Eine Signalhaltstellung wird regulär herbeigeführt, wenn der Zug, für den das Signal gilt, dieses passiert hat. Der Zug wird dann gedeckt. Fallen vorzeitig die Freigabebedingungen weg, wird das Signal ebenfalls auf Halt gestellt. Hier ist vom irregulären Signalhaltfall die Rede. Bei punktförmigen Zugbeeinflussungssystemen wird die zum Signal gehörende Sendeeinrichtung der Zugbeeinflussung unmittelbar wirksam. Bei linienförmigen Zugbeeinflussungssystemen wie dem European Train Control System (ETCS) in der Ausprägung Level 2 (L2) findet ein kontinuierlicher Informationsaustausch zwischen Fahrzeug und Strecke statt. Im Fall von ETCS L2 erfolgt dies über Funk, was besondere Anforderungen an die Bewertung des Signalhaltfalls stellt. Es wird berechnet, ob das Fahrzeug das Signal sicher passiert hat. In den erforderlichen Übertragungs- und Verarbeitungszeiten wird speziell im deutschen ETCS eine Sicherheitslücke gesehen. Diese wird durch Implementierung mehrerer umfangreicher Berechnungsverfahren innerhalb ETCS kompensiert. Die vorliegende Arbeit analysiert diese Berechnungsverfahren im Detail sowie alle denkbaren Gründe für irreguläre Signalhaltfälle. Es werden Überlegungen angestellt, wie diese Berechnungen vereinfacht werden können und wie es gelingt, alle denkbaren, irregulären Signalhaltfälle bereits direkt durch das Stellwerk zu erkennen. Hierfür bietet die Neuordnung der Produktionssteuerung (NeuPro) neue Stellwerks-Architekturen mit neuen Möglichkeiten, die so bisher nicht bestanden. Auf diesem Weg können auch in Deutschland die Berechnungsverfahren verschlankt sowie Komponenten in der Außenanlage (Achszählpunkte und Balisen) eingespart werden. Es ist technisch sinnvoll, die Berechnungen, unter ETCS so schlank wie möglich zu halten, denn die ETCS-Streckenzentrale (ETCS-Z), die Fahrerlaubnisse verwaltet, kann bei weniger Rechenaufwand mehr Züge führen. Darüber hinaus wird auch ein Blick auf die Haltfallbewertung beim ETCS der Bahnen in benachbarten Ländern geworfen. Des Weiteren wird geprüft, inwieweit die Laufzeitlücke angesichts technischer Weiterentwicklungen verkleinert werden kann. Die Arbeit schließt mit einem Blick in die fernere Zukunft, wenn Abkehr von der klassischen blockzentrischen Fahrzeugortung genommen wird und das Fahren im wandernden Raumabstand das klassische Fahren im festen Raumabstand ablöst. Feste Signalstandorte werden dann der Vergangenheit angehören und somit wird auch keine Haltfallbewertung mehr erforderlich sein. Den Weg dorthin sollen die Impulse dieser Arbeit vereinfachen.:1. Ausgangssituation und Ziele 2. Lösungsansätze zu Vereinfachung oder Entfall der Haltfallbewertung 3. Auswertung und Empfehlung / A signal closure is regularly brought about when the train to which the signal applies has passed it. The train is then covered. If the signal enabling conditions cease to apply prematurely, the signal is also closed. This is called irregular signal closure. In the case of intermittent automatic train control, the transmitting device of the train control system, associated with the signal, becomes effective immediately. With continuous automatic train control systems such as the European Train Control System (ETCS) in Level 2 (L2), there is a continuous exchange of information between the vehicle and the trackside. In the case of ETCS L2, this takes place via radio, which places special demands on the evaluation of the signal closure case. On the one hand, it must be calculated whether the vehicle has passed the signal safely and, especially in the German ETCS, great safety significance is attributed to the transmission and processing time. The resulting safety gap was compensated in the German ETCS by implementing several extensive calculation procedures within ETCS. This thesis analyses these calculation methods in detail as well as all conceivable reasons for irregular signal closures. Considerations are made as to how these calculations can be simplified and how it is possible to detect all conceivable irregular signal stops directly by the interlocking. For this purpose, the reorganisation of production control (Neuordnung der Produktionssteuerung, NeuPro) offers new interlocking architectures with new possibilities that have not existed before. This way, the calculation procedures can also be streamlined in Germany and components such as axle counting points and balises in the external system can be saved on. It makes sense from a technical perspective to keep the calculations under ETCS as lean as possible because the Radio Block Centre (RBC), which administers driving permits, can run more trains with less computing effort. In addition, the ETCS stop case evaluation of the railways in neighbouring countries is described. Furthermore, it is examined to what extent the running time gap can be reduced in view of further technical developments. The thesis concludes with a look into the distant future, when the classic block-centric vehicle location system will be abolished and driving in a wandering space interval will replace the classic driving in a fixed space interval. Fixed signal locations will then be a thing of the past and thus a stop assessment will no longer be necessary. The impulses of this work should simplify the way there.:1. Ausgangssituation und Ziele 2. Lösungsansätze zu Vereinfachung oder Entfall der Haltfallbewertung 3. Auswertung und Empfehlung

