降级运行后CTCS-2/3等级转换点设置方案研究

装备CTCS-3级列控系统车载设备的列车,在安装CTCS-3级地面设备区域运行时出现无线通信中断等原因降级后,若长时间按CTCS-2等级运行将影响区间通过能力。合理设置降级后CTCS-2/3等级转换点,实现降级为CTCS-2等级运行的列车尽早恢复CTCS-3等级运行,可提高列车运行效率。结合等级转换设计有关规定及工程案例,对降级后CTCS-2/3等级转换点的设置方案进行研究,同时考虑RBC移交需求、站间距过长或过短、枢纽场/站间通过联络线和渡线衔接的特殊场景。研究结果表明:两站间有RBC移交需求时,应优先确保RBC移交,再根据站间距设置降级后等级转换点;对于长大区间,应在区间适当位置增设正向等级转换点;对于枢纽,可设计多场/站共用等级转换点。研究结果可为降级后CTCS-2/3等级转换点的工程设计提供借鉴与参考。

CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)在市域铁路中的应用分析

[目的]目前,我国市域铁路仍没有应用CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)的案例。为扩展CTCS(中国列车运行控制系统)在市域铁路中的应用,应对CTCS-3在市域铁路的应用进行探讨。[方法]分析了现有市域铁路的特点及CTCS制式在市域铁路应用的现状,提出了CTCS-3在市域铁路应用的技术方案。分析了CTCS-3在市域铁路的适应性,对应用于市域铁路的CTCS-3的技术方案提出了优化建议。[结果及结论]与CTCS-2(中国列车运行控制系统2级)相比,CTCS-3(不以CTCS-2为后备)在市域铁路中具有更好的适应性,其在牵引供电制式适应性、保护区段设置方式、与其他轨道交通制式互联互通等方面均具有优势,信号工程成本也较低。

CTCS-3级列控系统冒进模式处置分析与优化

冒进模式是列控系统执行冒进防护时,车载设备进入的一种模式。车载设备进入冒进模式后,按照CTCS-3级列控车载设备技术规范及司机操作说明进行处置时,对于现场某些特定场景,会出现对运输影响较大的情况。从动车组列车现场实际运用场景出发,介绍CTCS-3级列控系统300T、300H、300SC三种车载设备对冒进模式的处置方式,分析目视行车模式在现场特定场景下对运输的影响,结合列控车载设备冒进模式操作规定,提出特定场景下的软件优化及操作修订建议,从而减小设备发生故障对现场运输效率的影响。

CTCS-2级列控系统升级改造为CTCS-3级的工程实施方案及经验总结

随着高速铁路技术的不断发展,列控系统的升级成为提升运输效能的重要途径。从CTCS-2级列控系统升级改造为CTCS-3级,不仅涉及技术层面的升级,还需在不影响既有线路正常运营的条件下进行,施工难度极大。为解决升级改造过程涉及到新增列控地面设备接入与恢复、既有系统软件过渡、合理规划分步开通方案等问题,以贵广铁路提质改造工程为例,在分析工程难点和工程量的基础上,从软件换装、应答器安装、RBC接入方面对工程实施方案进行研究,并从标准建设、人员培训、关键环节管控、技术手段应用等角度对工程实施经验进行总结。提出应答器静默安装方案和报文核对助手等一系列施工方案和管理措施,可减少施工对既有线路运输生产的干扰,保障改造工作的安全性,可作为后续类似改造工程的参考案例。

新型列控系统与CTCS-3级列控系统RBC切换机制差异研究

为应对RBC切换在新型列控系统与CTCS-3级列控系统间互联互通应用的技术挑战,深入研究2种列控系统RBC切换流程的差异。基于CTCS-3级列控系统RBC切换流程,结合新型列控系统特性,从行车许可计算方式、交互信息、车地通信协议等方面,区分2种列控系统RBC切换关键技术要求;从列车信息处理策略、列车防护、通信故障处理、边界后首区间检查、后备监控模式列车管理等关键环节,分析2种列控系统RBC切换差异。可为工程应用中RBC切换场景的问题分析、工程设计提供支撑,也为未来铁路线路升级与跨系统运营提供理论依据和技术支持。

