公示期为5天，凡在公示期内任何单位或者个人对推荐项目的创新性、先进性、实用性及推荐材料的真实性及项目完成人、完成单位及排序持有异议的，可以书面向科技处提出，并提供必要证明文件。科技处联系人及联系电话：孙铭壑、马跃，51684647、51688043。
根据相关要求，为了便于核实、查证，确保实事求是、公正地处理异议，提出异议的单位或者个人，应当表明真实身份，凡匿名异议和超出期限的异议一般不予受理。
特此公示。
北京交通大学科技处
2015年8月6日
附件
项目名称：新能源车辆电池管理系统关键技术及应用
项目简介：
新能源汽车和轨道交通车辆被列入我国七大战略新兴产业，是“中国制造2025”的重要组成部分。作为新能源车辆的关键技术，动力电池及其应用是各国竞相占领的技术制高点，对自主突破新能源车辆技术瓶颈至关重要。本项目在国家“863”计划、国家自然科学基金及省部级项目支持下，经过14年攻关，解决了动力电池应用的核心技术问题，实现了电池管理系统（BMS）产业化，主要发明点如下：
1) 发明了基于数据-模型融合的动力电池状态估算方法，针对多场耦合条件下电池模型参数和状态的非线性特征，提出了模型参数在线辨识、基于数据驱动的容量估计、基于电压反馈的全寿命周期荷电状态估计、基于单体约束的电池组峰值功率状态估计等方法，解决了衰退路径不一致特征下电池状态估计的精度和鲁棒性等关键问题，提高了电池在实际车载环境下工作的可靠性和安全性；
2) 发明了动力电池恒极化充电控制技术，分析了充电应力对充电过程和电池衰退的作用机理，建立了以极化电压为控制目标的充电机制，通过解耦充电极化电压的线性和非线性影响因子，提出了最大充电电流计算方法，实现了极化电压约束的充电优化控制，突破了充电时间和循环寿命难以兼顾的技术瓶颈，显著缩短充电时间，提高了电动汽车的适应性；
3) 发明了微功率主被动均衡控制技术，分析了并联电池支路电流不平衡和串联电池组不一致的形成机理，建立了基于容量利用率的电池组一致性量化评价方法，突破了传统基于电压的均衡思路，提出了基于能量利用率的主被动均衡策略和微功率解决方案，实现了电池系统能量利用最大化和车载电池系统的低成本均衡控制，延长了车辆的续驶里程，降低了电池系统的制造和维护成本；
4) 研制出具有完全自主知识产权的电池管理系统，形成了符合汽车行业TS16949体系的国内最大的BMS生产基地，提出了分布式系统及通信网络构架，BMS技术条件被汽车行业标准QC/T 897—2011采用，通讯协议被QC/T 842—2010采用；牵头制定国内首个轨道交通用机车车辆锂电池测试规范，参与起草IEC标准“Railway Applications-Rolling Stock Equipment-Onboard Lithium-ion Traction Batteries”。
共申请发明专利117项，国际专利3项，已授权发明专利24项，参与制定行业标准3项。出版英文专著1部，发表SCI/EI期刊论文34篇。2012年至今主持编写《节能与新能源汽车年鉴》中的BMS部分。
BMS服务于北京奥运、上海世博、广州亚运等重大活动；实现与长安、东风、福田、北汽、广汽、江淮等国内主要车企配套，累计装车3.2万辆，占中国新能源汽车市场份额27%，直接经济效益3亿元，间接经济效益超过120亿元，部分产品销往美国、德国和芬兰；与韩国三星SDI合作开发电池系统，2015年批量应用于纯电动大巴。国际上率先将锂电池引入混合动力动车组，符合IRIS体系的电池系统应用于标准动车组和城市轨道交通，确立了电池成组应用在国内外轨道交通领域的技术领先优势。
教育部组织的科技成果鉴定委员会认为本成果“解决了电池管理系统的基础理论和产业化问题，总体处于国际先进水平，在电池组优化应用以及状态估计方面处于国际领先水平”。
主要完成单位及创新推广贡献：
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序号 |
单位名称 |
创新推广贡献 |
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1 |
北京交通大学 |
项目负责单位，主持研究工作和产品研发。对四项技术发明点都做出了主要贡献，创建了系统化的动力电池成组应用技术体系，发明了基于模型-数据融合的动力电池状态估算方法、动力电池恒极化充电控制技术及微功率主被动均衡控制技术等系列关键技术，突破了适应不确定应用环境与全寿命周期的电池高精度状态估计、电池组多角度协同优化控制、系统有机集成等难点，对惠州市亿能电子有限公司的新能源车辆电池管理系统系列产品的研发和升级提供了全面的技术支撑。通过与公司的产学研合作，项目核心技术成果为BMS系统集成和产业化推广提供了理论基础和重要支撑。 |
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2 |
惠州市亿能电子有限公司 |
项目主要参与单位，与北京交通大学组成产学研联盟，主持BMS产品研发与系统集成，成功实现了发明点1、2、3中关键技术的转化和技术推广，对发明点4做出了主要贡献。研发的电池管理系统达到了汽车电子部件的要求，形成了符合汽车行业TS16949体系的国内最大的BMS生产基地，作为汽车标委会成员参与制定电动汽车电池管理系统技术条件等标准3项，提出的分布式BCU/BMU构架以及通信网络构架与通信协议已被国内新能源汽车领域广泛应用。基于本项目发明成果的技术突破，成功实现了动力电池管理系统的产业化，按照汽车行业规范进行产品设计、验证、生产、品质控制和售后服务，表现出国际市场竞争优势和良好的推广前景。 |
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3 |