Trains are constrained to the railway tracks they operate on. This can be leveraged for absolute train positioning, where a train’s position can be mapped onto a digital track map (DTM). Extensive research has been dedicated to enhancing the accuracy of DTMs. However, certain practical applications necessitate compact DTMs that can be processed and transferred in real-time, thereby introducing a trade-off between accuracy and memory requirements. This study focuses on data reduction techniques for generating compact DTMs, presenting three distinct methods. Equidistantly sampled Cartesian coordinates are the input to all three methods as they employ different approaches: the linear method simplifies the polygonal chain that connects the coordinates, the spline method utilises smoothing B-splines for interpolation, and the geometric method interpolates the coordinates with a cubic spline and analyse the curvature to identify track segments and describe them geometrically. The performance of these methods is evaluated by their compactness in terms of the number of data fields needed, accuracy in representing track length, and the perpendicular distances between the ground truth track and the generated DTM. The compact DTM generation techniques are applied to three evaluation tracks specifically generated for this study, as well as two existing tracks in the Swedish railway network, each with distinct complexities and characteristics. On the evaluation tracks, the geometrical DTM excels when accuracy is prioritised. As greater perpendicular deviations are tolerated, the smoothed spline DTM method outperforms the other techniques in terms of compactness. The linear DTM method is superior when even greater perpendicular deviations are tolerated. On the existing tracks, the linear DTM method is outperforming the other methods in both accuracy and compactness, presumably because of limitations with the used data set. In conclusion, the choice of technique for generating compact DTMs depends on multiple factors, including the characteristics of the track and the desired level of accuracy. / Tåg är bundna till de järnvägsspår de trafikerar. Detta innebär att tågets digitala position kan förfinas genom att knyta tågets sensorinformation till en position på en digital spårkarta. Tidigare forskning har fokuserat på att förbättra precisionen i digitala spårkartor. Eftersom en del praktiska användningsområden av digitala spårkartor kräver att kartan är kompakt för att kunna bearbetas och överföras i realtid, uppstår en avvägning mellan precision och minneskrav. Denna studie fokuserar således på olika tekniker för datareduktion som kan användas för att generera kompakta spårkartor. Tre metoder tillämpas som alla använder samplade koordinater längs med järnvägsspåret som indata. Den linjära metoden förenklar det polygontåg som förbinder koordinaterna. I spline-metoden används utjämnande splines för att interpolera koordinaterna. Den geometriska metoden interpolerar koordinaterna med en kubisk spline och använder kurvaturen i splinen för att identifiera spårsegment och beskriva dessa geometriskt. De tre metoderna utvärderas och jämförs utifrån en analys avseende kompakthet, avvikelse från järnvägsspårets egentliga längd samt genom att mäta de vinkelräta avstånden mellan det riktiga spåret och spåret i den digitala spårkartan. Tre tågspår har skapats syntetiskt för att utvärdera de tre metoderna. Dessutom har två tågsträckor längs med Kinnekullebanan och Södra stambanan valts ut. Analysen visade att den geometriska spårkartan var mest kompakt på de syntetiska tågspåren när precision prioriterades högst. När kraven på precision minskades var spline-kartan mest kompakt på de syntetiska spåren. Däremot var den linjära metoden mest kompakt när kompakthet prioriterades över precision. Den linjära metoden var dominant med avseende på både precision och kompakthet på Kinnekullebanan och Södra stambanan, troligtvis på grund av begränsningar med den data över järnvägen som använts. Slutsatsen från denna studie är att valet av teknik för att generera kompakta spårkartor beror på flera faktorer, inklusive järnvägsspårets egenskaper och krav på precision.

