Position calculation models by neural computing and online learning methods for high-speed train

计算机科学 人工神经网络 自适应神经模糊推理系统 反向传播 梯度下降 稳健性(进化) 火车 人工智能 均方误差 机器学习 模糊逻辑 模糊控制系统 地理 化学 统计 基因 地图学 生物化学 数学
作者
Dewang Chen,Xiaojie Han,Ruijun Cheng,Lixing Yang
出处
期刊:Neural Computing and Applications [Springer Nature]
卷期号:27 (6): 1617-1628 被引量:17
标识
DOI:10.1007/s00521-015-1960-6
摘要

For high-speed trains, high precision of train positioning is important to guarantee train safety and operational efficiency. By analyzing the operational data of Beijing---Shanghai high-speed railway, we find that the currently used average speed model (ASM) is not good enough as the relative error is about 2.5 %. To reduce the positioning error, we respectively establish three models for calculating train positions by advanced neural computing methods, including back-propagation (BP), radial basis function (RBF) and adaptive network-based fuzzy inference system (ANFIS). Furthermore, six indices are defined to evaluate the performance of the three established models. Compared with ASM, the positioning error can be reduced by about 50 % by neural computing models. Then, to increase the robustness of neural computing models and real-time response, online learning methods are developed to update the parameters in the last layer of neural computing models by the gradient descent method. With the online learning methods, the positioning error of neural computing models can be further reduced by about 10 %. Among the three models, the ANFIS model is the best in both training and testing. The BP model is better than the RBF model in training, but worse in testing. In a word, the three models can reduce the half number of transponders to save the cost under the same positioning error or reduce the positioning error about 50 % in the case of the same number of transponders.

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