = O ( i ) / f Hz ( O ( i ) - O ( i -1) ); moreover, the distance in miles from the current position of the train to the exit of the tunnel is O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ); O ( i -1) represents the distance in miles from the last position of the current position of the train to the exit of the tunnel; O M ( i ) is the position of the best match of the current position in the combined type sample template library, which is obtained after calculating the correlations between the current position feature images and the images in the combined type sample template library; images of signs of the current position are obtained by reconstructing the phase space and the combination of the RGB color space of the obtained sequences of meteorological parameters of sample points at the head and tail of the train at the current position and meteorological parameters with a time period before the current position; template images in the library of combined templates of type samples are color images regarding the change in meteorological parameters at the head and tail of the train; meteorological parameters at the head and tail of the train are obtained by reconstructing the phase space of typical samples of each category of tunnel groups; sample samples of each category of tunnel groups refer to samples obtained by classifying meteorological parameters according to the geographic location of the tunnel and meteorological conditions inside and outside the tunnel and further classifying the classified homogeneous samples in the area; ε ( i ) is the compensation error obtained by inputting the meteorological parameters obtained during the operation of the train into the tunnel mile prediction error compensation model, and the tunnel mile prediction error compensation model refers to the model obtained by training the support vector machine of the smallest squares using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and combined RGB color matching model prediction error as output; and f Hz is the position update rate; and meteorological parameters refer to the sequence of temperature corresponding to the head of the train, the sequence of humidity corresponding to the head of the train, the sequence of air pressure corresponding to the head of the train, the sequence of temperature corresponding to the tail of the train, the sequence of humidity corresponding to the tail of the train, the sequence of air pressure, corresponding tail section of the train. 2. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по п. 1, причем конкретный процесс определения значения O(i) пути в милях от текущего положения поезда до выхода тоннеля содержит:2. The method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to claim 1, and the specific process of determining the value O ( i ) of the path in miles from the current position of the train to the exit of the tunnel contains: 1) получение метеорологических параметров тоннеля, чтобы создать базу данных метеорологических параметров тоннеля;1) obtaining the meteorological parameters of the tunnel in order to create a database of the meteorological parameters of the tunnel; 2) классифицирование, на основе базы данных метеорологических параметров тоннеля, метеорологических параметров в базе данных метеорологических параметров тоннеля в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля, чтобы получить однородные выборки в области так, чтобы реализовать классификацию групп тоннелей со сходными атрибутами;2) classification, based on the tunnel meteorological parameters database, the meteorological parameters in the tunnel meteorological parameters database according to the geographic location of the tunnel and the meteorological conditions inside and outside the tunnel, so as to obtain uniform samples in the area so as to realize the classification of groups of tunnels with similar attributes ; 3) дополнительное классифицирование однородных выборок в области, чтобы получить типовые выборки каждой категории групп тоннелей;3) additional classification of homogeneous samples in the area to obtain sample samples of each category of tunnel groups; 4) выполнение реконструкции фазового пространства на типовых выборках каждой категории групп тоннелей, чтобы получить цветные изображения относительно изменения барометрических и метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, то есть изображения шаблонов; причем изображения шаблонов, соответствующие всем типовым выборкам, составляют библиотеку объединенных шаблонов типовых выборок;4) performing a phase space reconstruction on typical samples of each category of tunnel groups to obtain color images of changes in barometric and meteorological parameters at the head and tail of the train, i.e. pattern images; wherein the template images corresponding to all sample samples constitute a library of combined sample sample templates; 5) сбор точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и последовательностей выборок с периодом времени перед текущим положением соответственно, и выполнение реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB, чтобы создать изображения признаков текущего положения {c h , c f }; вычисление корреляций между изображениями признаков текущего положения и изображениями шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы определить положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок;5) collecting sample points at the head and tail of the train at the current position and sequences of samples with a time period before the current position, respectively, and performing phase space and RGB color space combination reconstruction to create current position feature images { c h , c f } ; calculating correlations between the current position feature images and the template images in the combined type sample template library to determine the position of the best current position match in the combined type sample template library; 6) обучение машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей, с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания положения наилучшего совпадения в качестве выхода, чтобы установить модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля; и6) training the least squares support vector machine using uniform tunnel group data, with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and best match position prediction error as output, to establish a tunnel mile path prediction error compensation model; and 7) получение метеорологических параметров во время функционирования поезда в реальном времени и получение окончательного значения пути в милях до выхода тоннеля с использованием модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, то есть получение O(i).7) Obtaining meteorological parameters during the operation of the train in real time and obtaining the final mileage to the exit of the tunnel using the tunnel mileage prediction error compensation model, that is, obtaining O ( i ). 3. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по п. 2, причем конкретный процесс реализации этапа 2) содержит:3. The method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to claim 2, and the specific process for implementing step 2) contains: 1) классифицирование групп тоннелей в N категорий в соответствии с географическим положением выборок тоннелей; и1) classification of tunnel groups into N categories according to the geographic location of the tunnel samples; and 2) получение распределений средних температур в пределах T min перед входом поезда в тоннель в течение одного года в данной области, аппроксимацию распределений средних температур в тоннеле данной области с использованием гауссовой функции распределения, разделение аппроксимированных распределений средних температур на K равных участков в соответствии с вероятностью, определение выборок температуры, которые принадлежат тому же самому участку, как однородных выборок температуры в данной области, и определение последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления, соответствующих однородным выборкам температуры, как однородных выборок; причем T является установленным временем.2) obtaining distributions of average temperatures within T min before the train enters the tunnel for one year in a given area, approximating the distributions of average temperatures in the tunnel of this area using a Gaussian distribution function, dividing the approximated distributions of average temperatures into K equal sections in accordance with the probability , determining temperature samples that belong to the same area as uniform temperature samples in the area, and determining a temperature sequence, a humidity sequence, and an air pressure sequence corresponding to the uniform temperature samples as homogeneous samples; where T is the set time. 4. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по любому одному из пп. 1-3, причем конкретный процесс реализации этапа 3) содержит:4. Method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to any one of paragraphs. 1-3, and the specific process for implementing step 3) contains: 1) создание модели авторегрессионного интегрированного скользящего среднего для каждой временной последовательности однородных выборок в данной области и извлечение характеристических величин каждой временной последовательности, то есть, параметров авторегрессионных членов, интегрированных членов и членов скользящей регрессии каждой временной последовательности; причем все характеристические величины однородных выборок в области составляют характеристическую матрицу A; причем временные последовательности содержат последовательность температуры, последовательность влажности и последовательность воздушного давления;1) creating an autoregressive integrated moving average model for each time series of homogeneous samples in a given area and extracting the characteristic values of each time series, that is, the parameters of autoregressive terms, integrated terms and moving regression terms of each time series; moreover, all the characteristic values of homogeneous samples in the region constitute the characteristic matrix A; wherein the time sequences comprise a temperature sequence, a humidity sequence, and an air pressure sequence; 2) сокращение размеров характеристической матрицы A и выбор М основных компонентов с наибольшим вкладом, чтобы характеризовать информацию исходной характеристической матрицы, получая, таким образом, преобразованную матрицу A';2) reducing the size of the feature matrix A and selecting the M major components with the largest contribution to characterize the information of the original feature matrix, thus obtaining the transformed matrix A' ; 3) определение