基于Kalmam滤波和Kalman-RTS平滑的高铁轨道平顺性数据融合算法

针对传统轨道平顺性测量方法存在的依赖于CPⅢ控制网、维护成本高、测量技术效率低等问题,文中基于高铁轨道平顺性测量系统,采用Kalman滤波和Kalman-RTS平滑算法对包括GNSS接收机、里程计、IMU在内的多种传感器的数据进行融合处理。实验表明,多传感器数据先通过Kalman滤波处理后,轨道测量绝对坐标横向偏差均值从纯GNSS的4.7 mm降低至2.2 mm,精度提升幅度达53.2%;再进行Kalman-RTS平滑处理后,绝对坐标横向偏差均值再度降低到1.6 mm,总的精度提升幅度达66.3%,相对坐标横向偏差均值精度提升幅度达10.1%,可以有效提升轨道测量作业效率。

一种新的车载低成本MEMS陀螺仪快速初始对准算法

车载导航系统常用惯性测量元件(IMU)与全球卫星导航系统(GNSS)技术组合以提高系统的稳定性。由于车载导航系统的应用场景限制,对初始对准速度有着较高要求。为了提高传统车载组合导航系统中低成本微机电系统(MEMS)陀螺仪的初始对准速度,降低初始对准过程中的计算量,本文提出了一种适用于任意失准角下的基于网络RTK辅助与无损Kalman滤波(UKF)的MEMS陀螺仪初始对准算法。同时针对车载系统的特点,简化了IMU系统误差方程,分析了简化带来的误差。在诺瓦泰ProPak6和诺瓦泰IMU-IGM-S1组成的导航系统中验证了本文提出的算法。试验结果表明,在以诺瓦泰双天线GNSS输出航向角为"真值"的情况下,本文提出的算法基本可以在5 s内完成陀螺仪的初始对准,对准精度达0.3°。

GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统

高速铁路轨道必须保持高平顺性、高稳定性和高可靠性,这直接关系到高速列车高速、安全且平稳运行。高速铁路轨道测量至少包括控制测量、线路测量和变形测量等工作。传统高速铁路轨道测量方法存在测量周期长、维护成本高、检测效率低等问题。为此,本文提出了一种基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统(inertial navigation system,INS)多传感器组合的高速铁路轨道测量方法,并研制了相应的轨道测量系统。本文详细介绍了其主要构成和方法流程,并在实际高速铁路轨道精调工程中进行了应用示范。结果表明:该系统实现了轨道路基变形监测和高速铁路轨道不平顺绝对测量与相对测量的一体化,其轨道横向偏差精度2 mm、垂向偏差精度2 mm,变形点水平方向精度1 mm、垂直方向精度1.5 mm,显著提高了测量效率。

机载激光点云中电力线的自动提取与重建

针对传统电力线点云自动提取方法在抗差性、准确性上的不足,文中从输电线路走廊中不同地物点云的空间特征差异出发,提出一种新的基于激光点云的电力线自动提取与重建方法。此算法利用栅格化处理和拟合残差判别提取电力线候选点云,通过双重K-means算法实现电力线重建。利用4组实际输电线路点云进行可行性试验。试验结果表明,方法对电力线候选点集的提取正确率均在97%以上,双重K-means算法能够准确地对电力线进行提取与重建,具有较高的提取准确率与较好的算法效率,可为实际工程的应用提供参考。

地面三维激光扫描数据拼接方法评估

点云数据拼接方法直接关系到地面三维激光扫描仪的测量精度和效率,通过实验对5种拼接方法的精度进行评估。结果表明,50 m测量距离内,5种点云数据拼接方法的精度分别为1.33 mm、8.88 mm、2.71 mm、4.29 mm和6.07 mm,其中标靶拼接的精度最高。综合评估拼接方法的精度、效率,为实际工程提供参考方案。

基于共享单车时空大数据的细粒度聚类

针对传统上单独采用K-means或DBSCAN等方法对共享单车位置数据聚类时造成的聚类结果与真实的聚类结构不符的问题,本文提出了一种基于共享单车时空大数据的细粒度聚类方法(FGCM)。该方法通过DBSCAN进行初始聚类,并在此基础上采用GMM-EM算法进行细部聚类,以提取细粒度层级的热点区域。试验表明,该方法可根据密度阈值排除噪声和离群值,无需指定细部聚类簇数,簇的形状和大小比较灵活。在对共享单车大数据位置特征进行聚类时,与传统的单独采用K-means或DBSCAN的方法相比,FGCM具备更高的精细程度,能够充分展现共享单车的实际聚集特征,可用于规划共享单车电子围栏等设施,在不降低通勤效率的基础上规范共享单车的停放问题。

