基于Doc2vec-LightGBM的CBTC车载信号设备故障分类诊断方法

车载信号设备是城市轨道交通信号系统的重要组成部分,其运营过程中会产生海量离散化、片段化的日志文本数据。目前,CBTC车载设备故障记录文本仍存在语义不明确、词语冗余的问题,从而造成故障致因溯源难,针对此,提出一种基于Doc2vec-LightGBM的CBTC车载设备故障自动分类诊断方法。首先对故障文本使用Jieba完成文本分词,依据TF-IDF实现分词文本数据的特征提取,并采用Doc2vec训练文本分词向量;其次针对数据不均衡的问题,采用Borderline-SMOTE算法进行少数类文本向量数据的补全泛化;最后,通过训练轻量梯度提升机LightGBM分类器完成故障文本自动分类。采用某信号厂商所记录的1 133条故障文本数据进行分类实验分析,并与支持向量机(SVM)方法对比。实验结果表明,所提方法在分类精确率、召回率上分别为98.2%、97.5%,证明了该故障文本自动分类方法的有效性和优越性。

CBTC系统保护区段触发策略的优化

[目的]城市轨道交通线路的CBTC(基于通信的列车控制)系统在特定场景中具有一定的局限性:当一条进路存在多个保护区段时,联锁无法根据列车的前进方向灵活选择保护区段,难以满足灵活、自动建立进路的需求,需要优化保护区段触发策略。[方法]简要介绍了CBTC系统下进路触发及保护区段设置的基本原理,列举了既有保护区段控制方案下的2个典型问题场景。提出了保护区段触发策略优化方案,即由ATS(列车自动监控)自动选择保护区段方向并交由联锁执行。以场景一(列车跳停回库)为例,根据列车动力学特征,对优化前后的列车跳停性能进行了对比分析。[结果及结论]以列车跳停回库为场景案例的分析结果表明,优化保护区段控制策略后,列车跳停的时间性能大为提升。此优化方案具有可行性,可显著提高办理保护区段的灵活性,提升列车跳停的效率。

城市轨道交通CBTC系统实时故障定位方法

[目的]为了实现城市轨道交通CBTC(基于通信的列车控制)系统的快速故障诊断和定位,针对系统网络监测数据,提出一种基于时间约束的实时故障监测定位方法。[方法]介绍了所提CBTC系统实时故障定位方法的设计思路;提出了基于时间约束的故障定位算法;构建了CBTC数据监测系统,并进行了算法验证。[结果及结论]通过定义故障匹配模式,构建故障模式库,描述模式匹配规则并定义模式相似度;考虑CBTC系统中各子系统的通信周期、故障响应时间等功能需求方面的差异性,以及多系统之间的数据处理存在同步问题等,加入时间约束因素,时间约束以外的字符不能参与故障模式匹配;利用每次循环匹配失败点的位置,通过继承已匹配成功字符的信息,提高下一次匹配的效率,避免算法的回溯搜索,提高模式匹配效率。算法验证结果表明,所提算法能够快速、准确地定位系统中实时发生的故障。

基于强化学习的CBTC系统信息安全风险评估方法

城市轨道交通属于十分重要的基础设施,具有较高的安全苛求特性,其核心的列车运行控制系统信息安全是当前的研究热点。该文采用了复杂网络和强化学习等方法,研究了当前城市轨道交通中应用最为广泛的基于通信的列车运行控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统的信息安全风险。分析了CBTC系统的信息安全风险要素;基于复杂网络理论构建了CBTC系统的信息域模型;研究了CBTC系统的信息安全风险量化方法,并基于强化学习评估了系统最严峻的风险面。经过实例验证,提出的方法能够有效评估CBTC系统的信息安全。

城市轨道交通CBTC信号系统节能运行方案探讨

城市轨道交通能源消耗主要集中在列车运行能耗和运营系统设备能耗两大部分。该文从减少列车运行能耗角度提出一种CBTC信号系统节能运行方案。在设计时刻表过程中,在满足服务质量的同时,减少服务列车数量,同时为列车节能驾驶留出余量。协调列车的进、出站,以使制动列车产生的再生能量为牵引列车利用。根据客流情况,动态调整时刻表,提高满载率、减少空驶,提高能量利用效率。优化驾驶策略,充分利用站间线路特点和计划运行时间,减少不必要的牵引,降低能耗。