<p dir="ltr">This thesis concentrates on the improvement of the quality of shock-dominated flows in supersonic inlets by controlling shock wave / boundary layer interactions (SWBLIs). SWBLI flow control has been a major issue relevant to scramjet-associated endeavors for many years. The ultimate goal of this study is to numerically investigate SWBLI flow control through the application of steady-state thermal sources --- which were defined to replicate the Joule heating effect produced by Quasi-DC electric discharges --- and compare the results with data obtained from previous experiments.</p><p dir="ltr">Numerical solutions were obtained using both a three-dimensional, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) solver with a Spalart-Allmaras (SA) Detached Eddy Simulation (DES) turbulence modeling method and also a simple three-dimensional, compressible RANS solver with a SA turbulence model. Computations employed an ideal gas thermodynamic model. The numerical code is Stanford University Unstructured (SU2), an open-source, unstructured grid, computational fluid dynamics code. The SU2 code was modified to include volumetric thermal source terms to represent the Joule heating effect of electric current flowing through the gas. The computational domain, source term configuration, and flow conditions were defined in accordance with experiments carried out at the University of Notre Dame. Mach 2 flow enters the three-dimensional test domain with a stagnation pressure of 1.7 bar. The test domain is contained by four isothermal side walls maintained at room temperature, as well as an inlet and outlet. A shock wave (SW) generator, a symmetric 10 degree wedge, is positioned on the upper surface of the test domain. The overall length of the test sections is 910 mm and inlet length of the computational domain is increased prior to the location of shock wave generator in order to allow for adequate boundary layer growth. Volumetric heating source terms were positioned on the lower surface of the test domain in the reflected SW region.</p><p dir="ltr">Experimental results show that the thermal sources create a new shock train within the duct and do not initiate significant additional pressure losses. What remains to be explored is the overall characterization of the 3D flow features and dynamics of the thermally induced SW and the effect of gas heating on total pressure losses in the test section.</p><p dir="ltr">Numerical solutions validate what is observed experimentally, and offer the ability to gather more temporally and spatially-resolved measurements to better understand and characterize shock-dominated flow control in a supersonic inlet or duct. Although thermally driven SWBLI flow control requires additional research, this study alleviates the dependency on experimentally driven data and adds insight into the nature of the complex unsteady, three-dimensional flowfield.</p>

Today, energy efficiency is an increasingly important question in which progress is accelerating. One of the high electricity demand energy users is public transport. In addition, passenger satisfaction with thermal comfort is an important parameter. Consequently, it is essential to consider thermal comfort in combination with the energy-saving measures of thermal-related functions. Unfortunately, there have not been a lot of investigations into improving the energy efficiency of the thermal-related functions on commuter trains, where most of the focus has been on traction energy. The first part consisted of a literature study to explore thermal-related functions, energy saving, and thermal comfort of commuter trains. At least three articles have utilized the methodology of evaluating energy measures in IDA ICE; however, none of them has considered door openings that are frequent on commuter trains. The literature study concluded which efficiency measures can be applicable for short-haul distance trains and typical approaches to evaluating thermal comfort. A commuter train is a complex and transient thermal environment, with passengers entering and leaving the train in short intervals, airflows, temperature fluctuations, and the train's movement. Simplifications of the model were made to simulate the average ambient conditions. To validate and adapt the IDA ICE model, experimental measurements were done during the winter season using a thermal camera, air speed, and temperature measurements. The model was validated through experimental measurements and data analysis. In addition, data analysis was used for evaluating some of the energy measures through available live and history-data of the train fleet. The energy efficiency measures, which are quantifiable, have been quantified using the simulation model in combination with the data-analysis. Three categories of energy-saving measures are proposed: easily implementable, medium, and measures that require physical changes of the train components. Parking mode has a lot of saving potential