функции ядра k=αk rbf +βk linear +(1-α-β)k laplace ; причем k rbf представляет собой радиально-базисную функцию ядра, k linear представляет собой линейное ядро, и k laplace представляет собой функцию ядра Лапласа; определение произвольным образом начальных значений коэффициентов α, β и числа n 0 категорий функции ядра, причем α, β∈[0, 1], и n 0 представляет собой положительное целое число меньше чем 30;3) definition of the kernel function k = αk rbf + βk linear +(1- α - β ) k laplace ; wherein k rbf is the radial basis kernel function, k linear is the linear kernel, and k laplace is the Laplace kernel function; determining arbitrarily the initial values of the coefficients α , β and the number n 0 categories of the kernel function, and α , β ∈[0, 1], and n 0 is a positive integer less than 30; 4) отображение характеристических значений в матрице A' на характеристическое пространство, соответствующее функции ядра k, чтобы получить новую характеристическую матрицу A"; в соответствии с начальным числом n 0 категорий, использование характеристических величин в A" в качестве входа, чтобы группировать в кластер характеристические величины в A" посредством алгоритма кластеризации k-средних, то есть чтобы классифицировать однородные выборки в области в n категорий, причем каждая категория выборок образует кластер выборок; вычисление целевой функции оптимизации fitness =
Figure 00000015
, причем avg(C i ) представляет собой среднее расстояние выборок в кластере C i выборок, avg(C j ) представляет собой среднее расстояние выборок в кластере C j выборок и d cen (C i , C j ) представляет собой расстояние между центральными точками кластера C i выборок и кластера C j выборок;
4) mapping the characteristic values in matrix A' onto the characteristic space corresponding to the kernel function k to obtain a new characteristic matrix A" ; according to the initial number n 0 of categories, using the characteristic values in A" as an input to cluster the characteristic values in A" by means of a k -means clustering algorithm, i.e. to classify homogeneous samples in an area into n categories, with each category of samples forming a cluster of samples; calculating the optimization objective function fitness =
Figure 00000015
, where avg ( C i ) is the average distance of the samples in the cluster C i of samples, avg ( C j ) is the average distance of the samples in the cluster C j of samples, and d cen ( C i , C j ) is the distance between the center points of the cluster C i samples and cluster C j samples;
5) обновление, в соответствии с текущим значением целевой функции оптимизации fitness, значений α, β и n 0 посредством оптимизации по алгоритму «серого волка»;5) updating, in accordance with the current value of the fitness optimization objective function, the values of α , β and n 0 by means of optimization according to the “gray wolf” algorithm; 6) повторение этапа 4) и этапа 5), пока не будет достигнуто установленное число m=100 оптимизаций, причем α, β и n 0 в это время представляют собой окончательно оптимизированные значения параметров, и результаты кластеризации при окончательно оптимизированных значениях параметров представляют собой окончательные результаты кластеризации; и6) repeating step 4) and step 5) until the set number m =100 optimizations is reached, where α , β and n 0 at this time represent the final optimized parameter values, and the clustering results at the final optimized parameter values represent the final clustering results; and 7) классифицирование однородных выборок в данной области в E кластеров выборок в соответствии с окончательными результатами кластеризации; и получение центра кластера каждого кластера выборок и исходной временной последовательности {
Figure 00000016
} (i=0, 1, 2…P, n=0, 1, 2…E), соответствующей Р выборкам, ближайшим к центру кластера, при этом
Figure 00000017
соответствует последовательности температуры, полученной в головной части поезда, последовательности влажности, полученной в головной части поезда, последовательности воздушного давления, полученной в головной части поезда, последовательности температуры, полученной в хвостовой части поезда, последовательности влажности, полученной в хвостовой части поезда, и последовательности воздушного давления, полученной в хвостовой части поезда, соответственно; и определение исходной временной последовательности, соответствующей (P+1) выборкам, как типовой выборки текущей категории групп тоннелей.
7) classifying homogeneous samples in a given area into E sample clusters according to the final clustering results; and obtaining the cluster center of each cluster of samples and the original time sequence {
Figure 00000016
} ( i =0, 1, 2… P , n =0, 1, 2… E ) corresponding to P samples closest to the center of the cluster, while
Figure 00000017
corresponds to the sequence of temperature obtained at the head of the train, the sequence of humidity obtained at the head of the train, the sequence of air pressure obtained at the head of the train, the sequence of temperature obtained at the tail of the train, the sequence of humidity obtained at the tail of the train, and the sequence of air pressure obtained in the tail section of the train, respectively; and determining the initial time sequence corresponding to the (P+1) samples as a typical sample of the current category of tunnel groups.
5. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по любому одному из пп. 1-4, причем конкретный процесс реализации этапа 5) содержит:5. A method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to any one of paragraphs. 1-4, and the specific process for implementing step 5) contains: 1) определение текущих точек выборок и предыдущих G точек выборок в последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления головной части и хвостовой части поезда в текущем положении;1) determining the current sample points and the previous G sample points in the sequence of temperature, humidity sequence and air pressure sequence of the head and tail of the train at the current position; 2) выполнение реконструкции фазового пространства с помощью способа координат задержки, чтобы получить шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда; разделение шести матриц на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, и комбинирование шести матриц в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения;2) performing a phase space reconstruction with the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing temperature, humidity, and air pressure characteristics at the head and tail of the train; dividing the six matrices into matrices corresponding to the head of the train and matrices corresponding to the tail of the train, and combining the six matrices according to the RGB color space to form images { c h , c f } of the current position indicia; 3) выполнение операции свертки на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получить множество одномерных последовательностей;3) performing a convolution operation on the images of current position features and images in the library of combined templates of type samples to obtain a plurality of one-dimensional sequences; 4) сортировку элементов во всех одномерных последовательностях от больших до малых, чтобы определить L наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, представляют собой положения-кандидаты, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2...L); и4) sorting the elements in all one-dimensional sequences from large to small to determine the L largest elements as candidate elements, where the positions corresponding to the candidate elements before sorting are the candidate positions, and the mileage to the tunnel exit corresponding to the positions -candidates are s j ( j =1, 2... L ); and 5) усреднение значений пути в милях до выхода тоннеля, соответствующих положениям-кандидатам, причем среднее значение представляет собой положение наилучшего совпадения
Figure 00000018
текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок.
5) averaging the mileage to the tunnel exit corresponding to the candidate locations, with the average being the location of the best match
Figure 00000018
the current position in the library of merged type selection templates.
6. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по любому одному из пп. 1-5, причем конкретный процесс реализации этапа 6) содержит:6. Method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to any one of paragraphs. 1-5, and the specific process for implementing step 6) contains: 1) определение входных выборок I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ), причем T h =(t1 , t 2t G ) представляет собой последовательность температуры текущих точек выборок и G предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной G, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной G, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной G, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной G, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части поезда с длиной G; определение выходных выборок как значений ε ошибки пути в милях, соответствующих текущему положению; причем комбинации Y ={I, ε} входных выборок и выходных выборок составляют выборки моделирования;1) definition of input samplesI=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), andT h =(tone , t 2t G ) is a sequence of temperature of the current sample points andG previous sample points at the head of the train in the tunnel,H h is a sequence of humidity at the head of the train with a lengthG,P h is the sequence of air pressure at the head of the train with a lengthG,T f is the sequence of temperature at the rear of the train with lengthG,H f is a sequence of humidity in the tail section of the train with lengthG, andP f is the sequence of air pressure in the tail section of the train with lengthG; defining output samples as valuesε mistakes path in miles corresponding to the current position; with combinationsY={I,ε} input samples and output samples constitute simulation samples; 2) классифицирование выборок моделирования в набор обучения и набор валидации;2) classifying the simulation samples into a training set and a validation set; 3) выполнение двоичного кодирования на признаке каждой размерности во входных выборках I; причем, когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная машины опорных векторов наименьших квадратов; когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается;3) performing binary encoding on the feature of each dimension in the input samples I ; moreover, when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is equal to 1, the feature is selected as an input variable of the least squares support vector machine; when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded; 4) обновление входных выборок на основе кодовых значений текущих признаков, чтобы получить обновленные набор обучения и набор валидации; и обучение машины опорных векторов наименьших квадратов данными обновленного набора обучения; ввод данных обновленного набора валидации в обученную машину опорных векторов наименьших квадратов, чтобы получить выходную последовательность
Figure 00000019
машины опорных векторов наименьших квадратов, причем k=1, 2..., N 1, и N 1 представляет собой число пар выборок в наборе валидации; и
4) updating the input samples based on the code values of the current features to obtain an updated training set and validation set; and training the least squares support vector machine with the updated training set data; inputting the updated validation set data into the trained least squares support vector machine to obtain the output sequence
Figure 00000019
least squares support vector machines, where k =1, 2..., N 1 , and N 1 is the number of pairs of samples in the validation set; and
5) повторение этапа 3) и этапа 4), чтобы определить входные признаки и машину опорных векторов наименьших квадратов, которые минимизируют целевую функцию оптимизации
Figure 00000020
, то есть получение оптимальных входных признаков и оптимальной машины опорных векторов наименьших квадратов, причем оптимальная машина опорных векторов наименьших квадратов представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях; причем
Figure 00000021
представляет собой действительное выходное значение в наборе валидации.