一种基于多径改正的精密变形监测方法

多路径无法通过差分观测消除,是GNSS变形监测中的重要误差源。考虑多路径误差与站星几何关系的强相关性,提出了一种适用于精密变形监测的多路径改正方法。从双差方程中提取伪距和载波的多路径误差,映射为单差多路径误差后进行滤波处理,建模生成与卫星高度角和方位角相关的多路径格网改正数,用于GNSS实时定位解算。实验表明,与常规定位方法相比,该方法在N、E、U这3个方向的单历元定位精度分别提升了12.7%,34.3%和32.0%,1 h时段解的定位精度分别提升了25.9%,33.8%和31.0%。采用该方法能有效降低观测误差,加速坐标收敛,提高定位精度,适用于精密变形监测领域。

添加铈对Fe-15Mn-0.6C合金中夹杂物的影响

针对能够将初生γ-奥氏体保留到室温的Fe-15Mn-0.6C合金,采用扫描电镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)系统,对添加Ce的合金中的夹杂物进行形貌观察、成分分析和相鉴定,采用FactSage软件系统的Phase Diagram和Equilib模块对添加Ce的合金中的夹杂物行为进行热力学计算。结果表明,添加含Ce夹杂物的类型和数量影响取决于O,S,Ce的相对含量,在0.0006%O-0.0020%S-0.016%Ce和0.0006%O-0.0051%S-0.025%Ce条件下,合金中主要形成CeS夹杂,在0.0015%O-0.0045%S-0.025%Ce条件下,合金中主要形成Ce_(2)O_(2)S和CeS夹杂,夹杂物形状圆整,尺寸多数约1~2μm。热力学计算为添加Ce对Fe-15Mn-0.6C合金中夹杂物的影响提供了理论依据。研究结果能够为进一步搞清添加Ce细化初生γ-奥氏体的异质形核作用提供扎实的研究基础。

LaS/CeS与γ-Fe异相界面性质的第一性原理计算

为了探讨LaS/CeS与γ-Fe两相之间的异相界面性质,采用边-边匹配(E2EM)模型计算了LaS/CeS与γ-Fe两相之间晶体学上的原子匹配情况,基于晶体学计算结果,采用基于密度泛函理论的第一性原理,从原子尺度计算了LaS/CeS与γ-Fe之间的界面结合性质与界面能。晶体学计算表明,LaS/CeS与γ-Fe之间沿匹配列的原子间距错配度最小值为10.63%/10.52%,密排面间距错配度最小值为2.04%/3.32%;LaS与γ-Fe之间粗略的位向关系为:[110]LaS//[100]γ-Fe&(222)Las//(002)γ-Fe和[100]Las//[101]γ-Fe&(022)LaS//(111)γ-Fe;CeS与γ-Fe之间粗略的位向关系为:[110]LaS//[100]γ-Fe&(222)Las//(002)γ-Fe和[100]Las//[101]γ-Fe&(022)LaS//(111)γ-Fe。基于预测的晶体学位向关系,采用相干界面近似构建了6种不同终端界面模型,第一性原理计算表明,LaS/CeS与γ-Fe之间原子匹配错配度最低界面的粘附功为4.78 J·m^(-2)/3.65 J·m^(-2),界面结合强度较高,界面键合以金属键为主。异相界面能计算表明,LaS/CeS与γ-Fe两相之间的原子匹配错配度越小,界面能越低,原子匹配错配度最小时,界面能分别为-0.58 J·m^(-2)/-3.43 J·m^(-2),计算结果能够为LaS/CeS与γ-Fe之间的晶体学匹配提供能量学依据。

定位测姿系统室外三维动态检定场的几何设计

为检测多传感器组合定位测姿系统的整体精度水平,需建立定位测姿系统室外三维动态检定场,并完善多传感器组合系统的整体精度检定方法。该文提出了定位测姿系统动态检定的基本方法,设计了室外三维动态检定场的几何模型,分析了检定场几何模型的设计指标。使用中国自主研发的某型号高精度多传感器组合定位测姿系统在检定场进行了实际检测,并与检定场静态、动态标定结果进行了对比,结果表明:该系统检测结果与检定场设计参数一致,在使用经典方差和Allan方差等方法对测距、横向、垂向等误差进行统计分析后,能较为准确地反映出该定位测姿系统整体短期精度水平。该检定技术既可作为定位测姿系统整体精度检定的一种手段,还能为行业制定相关仪器检定规范提供方案。