基于自主感知和车车通信技术的全自动运行系统

[目的]为了解决基于传统车地通信技术的全自动运行线路所面临的高峰期运能不足、系统设备繁多、故障影响范围广等问题。[方法]提出了基于自主感知和车车通信技术的全自动运行系统设计方案,介绍了该系统的架构及各子系统的功能,分析了该系统的优势。[结果及结论]基于自主感知和车车通信技术的全自动运行系统采用基于相对速度的安全防护模型,实现了列车追踪运行间隔的进一步缩短;采用车车通信方式结合自主感知技术,实现了系统架构的进一步精简,减少了运营维护工作量;构建了具备智能感知的后备系统,可保障系统故障下的列车运行安全,并提升了故障情况下的运营恢复效率。该系统已在北京地铁11号线示范工程中完成现场单车及多车调试、测试,取得了试运行授权。

支持虚拟编组技术的列车运行控制系统方案研究

[目的]随着城市轨道交通网络化发展,线网客流时空分布不均衡的特性逐渐凸显,既有列车固定编组方式难以实现“按需运输”。为充分利用线路运力,需研究新一代列车运行控制系统。[方法]提出了一种支持虚拟编组技术的列车运行控制系统设计方案,并从列车运行逻辑控制、线路资源管理及调度指挥机制等方面分析了支持虚拟编组技术的列车运行控制系统与传统列车运行控制系统的性能差异;介绍了虚拟编组的关键技术;为实现虚拟编组技术在工程项目中的应用,提出了在项目规划和设计阶段,针对虚拟编组列车停车区域、正线站台区域及站台门接口等方面需要考虑的工程设计内容。[结果及结论]车车通信架构为虚拟编组技术的实现提供了更合理的系统架构设计基础;基于“撞软墙”模型协同运行控制及智能感知的列车运行控制是虚拟编组列车运行控制系统的关键技术。随着虚拟编组技术的大规模应用,列车运行控制系统能够在客流变化时快速调整在线列车编组长度,提高了运输组织的灵活性,提升了乘客服务水平。

全自动运行线路列车自动对位调整功能测试研究

[目的]全自动运行线路列车JOG(自动对位调整)的可靠性与列车停站精度直接相关,需加强JOG功能测试验证。[方法]以上海轨道交通15号线为例,分析了列车JOG功能故障原因,提出了提高JOG可靠性的优化方案,以及新线JOG功能测试验收方法。[结果及结论]对于既有线,可通过优化列车轻级制动参数提高JOG的可靠性。对于新建线路,可通过不同牵引极位和不同列车轻级制动参数下的测试,得到符合线路实际运营情况和列车特性的最佳值,以保障JOG功能;同时,为确保JOG功能的稳定性,需对欠标或冲标0.5~2.0 m以及2.0~5.0 m两种情况分别进行测试验证。

城市轨道交通兼容性车载系统阶梯形目标速度的平滑跟踪控制研究

[目的]针对城市轨道交通兼容性车载系统中目标速度消息周期大于车载控制周期以及消息间隔不固定的特殊现象,提出了一种双周期速度跟踪算法来实现阶梯形目标速度的平滑跟踪目的。[方法]根据目标速度序列特点,引入了巡航状态和估计状态等2个控车状态,对列车站前减速过程进行识别。分别对消息周期和车载控制周期时刻的目标速度进行相应处理:当收到目标速度的消息周期时,基于卡尔曼滤波算法计算参考速度、参考加速度的估计值;当未收到目标速度的车载控制周期时,基于上述估计结果推算出车载控制使用的参考速度。考虑到目标速度消息滞后以及列车响应延时的特性,设计了拟平行参考速度跟踪控制策略。以上海轨道交通2号线为例,对参考加速度估计效果和不同运营等级场景下的控车效果进行了分析。[结果及结论]案例表明,上述算法可以克服目标速度消息周期长且间隔不固定所带来的控车工况频繁切换问题,避免了兼容性车载系统阶梯形目标速度曲线跟踪过程中控制命令饱和以及速度曲线凹坑现象,实现了列车在站前减速过程中的平稳控制,提高了乘客舒适度,减少了列车制动损耗,节约了牵引能耗。