5) repeating step 3) and step 4) to determine the input features and the least squares support vector machine that minimize the optimization objective function
Figure 00000020
, that is, obtaining optimal input features and an optimal least squares support vector machine, the optimal least squares support vector machine being a path prediction error compensation model in miles; and
Figure 00000021
represents the actual output value in the validation set.
7. Способ для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель по любому одному из пп. 1-6, причем конкретный процесс реализации этапа 7) содержит:7. A method for calculating the duration of the passage of the train through the tunnel according to any one of paragraphs. 1-6, and the specific process for implementing step 7) contains: 1) получение данных распределения средних температур в пределах T min перед входом поезда в тоннель; получение последовательностей температуры и последовательностей влажности в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении; получение выходного значения O M (i) совпадения с шаблоном; и получение выходного результата ε(i) ошибки компенсации с использованием модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля; и1) obtaining data on the distribution of average temperatures within T min before the train enters the tunnel; obtaining temperature sequences and humidity sequences at the head and tail of the train at the current position; getting an output value O M ( i ) matching the template; and obtaining a compensation error output ε ( i ) using the tunnel mileage prediction error compensation model; and 2) получение значения пути в милях от текущего положения поезда до выхода тоннеля с помощью с помощью следующего уравнения: O(i)=O M (i)+ε(i).2) obtaining the distance in miles from the current position of the train to the exit of the tunnel using the following equation: O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ). 8. Система для вычисления длительности прохождения поезда через тоннель, содержащая:8. A system for calculating the duration of a train passing through a tunnel, comprising: модуль получения положения наилучшего совпадения, сконфигурированный, чтобы вычислять корреляции между изображениями признаков текущего положения и шаблонами в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получать положение наилучшего совпадения текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок; при этом изображения признаков текущего положения получают путем реконструкции фазового пространства и комбинации цветового пространства RGB полученных последовательностей метеорологических параметров точек выборок в головной части и хвостовой части поезда в текущем положении и метеорологических параметров с периодом времени перед текущим положением; изображения шаблонов в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок представляют собой цветные изображения относительно изменения метеорологических параметров в головной части и хвостовой части поезда, и метеорологические параметры в головной части и хвостовой части поезда получают путем реконструкции фазового пространства типовых выборок каждой категории групп тоннелей; и типовые выборки каждой категории групп тоннелей относятся к выборкам, полученным путем классификации метеорологических параметров в соответствии с географическим положением тоннеля и метеорологическими условиями внутри и вне тоннеля и дополнительной классификации классифицируемых однородных выборок в области;a best match position obtaining module, configured to calculate correlations between current position feature images and patterns in the combined type sample pattern library to obtain the best match position of the current position in the combined type sample template library; the images of the signs of the current position are obtained by reconstructing the phase space and the combination of the RGB color space of the obtained sequences of meteorological parameters of sampling points in the head and tail of the train in the current position and meteorological parameters with a time period before the current position; the template images in the combined type sample template library are color images relative to the change of meteorological parameters at the head and tail of the train, and the meteorological parameters at the head and tail of the train are obtained by reconstructing the phase space of the type samples of each category of tunnel groups; and the sample samples of each category of tunnel groups refer to the samples obtained by classifying the meteorological parameters according to the geographic location of the tunnel and the meteorological conditions inside and outside the tunnel, and further classifying the classified homogeneous samples in the area; модель компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля, полученную обучением машины опорных векторов наименьших квадратов с использованием данных однородных групп тоннелей с последовательностью температуры, последовательностью влажности и последовательностью воздушного давления в качестве входа и ошибкой