城市轨道交通信号CBTC系统的应用与优化

随着城市化建设进程的不断深入,我国各大城市都已经拥有或正在规划建设城轨交通系统。在这种发展背景下,选择科学、适用的城市轨道交通信号系统,保证车辆的安全行驶就成为了城市轨道交通建设过程中的一项重要任务。基于此,首先针对城市轨道交通信号的应用模式进行了分析,然后给出了城市轨道交通信号系统的具体应用策略。

200 km/h列车速度信号CBTC系统适应性分析

已开通运营的信号CBTC系统线路最高运行速度为160 km/h,针对列车运行速度提高至200 km/h的运营需求,从信号系统基础设备、信号系统ATP/ATO设备、车辆性能、轨旁设备布置、交流25 kV供电、车-地无线网络传输等几个方面进行适应性分析,并提出解决方案。可为后续线路研究200 km/h运营速度的信号CBTC系统配置提供参考。

都市圈轨道交通CBTC制式与CTCS-2制式互联互通方案的研究

针对都市圈轨道交通CBTC系统和CTCS-2系统跨信号系统制式互联互通的运营需求,初步分析了互联互通的前提条件。提出“双套地面设备方案”“地面设备兼容方案”“双套车载设备方案”“一体化车载设备方案”四种互联互通方案,对工程投资、工程实施、运营维护等方面分析对比。重点研究跨信号系统制式互联互通中央级实施方案、车站级实施方案,并对CBTC制式和CTCS-2制式切换流程进行分析,给出符合近期信号系统领域技术发展现状、符合技术发展趋势的推荐方案。

基于CBTC信号系统开通运营前培训体系的构建

在城市轨道交通CBTC信号系统设备安装阶段完成后,除了通过不同层级的系统功能测试、试验与调试工作外,现场人员配备及其本身专业技能也是最终判定系统是否能够安全可靠地投入运营的条件之一。本研究通过构建各部分互相协调促进的培训体系,满足开通运营前各项信号设备设施维修、维护及故障处理等方面人员系统培训的要求。依托本培训系统,在完善改进后可适用正式开通运营后建立信号系统培训体系工作。

新型复式交分道岔在CBTC车辆段的应用与研究

从信号系统控制的角度出发,在研究传统复式交分道岔控制方式的基础上,以台州市域铁路S1线CBTC车辆段内设置的复式交分道岔为例,提出新型复式交分道岔在CBTC制式下的应用。结合传统复式交分道岔,从新型复式交分道岔的控制原理、逻辑处理、列车控制方式等方面,介绍其优化设计方案和控制方案,以便为后续新型复式交分道岔在CBTC车场的应用提供重要的指导和借鉴作用。

基于云模型和组合赋权法的CBTC系统可靠性评价

由于目前对CBTC系统的可靠性分析较少,提出一种基于云模型和组合赋权法的CBTC系统的可靠性评价方法。首先根据CBTC系统的结构和功能,建立了系统的功能型层次模型,并采用组合赋权法确定底层设备的主观和客观权重值,根据加法合成法得到系统的综合权重值;然后,计算CBTC系统底层设备的可靠度,并使用云模型表示;最后,将虚拟云计算的CBTC系统可靠性综合指标新云和可靠性评价集的云模型进行相似度比较,输出评价结果。结果表明,基于云模型和组合赋权法的CBTC系统可靠性评价方法可以正确客观地描述该城市的CBTC系统完成规定功能的能力,为研发和评估CBTC系统提供借鉴。

基于OFDM技术的CBTC系统中列车速度对车地通信传输性能的影响

基于通信的列车控制(Communication-Based Train Control,CBTC)系统是一种采用先进的通信、计算机技术,连续控制、监测列车运行的列车控制系统.为了提高CBTC系统的传输效率,将正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)运用于CBTC系统,从OFDM系统的工作原理出发,研究了列车速度对于OFDM系统子载波非正交性的影响,并以无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)技术中的OFDM参数为例,对列车速度引起的信道相干时间变化进行了深入分析与计算.理论计算与仿真结果表明:列车速度对子载波间正交性的影响可以忽略不计;在同样报文长度、不同列车速度下,最低的传输速率并不一定能得到最低的误帧率(Frame Error Rate,FER);通信系统应该根据信道时变情况以及报文长度分别选择不同的传输速率以得到最低的FER.