离去区段CTCS-3级向CTCS-2级列控系统等级转换测试用例研究

动车组在高速铁路运行时,应能根据线路的列控系统等级自动切换车载设备的控制等级而不引发紧急制动,因此在工程线路开通前,设计测试用例,对离去区段上设置有CTCS-3向CTCS-2等级转换点的特殊线路场景进行针对性的系统集成测试十分必要。在CTCS-3级向CTCS-2级转换过程中,车载设备是否触发制动受许多外部条件影响,如车载设备类型、CTCS-3级与CTCS-2级行车许可中描述的最高允许速度是否存在较大差异等。利用场景举例法,研究等级转换点所在离去区段长度不同时的测试用例设计方案,确保覆盖CTCS-3级与CTCS-2级行车许可存在最不利差异的场景。所研究的测试用例可最大化地在测试阶段发现车载设备紧急制动问题,并已在工程建设中得到验证,对集成测试工作开展有一定指导意义。

CTCS-3级列控系统规范的建模与形式化验证方法研究

CTCS-3级列控系统规范是CTCS-3级列控系统设计与开发的基础,是实现互联互通以及确保系统高效率与安全性的关键环节。然而,依靠经验与直觉制定的规范不可避免地存在某些漏洞或者安全隐患,因此对CTCS-3级列控系统规范进行建模与形式化验证显得十分必要。本文提出CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证方法,此方法的特点是能够在系统规范、模型、验证工具以及验证结果之间建立一条跟踪链,从而始终保证系统规范、模型及程序代码之间的一致性。结合笔者运用此方法对CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证的实践,证明这种方法是可行的、高效的。

CTCS-3级列控系统临时限速建模与验证

为了满足临时限速系统的实时性要求,采用时间自动机理论,对CTCS-3级列控系统临时限速工作流程分别建立了各设备的时间自动机子模型,进而构成临时限速系统的时间自动机网络模型,并基于临时限速系统技术规范的参数对模型进行赋值;采用BNF语法对临时限速系统待验证的属性进行了形式化描述,并应用UPPAAL验证工具对临时限速模型的安全性和受限活性进行仿真验证.验证结果表明:与现有临时限速系统的时间参数设置相比,修正后的时间参数设置避免了出现系统死锁现象;在不影响安全功能属性和受限活性的基础上,提高了临时限速系统的实时性,可在规范规定时间5 s内做出响应.

CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术

从CTCS-3级列控系统工程建设角度出发,对包括基于多路速度传感器数据融合的测速测距策略、列车制动模型及CTCS-3/CTCS-2级动态转换机制等CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术进行研究。根据不同类型测速传感器的特点,采用车轮速度传感器与雷达相结合的方式实现列车速度的安全测量,并运用联合卡尔曼滤波理论提出基于多路传感器数据融合的测速测距算法策略。结合列车移动体的控制特点,在国际铁路联盟UIC 544—1标准的基础上,提出1种改进的分段式减速度计算的列车制动模型,可兼顾行车安全和效率。针对列车运营模式的兼容性与可靠性,采用兼容CTCS-3级和CTCS-2级的双模冗余设计,使CTCS-3级列控车载设备同时具有CTCS-3级控车功能和CTCS-2级控车功能,并通过输入信息共享和等级转换时信息交换等技术手段,实现CTCS-3/CTCS-2级之间的平滑动态转换。研究成果已在武广高速铁路上实施,满足了列车高速安全运行的要求,并提高了等级转换时的列车运行效率和旅客舒适度。