北京理工大学 |
项目主要参与单位，参与动力电池基础理论研究和BMS系统开发与集成，对发明点4做出了主要贡献，开展了动力电池一致性评价方法、动力电池连接方法、不同串并联方式对性能的影响、充电均衡控制等方面的研究工作，主持设计了动力电池系统的机械结构和电气连接接口，开发了系列高可靠性、高安全性、高IP防护等级的动力电池系统箱体，成功实施了动力电池系统的集成设计，为动力电池、动力电池管理系统及其配套的电气系统集成安装提供了环境，与企业合作实现了动力电池系统标准化、批量化生产，为新能源车辆的安全应用、技术推广和商业示范做出了重要的贡献。 |
推广应用情况：
本项目基于新能源车辆电池管理系统关键技术的研发成果，与惠州市亿能电子有限公司开展研发合作，成功实现了动力电池管理系统的产业化，形成了符合汽车行业TS16949体系的国内最大新能源汽车用电池管理系统生产基地，并在新能源车辆(包括电动汽车和轨道交通等)行业得到了广泛的实际应用。电动汽车用电池管理系统方面，产品已作为唯一或首要供应商成功服务于北京奥运、上海世博、广州亚运、天津达沃斯、广州亚运会、深圳大学生运动会等国家重大活动，并且已为我国一汽、二汽、长安、上汽、北汽、福田、广汽、江淮等主要新能源汽车厂商实现产品配套；同时与三星、东芝、力神、CATL、中航锂电、中信国安盟固利等多家主要动力电池供应商开展了广泛的合作，其中，与韩国三星SDI合作开发电池系统，2015年批量应用于纯电动大巴。近3年配套数量平均增长率保持在80%以上，累计装车3.2万辆，占中国新能源汽车市场份额27%，部分产品已销往美国、德国和芬兰。轨道交通方面，国际上率先将锂电池引入混合动力动车组，符合IRIS体系的电池系统应用于标准动车组和城市轨道交通。电池管理系统自推出市场以来，直接经济效益达3亿元，间接经济效益超过120亿元，创造了显著的经济效益和社会效益，同时，表现出国际市场竞争优势和良好的推广前景。
主要知识产权证明目录：
[1] 发明专利：串联电池组荷电状态的测量方法，专利号：ZL 2009 1 0119882.2，发明人：刘飞，阮旭松，王占国，姜久春，张维戈，龚敏明，李景新，文锋，牛利勇，黎林
[2] 发明专利：一种测量串联蓄电池组最大可用能量的测量装置及其测量方法，专利号：ZL 2009 1 0192747.0，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈
[3] 发明专利：一种锂离子电池荷电状态的估算方法，专利号：ZL 2010 1 0604539.X，发明人：刘飞，阮旭松，文锋
[4] 发明专利：一种锂电池容量快速估计方法，专利号：ZL 2013 1 0024021.2，发明人：姜久春，张维戈，张彩萍，王玉坤，孙丙香，王占国，牛利勇，李景新
[5] 发明专利：动力锂离子电池极化电压控制充电方法，专利号：ZL 2010 1 0167690.1，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈，王占国，文锋，温家鹏
[6] 发明专利：电池组充电曲线修正方法，专利号：ZL 2010 1 0167696.9，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈，王占国，文锋
[7] 发明专利：改进型动力锂离子电池CC-CV充电方法，专利号：ZL 2010 1 0167742.5，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈，王占国，文锋，温家鹏
[8] 发明专利：一种电动汽车电池组直流电阻测算方法，专利号：ZL 2011 1 0393460.1，发明人：刘飞，文锋，阮旭松
[9] 发明专利：一种锂电池保护方法，专利号：ZL 2009 1 0214517.X，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，邓杰
[10] 发明专利：动力电池组充放电均衡控制方法，专利号：ZL 2010 1 0213194.5，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，盛大双
[11] 发明专利：动力电池组充电均衡控制方法，专利号：ZL 2010 1 0247999.1，发明人：刘飞，阮旭松，文锋
[12] 发明专利：一种电池峰值功率的测试方法，专利号：ZL 2011 1 0144279.7，发明人：刘飞，阮旭松，文锋
[13] 发明专利：电动汽车用锂离子电池动态最大允许充放电电流获取方法，专利号：ZL 2011 1 0288013.X，发明人：刘飞，阮旭松，文锋
[14] 发明专利：一种动力电池系统功率稳定给定方法，专利号：ZL 2011 1 0440921.6，发明人：刘飞，阮旭松，文锋，盛大双
[15] 发明专利：动力电池的内短路检测方法，专利号：，ZL 2011 1 0441792.2，发明人：刘飞，阮旭松，文锋，刘忠其
[16] 发明专利：能够满足快速更换分箱充电模式的电池管理系统，专利号：ZL 2009 1 0192589.9，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈，王占国，文锋
[17] 发明专利：一种纯电动公交车用电池管理系统，专利号：ZL 2009 1 0192570.4，发明人：刘飞，姜久春，阮旭松，张维戈，王占国，文锋
[18] 发明专利：一种电动汽车电池管理系统的数据存储以及读取方法，专利号：ZL 2011 1 0429322.4，发明人：刘飞，阮旭松，文锋，张金灵
