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A Novel Tracking-by-Detection Method with Local Binary Pattern and Kalman Filter

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Journal of Harbin Institute of Technology(New Series) 2018年第3期25卷 74-87页

作者： Zhongli Wang Chunxiao Jia baigen cai Litong Fan Chuanqi Tao Zhiyi Zhang Yinling Wang Min Zhang Guoyan Lyu School of Electronics and Information Engineering Beijing Jiaotong University CSR Qindao Sifang Co. Ltd.

Tracking-Learning-Detection( TLD) is an adaptive tracking algorithm,which tracks by learning the appearance of the object as the video progresses and shows a good performance in long-term tracking *** our experiments show that under some scenarios,such as non-uniform illumination changing,serious occlusion,or motion-blurred,it may fails to track the object. In this paper,to surmount some of these shortages,especially for the non-uniform illumination changing,and give full play to the performance of the tracking-learning-detection framework, we integrate the local binary pattern( LBP) with the cascade classifiers,and define a new classifier named ULBP( Uniform Local Binary Pattern) classifiers. When the object appearance has rich texture features,the ULBP classifier will work instead of the nearest neighbor classifier in TLD algorithm,and a recognition module is designed to choose the suitable classifier between the original nearest neighbor( NN) classifier and the ULBP classifier. To further decrease the computing load of the proposed tracking approach,Kalman filter is applied to predict the searching range of the tracking object.A comprehensive study has been conducted to confirm the effectiveness of the proposed algorithm (TLD _ULBP),and different multi-property datasets were used. The quantitative evaluations show a significant improvement over the original TLD,especially in various lighting case.

关键词： Tracking-Learning-Detection (TLD) local binary pattern (LBP) Kalman filter

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基于GPS的列控轨道地图数据生成方法研究

测绘学报 2011年第1期40卷 111-117页

作者：刘江蔡伯根唐涛王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

为满足列车运行控制及列车定位不同层次的需求,将轨道地图数据分为轨道专用数据、轨道线路数据及地形环境数据,并对轨道地图线路数据按照不同尺度划分为特征点层及插值点层,形成列控轨道地图结构。针对原始GPS地图测量数据,采用多点加... 详细信息

为满足列车运行控制及列车定位不同层次的需求,将轨道地图数据分为轨道专用数据、轨道线路数据及地形环境数据,并对轨道地图线路数据按照不同尺度划分为特征点层及插值点层,形成列控轨道地图结构。针对原始GPS地图测量数据,采用多点加权距离检验及Kalman估计差值检验实现错误数据剔除;根据轨道曲线特征对原始数据进行划分,通过在各划分段内动态调整约减限差,选取一定数量的轨道线路特征点在低尺度上实现轨道线路描述;基于所求得特征点,采用三次B样条曲线反算生成拟合曲线,并按照一定的距离分辨率进行等距离插值,在高尺度上细化轨道曲线特性;通过地图数据点里程信息补充,完整实现列控轨道地图数据的生成。青藏线实测数据计算结果表明,该方法计算简单,易于工程实现。

关键词：轨道地图数据 GPS 列车运行控制数据约减三次B样条

列车运行控制系统多分辨率模型输出信息一致性维护方法研究

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铁道学报 2016年第2期38卷 82-88页

作者：苟晨曦蔡伯根苗扬北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

采用多分辨率建模理论,能够建立不同侧重点的多个列控系统仿真模型,多个分辨率模型对于同一对象进行描述的过程中,需要保证多分辨率模型的一致性。为了保证列控系统多分辨率模型输出信息的一致性,提出基于本体映射的输出信息一致性维护... 详细信息

采用多分辨率建模理论,能够建立不同侧重点的多个列控系统仿真模型,多个分辨率模型对于同一对象进行描述的过程中,需要保证多分辨率模型的一致性。为了保证列控系统多分辨率模型输出信息的一致性,提出基于本体映射的输出信息一致性维护方法。针对映射元素的一致性重要程度,提出基于AHP的评价方法,并对于列控系统多分辨率模型的输出信息,进行方法的实现。通过强制插入不一致事件,验证本文提出的一致性维护方法的有效性。

关键词：列车运行控制系统多分辨率模型模型输出一致性

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基于激光雷达的铁路轨道检测方法

中南大学学报（自然科学版） 2020年第2期51卷 560-566页

作者：郭子明蔡伯根姜维北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

利用激光雷达采集的距离信息,提出一种基于轨道横向与纵向几何特征的轨道检测方法。首先,在激光雷达的单次扫描数据中,根据轨道对周围环境的遮挡特性及高度跳变,完成对可能的轨顶关键点的检测;其次,构建轨道横截面模型,通过模型匹配的... 详细信息

利用激光雷达采集的距离信息,提出一种基于轨道横向与纵向几何特征的轨道检测方法。首先,在激光雷达的单次扫描数据中,根据轨道对周围环境的遮挡特性及高度跳变,完成对可能的轨顶关键点的检测;其次,构建轨道横截面模型,通过模型匹配的方式剔除前期的误检并确定最终轨道位置;最后,考虑轨道的纵向连续性和单轨之间的轨距、平行性特征,对轨顶检测点间进行关联形成轨道区段。研究结果表明:纵向单轨聚类及轨道横向关联可显著减少错误检测,最终轨道检测召回率为83.0%~97.5%,准确率为93.3%~97.9%。