市域铁路CTCS-2与CBTC列控系统切换方案

针对市域铁路CTCS-2和CBTC列控系统跨制式互联互通运营需求,在现有列控系统的基础上,分析CTCS-2和CBTC列控系统的特点及列控系统切换场景,研究列控系统切换的系统接口、切换流程以及功能要求,探讨CTCS-2和CBTC列控系统切换应用方案,以满足市域铁路互联互通和资源共享的运营要求。研究结果对市域铁路列控系统技术标准发展和相关列控系统设备的开发具有参考意义。

CBTC与CTCS-2系统互联互通技术方案研究

目的:为促进城市轨道交通与国家铁路融合发展,实现列车跨线运行,需研究CBTC(基于通信的列车控制)与CTCS-2(中国列车运行控制系统2级)系统互联互通技术方案。方法:在对CTCS-2+ATO(列车自动运行)技术选型、CBTC与CTCS-2+ATO系统关键技术比较分析的基础上,提出了互联互通模型及技术框架,内容涵盖车载设备、路侧设备和无线通信。介绍了CBTC与CTCS-2+ATO系统不停车无缝切换技术,包括路侧设备布置方案和切换流程。结果及结论:CBTC与CTCS-2+ATO系统之间存在显著差异,需要进行兼容性研究;采用车载兼容技术方案,使车载单元能够兼容CBTC和CTCS-2+ATO系统路侧设备;引入了共管区的概念,实现了两种系统间的不停车无缝切换;以CTCS-2+ATO系统切换至CBTC系统为例阐述了切换流程。

市域铁路中CBTC与CTCS互联互通设计分析

国内核心都市圈的发展规划同时承担拉开城市框架的市域铁路建设提速,市域铁路信号系统的选型需求也日益迫切。结合信号系统行业现状和技术规范,市域铁路信号系统选型主要是CTCS-2+ATO系统、CBTC系统等。地铁CBTC制式和国家铁路CTCS制式的选择与融合需充分讨论。结合车载架构、地面设备、系统软硬件、通信协议等方面两套系统需综合考虑。从市域铁路信号选型的需求出发讨论CTCS-2和CBTC两种方案互相融合及互联互通的可能性。将从CTCS-2和CBTC互相完全融合,互联互通,双套切换的3种不同方案提出相关设计并分析可行性。特别是针对互联互通的需求,对互联互通方案、接口、切换区域和切换流程等进行研究分析,给出详细的方案。互联互通方案比完全融合方案可行性更高。

电分相对CBTC系统追踪间隔时间影响研究

CBTC系统通常应用于直流供电的城市轨道交通系统中,对于采用CBTC列控系统、交流供电制式的城际铁路、市域铁路,亟需对接触网电分相区域对追踪间隔时间的影响进行定性、定量研究;分别对区间和车站附近分析了追踪间隔时间计算方法,构建追踪间隔时间计算模型,分析影响追踪间隔的主要因素为追踪距离和追踪速度;在此基础上,为防止CBTC系统移动授权位置落入分相区导致掉分相事故,提出分相防护区的设置方法并分析移动授权在分相防护区的转换原理;详细分析分相防护区引入后对系统追踪间隔时间的影响原理,并对追踪间隔时间计算模型进行修正,建立电分相区域追踪间隔时间计算模型;分析系统降级为点式ATP或人工驾驶后备模式时,列车能够顺利通过分相区并提出对电分相设置的相关建议;以深惠城际大鹏支线城际铁路为例,采用电分相区域追踪间隔时间计算模型,结合牵引计算软件对分相区域的区间追踪间隔时间和车站间隔时间进行计算,结果表明,设置分相防护区后,该区域系统追踪间隔时间均小于2min,能够实现列车追踪间隔时间小于2.5min的既定目标,满足系统设计能力要求。