[19] 发明专利：电池管理系统电池组采集线断线识别电路及识别方法，专利号：ZL 2012 1 0178528.9，发明人：刘飞，文锋，阮旭松，谢小科
[20] 发明专利：一种电车电池加热方法，专利号：ZL 2012 1 0136204.9，发明人：刘飞，文锋，阮旭松，樊耀国
[21] 发明专利：一种动力电池备份组合系统的实现方法，专利号：ZL 2011 1 0437815.2，发明人：刘飞，阮旭松，文锋，盛大双
[22] 发明专利：快速更换的电动车电池箱，专利号：ZL 2008 1 0006771.6，发明人：王震坡，孙逢春，林程，马军
[23] 发明专利：一种电动汽车蓄电池的电连接结构，专利号：ZL 2009 1 0092419.3，发明人：王震坡，孙逢春，马洪沛
[24] 发明专利：一种全封闭叠层电池箱，专利号：ZL 2009 1 0092418.9，发明人：王震坡，孙逢春，马洪沛
[25] 软件著作权：电池储能单元状态评估软件V1.0，原始获取登记号：2014SR102665， 著作权人：北京交通大学，华北电力科学研究院有限责任公司
[26] 软件著作权：EV01电池管理软件V1.0，原始获取登记号：2011SR014320， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
[27] 软件著作权：EV02电池管理软件[简称：EV02]V1.0，原始获取登记号：2011SR021372， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
[28] 软件著作权：EV03电池管理软件[简称：EV03]V1.0，原始获取登记号：2011SR021753， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
[29] 软件著作权：EV04电池管理软件V1.0，原始获取登记号：2012SR030177， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
[30] 软件著作权：亿能EV05电池综合管理软件V1.1.3，原始获取登记号：2015SR008061， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
[31] 软件著作权：亿能EV05电池综合管理软件V2.0.1，原始获取登记号：2015SR008058， 著作权人：惠州市亿能电子有限公司
主要完成人情况表：
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序号 |
姓名 |
技术 职称 |
工作单位 |
对本项目技术创造性贡献 |
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1 |
姜久春 |
教授 |
北京交通大学 |
对主要技术发明点1、2、3、4做出了重要贡献，发明了基于数据-模型融合的动力电池状态估算方法，提出了动力锂离子电池恒极化控制策略，发明了能量利用率最大化的微功率主被动均衡方法，并总体负责了上述技术在新能源车辆动力电池管理的应用开发工作，作为项目负责人，从项目开始至今，全面主持相关研究工作，制定技术路线和研究方案，是本项目10项发明专利的主要发明人（ZL 2009 1 0119882.2、ZL 2009 1 0192747.0、ZL 2013 1 0024021.2、ZL 2010 1 0167690.1、ZL 2010 1 0167696.9、ZL 2010 1 0167742.5、ZL 2009 1 0214517.X、ZL 2010 1 0213194.5、ZL 2009 1 0192589.9、ZL 2009 1 0192570.4），该技术工作占本人工作量的50%。 |
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2 |
张维戈 |
副教授 |
北京交通大学 |
对主要技术发明点2、4做出了重要贡献，在本项目中发明了锂离子电池优化充电方法（ZL 2010 1 0167690.1、ZL 2010 1 0167742.5，提出了基于极限单体电压控制的整车电池组充电方法（ZL 2010 1 0167696.9），研制了电池管理系统（ZL 2009 1 0192589.9、ZL 2009 1 0192570.4），负责电池管理系统总体方案设计和硬件电路开发工作，该技术工作占本人工作量的50%。 |
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3 |
张彩萍 |
副教授 |
北京交通大学 |
对主要技术发明点1做出了重要贡献，在本项目中负责动力电池建模、参数在线辨识、荷电状态估计、容量估计、峰值功率预测以及优化充电等研究工作，发明了动力锂离子电池容量估计方法（ZL 2013 1 0024021.2），显著降低了动力电池测试成本，该技术工作占本人工作量的50%。 |
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4 |
王占国 |
高工 |
北京交通大学 |
对主要技术发明点1、4做出了重要贡献，提出了串联电池组荷电状态的测量方法（ZL 2009 1 0119882.2），并负责上述技术在电池管理系统的产业化应用工作，研制了针对不同车型应用的电池管理系统（ZL 2009 1 0192589.9、ZL 2009 1 0192570.4），该技术工作占本人工作量的50%。 |
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5 |