предсказания положения наилучшего совпадения в качестве выхода, причем выход этой модели представляет собой ошибку ε(i) компенсации; иtunnel mileage prediction error compensation model obtained by training a least squares support vector machine using uniform tunnel group data with temperature sequence, humidity sequence, and air pressure sequence as input and best match position prediction error as output, the output of this model being is an error ε ( i ) compensation; and модуль вычисления оставшейся длительности, сконфигурированный, чтобы оценивать оставшуюся длительность t, которую поезд проходит через данный тоннель, в соответствии со следующим уравнением: t=O(i)/(f Hz (O(i)-O(i-1))); причем O(i)=O M (i)+ε(i), и O(i-1) представляет собой значение пути в милях от предыдущего положения относительно текущего положения поезда до выхода тоннеля; O M (i) представляет собой положение наилучшего совпадения; и f Hz представляет собой частоту обновления положения поезда.a remaining duration calculation module configured to estimate the remaining duration t that a train passes through a given tunnel according to the following equation: t=O ( i )/( f Hz (O(i)-O(i- 1))) ; where O ( i )= O M ( i )+ ε ( i ), and O ( i -1) is the distance in miles from the previous position relative to the current position of the train to the exit of the tunnel; O M ( i ) is the position of the best match; and f Hz is the train position update rate. 9. Система по п. 8, причем модуль получения положения наилучшего совпадения содержит:9. The system according to claim 8, wherein the module for obtaining the position of the best match contains: блок получения данных, сконфигурированный, чтобы определять текущие точки выборок и предыдущие G точки выборок в последовательности температуры, последовательности влажности и последовательности воздушного давления головной части и хвостовой части поезда в текущем положении;a data acquisition unit configured to determine current sample points and previous G sample points in a temperature sequence, a humidity sequence, and a train head and tail air pressure sequence at a current position; блок вычисления изображения признаков, сконфигурированный, чтобы выполнять реконструкцию фазового пространства с помощью способа координат задержки, чтобы получить шесть двумерных матриц реконструкции, представляющих характеристики изменения температуры, влажности и воздушного давления в головной части и хвостовой части поезда; разделять шесть матриц на матрицы, соответствующие головной части поезда, и матрицы, соответствующие хвостовой части поезда, комбинировать шесть матриц в соответствии с цветовым пространством RGB, чтобы сформировать изображения {c h , c f } признаков текущего положения;a feature image computing unit configured to perform phase space reconstruction with the delay coordinate method to obtain six two-dimensional reconstruction matrices representing temperature, humidity, and air pressure change characteristics at the head and tail of the train; divide the six matrices into matrices corresponding to the head of the train and matrices corresponding to the tail of the train, combine the six matrices according to the RGB color space to form images { c h , c f } of the current position indicia; блок свертки, сконфигурированный, чтобы выполнять операцию свертки на изображениях признаков текущего положения и изображениях в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок, чтобы получать множество одномерных последовательностей;a convolution unit configured to perform a convolution operation on the current position feature images and the images in the combined sample sample library to obtain a plurality of one-dimensional sequences; блок сортировки, сконфигурированный, чтобы сортировать элементы во всех одномерных последовательностях от больших до малых, чтобы определять L наибольших элементов как элементы-кандидаты, причем положения, соответствующие элементам-кандидатам перед сортировкой, представляют собой положения-кандидаты, и значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, представляют собой s j (j=1, 2...L); иa sorter configured to sort the elements in all one-dimensional sequences from large to small, to determine the L largest elements as candidate elements, the positions corresponding to the candidate elements before sorting being the candidate positions, and the path values in miles to the exit the tunnels corresponding to candidate positions are s j ( j =1, 2... L ); and блок вывода, сконфигурированный, чтобы усреднять значения пути в милях до выхода тоннеля, соответствующие положениям-кандидатам, причем среднее значение представляет собой положение наилучшего совпадения
Figure 00000022
текущего положения в библиотеке объединенных шаблонов типовых выборок;
an output unit configured to average the mileage to the tunnel exit corresponding to the candidate positions, the average being the position of the best match
Figure 00000022
current position in the library of merged pattern samples;
