虚拟编组下基于跟驰模型的列车群运行控制方法研究

高速铁路移动闭塞方式下运输能力与运输需求之间依然存在缺口,虚拟编组是未来提高运输能力的新方式。本文基于虚拟编组概念,受道路交通跟驰模型启发,引入列车动力学和运动学理论,根据相邻两列车之间的速度和距离关系,提出一种新的追踪列车加速度调整策略,建立相应的列车群虚拟编组加速度控制模型,当实现列车群的虚拟编组时,列车群中所有列车的速度相等,任意相邻列车之间的间距等于期望间距,同时,能够确保列车安全与乘客舒适度。本文以CRH380A动车组为背景验证模型,算例仿真结果表明,本文提出的加速度调整策略能有效实现列车群的虚拟编组;与移动闭塞方式相比,采取虚拟编组方式达到列车协同的时间减少9.7%,列车间距缩小10.1%,效率更高;将列车群视为一个整体时,实现虚拟编组的时间比将整个列车群分为多组时更短。

基于建筑信息模型数据驱动的铁路设备运维多模态知识图谱构建

铁路信号设备是保障行车安全、提高运输效率的核心装备,加强信号设备智能运维是降低铁路运行风险的必要基础保障。目前,针对我国基于建筑信息模型(BIM)的智能运维平台存在不能精准映射各设备的行为规律和相互之间互馈作用的机理,须同时依靠经验知识进行推断等问题。首先构建了铁路设备运维文本知识图谱;其次构建卷积神经网络(CNN)-团组图卷积神经网络(cgGCN)模型对BIM图像模态数据进行处理,完成对20种铁路信号设备零件图信息的标注,实验结果表明模型准确率达到95.38%,精确率和召回率的调和平均值F1达到95.58%;最后将BIM图像信息以视觉模态嵌入运维文本知识图谱,利用Neo4j图数据库实现多模态知识图谱可视化展示,从而精准映射各信号设备相互之间互馈作用的机理,为后续现场铁路运维人员实施安全管理和运维决策提供在线服务和指导。

基于样本增强的列车卫星定位伪距欺骗检测方法

基于卫星导航的列车自主定位是列车控制系统等铁路关键装备的重要技术方向。然而,列车卫星定位面临诸多挑战,除信号可视性问题和多径效应之外,来自系统外部的蓄意欺骗等干扰攻击,会对定位功能及性能产生直接威胁。为此,本文以基于全球导航卫星系统(GNSS)的列车定位面临的伪距欺骗这一典型干扰模式为对象,研究并提出一种基于样本增强的伪距欺骗主动检测方法。该方法运用Wasserstein生成式对抗网络(WGAN)解决受欺骗干扰样本数据不均衡问题,利用扩充的数据集训练检测模型,并引入自注意力(SA)机制优化来自不同接收机输入特征之间的相对位置关系,采用生成式对抗学习思想形成一套完整的列车卫星定位伪距欺骗干扰检测方案。由列车卫星定位欺骗干扰注入测试结果可知,提出的方法能够充分运用生成式对抗网络思想解决受欺骗样本的典型受限问题,融合自注意力机制所得检测性能显著优于载噪比检测和代表性机器学习算法等常规检测方案;对建模样本未覆盖特征具备良好的适应能力,具有更优的检测精度和鲁棒性,在多个伪距欺骗干扰模式数据集上测试所得F1分数均超过0.99。该方法在欺骗干扰检测性能方面的优势能够为众多卫星导航系统铁路应用提供有力支撑,为有效防范卫星定位在信息安全层面的攻击入侵提供了有利条件。

基于单天线航向测量的股道占用判别方法研究

随着北斗卫星系统的建设完成,以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下,精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提,对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义。针对传统的股道占用判别方法通常依赖于地面设备,易受到成本、复杂性和维护困难等因素制约的问题,研究利用低成本的单GNSS天线进行高精度的列车航向角测量。特别是在道岔咽喉区,计算单天线测量结果与数据库中列车航向的偏差,评估对不同股道的占用概率。为此,首先构建了载波相位星间差分与历元差分的双差分模型,消除了电离层、对流层、钟差、模糊度等一系列卫星定位误差源的影响;其次,通过扩展卡尔曼滤波估计相邻历元间列车的位移变化量,同时计算伪姿态坐标系下的列车航向;最后,基于航向角偏差进行列车的股道占用判别,并利用列车进出青藏线联通河站的实测数据对所提算法进行了验证,并结合轨道电子地图,判别列车占用正线/侧线不同股道的置信概率。实验结果表明:通过单天线解算列车航向角的误差均方根为0.111°,根据航向角偏差进行股道判别的模糊区距离减少了约50m,模糊区时间减少了约5s。仅通过单天线航向解算完成高精度的航向测量,并根据航向角偏差实现股道占用判别,可作为轨道占用的一种判别方式,具有一定的工程价值。