龚敏明 |
高工 |
北京交通大学 |
对主要技术发明点1做出了重要贡献，在本项目中负责电池状态估计研究，总体负责电池管理系统产品的应用开发及其产业化工作，针对工程化应用提出了串联电池组荷电状态的测量方法（ZL 2009 1 0119882.2），该技术工作占本人工作量的50%。 |
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6 |
王震坡 |
教授 |
北京理工大学 |
对主要技术发明点4做出了重要贡献，在本项目负责动力电池系统集成研发工作，开发了动力电池系统电气、机械连接接口，研制新能源车辆动力电池箱等核心部件，发明了一系列动力电池箱的设计方法（ZL 2008 1 0006771.6、ZL 2009 1 0092419.3、ZL 2009 1 0092418.9），提出电池箱的总体设计方案、连接结构设计等，该技术工作占本人工作量的50%。 |
项目名称：城市轨道交通能馈式牵引供电关键技术及应用
主要完成单位及排序：
北京交通大学，北京市轨道交通建设管理有限公司，中铁电气化勘测设计研究院有限公司，广州地铁集团有限公司，北京千驷驭电气有限公司，北京市地铁运营有限公司，贵阳市城市轨道交通有限公司；
主要完成人及排序：
刘志刚、张钢、韩志伟、王立天、蔡昌俊、牟富强、鲁玉桐、李焱;
项目简介：
该项目属于交通运输、电气工程领域。
城市轨道交通因其特殊的供电方式（二极管不控整流）和列车运行方式（频繁启停）所导致的制动能量严重浪费、功率因数偏低、直流网压波动、隧道温升、噪音及粉尘污染等问题近年来引起了业界的高度关注。如何建设更加节能高效的城市轨道交通系统成为近年来亟待解决的一个重要难题。
项目组经过二十余年的潜心研究和科技攻关，在我国首次提出了能馈式牵引供电理论及其系统解决方案，并成功研发了我国首套能馈式牵引供电装置（集列车制动能量回馈、牵引供电，以及无功补偿等多种功能于一体），创造了国内最早挂网试验，最早正线应用，最早全线推广等多个第一，各项技术指标处于世界先进水平，对我国城市轨道交通技术进步和节能减排作出了重要贡献。主要发明点包括：
（1）发明了基于PWM整流器的能馈式牵引供电理论及技术
针对当前城市轨道交通存在的多个问题，传统思路都是采用“打补丁”的方式去解决，导致整个系统复杂，成本增加，维护费用增大。
申请者首次提出了能馈式牵引供电理论，发明了基于PWM整流器的能馈式牵引供电技术，实现了供电系统的制动能量回馈节能、功率因数提高、供电电压稳定等功能。重点突破了多约束寻优交流谐波抑制、自适应网压同步、功率解耦控制等核心关键技术，成功研发我国首台能馈式牵引供电装置。
该发明为城市轨道交通牵引供电的系统优化提供了理论支撑和系统解决方案。
（2）发明了大容量、高功率密度、模块化的牵引供电装置及控制方法
城轨列车牵引功率大，变电所空间受限，对能馈式牵引供电装置的供电容量、功率密度和维护维修等方面都提出了极高要求。
申请者发明了基于IGBT智能功率模块并联的变流器扩容方法，实现了变流器的大容量和高功率密度；提出了基于多重化串并联的系统拓扑方案，实现了系统模块化及兼容性，以满足不同电压等级和容量需求。成功研制了系列化能馈式牵引供电装置，各项技术指标达世界先进水平。
该发明攻克了能馈式牵引供电装置大容量、高功率密度和模块化等多个技术难题。
（3）发明了混合能馈式牵引供电装置及控制方法
为了保证列车的安全运行，城市轨道交通对牵引供电的可靠性和连续性有非常高的要求。
申请者通过结合二极管供电装置和能馈式供电装置的优势，发明了混合能馈式牵引供电装置及控制方法，解决了二者之间的能量分配、网压控制、保护逻辑配合等关键技术问题，实现了可靠性、安全性、性价比等多方面的系统综合最优。
该发明首次成功应用在广州4号线，并在北京14号线全线推广应用，节能效果显著。
本项目已获得国家发明专利5项，实用新型专利12项，软件著作权2项，出版学术专著1部，培养博士、硕士40余人。2013年通过北京市新产品鉴定，各项性能指标达到国际先进水平。实测单台设备日均节电1700余度，全线平均节能率在14%以上。如果在全国推广应用，仅能量回馈的年节电量将达9.3亿度电以上，其对于我国建设更加绿色、节能的城市轨道交通系统具有重大意义。
主要知识产权：
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序号 |
类型 |
专利名称 |
国家/地区 |
专利号/申请号 |
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1 |
发明 |
一种基于PWM整流器的牵引供电装置及控制方法 |
中国 |
ZL 2008 1 0103529.0 |
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2 |
发明 |
基于串联补偿变压器的能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2012 1 0253259.8 |
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3 |
发明 |
一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法 |
中国 |
ZL 2008 1 0103934.2 |
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4 |
发明 |
大功率模块化直流供电装置及控制方法 |
中国 |
ZL 2008 1 0115163.9 |