CTCS-3列车控制系统数据融合方法研究

数据融合是提高列车控制数据完备性和保证列车安全的重要方法,CTCS-3列控系统已在传感器层面进行了局部数据融合。本文在分析列控系统技术规范、CTCS-3列控系统结构及工作原理的基础上,提出一种CTCS-3列控系统决策层数据融合方法,分析融合的可行性并建立实现该方法的模型。该方法通过CTCS-3列控系统C3控制单元与C2控制单元之间进行列控信息交换,实现行车许可、线路描述信息、临时限速等核心列控数据的数据融合。融合后的列控数据更可信、准确、可靠。使用融合后的列控数据计算列车允许速度和生成监控曲线,使列车控制的安全性更高。

基于GPRS分组交换网络的CTCS-3级列控系统车地安全数据传输的可行性

基于高速铁路既有的通用分组无线业务(GPRS)分组交换网络以及CTCS-3级列控系统车地安全数据传输需求,提出GPRS承载CTCS-3级列控系统车地安全数据传输业务的服务质量(QoS)关键指标和协议栈;基于半实物仿真平台提出GPRS网络承载车地安全数据传输QoS测试方法,并对QoS关键指标进行测量和分析。结果表明:40字节和128字节用户数据报协议(UDP)数据帧端到端传输时延在改进网络临时块流(TBF)释放机制后,可以满足车地安全数据传输QoS的需求;GPRS网络的误帧/丢帧主要出现在小区重选时,下行链路误帧/丢帧率高于上行链路误帧/丢帧率;GPRS附着时延和分组数据协议(PDP)激活时延可以满足车地安全数据传输QoS的需求。优化GPRS网络数据传输时延、小区重选机制和重选时的数据缓存机制是利用GPRS网络承载CTCS-3级列控系统车地安全数据传输的关键。

一种基于场景的CTCS-3列车控制系统建模方法研究

对CTCS-3列车控制系统进行有效的测试、分析和验证是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。本文以CTCS-3列车运行控制系统的UML非形式化模型为基础,以自动机模型作为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为自动机网模型的方法。首先将场景的UML顺序图自动转化为子系统的子自动机模型,然后通过合并不同场景的子自动机模型,得到子系统的组元自动机模型,最后通过对通信通道的建模得到系统的自动机网模型。使用本方法,基于系统的UML顺序图模型可以自动生成系统的自动机网模型。

基于AdmiTest的CTCS-3级列控系统自动测试平台

根据CTCS-3级列控系统的特点,结合欧洲列车运行控制系统(ETCS)测试经验,研发基于通用测试平台AdmiTest的CTCS-3级列控系统自动测试平台CARSTool。CARSTool采用激励-反馈机制实现单系统或多系统的闭环测试,包含测试对象、仿真系统、链路、消息、激励、响应和测试序列等基本元素,具有线路工程数据配置、通信链路配置、站场线路配置、PI Object、仿真系统、列车运行仿真和自动测试序列7个功能模块。以郑西客运专线列控数据为例,采用CARSTool对CTCS-3级列控系统进行仿真测试。测试结果表明:通过规范化语法严格卡控测试步骤,根据CTCS-3级列控系统测试案例库以及激励-反馈信息判断测试项目的执行状态,CARSTool实现了测试计划、执行过程和测试结果的闭环处理;说明CARSTool能够实现CTCS-3级列控系统的自动测试。

基于蒙特卡罗的CTCS-3级列控系统单元重要度分析

为了更好地描述列控系统组成单元对列控系统整体安全运行的影响程度,在深入分析CTCS-3级列控系统结构和功能的基础上,从系统失效的角度建立CTCS-3级列控系统失效的故障树模型,采用蒙特卡罗方法来仿真计算列控系统组成单元的概率重要度和结构重要度,识别列控系统的薄弱环节,为提高列控系统的可靠性和日常维护提供科学依据。