高速铁路列控车载设备故障诊断的研究及应用

列控系统中车载设备故障具有复杂性和不确定性,且数据记录非文本化,传统的基于专家知识的诊断方法效率低下且精确度不佳。贝叶斯网络(BN)在处理不确定性和相关复杂性问题方面具有显著优势,本文以CTCS3-300T型车载设备为研究对象,建立贝叶斯网络模型进行故障诊断。通过分析典型车载设备故障处理现状,提出一种结合专家知识、故障数据集和K2算法的贝叶斯网络模型研究方法;利用K2算法和最大似然估计法分别进行结构学习、参数学习,从局部到整体优化贝叶斯网络诊断模型,实现故障的快速定位;建立最优贝叶斯网络模型,并进行推理计算,其故障诊断准确率为87.1%。与传统的专家知识模型相比,最优贝叶斯网络模型的故障诊断准确率提高了37.4%。经实例分析和模型验证,该模型能够保证故障诊断结果的准确性且提高故障诊断的效率。

严重遮挡场景下AOA-ENN辅助列车定位的方法研究

铁路周边卫星遮挡情况复杂多变,当列车在隧道等严重遮挡场景下运行时,北斗卫星导航系统/捷联惯性导航系统(BDS/SINS)列车组合定位系统无法接收到卫星信号,导致列车定位误差累积甚至定位失效。为提高列车在严重遮挡场景下的定位精度,提出阿基米德优化算法优化的Elman神经网络(AOA-ENN)辅助BDS/SINS列车组合定位系统进行列车定位的方法。首先,在无迹卡尔曼滤波算法中引入新息理论得到自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF),将其作为BDS/SINS列车组合定位系统的信息融合算法。其次,基于模糊C均值聚类算法(FCM)建立列车运行场景识别模型,依据环境特征参数对列车运行场景进行自主识别。最后根据场景识别模型的输出结果,当列车在开阔、低遮挡、高遮挡场景运行时,通过AUKF对BDS和SINS解算的定位信息进行融合来完成列车定位,同时将采集的列车定位数据加入训练集,对AOA-ENN进行在线训练;当列车在严重遮挡场景下运行时,BDS无法正常接收信号,利用训练好的AOA-ENN辅助列车组合定位系统进行定位,利用AUKF对AOA-ENN的预测信息和SINS解算的信息进行融合后输出定位结果。实验结果表明:在严重遮挡场景下,AOA-ENN辅助列车组合定位系统得到的定位成功率达到98.2%;通过不同优化算法和神经网络的仿真对比实验,验证了AOA-ENN在辅助列车组合定位系统定位时的优越性。所得成果为优化列车在隧道等严重遮挡场景下的定位精度提供了参考。

面向高速铁路道岔运维文本的知识抽取方法

为实现高速铁路道岔运维知识图谱的自动构建,从而为道岔智能运维提供决策支持,须利用知识抽取技术从高速铁路道岔运维文本中提取关键知识。同时,为进一步解决道岔运维文本中的实体嵌套与知识三元组重叠问题,提出一种基于多模块联合学习的高速铁路道岔运维知识抽取模型RTOM-KE。首先,依据定义的实体与关系类型,采用基于BIOES的2阶段知识标注策略,分别标注头实体以及相对应关系下的尾实体;其次,通过轻量级预训练模型BERT-base与双向长短期记忆神经网络BiLSTM构成的编码器模块获取文本的多维共享编码表示,将编码器模块的隐藏状态和全局上下文特征组合之后作为头实体抽取模块的输入;最后,通过头实体抽取模块提取文本中的所有候选头实体。同时,将候选头实体标签和来自编码器模块的多维共享词表征作为尾实体抽取模块的联合输入,通过特定的关系门机制筛选与头实体相关联的尾实体,从而获得高速铁路道岔运维知识三元组。通过充分的对比实验以及消融实验,结果表明:RTOM-KE模型能够较为精准全面地抽取不同复杂程度的三元组,有效解决实体嵌套与三元组重叠问题,基于道岔运维数据集的模型精确率、召回率与F1值分别可达88.3%、86.9%和87.6%。研究结果可为进一步构建高速铁路道岔运维知识图谱以及道岔智能运维提供支持。