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5 |
发明 |
一种混合式牵引供电装置及控制方法 |
中国 |
ZL 2008 1 0103678.7 |
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6 |
实用新型 |
一种基于PWM整流器的牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2008 2 0079799.8 |
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7 |
实用新型 |
能馈式牵引变电所及供电系统 |
中国 |
ZL 2012 2 0142876.6 |
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8 |
实用新型 |
具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2010 2 0676378.0 |
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9 |
实用新型 |
基于串联补偿变压器的能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2012 2 0355337.0 |
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10 |
软件著作权 |
虚拟示波器软件V1.0 |
中国 |
2012SR109822 |
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11 |
软件著作权 |
中压能馈型再生制动电能利用装置监控系统 |
中国 |
2015R11L034975 |
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12 |
实用新型 |
一种模块化的能量回馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2008 2 0079919.4 |
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13 |
实用新型 |
大功率模块化直流供电装置 |
中国 |
ZL 2008 2 0108597.1 |
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14 |
实用新型 |
具有低谐波高输出功率的能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2013 2 0560796.7 |
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15 |
实用新型 |
一种共用变压器的牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2012 2 0140644.7 |
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16 |
实用新型 |
一种混合式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2008 2 0079983.2 |
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17 |
实用新型 |
一种模块化DC1500V混合式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2008 2 0124261.4 |
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18 |
实用新型 |
能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2012 2 0093901.6 |
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19 |
实用新型 |
基于谐振控制策略的能馈式牵引供电装置 |
中国 |
ZL 2013 2 0561652.3 |
项目名称：高速移动复杂场景的无线信道理论与方法研究
主要完成单位及排序：
北京交通大学；北京大学；西安电子科技大学
主要完成人及排序：
艾渤，程翔，钟章队，谈振辉，官科，何睿斯，刘留，刘寅生，章嘉懿
项目简介：
本项目属通信与信息系统领域。
无线传播信道特性决定无线通信系统性能。对于传输列车控制信号的专用移动通信系统，其无线信道特性是专用移动通信网规划与优化、可靠传输关键技术性能评估、确保列车安全运营的重要基础。本项目揭示了在高速移动状态，高架桥、隧道、路堑等特殊场景的新传播机制和信道特征，开创性地建立了动态规则几何建模理论与方法，建立了能精确刻画高速移动复杂场景特征的信道模型，以及适应于高速移动的快速同步和低时延信道估计方法。主要成果如下：
1. 提出高速移动复杂场景无线信道测量准则与方法。提出高速移动复杂场景统计区间、采样间隔等测量准则及方案，减小了切换次数，可对沿线所有基站覆盖进行无缝信道特征采集。获取了最高时速420公里复杂场景大、小尺度信道测量数据库，为进行信道特征获取以及关键技术性能评估奠定坚实的数据基础。美国、英国、加拿大等国学者将我们的测试数据作为评估列车宽带接入容量的重要依据。