of 34 % of annual energy compared to baseline. With a reversible heat pump of 11 kW, heating energy saving of 43 %, and 40 % energy coverage could be obtained, with the potential for up to 100 % energy coverage but being in the category of hard to implement. Door opening reduction with a potential saving of 11 000 kWh per train in annual energy, as compared to the baseline simulated model, being in the category of easy to implement. Balancing temperature heating shutdown could save between 3 100 to 9 500 kWh per train. A setpoint temperature of 18°C could save 16.5 %, and a variable temperature setpoint curve was proposed with similar savings. Ventilation control was among those measures with the highest potential; recirculation, CO2 and temperature-controlled ventilation heating energy saving of 31 % was simulated. Thermal comfort was improved in the measures affecting thermal conditions. With a setpoint temperature of 18°C during winter and based on clothing values derived from the literature study, an improvement of thermal comfort was observed in the PMV scale for thermal comfort. With combined energy efficiency measures, the simulation results showed a reduction of heating energy of 59 %, and in addition the fan power consumption could be reduced in magnitude of up to 12 000 kWh per train and year. Finally, further suggestions on research within the area were proposed, mainly to make more long-time measurements and to improve the possibility of energy follow-up by improving the data channels and available information. / Idag är energieffektivitet en viktigare fråga där framstegen har accelererat. En av energiförbrukarna med hög efterfrågan på elektricitet är kollektivtrafiken. Passagerarnas tillfredsställelse av termisk komfort är en viktigt parameter. Följaktligen är det viktigt att analysera termisk komfort i kombination med energibesparingsåtgärder. Det har inte gjorts mycket tidigare forskning inom att förbättra energieffektivitet inom termiska funktionerna på pendeltåg i Sverige, främst har fokus varit på energi för framförandet av fordonen. Den första delen av projektet bestod av en litteraturstudie för att få en uppfattning av vilka typer av energibesparingsåtgärder som är lämpliga för kortdistanståg som också skiljer sig mycket från långdistanståg. Tre artiklar hittades som har använt IDA ICE för att utvärdera energiåtgärder på tåg, men ingen av dem har tagit hänsyn till dörräppningar som är väldigt frekventa på pendeltåg. Flera metoder undersöktes för att bedöma termisk komfort och för att bygga upp en modell och validera den.  Ett pendeltåf är en komplex och transient termisk miljö, där passagerarna går in och lämnar tåget i relativt korta tidsintervall jämfört med långdistanståg. Men det ansågs fortfarande tillräckligt långa tidsintervall för att kunna använda PMV för att bedöma termisk komfort. Jämfört med en byggnad, så sker det stora temperatur-fluktuationer, variationer i antal passagerare, och en kontinuerlig förflyttning av tåget med nya omgivningsförhållanden. För att validera och anpassa IDA ICE-modellen gjordes experimentiella mätningar under vintersäsongen med hjälp av värmekamera, lufthastighetsmätning och temperaturmätning. Modellen kunde valideras med till exempel yttertemperaturer, energisignatur från dataanalys, och hur långt tid det tar för modellen att tappa temperaturen jämfördes med ett liknande tåg, X61. Dessutom användes dataanalys för att utvärdera några av energiåtgärderna. Energieffektivitetsåtgärdena som är kvantifierbara, har simulerats för hur mycket energibesparingspotential som finns.  Tre kategorier av energibesparingsåtgärder föreslås, lätt genomförbara, medelsvåra, och svåra där fysiska förändringar av tågkomponenterna krävs. Parkeringsläge har stor energibesparingspotential på 34% av den årliga uppvärmningsenergin jämfört med bas-scenariot. Reversibel värmepump på 11 kW, har värmeenergibesparingspotential på 43% och 40% enegitäckning, med stor potential för upp till 100% energitäckning, men i kategorin svår att implementera. Manuellt öppningsbara dörrar på vintern har besparingspotential i värmeenergi på 11 000kWh per tåg, jämfört med bas-scenariot. Balanstemperatur har besparingspotential på 3100 till 9500 kWh per tåg. Börvärdetemperatur på 18 °C jämfört med 20°C kan spara 16.5% värmeenergi, samt så föreslogs en variabel temperaturkurva. Med en börvärdetemperatur på 18°C under vintern, baserat på bärden av isolering av kläder från litteraturstudien, observerades en föbättring av termiska komforten i PMV-skalan för termisk komfort. Med kombinerade energieffektivitetsåtgärder visade simuleringsresultaten en minskning av värmeenergi med 59%, och dessutom kunde fläktarnas energianvändning minskas i storleksordning om upp till 12 000 kWh per tåg och år.  Slutligen föreslogs ytterligare förslag på forskning inom området, främst att göra fler långtidsmätningar och förbättra möjligheten till energiuppföljning genom att förbättra datakanalerna och tillgänglig information.