基于约束求解的城市轨道交通CBTC系统事件序列测试用例生成方法

城市轨道交通CBTC系统采用无线通信技术实现车−地连续双向、大容量信息传输。当前,我国正在大力发展自主化CBTC系统,为保障系统软件安全性,对系统进行信息交互测试是极为必要的。针对现有研究对CBTC系统的信息交互顺序测试不充分而引发的系统软件安全性问题,提出一种基于约束求解的事件序列测试用例生成方法。首先,根据系统蕴含的信息交互事件及其约束关系,提出一种基于事件索引的约束处理方法,实现顺序约束条件的1阶逻辑表示,继而采用约束求解器实现测试用例生成过程中的合法性校验及可扩展性校验。然后,基于贪心算法框架,提出事件序列测试用例的初始化、扩展与校验策略,实现事件序列测试用例集的高效精简生成。最后,以列车进站场景下的CBTC系统移动授权生成功能为研究对象,辨识各子系统间的信息交互事件、交互顺序及其约束,采用所提方法构建CBTC系统事件序列测试用例集。结果表明,所提方法可高效精简生成满足约束条件与覆盖准则的事件序列测试用例集,提高了测试的有效性与完备性。与穷举法相比,所提方法的测试用例集规模精简幅度可达到72.5%。与随机法相比,在生成相同规模的测试用例集时,所提方法的t-维事件序列覆盖率显著高于随机法,可在保证事件序列检错效力的前提下提高测试效率,从而为高效开展CBTC系统的信息交互顺序测试提供了理论依据。

CBTC与CTCS-2兼容互通方案

提出“双套地面”、“双套车载”和“兼容型车载”3种解决C B T C与C T C S-2(含C T C S-2+ATO)系统之间兼容互通的可行方案,并对3种方案进行比对分析,推荐采用“兼容型车载”方案。通过“兼容型车载系统结构图”对方案的车载软、硬件配置和地面设备配置进行说明。同时,重点对切换场景进行详细描述,按不同运行方向分别对切换场景中的行车许可获得,车-地信息的交互内容,临时限速及行车许可管辖范围,切换信息的下达时机,轨旁设备的布置原则,切换失败的运行方式及对司机的操作要求等问题进行详细分析。

基于CODAS的CBTC车载系统子系统故障风险评估与维修优先级决策方法

基于通信的列车控制系统(CBTC)是城市轨道交通信号系统的重要组成部分,其中,CBTC车载系统更是CBTC的核心,针对其高精度、精细化的可靠性评估是保证列车安全高效运行的理论基础。提出一种基于CODAS的CBTC车载系统子系统故障风险评估与维修优先级决策方法,首先对运行采集的故障间隔时间进行拟合,通过K-S检验法选择最优的分布模型,以最优分布模型为基础求解CBTC车载系统及其子系统的可靠度函数曲线,并采用基于弗雷歇距离的曲线相似度表征各类子系统的可靠性影响度;其次,以可靠性影响度、逆平均利用率、故障发生度与故障发生紧急程度构建故障风险评估指标体系,基于熵权法-CODAS(Combinative Distance-based Assessment)对各子系统的故障风险进行评估与排序;同时,以平均维修时间为基础,结合故障风险评估求解过程中获取的各子系统的欧式距离与出租车距离,建立维修优先级决策指标体系,利用熵权法-CODAS确定子系统最优维修顺序;最后,利用北京地铁某线路CBTC车载系统的历史运维数据进行实例分析。该方法能够为实际工作中的维护方案的制定提供理论依据,对于指导CBTC车载系统的可靠性维护具有积极意义。

CBTC信号系统信息安全问题分析

以计算机联锁系统(Computer Based Interlocking,CI)为研究对象,分析了CI系统的通信板、控显及维护机存在的信息安全问题。研究结果表明CI系统存在漏洞被利用的风险,也为基于通信的列车控制系统(Communications Based Train Control,CBTC)信号系统信息安全防护提供了思路。