2. 发现新的传播现象和信道特征。首次揭示列车等大型用户在隧道中运行时电波传播的“近阴影”现象，依据该现象提出隧道中电波传播“远视距区”概念，对于使用分布式天线替代昂贵的漏泄电缆实现隧道内无线覆盖具有重要科学意义；发现高架桥“屏障”效应及其对减弱信道多径衰落的作用；发现路堑U形结构加剧了多径效应。这些发现丰富了电波传播理论，对优化通信网络设计以及确保行车安全意义重大。
3. 建立高速移动复杂场景无线信道建模理论与模型。开创性地提出了动态规则几何建模方法，成为继参数建模、随机几何建模和静态规则几何建模方法之后的又一类崭新的信道建模方法，丰富了现有信道建模理论。新方法可以更好地建模高速移动的车载通信环境并保持较低的建模复杂度。该成果受到美国、英国、加拿大等国学者的关注，成为ESI高被引论文。
4. 提出快速同步及低时延信道估计方法。传统移动通信场景中的终端移动速度较低，有足够时间获取同步及实现信道估计。但在高速移动条件下，要求在极短时间内实现快速同步捕获以及精确的信道估计。提出具有快速捕获、高估计精度、很好跟踪能力的同步以及信道估计方案和算法。研究成果对高速移动场景数据可靠传输奠定了理论基础。
本项目出版中、英文著作各1部，中文著作获中国大学出版社优秀著作一等奖；10篇代表作受到来自美国、英国、加拿大、韩国、奥地利、澳大利亚等国的2名院士、12名IEEE Fellow、2名IET Fellow的肯定和引用，被SCI总引183次、SCI他引101次，ESI高被引论文1篇；因为这些学术成果的影响力，项目组成员受到SCI期刊IET Electronics Letters的专访(Feature Interview)；获授权发明专利5项；获行业标准2项，获欧洲科技领域研究合作组织（COST）采纳提案8项，向国际电信联盟ITU-R提交提案1项，关于信道模型的研究成果被收录入国家铁路局“铁路数字移动通信系统(GSM-R)设计规范送审稿”并报送行业标准规范；获IEEE ITST、ICCC国际会议最佳论文3篇，“北京青年通信科技论坛”优秀论文奖1篇，期刊及国际会议特邀论文6篇；国际会议特邀报告5次。
项目名称：视觉媒体内容保护的理论与方法
主要完成单位及排序：
北京交通大学、北京大学
主要完成人及排序：
赵耀、潘正祥、李晓龙、倪蓉蓉、韦世奎、郭宗明
项目简介：
随着计算机科学和网络技术的飞速发展，图像、视频等视觉媒体的应用越来越广泛，其自身价值和社会效应也随之凸显。然而，视觉媒体所具有的拷贝无失真、修改容易等特点极易带来版权纠纷和内容篡改等问题，不仅严重制约数字内容产业的发展，更关乎国家的安全与社会稳定。视觉媒体内容保护成为信息领域的研究热点。
本项目面向以图像、视频为代表的视觉媒体，重点研究其内容保护关键技术，包括可逆水印技术、鲁棒水印技术和数字取证技术。
可逆水印是指在提取完数字水印并完成水印功能后还能够无失真地恢复原始载体的一类水印技术。课题组针对容量-失真最大化（即在一定的图像失真度下，实现水印嵌入容量的最大化）问题开展研究，充分挖掘和利用图像内部的相关性，提出了基于高维直方图、像素对和值不变性和与差值调节、广义整数变换等可逆水印嵌入与提取算法方法。
在鲁棒水印方面，本项目重点针对如何抵抗几何失真的攻击等难点问题开展深入研究。首先提出局部不变特征变换LDFT，将图像像素点映射到多维不变特征子空间后嵌入水印，既能够有效抵抗全局几何变换攻击，又能抵抗局部几何变换攻击。提出了基于遗传算法的鲁棒水印方案，充分利用遗传算法的优化性能，不仅获得了更好的视觉质量，而且达到了更高的鲁棒性。提出基于矢量量化的水印算法等。
在数字取证方面，本项目重点对图像处理操作准确地鉴别，对视频的编辑操作进行取证和定位。开拓性地研究了Unsharp Masking Sharpening（USM）锐化取证问题，分析了USM响应特性，并提出有效的检测算法。提出基于帧融合的视频拷贝检测算法，首次将拷贝检测中的帧融合问题转化HMM解码问题，并提出了一种Viterbi-Like算法来实现参考帧的在线融合，从而克服了传统融合方法不能有效检测连续查询视频流中拷贝的问题。
10篇代表性论文发表在IEEE TIP、IEEE TCSVT、IEEE TIFS、IEEE Trans. on Cybernetics等国际著名期刊上。10篇代表作的谷歌学术引用次数达948次。得到IEEE TIFS前主编N.D.Memon教授（IEEE Fellow）、IEEE TIFS 现任主编M. Barni （IEEE Fellow）、IEEE Signal Processing Society主席Ray Liu（IEEE Fellow）、IEEE TIFS编委Hyoung Joong Kim（IEEE Fellow）、本领域最著名的教授之一 D. Coltuc（IEEE Fellow）、香港著名学者IEEE TIP编委Oscar C. Au（IEEE Fellow）、中国工程院院士高文教授、IEEE TIFS副主编张新鹏（杰青）等人的正面评价和肯定。相关博士学位论文获得北京市优秀博士学位论文奖。项目第一完成人获得教育部长江学者特聘教授和国家杰出青年基金，部分成果应用于国家安全部门。
代表性论文：
1. Bo Ou, Xiaolong Li, Yao Zhao, Rongrong Ni, Yun-Qing Shi, “Pairwise prediction-error expansion for efficient reversible data hiding”, IEEE Transactions on Image Processing, Vol. 22, No. 12, Dec. 2013, pp.5010-5021.