No description available.

No description available.

Denna uppsats undersökte vad som påverkade Malmö högskolas studenter i sina val av tåg- eller flygresor mellan Malmö och Stockholm. Uppsatsen föreslog fyra hypoteser som undersöktes maximering av fritid, ersättningsvaror, komfort samt miljöhänsyn. Data samlades in genom att utforma och dela ut en enkät till 248 elever som analyserades statistiskt. Miljöhänsyn visade sig ha mindre inflytande på valet av resesätt än de andra undersökta faktorerna, ett resultat i linje med tidigare forskning. Kostnaden visade sig vara den viktigaste faktorn. Tågresande var mer vanligt bland den undersökta populationen än i den svenska befolkningen. Resultaten var associerade med osäkerhet eftersom populationen var troliga att ändra resesätt efter avslutade studier. Syftet med uppsatsen var att göra en initial mätning av ovanstående variabler som kan användas i framtida studier med fokus på generationsskifte. / This thesis investigated what influenced student at Malmö Högskola in their choice of train or plane travel between Malmö and Stockholm. The thesis proposed four hypotheses that were investigated: maximization of leisure time, substitute goods, comfort and environmental concern. Data was collected by manufacturing and distributing a questionnaire to 248 students which was analyzed statistically. Environmental concern was found to have less of an influence on the choice of travel means than the other investigated factors, a result consistent with previous research. Cost was found to be the most important factor. Train travel was more common among the sampled population than in the Swedish population. The results were associated with some uncertainty as the population was likely to change their choice of travel means after graduation. The thesis aimed to carry out an initial measurement of the above variables to allow the resulting material to be used in future studies with a generational replacement approach.

The main purpose of this Master Thesis is to investigate how front-facing, train-mounted cameras and Computer Vision, a type of Artificial Intelligence (AI), can be used to compensate for GPS inaccuracies. By using footage from track-recording cameras, Computer Vision can be utilized to determine the number of tracks and the track occupancy of the train, which would compensate GPS inaccuracies in the lateral positioning. GPS usage in railway applications is rare, however, an AI-based positioning system would facilitate the usage of GPS for higher capacity and better utilization of current railway infrastructure. This is especially interesting for ERTMS, a European effort to create a standardized signalling system while simultaneously increasing capacity, where potential for an AI-based positioning system can be found in both ERTMS level 2 and level 3. Two Computer Vision models were created, based on two different methods. Images for both models were collected from YouTube videos of train trips recorded with train-mounted cameras. In the first model, the images were labelled according to the number unoccupied adjacent tracks. For example, a left-track occupancy of a double track section would be labelled “01”. The model architecture was based on Convolutional Neural Networks (CNN), a type of AI algorithm specifically developed for image processing, where every pixel in each image was analysed to find patterns corresponding to each label. In the second model, Python software was utilized to manually label every track with bounding boxes. The purpose of the bounding boxes was to demarcate the tracks within the images. Thus, the latter employed strategy did not require the labelling of both the number of tracks and their position. However, it was magnitudes more time consuming. The model was trained using YOLOv3 real-time object detection, a system perfectly fit for real-time track detection. The first model, which was limited to a recognition of up to four tracks, had a 60 % accuracy. The results were adequate considering the unfit method used to train the model and detect tracks. It was not further considered, as the discovery of the second method involving YOLOv3 resulted a more suitable model for the task. The second model was limited to a recognition of up to three tracks due to limited availability of processing power, computer memory, and time. The performance of the second model was evaluated using clips of different track scenarios.  In summary, the second model performed well in the following scenarios:  ·        Main-track detection in any environment.  ·        Side-track recognition in simple environments.  It performed mediocre in the following scenarios:  ·        Medium-illuminated tunnels.  ·        Tracks seen through windscreens obscured by water droplets.  ·        Side-track detection in complex environments.  It performed poorly in the following scenarios: ·        Low-illuminated tunnels.  ·        Bright tunnel exits.  ·        Side-track detection in snowy conditions. In conclusion, it is possible to create a computer-vision model for track recognition. Although the results presented in this thesis are promising in certain scenarios, the image dataset is far too limited. Only approximately 350 labelled images were available for the model training. To develop a full-scale AI-based positioning system, many more images must be used to fully encapsule all the possible track scenarios. Furthermore, numerous technical specifications must be defined for the development of such a large-scale system, such as camera type (normal, thermal, event-based, lidar etc.), system design, safety analysis, system evaluation strategy etc. Nevertheless, if the development of an AI-based positioning system is successful, it can transition to become a future full-scale railway system of autonomous freight, passenger, and shunting operations. / Syftet med denna Masteruppsats är att undersöka hur hyttmonterade tågkameror tillsammans med datorseende, en typ av Artificiell Intelligens (AI), kan användas för att kompensera bristande GPS-positionering. Genom att använda kameror som kontinuerligt filmar framförvarande räls från tåghytten, kan datorseende utnyttjas för att avgöra antalet spår vid tågets aktuella position, samt vilket spår tåget belägger, och på så sätt kompensera eventuella GPS-felaktigheter i tågets laterala position. Användning av GPS inom järnvägens signalsystem är sällsynt, då tekniken inte är särskilt beprövad i signaltekniska syften. Det skulle emellertid kunna främjas genom att introducera ett AI-baserat signalsystem i syfte att höja järnvägens kapacitet och öka utnyttjandegraden av befintliga banor. I synnerhet när det kommer till utvecklingen av ERTMS kan ett AI-baserat signalsystem vara av intresse, då det finns potentiella tillämpningsområden för både ERTMS level 2 och level 3. Två olika modeller för datorseende utvecklades, baserat på två olika metoder. Bildmaterial för båda modellerna togs från YouTube-klipp innehållande inspelningar från hyttmonterade kameror. För den första modellen kategoriserades bilderna i enlighet med antalet fria intilliggande spår. Exempelvis skulle ett vänster-belagt dubbelspår kategoriseras ”01”. Modellarkitekturen baserades på Convolutional Neural Networks (CNN) en AI-algoritm specialanpassad för bland annat bildanalysering, där alla pixlar i varje bild analyserades i syfte att upptäcka mönster mellan bilderna och dess kategori. I den andra modellen användes Python-programvara för att manuellt kategorisera varje spår med en så kallad avgränsningsruta. Avgränsningsrutorna användes i syfte att urskilja spåren från resterande del av bilderna. Kategorisering i enlighet med antalet fria intilliggande spår krävdes således inte, däremot ökade tidsåtgången för kategorisering markant. Modellen tränades med ”YOLOv3 real-time object detection”, ett verktyg speciellt framtaget för bildanalys i realtid, vilket passade perfekt för spårdetektering i realtid. Den första modellen begränsades till igenkänning av maximalt fyra spår och hade 60 % precision. Resultatet var tillfredsställande med tanke på den olämpliga modell som användes för träning samt detektering av spår. Utvecklingen av denna modell avstannades då ett bättre system för spårdetektering baserat på YOLOv3 upptäcktes. Den andra modellen, baserad på YOLOv3 begränsades till igenkänning av maximalt tre spår, då tillgängligheten av processorkraft, lagringsutrymme och tid var begränsad. Precisionen av denna modell bedömdes med hjälp av korta klipp på olika spårmiljöer.  Sammanfattningsvis presterade modellen bra i följande scenarion: ·        Huvudspårsdetektering i alla typer av miljöer ·        Sidospårsdetektering i enkla miljöer Modellen presterade mediokert i följande scenarion: ·        Spårdetektering i halvmörka tunnlar ·        Vindrutor täckta med vattendroppar ·        Sidospårsdetektering i avancerade miljöer Modellen presterade mycket dåligt i följande scenarion: ·        Spårdetektering i mörka tunnlar. ·        Spårdetektering i ljusa tunnelportaler. ·        Sidospårsdetektering i snöförhållanden. Ur detta kan slutsatsen dras att det är fullt möjligt att skapa ett signalsystem baserat på datorseende. Fastän de resultat som presenterats i denna masteruppsats tyder på god prestanda i vissa scenarion, kan det inte uteslutas att storleken på det använda bildmaterialet inte är adekvat.  