轨道交通信号联锁列控一体化系统软硬件设计

该文主要探究联锁列控一体化系统的软硬件设计内容。该系统的软件部分使用VC++6.0开发,包含4个功能模块,分别是进路选排、进路锁闭、信号开放与进路解锁,可以实现车站与区间范围内信号设备的一体控制,并处理进路命令和控制地面设备;该系统的硬件部分包括STM32主控芯片和PCI版驱动采集板,以及CAN通信接口等,在保证通信速率与通信质量的基础上,实现上位机与下位机的信息共享与可靠交互。该系统以轨道交通信号为基础数据,在数据采集、分析的基础上为监控列车运行和保障行驶安全提供帮助。

高速铁路信号系统网络入侵检测技术研究

入侵检测作为一种网络主动防御技术,能够有效阻止来自黑客的多种手段攻击。随着机器学习的发展,相关技术也开始应用到入侵检测中。本文采用sklearn库中preprocessing模块的函数对KDD CUP 99数据集进行预处理,基于朴素贝叶斯和逻辑回归算法,建立了网络入侵检测模型,并利用信息增益算法对入侵相关特征进行选择,然后进行训练与预测。实验结果表明,选择特征子集进行训练和预测能够保证预测准确率并大幅提高检测效率。研究成果可为高速铁路信号系统网络入侵检测模型的设计和建立提供参考。

基于车车通信的列车自主运行系统工程要点设计方案研究

列车自主运行系统(TACS)作为新一代城市轨道交通列控系统,在我国应用仍处于初级阶段,工程实践中存在冗余不足、兼容性差、后备运营模式缺失等问题,难以满足高安全性和高可靠性的运营需求。以深圳地铁20号线信号系统工程为背景,对TACS应用中的无线通信技术方案、后备模式、车辆段列车控制、联络线接口等要点问题进行深入研究,形成可行的工程要点设计方案。研究结果表明:无线通信系统采用LTE-A/B+WLAN方案,可增加无线通信系统的冗余能力;后备模式选用基于列车自主定位的降级运行系统,使系统结构更简单;车辆段非自动化区域纳入列车自动控制(ATC)系统管控范围,运营模式设置为有人驾驶模式,可实现系统加人工双重防护;采用专用接口模块实现联络线接口功能,能够有效解决边界管理问题。研究结果可为TACS的推广应用提供一定技术支撑。

新型列控系统列车行车许可CTC显示方案研究

调度集中(CTC)系统中的列车运行状态信息实时显示功能可帮助列车调度人员高效开展行车指挥。新型列控系统下列车采取移动闭塞方式运行,既有CTC系统中的列车行车许可显示无法准确反映列车运行情况,为此需要对列车行车许可在CTC系统中的显示与更新方案进行研究。通过提取列车精准位置信息,分别研究列车位于站内和站间两种情况下行车许可显示范围计算方法,并根据行车许可显示范围计算显示光带的起止点,从而实现列车位置和行车许可范围在CTC终端界面的实时显示及更新。该方案在CTC仿真测试平台及现场试验线路上进行了验证,满足新型列控系统下调度集中系统中列车运行状态信息显示的规范要求,能够准确及时地反映列车运行状态,有利于提升列车调度指挥的准确性和效率。

铁道信号自动控制系统故障检测与诊断技术分析

随着铁路交通的不断发展和人们日益增长的出行需求,铁道信号自动控制系统在保障铁路运行安全和效率方面扮演着至关重要的角色。然而,由于设备老化、恶劣天气、人为操作失误等多种原因,铁道信号自动控制系统可能会出现故障,影响铁路的正常运行。因此,本文分析了铁道信号自动控制系统故障检测与诊断技术的方法和技术,并探讨提高铁道信号自动控制系统故障检测与诊断技术的措施。

市域(郊)铁路CBTC与CTCS-2双制式信号系统切换方案研究

为满足市域(郊)铁路列车跨线运行需求,研究市域(郊)铁路CBTC与CTCS-2双制式信号系统的兼容性方案。分析衔接线路接驳方式、两种制式列控系统切换对应的运营场景;从车载、轨旁设备层面,介绍采用双套车载设备进行信号制式切换的方法,并对制式切换过程进行描述;探讨停车切换、不停车切换方式的设备管界,系统结构及信息交互、轨旁设备配置、地面信号显示方案等;讨论跨线运行列车的追踪间隔控制要求,以及调度系统配置、临时限速设置方案;研究不同切换方式对列控系统控车模式的要求,分析切换瞬间不同制式列控系统列车限制速度曲线不一致的风险,讨论车载设备之间,以及车载设备与车辆、司机、外围设备的接口配置;最后提出工程设计、施工、运营方面的相关建议,展望市域(郊)铁路信号系统互联互通应用前景,为市域(郊)铁路工程设计、信号设备研发等提供思路和借鉴。