2. Shaowei Weng, Yao Zhao, Jeng-Shyang Pan, and Rongrong Ni, “Reversible watermarking based on invariability and adjustment on pixel pairs”, IEEE Signal Processing Letters, vol.15, 2008, pp.721-724.
3. Xiaolong Li, Bin Yang, Tieyong Zeng, “Efficient Reversible Watermarking Based on Adaptive Prediction-Error Expansion and Pixel Selection”, IEEE Transactions on Image Processing, vol.20, no.12, 2011, pp.3524-3533.
4. Xiang Wang, Xiaolong Li, Bin Yang, Zongming Guo, “Efficient Generalized Integer Transform for Reversible Watermarking”, IEEE Signal Process. Lett., vol.17, no.6, 2010, pp.567-570
5. Xiaolong Li, Bin Yang, Daofang Cheng, Tieyong Zeng, “A Generalization of LSB Matching”, IEEE Signal Process. Lett., vol.16, no.2, 2009, pp.69-72.
6. Huawei Tian, Yao Zhao, Rongrong Ni, Lunming Qin,and Xuelong Li, “LDFT-based Watermarking Resilient to Local Desynchronization Attacks”, IEEE Trans. on Cybernetics, Vol. 43, No. 6, Dec. 2013, pp.2190-2201.
7. Chin-Shiuh Shieh, Hsiang-Cheh Huang, Feng-Hsing Wang, Jeng-Shyang Pan, “Genetic watermarking based on transform-domain techniques”, Pattern Recognition, vol.37, no.3, 2004, pp.555-565.
8. Zhe-ming Lu, Jeng-shyang Pan, Sheng-he Sun, “VQ-based digital image watermarking method”, Electronics Letters, vol. 36, no. 14, 2000, pp. 1201-1202.
9. Gang Cao, Yao Zhao, Rongrong Ni, Alex C. Kot, “Unsharp Masking Sharpening Detection via Overshoot Artifacts Analysis”, IEEE Signal Processing Letters, vol. 18, no. 10, 2011, pp.603-606.
10. Shikui Wei, Yao Zhao, Ce Zhu, Changsheng Xu, Zhenfeng Zhu, “Frame Fusion for Video Copy Detection”, IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol.21, no.1, 2011, pp.15-28.
专利成果列表：
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序号 |
作者 |
名称 |
专利号 |
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1 |
倪蓉蓉、阮秋琦 |
基于反馈混沌系统和邻域辅助的图像认证方法 |
ZL200710119599.0 |
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2 |
倪蓉蓉、王艳霞、阮秋琦 |
基于交织水印和生物特征的文件认证方法 |
ZL200710176419.2 |
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3 |
倪蓉蓉、杨柳、赵耀、阮秋琦 |
利用不规则区域分割的数字图像认证与恢复方法及系统 |
ZL201010589111.2 |
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4 |
赵耀、翁韶伟、潘正祥、倪蓉蓉 |
一种基于预测和压扩技术的高容量可逆水印方法 |
ZL200710119335.5 |
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5 |
赵耀、田华伟、倪蓉蓉、秦伦明 |
一种抗多种几何攻击的鲁棒水印方法 |
ZL201010238722.2 |
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6 |
赵耀、田华伟、倪蓉蓉 |
一种基于稳定圆形区域的抗几何攻击鲁棒水印方法 |
ZL200810102068.5 |
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7 |
杨列森; 郭宗明 |
用于数字视频信号的水印方法和设备 |
ZL200610113607.6 |
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8 |
亓文法; 李晓龙; 张 华 |
一种数字水印嵌入与提取方法及装置 |
ZL200610114048.0 |
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9 |
亓文法; 李晓龙 |
一种用于数字图像的数字水印方法及装置 |
ZL200710063389.4 |
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10 |
李晓龙; 亓文法; 程道放 |
基于数字图像变换域系数统计模型的水印嵌入及提取方法 |
ZL200710063043.4 |
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11 |