基于LabVIEW的应答器报文解码仿真实现

介绍基于LabVIEW的FFFIS(Form Fit Function Interface Specification)解码策略,并提出一种应答器数据报文解码的实现方法。根据应答器报文信息的结构以及FFFIS编码策略,设计报文的解码流程图,围绕奇偶校验检查、查找报文起始位置以及解扰算法3个关键难点,编写解码程序,实现具体报文的解码仿真。

高速列车双自适应广义预测控制方法

针对单一广义预测控制器在控制过程中只修改模型参数而不修改控制器参数,导致列车在启动和制动阶段控制效果较差这一问题,采用双自适应广义预测控制方法,设计高速列车双自适应广义预测控制器实现对高速列车运行过程的自动控制。该控制器采用具有可变遗忘因子的递推最小二乘法实时辨识列车运行过程模型的参数,根据辨识得到的模型参数自适应建模且修正控制器的调优参数,进而计算出高速列车需要施加的牵引/制动力,并设计确保控制器稳定的监督机制,实现高速列车对给定速度的高精度跟踪。仿真结果表明:双自适应广义预测控制器对给定速度和位移均有高精度的跟踪能力,在遇到未知干扰时仍能确保列车安全、稳定地运行,其控制效果明显优于单一自适应控制器。

无线闭塞中心系统安全风险分析及对策

通过分析无线闭塞中心(RBC)的系统结构和功能,从RBC的角度辨识出各种安全风险,并将它们分为列车超速和列车冒进两大类;采用故障树分析方法对2类风险分别建立故障树,进而求解故障树的最小割集,识别出所有可能导致这2类安全风险的原因。分析结果表明,导致列车超速的直接原因一是RBC向列控系统车载设备发送了错误的行车许可信息或与速度相关的信息,二是RBC未能向列控系统车载设备发送应该发送的行车许可或与速度相关的信息;导致列车冒进的直接原因一是RBC发送了错误的行车许可或有条件紧急停车信息,二是RBC未及时发出缩短行车许可以及有条件和无条件紧急停车信息。针对分析和归纳出的五大类共11项安全风险原因,给出对应的防范措施,并经在武广高速铁路应用,验证了防范措施有效且实用。

基于负载均衡的MVB周期数据调度优化

针对采用单调速率(RM)调度算法构建的周期扫描表易导致多功能车辆总线(MVB)网络出现负载不均衡的问题,基于MVB网络建立以网络负载不均衡度最小为目标的优化模型;为增加算法的收敛速度,简化算法求解过程,采用基于以平均负载率为中心的预测域的免疫遗传算法对优化模型进行全局最优求解。仿真和试验结果表明:较RM调度算法和其他优化算法,采用所给出的优化模型和算法能够明显减小MVB网络负载的波动;算法具有更快的收敛速度,可以提高MVB网络的负载能力,提升控制系统的性能。

列车运行自动控制(ATO)算法的研究

通过分析列车自动控制算法所面临的问题 ,提出了具有自适应、智能化的列车自动驾驶算法及推理机结构。

CTCS-3级列控系统RAM指标评价方法研究

为评价CTCS-3级列控系统的可靠性、可用性和可维护性(RAM),对系统逐层向下分解并建立可靠性框图,可靠性框图的最低层次定位到现场可更换的最小部件。通过可靠性预计和可维护性预计得出最小可更换部件的故障率和维修率,然后利用马尔可夫过程计算模型,根据可靠性框图自下而上逐层求解出系统的可靠性指标。同理,可根据各个最小可更换部件的故障率和维修时间,得到系统的可维护性指标。根据得到的系统可靠性指标和可维护性指标计算得出CTCS-3级列控系统的可用性指标。根据计算得到的RAM指标,判断系统是否达到系统需求。