Endast cirka 350 kategoriserade bilder användes. För en fullskalig utveckling av ett AI-baserat positioneringssystem måste många fler bilder tas i beaktning, för att säkerställa en inkludering av så många spårmiljöer som möjligt. Dessutom måste åtskilliga tekniska specifikationer definieras, så som kameratyp (vanlig kamera, värmekamera, eventbaserad kamera, Lidar osv.), systemdesign, säkerhetsanalys, systemutvärderingsstrategi osv. Om däremot utvecklingen av ett AI-baserat signalsystem lyckas, kan det vidareutvecklas till ett framtida fullskaligt signalsystem för autonoma passagerar- och godståg samt autonoma rangerlok.

In this thesis a train-track-bridge interaction (TTBI) model is developed in order to study the dynamic amplification from track irregularities on railway bridges traversed by freight trains. These simulations are of great importance since rail freight transport is expected to increase in order to meet the climate goals. The shift of the freight industry is however not accomplished without complications, because of the heavier and more frequent transportation higher demand is put on the infrastructure supporting the railways. In order to adequately assess the bearing capacity of the railway bridges, more detailed models assessing the dynamic behavior of the bridges are needed. The research underlying the current model in Eurocode were made during the 1970s (ORE, 1976) and the 1990s (ERRI, 1999) which were based on very simplified relations of the interaction and irregularities. Two research questions are therefore established in this thesis. The first one is if the current dynamic amplification factor in Eurocode which accounts for track irregularities is over conservative and secondly if the same factor is suitable to utilize for both section forces and deflections. The model developed in order to answer the stated research questions is a 2D model (considering only vertical excitation) with a linearized Hertz contact spring coupling the vehicle subsystem to the track-bridge system. The bridges examined in the thesis are limited to simply supported bridges with a span length between 4-20 m carrying a ballasted track. The studied train speeds vary between 60 - 120 km/h in order to replicate the speed range utilized by freight trains. The quality of the track (irregularities) is varied between a standard variation of 0.5-5 mm and is generated based on the German power spectral density (PSD) function. Research have previously been carried out in the field of TTBI system but have mostly been focusing on high-speed railway engineering and few studies have been performed on heavy transportation. One of the pioneers in the field of TTBI modelling is Wanming Zhai and the model developed in this thesis is validated against one of his 2D models. Based on the simulations performed in this thesis it is evident that the current model in Eurocode EN 1991-2 is over conservative and in great need of a revision. The model presented in this thesis is for the case with the largest dynamic amplification (120 km/h and a 4 m span length) significantly lower than the model presented in Eurocode. From the sensitivity analysis it is possible to conclude that many of the parameters in the system have low influence on the dynamic amplification while others have considerable influence. The parameters that have a considerable influence might be more suitable with a probabilistic approach instead of a deterministic which was utilized in this thesis. / I denna avhandling upprättas en tåg-spår-bro interaktionsmodell i syfte att studera den dynamiska förstorningsfaktorn som uppkommer av ojämnheter från spåret för järnvägsbroar trafikerade av godståg. Dessa typer av simuleringar är viktiga då järnvägstransporter förväntas öka för att klara av att möta de klimatmål som fastställts. Denna ökning av järnvägstransporter genomförs dock inte utan problem. Ökningen medför fler och tyngre transporter vilket skapar problem för järnvägsinfrastrukturen (främst broarna). För att med säkerhet kunna fastställa bärförmågan hos broarna, behövs mer avancerade modeller än de som idag finns i Eurokod. Modellerna som finns angivna i Eurokod bygger på forskning genomförd under 70- (ORE, 1976) och 90-talet (ERRI, 1999), där det