李晓龙; 亓文法; 杨 斌; 张 华; 程道放 |
二值图像中数字水印的嵌入、提取方法和装置 |
ZL200710121642.7 |
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12 |
李晓龙; 亓文法; 程道放; 杨 斌 |
一种数字图像的水印嵌入、提取方法及装置 |
ZL200710121700.6 |
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13 |
李晓龙; 杨 斌; 程道放; 亓文法 |
一种在数字图像中嵌入和提取水印的方法与装置 |
ZL200710304442.5 |
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14 |
李晓龙; 亓文法; 程道放; 杨 斌 |
二值文本图像中数字水印的嵌入和提取的方法及装置 |
ZL200810055770.0 |
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15 |
王 祥; 郭宗明 |
基于图像特征区域的水印嵌入、检测方法及其装置 |
ZL200910092496.9 |
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16 |
王 祥; 郭宗明; 李晓龙; 杨 斌 |
一种数字水印嵌入和提取方法及装置 |
ZL200910236058.5 |
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17 |
王高阳; 亓文法; 李晓龙; 杨 斌 |
一种数字图像中水印嵌入和检测的方法及装置 |
ZL200910217512.2 |
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18 |
郭宗明; 王 祥; 李晓龙; 杨 斌 |
可逆水印嵌入、提取方法及装置和图像恢复方法及装置 |
ZL201010126034.7 |
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19 |
王 超; 李晓龙; 亓文法; 杨 斌 |
一种数字图像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法 |
ZL201010159959.1 |
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20 |
李晓龙; 王 超; 亓文法; 杨 斌 |
一种数字图像中的水印嵌入和提取方法 |
ZL201010215767.8 |
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21 |
王 祥; 郭宗明 |
一种嵌入可逆水印的方法、提取方法以及装置和系统 |
ZL201110079866.2 |
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22 |
王 祥; 郭宗明 |
一种可逆水印嵌入方法、提取方法以及装置和系统 |
ZL201110079881.7 |
项目名称：高速列车技术科普
完成单位：
北京交通大学
完成人：
杨中平
项目简介：
北京交通大学电气工程学院杨中平教授近年致力于高速列车技术的科普作品创作，并通过讲座等形式在社会大众中积极普及高速列车技术知识。他撰写的《漫话高速列车》（第一版）于2009年由中国铁道出版社出版。该书用流畅、生动的语言介绍了世界高速列车技术的发展历程，对国外高速列车技术的特点作了比较分析；解读了车体及转向架、牵引与制动、受流、列车运行控制、节能环保等高速列车的主要技术；详细介绍了中国铁路高速化的演变历程、“和谐号”各型动车组的技术特点；展望了中国高速铁路今后的发展前景。该书出版后，受到广大读者的一致好评，第一版共发行了9000册，并于2013年出版发行了第二版（印数3000册）。该书荣获2010年国家新闻出版署“向全国青少年推荐的100本优秀科普作品”，2011年获科技部全国优秀科普作品。同时，杨中平教授基于《漫话高速列车》的内容，先后在中国科学院、北京大学、清华大学等地面向社会大众普及高速列车技术，并受到听众的一致好评。
申报类型：国家自然科学奖（直报）
项目名称：轨道交通列车运行组织优化理论与方法
完成单位：
北京交通大学
主要完成人及排序：
高自友、杨立兴、李克平、李想、毛保华
项目简介：
项目组在深入研究列车运行特性的基础上，从理论建模和数值模拟两方面系统地研究了列车运行组织优化相关基础理论和方法，解决了一些国际公认的难题。主要研究内容如下：
(1)列车运行图优化设计相关理论与方法。
以深入分析列车流演化机理和时空分布特点为基础，研究不确定环境下列车运行图的优化设计方法，构建了轨道交通系统客运列车运行图优化模型，探讨了处理不确定参数的有效方法并提出了设计最优运行图的基础理论。进一步，系统地分析了列车运行过程中各类成本，应用多目标决策方法提出了安全运行约束条件下基于低碳、节能、高效运营的列车运行图优化模型。
(2)列车运行控制与组织一体化方法。
基于离散事件的建模方法和仿真技术，结合列车实际操纵特点，建立了基于全局信息的列车运行控制系统模拟模型，提出了轨道交通网络上列车群的实时控制方法和优化调度策略。进一步，将列车的惰行控制方法和列车运行图设计相结合，构建了列车运行控制与组织一体化模型并设计了高效的求解算法。
(3)复杂网络环境下货运列车服务设计问题研究。
针对铁路货运多商品流问题，分析了列车货运环境的复杂性特征，并基于期望值准则、机会约束准则及最小风险准则，建立了能够准确描述货运服务网络问题的随机模糊规划模型，设计了适合于求解大规模实际问题的高效启发式算法。
(4)基于牵引供电系统的列车节能调度和可靠性研究。
在具有牵引供电系统的轨道线路上，以最大化相邻列车的牵引与制动重叠时间为目标，构建了多车协同调度模型以极大化再生制动能量的利用率。进一步，研究了供电系统的可靠性，采用故障树分析方法将各部件的可靠性因素集成于系统层面进行定量分析，为城市铁路运输维修计划和设备设施运用提供了支撑。
本项目在研究过程中共发表SCI检索国际期刊论文20篇，包括交通运输领域国际高水平期刊 《Transportation Research Part B》、工程技术领域国际高水平期刊《IEEE Transactions on Fuzzy Systems》及管理科学领域国际高水平期刊《Omega》等。相关论文SCI总引364次、SCI他引239次，同时获3项国家发明专利。成果自发表以来，受到国际上许多著名学者的高度评价，并在国际上引出了一系列的后续研究。