基于有色Petri网的车载设备模式转换测试序列生成方法

为高效、自动生成覆盖车载设备所有转换路径的测试序列,根据《CTCS-3级列控系统系统需求规范》,首先基于有色Petri网构建车载设备模式转换(MTCPN)模型,并采用ASK-CTL公式和非标准状态空间查询法对MTCPN模型进行分析和验证,然后根据车载设备模式转换规则,将车载设备的工作模式及其转换路径映射为有向图,采用中国邮路算法求解有向图,生成1条最优邮路,并对该邮路进行二次优化,生成车载设备模式转换的测试目标序列集;将测试目标序列作为MTCPN模型的输入,仿真生成满足全路径覆盖准则的可执行的测试序列集和XML文件。验证结果表明:基于有色Petri网的测试序列生成方法能够满足测试需求,并且避免了既有方法的状态空间爆炸和搜索死循环问题,提高了测试效率。

基于多级可拓评价法的列车运行控制系统运营安全风险评价

为定量评价列车运行控制系统的运营安全风险水平,构建包括列控设备风险、操作风险、维修风险、环境风险、安全管理风险和更新改造风险的列车运行控制系统运营安全风险评价指标体系,并基于模糊层次分析法确定各评价指标的权重,建立列车运行控制系统运营安全风险多级可拓评价模型。以国内某高速铁路CTCS-3级列车运行控制系统的运营安全风险定量评价为例,验证了该模型的合理性、可行性和适用性。

高速列车运行控制系统的研究

列车运行控制系统是保证列车安全、高效运行的重要设备。以成功应用于广深线时速达２００ ｋｍ ·ｈ－ １的Ｘ２０００ 及国产动力集中动车组上的速度分级控制系统为例， 介绍系统原理、系统构成及该系统所采用的适用于广深线的各种控车模式。并且针对３００ ｋｍ ·ｈ－ １高速试验列车，结合智能控制技术的发展及高速列车对车载控制系统的要求， 提出了适应高速列车特点， 满足控制要求的车载系统方案，

基于多分辨率建模方法的CTCS-3级列控系统仿真技术

基于多分辨率建模和高层体系结构,对CTCS-3级列控系统进行仿真研究。根据CTCS-3级列控系统的结构,选择无线闭塞中心(RBC)、列控中心(TCC)、应答器信息传输模块和车载安全计算机4个关键模块组成控车模型。采用多分辨率建模方法,根据信息交互细节层次的不同,将控车模型中的不同模块划分为低、中、高3种分辨率模块。应用HLA仿真技术,构建控车模型中联邦对象模型和成员之间的属性公布与订购关系,应用RTI软件实现控车模型的仿真过程。实现了如下仿真场景:控车模型联邦与RTI软件的连接与退出;不同分辨率情况下的RBC与TCC信息交互生成行车许可;车载安全计算机绘制计算目标距离曲线;列车行驶视图显示。仿真结果验证了多分辨率建模方法在CTCS-3级列控系统仿真中的可行性。

铁路专用2FSK调制信号生成方法的研究

铁路信号车载和地面列控设备是确保列车高速安全运行的重要基础装备 ,针对我国铁路信号地面系统制式多、设备不兼容的现状 ,如何基于相同硬件及专用软件 ,模拟产生现有不同制式轨道电路信号是新型列车自动控制系统研制过程中亟待解决的技术难题。分析了我国铁路主要制式信号的典型参数特征 ,通过MAT LAB仿真软件建立了主要制式信号的数学模型 ,在重点解决了边频精度、相位连续、波形转换等关键问题的前提下 ,提出了我国铁路专用 2FSK (二进制频移键控 )调制信号的全新生成方法 ,并给出了相关硬件、软件的设计思路。由实验结果分析表明 ,该设计的精确度和稳定度完全满足现场应用的要求 ,具有通用、简便。