användes väldigt förenklade interaktions- och ojämnhets-modeller. På grund av detta har två frågeställningar upprättats. Den första är om den dynamiska förstoringsfaktorn som används i Eurokod för att ta hänsyn till ojämnheterna i spåret är överdrivet konservativ och den andra är om samma faktor är lämplig att använda för både snittkrafter och nedböjning. Modellen som upprättats för att besvara dessa forskningsfrågor är en 2D modell (vertikalt led) med en linjäriserad Hertz kontaktfjäder för att koppla samman fordonet med spår-bro systemet. Broarna som har studerats i denna avhandling är endast fritt upplagda broar med en spannlängd mellan 4-20 m med ballasterat spår. Tåg-hastigheten har varierats mellan 60-120 km/h i syfte att simulera relevanta hastigheter för godståg. Spårkvalitén (ojämnheterna) har beskrivits m.h.a. standardavvikelsen från det perfekta spårläget och har varierats mellan 0.5-5 mm. Dessa ojämnheter har genererats baserat på den tyska power spectral density (PSD) funktionen. Tidigare forskning har utförts inom ämnet tåg-spår-bro interaktion men med huvudsaklig fokus på höghastighetståg/resonans-beteenden och få studier har genomförts på godståg. En av föregångsmännen inom ämnet är Wanming Zhai, och modellen som upprättas i denna avhandling har därav validerats mot hans 2D modell. Baserat på simuleringarna i denna avhandling är det tydligt att den nuvarande modellen som används i Eurokod EN 1991-2 är överdrivet konservativ och i stort behov av en uppdatering. Det fall med stört dynamisk förstoringsfaktor (120 km/h och en spannlängd på 4 m) som behandlas i denna rapport är avsevärt lägre än det som återfinns i Eurokod. Från känslighetsanalysen som genomfördes kunde det fastställas att många av parametrarna i systemet har en låg inverkan på förstoringsfaktorn. För parametrarna som dock hade inflytande skulle ett probabilistiskt angreppssätt kunna vara mer passande än det deterministiska som använts i denna avhandling.

This research formulates and implements a novel closed-loop optimal control system that drives a train between two stations in an optimal time, energy efficient, or mixed objective manner. The optimal controller uses sensor feedback from the train and in real-time computes the most efficient control decision for the train to follow given knowledge of the track profile ahead of the train, speed restrictions and required arrival time windows. The control problem is solved both on an open track and while safely driving no closer than a fixed distance behind another locomotive. In contrast to other research in the field, this thesis achieves a real-time capable and embeddable closed-loop optimization with advanced modeling and numerical solving techniques with a non-linear optimal control problem. This controller is first formulated as a non-convex control problem and then converted to an advanced convex second-order cone problem with the intent of using a simple numerical solver, ensuring global optimality, and improving control robustness. Convex and non-convex numerical methods of solving the control problem are investigated and closed-loop performance results with a simulated vehicle are presented under realistic modeling conditions on advanced tracks both on desktop and embedded computer architectures. It is observed that the controller is capable of robust vehicle driving in cases both with and without modeling uncertainty. The benefits of pairing the optimal controller with a parameter estimator are demonstrated for cases where very large mismatches exists between the controller model and the simulated vehicle. Stopping performance is consistently within 25cm of target stations, and the worst case closed-loop optimization time was within 100ms for the computation of a 1000 point control horizon on an i7-6700 machine. / Thesis / Master of Applied Science (MASc) / This research formulates and implements a novel closed-loop optimal control system that drives a train between two stations in an optimal time, energy efficient, or mixed objective manner. It is deployed on a commuter vehicle and directly manages the motoring and braking systems. The optimal controller uses sensor feedback from the train and in real-time computes the most efficient control decision for the train to follow given knowledge of the track profile ahead of the train, speed restrictions and required arrival time windows. The final control implementation is capable of safe, high accuracy and optimal driving all while computing fast enough to reliably deploy on a rail vehicle.