CTCS-3行车许可过程形式化建模

针对高铁列车控制系统3级集成中的系统网络通信性能缺乏形式化标准问题,采用着色Petri网,在分析行车许可行为过程的基础上,提出并完成了面向行车许可计算及传输过程的分层着色Petri网系统建模,进一步完成赋时模型优化。通过实验对模型的有效性进行了验证,并进一步讨论了系统通信可靠性及网络延迟对行车的影响,形成等级转换时的通信质量的安全范围,可以为列控系统的设计、联调联试提供支持。

CTCS-3级列控系统轨旁设备仿真子系统的设计与实现

轨旁设备是列车控制系统中的重要组成部分,它可为列车控制系统提供地面应答器信息和轨道电路信息,以保证列车安全可靠地运行。本文主要对CTCS-3级列控系统中的轨旁设备进行研究,在CTCS-3级列控系统仿真平台的基础上,设计并实现了轨旁设备仿真子系统,最终达到了测试CTCS-3级列控设备的目的。

CTCS-3列控系统RBC切换的形式化建模、分析与验证

针对影响RBC切换质量的列车速度、RBC切换时间等诸因素,以及澄清对RBC交接协议安全性在认识上的一些误区,利用随机Petri网形式化描述工具,建立了CTCS-3列控系统RBC切换模型。通过理论分析和仿真实验,验证了不同速度条件下高速列车越区运行RBC交接协议A、B的可靠性、安全性和合理性。交接协议B作为协议A的冗余措施,由于考虑了RBC切换过程中通信中断时间,从RBC切换成功概率上讲,并不存在安全上的问题,但降低了RBC切换效率,对行车效率有所影响;列车速度进一步提高时,RBC切换的可靠性下降,可考虑适当增加RBC重叠覆盖区域、场强和列车间隔时间裕量。

我国铁路CTCS-3级列控系统的分析与研究

CTCS-3级列控系统是我国通过自主创新建成的具有自主知识产权的列车运行控制系统,凝结了我国铁道部、高校、科研院所和骨干企业群策群力的智慧结晶。通过对国外列车控制系统发展现状及我国列控系统发展历程的介绍,阐述了我国CTCS-3级列控系统研究的必要性及技术方向的选择;说明了我国CTCS-3级列控系统的技术特点;同时还对CTCS-3级列控系统结构及主要设备的功能作了简要介绍,并总结了系统研发的主要创新成果。

CTCS-3级列控系统车-地无线通信端到端通信安全增强技术的研究

为实现与CTCS-3级列控系统相关的安全信息在GSM-R系统中安全、可靠地传输,提出车-地无线通信端到端通信安全增强解决方案。该方案改进CTCS-3级列控系统的数据通信安全功能,可根据用户安全需求的不同等级,实现通信系统双向认证,或通过可信任认证中心使车载移动终端和地面无线闭塞中心(RBC)之间实现端到端认证。通过收发方的数字签名以及签名验证来提供信令完整性保护机制,防止信令被有效破坏。给出灵活的端到端信息加密解决方案,防止信息泄露、窃听,并阻止恶意入侵和干扰,使整个通信通道都得到安全保护。

基于FMEA与ELECTRE-Ⅲ的CTCS-3风险评估研究

为提升中国列车运行控制系统-3（CTCS-3）的可靠性,建立一个种新的基于失效模式与影响分析（FMEA）与消去与转换法-Ⅲ（ELECTRE-Ⅲ）的风险评估模型。首先利用直觉模糊数（IFNs）刻画不确定评估信息,利用ELECTRE-Ⅲ构造不同潜在失效模式（PFMs）间的级别高于关系,进而将PFMs的风险水平排序;然后进行案例分析,并与传统FMEA方法、加权平均集结算子、多准则妥协解排序法（VIKOR）、逼近理想解排序法（TOPSIS）等方法对比。结果表明：基于FMEA与ELECTRE-Ⅲ的CTCS-3的安全评估模型的稳健性较强,并能有效克服指标间异质性的影响。