基于TOPSIS法的列车运行控制系统风险排序模型研究

针对列车运行控制系统中相同风险等级危害事件的风险排序问题,从危害事件的发生频率和后果严重度2个方面构建其风险评价指标体系;在专家给出评价结果的基础上,运用模糊层次分析法确定各风险评价指标的权重,然后建立基于逼近理想解的排序法(TOPSIS法)的列车运行控制系统相同风险等级危害的风险排序模型。运用该模型,对国内某高速铁路CTCS-2级列车运行控制系统建设期识别出的3个相同风险等级的危害事件进行风险排序,验证了该模型的合理性、可行性和适用性。利用该模型可以从相同风险等级危害事件中分离出更关键的危害事件,为制订风险控制与监督提供更加科学合理的依据。

运行时验证及其在列车运行控制系统中的应用

运行时验证是一种将模型检验方法与测试相结合的轻量级验证技术,它能够有效地降低系统验证的复杂度,提供系统运行阶段的安全保障,因此在安全苛求系统的验证领域有着极其重要的应用。本文提出一种基于三值逻辑的有限轨迹LTL可执行语义,允许"真"和"假"以外的逻辑值来显式的刻画验证过程中可能出现的非确定性,从而使得验证的结果更加精确。针对新的LTL语义给出了基于公式重写的运行监控算法和近似优化策略,并结合欧洲列车运行控制系统的实例,分析探讨了该方法在轨道交通控制领域的应用。

新型模糊预测控制及其在列车自动运行过程中的应用

此文提出了一种新型模糊预测控制（ＮＦＰＣ）算法，并把它用于列车自动运行过程（ＡＴＯ）的计算机仿真。既有的ＡＴＯ系统通常使用常规控制方法（如ＰＩＤ控制）跟踪既定的列车速度模式，在简要分析其缺陷的基础上，提出了采用ＮＦＰＣ的新型ＡＴＯ系统方案。ＮＦＰＣ实质上是模糊决策和预测控制方法的有机结合，其中采用模糊逻辑来实现被控过程／对象的逆动态特性，并在控制算法设计中引入了预测思想。另外还以ＡＴＯ过程为背景，针对ＮＦＰＣ算法做了仿真研究，仿真结果初步表明了ＮＦＰＣ算法的有效性。

CTCS-3级列控系统车载设备测试序列优化生成方法

根据车载设备功能测试的需求,研究基于中国邮路算法优化生成CTCS-3级列控系统车载设备测试序列的方法。在分析测试序列构造方法的基础上,将测试序列的优化生成问题转换为求解1个具有多重弧的有向图的中国邮路问题。针对测试序列的特点,利用Edmonds-Johnson算法和LINGO建模工具对中国邮路问题进行求解,即通过构造容量网络、求解最小费用最大流、欧拉图寻迹等步骤,找出最优邮路。针对求解结果有可能导致测试序列过长的问题,提出1种有效的截短方法,实现了生成结果的二次优化。以CTCS-3级车载设备模式转换示意图为例,给出优化生成测试序列的具体过程。

基于微分动态逻辑的无线闭塞中心交接协议建模与验证

ETCS-2级列车运行控制系统呈现复杂的混成性。按照无线闭塞中心(RBC)交接协议的内容,建立RBC交接协议的UML图;基于微分动态逻辑理论,从混成系统角度对ETCS-2级列控系统规范中的RBC交接协议进行建模。建立的RBC交接协议模型包括列车子模型、移交子模型和接收子模型。根据模型的性质,构造微分不变式,运用证明工具KeYmaera验证模型的安全性和活性。结合专业知识对关键性的约束条件进行分析并将其反馈至模型,实现模型的精化。在模型验证过程中,发现了交接安全及交接效率的参数约束条件,由此参数约束条件可知,RBC交接效率受RBC离散控制时间和列车运行状况的共同影响。