关键词：轨道检测列车车载定位模型匹配关联激光雷达

基于GPS与惯性测量单元的列车组合定位系统

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中国铁道科学 2010年第1期31卷 123-129页

作者：刘江蔡伯根唐涛王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

采用GPS接收机及惯性测量单元构成列车组合定位系统,系统包括传感器输入层、故障检测与隔离层、数据融合层和输出层4个部分。给出GPS接收机、惯性测量单元等定位传感器的位置解算方法;设计采用H∞鲁棒滤波方法的数据融合算法;采用小波... 详细信息

采用GPS接收机及惯性测量单元构成列车组合定位系统,系统包括传感器输入层、故障检测与隔离层、数据融合层和输出层4个部分。给出GPS接收机、惯性测量单元等定位传感器的位置解算方法;设计采用H∞鲁棒滤波方法的数据融合算法;采用小波变换方法进行组合系统故障检测,确定故障隔离及系统重构策略。对列车组合定位系统进行现场测试和仿真验证结果表明:在复杂的列车运行环境及干扰条件下,该系统能够实现高精度高可靠性的列车定位;定位误差较采用传统的Kalman滤波方法更为稳定;组合系统能够有效实现故障检测并根据故障隔离策略重构系统,保证定位输出的连续性,保障系统安全;具有较高的适应性和实际应用价值。

关键词：列车定位组合定位惯性测量单元 GPS 数据融合故障检测与隔离

基于多星座卫星定位与惯性导航全状态融合的列车组合导航系统

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铁道学报 2022年第11期44卷 45-52页

作者：王剑凌浩姜维蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角... 详细信息

目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角的测量;在传统松组合基础上加入双天线测姿结果,利用Kalman滤波实现对INS位置、速度、姿态的全状态矫正。为了验证本系统的有效性,在运行的列车上进行实验。实验结果表明:基于GPS/BDS的测姿系统相较于单GPS系统具有更高的稳定性和精度,全状态组合可以有效抑制INS姿态漂移,使得列车位置、速度测量精度有一定的提升。

关键词：多星座姿态测量全状态组合导航

LSSVM增强的受限环境列车定位精度优化方法

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铁道学报 2022年第1期44卷 65-70页

作者：姜维余义志蔡伯根王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

GNSS/INS是目前较为理想的定位组合方式,但在GNSS信号较长时间缺失的情况下INS的定位误差会逐渐发散。为解决此问题提出一种针对卫星信号受限环境的LSSVM增强列车组合定位方法,并在青藏铁路线应用试验。试验结果表明:LSSVM增强列车组合... 详细信息

GNSS/INS是目前较为理想的定位组合方式,但在GNSS信号较长时间缺失的情况下INS的定位误差会逐渐发散。为解决此问题提出一种针对卫星信号受限环境的LSSVM增强列车组合定位方法,并在青藏铁路线应用试验。试验结果表明:LSSVM增强列车组合定位方法能够有效提高组合导航系统在GNSS信号缺失情况下的定位精度,且相比于单独的INS,定位精度提高近80%,位置误差达到2 m之内,可以满足较高精度的列车定位需求,具有良好的工程应用价值。

关键词：列车定位组合导航最小二乘支持向量机

基于北斗3号PPP-B2b信号的实时精密单点定位方法研究

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铁道学报 2024年第2期46卷 63-73页

作者：邓陈喜姜维王剑蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PP... 详细信息

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PPP结果,并利用实测数据对PPP-B2b轨道及钟差修正量级、实时PPP性能进行分析。20 min实验结果表明:实时动态PPP的北向定位精度为0.4172 m,东向定位精度为0.3041 m;实时静态PPP的北向定位精度为0.1005 m,东向定位精度为0.1741 m。基于PPP-B2b服务的实时PPP具有时效性优势,静态性能优于传统基于IGS精密产品的PPP,动态性能与之相当。

关键词： PPP-B2b 列车定位实时精密单点定位

基于GPS/BDS组合的网络RTK列车定位方法研究

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铁道学报 2023年第2期45卷 75-83页

作者：王剑孙凯悦姜维蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

在低密度列车运行控制系统上,为尽可能精简轨旁设备,降低维护成本需求,卫星定位已成为铁路列车位置服务的重要支撑。载波相位差分(RTK)是卫星定位系统中用于提高定位精度和减少终端成本的主要方式。结合铁路线路的一维属性与长距离、高... 详细信息

在低密度列车运行控制系统上,为尽可能精简轨旁设备,降低维护成本需求,卫星定位已成为铁路列车位置服务的重要支撑。载波相位差分(RTK)是卫星定位系统中用于提高定位精度和减少终端成本的主要方式。结合铁路线路的一维属性与长距离、高速率运行的特点,在常规RTK基础上,采用基于多基站网络的虚拟参考站(VRS)技术,以扩大系统定位服务范围和提高系统可靠性。通过统一GPS与BDS的时间和坐标系统,选择高度角联合信噪比随机模型,以及进行扩展卡尔曼滤波和整周模糊度快速固定,最终提供基于VRS的双星座网络RTK可靠定位结果。此外,还综合评估了在后处理模式下不同类型精密星历产品代替广播星历对定位精度的影响。

关键词：列车定位网络RTK VRS 双星座组合精密星历