причем, предпочтительно, процесс обучения модели компенсации ошибки предсказания пути в милях тоннеля согласно настоящему изобретению содержит:wherein, preferably, the process of training the tunnel mileage prediction error compensation model according to the present invention comprises: 1) определение входных выборок I=(T h , H h , P h , T f , H f , P f ), причем T h =(t1 , t 2t G ) представляет собой последовательность температуры текущих точек выборок и G предыдущих точек выборок в головной части поезда в тоннеле, H h представляет собой последовательность влажности в головной части поезда с длиной G, P h представляет собой последовательность воздушного давления в головной части поезда с длиной G, T f представляет собой последовательность температуры в хвостовой части поезда с длиной G, H f представляет собой последовательность влажности в хвостовой части поезда с длиной G, и P f представляет собой последовательность воздушного давления в хвостовой части поезда с длиной G; определение выходных выборок как значений ε ошибки пути в милях, соответствующих текущему положению; причем комбинации Y ={I, ε} входных выборок и выходных выборок составляют выборки моделирования;1) definition of input samplesI=(T h ,H h ,P h ,T f ,H f ,P f ), andT h =(tone , t 2t G ) is a sequence of temperature of the current sample points andG previous sample points at the head of the train in the tunnel,H h is a sequence of humidity at the head of the train with a lengthG,P h is the sequence of air pressure at the head of the train with a lengthG,T f is the sequence of temperature at the rear of the train with lengthG,H f is a sequence of humidity in the tail section of the train with lengthG, andP f is the sequence of air pressure in the tail section of the train with lengthG; defining output samples as valuesε mistakes path in miles corresponding to the current position; with combinationsY={I,ε} input samples and output samples constitute simulation samples; 2) классифицирование выборок моделирования в набор обучения и набор валидации;2) classifying the simulation samples into a training set and a validation set; 3) выполнение двоичного кодирования на признаке каждой размерности во входных выборках I, причем, когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 1, признак выбирается как входная переменная машины опорных векторов наименьших квадратов; когда кодовое значение, соответствующее признаку некоторой размерности, равно 0, признак этой размерности отбрасывается;3) performing binary encoding on a feature of each dimension in the input samples I , wherein when the code value corresponding to a feature of some dimension is 1, the feature is selected as an input variable of the least squares support vector machine; when the code value corresponding to a feature of a certain dimension is 0, the feature of that dimension is discarded; 4) обновление входных выборок на основе кодовых значений текущих признаков, чтобы получить обновленные набор обучения и набор валидации, и обучение машины опорных векторов наименьших квадратов данными обновленного набора обучения; ввод данных обновленного набора валидации в обученную машину опорных векторов наименьших квадратов, чтобы получить выходную последовательность
Figure 00000019
машины опорных векторов наименьших квадратов, причем k=1, 2,..., N 1, и N 1 представляет собой число пар выборок в наборе валидации; и
4) updating the input samples based on the current feature code values to obtain an updated training set and validation set, and training the least squares support vector machine with the updated training set data; inputting the updated validation set data into the trained least squares support vector machine to obtain the output sequence
Figure 00000019
least squares support vector machines, where k =1, 2,..., N 1 , and N 1 is the number of pairs of samples in the validation set; and
5) повторение этапа 3) и этапа 4), чтобы определить входные признаки и машину опорных векторов наименьших квадратов, которые минимизируют целевую функцию оптимизации
Figure 00000020
, то есть получение оптимальных входных признаков и оптимальной машины опорных векторов наименьших квадратов, причем оптимальная машина опорных векторов наименьших квадратов представляет собой модель компенсации ошибки предсказания пути в милях, причем
Figure 00000021
представляет собой действительное выходное значение в наборе валидации.
5) repeating step 3) and step 4) to determine the input features and the least squares support vector machine that minimize the optimization objective function
Figure 00000020
, that is, obtaining optimal input features and an optimal least squares support vector machine, wherein the optimal least squares support vector machine is a path prediction error compensation model in miles, where
Figure 00000021
represents the actual output value in the validation set.
10. Считываемый компьютером носитель хранения, хранящий программу, причем программа сконфигурирована, чтобы исполнять этапы способа по любому одному из пп. 1-7. 10. A computer-readable storage medium storing a program, the program being configured to execute the steps of a method according to any one of claims. 1-7.