基于电子执行模块场联信号异常关闭问题的解决方案

场联信号是车站2个场间安全高效行车作业的重要保证。将场联继电电路升级为电子执行模块后,应确保两场间敌对照查、邻场信号状态、接近预告等联锁信息的可靠传输。在场联信号设备升级工程分阶段实施过程中,存在已替换的电子执行模块与其余既有场联继电电路结合不匹配问题,导致场间作业过程中,因某些照查继电器短时落下造成出场信号异常关闭。结合实际案例,对现场数据和场联电路设计图进行分析,找出问题的直接原因。通过深入分析电子执行模块的处理逻辑,对比继电电路和电子执行模块在正负电转换过程中无电状态持续时间的差异性,提出相应的解决方案,包括优化电子执行模块处理逻辑、改进场联继电电路。该方案在具体工程项目中得到实际应用,取得较好的实施效果。

42号大号码道岔心轨不解锁问题研究

42号大号码道岔通常设置于高铁正线2条线路交汇处或线路所,而作为不同高铁线路的岔路口,线路所多为无人值守。当道岔出现故障后,维修人员处理时间相对较长,对行车影响较大。为此,沈阳高铁基础设施段经过近3年对京哈高速线、哈大高速线22组42号大号码道岔心轨不解锁问题进行深度分析,发现温度变化和结构因素是造成道岔心轨不解锁的主要原因。通过数据比对和研究试验,采取调整道岔框架尺寸、几何参数、道岔密贴力,以及改进外锁闭配件结构等措施,同时规范42号大号码道岔工电联合整治作业流程,可初步解决42号大号码道岔心轨不解锁问题,有益于保障高速铁路行车安全。

智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

城市轨道交通信号设备故障应急处理措施

随着城市轨道交通网络的不断发展,信号系统安全稳定运行的重要性愈加重要。信号设备故障对列车运行安全与效率构成直接威胁,因此,及时有效的故障应急措施尤为关键。本文探讨了城市轨道交通信号系统故障的常见问题及预防措施,结合具体案例,对车载信号系统、列车司机室显示器、计轴设备和转辙机的故障应急措施进行了深入分析。通过对不同故障情境下的应急处理流程及技术措施的分析,强调了快速定位故障、精准处置及系统恢复的重要性。本文旨在为轨道交通系统的安全管理与故障解决提供借鉴,确保信号设备在各种故障状况下都能够恢复正常运行。

BTM天线阻抗特性测试装置

应答器传输系统(BTM)是列控系统的重要组成部分,直接影响着列控系统能否正常工作以及动车组的运行效率。现场应用环境复杂多变,车载BTM设备天线阻抗异常影响天线发射功率,容易导致丢失应答器。影响天线阻抗的因素很多,为了精确、便捷地实时测量BTM天线阻抗数据,本文结合设备本身提出了一种车载BTM天线阻抗检测装置,研究了阻抗检测器的系统架构,深入调研几种阻抗检测实现原理,采用矢量网络分析法测量高精准度的27M天线阻抗特性,若阻抗特性异常则及时记录报警,同时为天线调谐系统提供参考数据,自适应调节天线阻抗匹配在50Ω,保证BTM天线单元发射功率正常。

城轨信号智能运维系统研究

针对当前城市轨道交通信号传统维保存在的设备数据感知差、故障判断和维修指导不够准确、故障发生到恢复运维时间较长等诸多痛点,本文通过分析传统运维模式及技术现状和探索城市轨道交通智能运维网络化、智能化运维管理需求,提出一种城轨信号智能运维系统,利用多元数据感知、物联网、人工智能等技术实现信号关键系统及设备状态可视化、故障智能分析诊断、设备健康度表现打分等功能。城轨信号智能运维系统实现示范应用线路信号设备全生命周期管理,信号运维从高速向高质量发展。

都市圈轨道交通多网融合的信号系统方案研究

结合都市圈网络化、公交化特点,提出都市圈轨道交通信号系统融合的技术目标,即采用现有技术C2/C2+ATO与CBTC系统的融合以及采用新型互联互通技术的信号系统间的融合。分析现有信号主流的CTCS系统与CBTC系统的地面和车载设备在技术层面、工作机理、系统功能等差异的基础上提出“地对车兼容”和“车对地兼容”的互联互通方案,结合各目前相关单位在开展的研究情况,分析新型市域铁路互联互通技术路线。