RU2021120950A 2019-07-24 2020-07-22 Method, system and storage medium for calculating the duration of a train's passage through a tunnel RU2773332C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910670306.0 2019-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773332C1 true RU2773332C1 (en) 2022-06-02

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804147C1 (en) * 2022-11-17 2023-09-26 Владимир Васильевич Чернявец Method and system for determining location of high-speed train in navigation blind zone based on meteorological parameters

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040059503A1 (en) * 2000-12-30 2004-03-25 Goddert Peters Tunnel monitoring system in a vehicle tunnel
RU2356756C2 (en) * 2003-11-20 2009-05-27 Дженерал Электрик Компани Control method of locomotive operation in conditions of tunnel
US8612136B2 (en) * 2008-08-27 2013-12-17 Waze Mobile Ltd. System and method for road map creation
RU2501695C2 (en) * 2006-12-07 2013-12-20 Дженерал Электрик Компани System and method for optimisation of train haul
CN106779151B (en) * 2016-11-14 2018-03-20 中南大学 A kind of line of high-speed railway wind speed multi-point multi-layer coupling prediction method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040059503A1 (en) * 2000-12-30 2004-03-25 Goddert Peters Tunnel monitoring system in a vehicle tunnel
RU2356756C2 (en) * 2003-11-20 2009-05-27 Дженерал Электрик Компани Control method of locomotive operation in conditions of tunnel
RU2501695C2 (en) * 2006-12-07 2013-12-20 Дженерал Электрик Компани System and method for optimisation of train haul
US8612136B2 (en) * 2008-08-27 2013-12-17 Waze Mobile Ltd. System and method for road map creation
CN106779151B (en) * 2016-11-14 2018-03-20 中南大学 A kind of line of high-speed railway wind speed multi-point multi-layer coupling prediction method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804147C1 (en) * 2022-11-17 2023-09-26 Владимир Васильевич Чернявец Method and system for determining location of high-speed train in navigation blind zone based on meteorological parameters

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7226855B2 (en) Calculation method, system and storage medium for train passing through tunnel
CN110264709B (en) Method for predicting traffic flow of road based on graph convolution network
CN109670277B (en) Travel time prediction method based on multi-mode data fusion and multi-model integration
CN107103754B (en) Road traffic condition prediction method and system
WO2021013190A1 (en) Meteorological parameter-based high-speed train positioning method and system in navigation blind zone
CN109671102A (en) A kind of composite type method for tracking target based on depth characteristic fusion convolutional neural networks
CN110032952A (en) A kind of road boundary point detecting method based on deep learning
CN112085048A (en) Vehicle frequent track identification method and device based on LSTM self-encoding
CN115690549A (en) Target detection method for realizing multi-dimensional feature fusion based on parallel interaction architecture model
CN108985488A (en) The method predicted to individual trip purpose
CN111144462A (en) Unknown individual identification method and device for radar signals
CN110795522A (en) Method and device for predicting track position of mobile user
RU2773332C1 (en) Method, system and storage medium for calculating the duration of a train's passage through a tunnel
CN113253709A (en) Health diagnosis method and device suitable for rail transit vehicle
CN112101132A (en) Traffic condition prediction method based on graph embedding model and metric learning
CN114819344A (en) Global space-time meteorological agricultural disaster prediction method based on key influence factors
CN114722704A (en) Wheel wear prediction network model training method and device
CN112988855A (en) Subway passenger analysis method and system based on data mining
CN113064931B (en) Intercity highway network key channel identification method based on Skip-Gram model
CN117150698B (en) Digital twinning-based smart city grid object construction method and system
CN117541799B (en) Large-scale point cloud semantic segmentation method based on online random forest model multiplexing
CN116628829B (en) Intelligent building three-dimensional visualization system based on digital twinning
CN113434617B (en) Behavior automatic division method and system based on ship track and electronic equipment
CN116703008B (en) Traffic volume prediction method, equipment and medium for newly built highway
CN117057848A (en) Takeout order demand prediction method based on GAT-GPR