基于BIM的列控数据自动集成与可视化动态验证

为探究在列控数据验证领域中存在的工作量大、可视化效果差以及动态验证支持弱等问题的解决方案,提出基于BIM可视化的列控工程数据动态验证方法。该方法首先采用基于数据模型驱动的场景构建方法,在Unity平台实现3D站场的自动集成,生成接近真实的铁路站场;然后,基于铁路相关规范,采用连续碰撞检测技术实现列车运行的动态可视化仿真;最后,基于3D站场和列车仿真运行,完成对列控工程数据的动态验证。对于3D站场集成部分,该方案能够自动且迅速调用铁路基础设备模型,准确完成站场的3D构建,构建的设备包括线路轨道、道岔、信号机等。在列车3D模拟运行中,能够自动完成轨道区段占用检测及相应的信号机点灯、行车许可计算与执行、车地通信读取应答器数据等功能,并且能够根据行车许可,执行超速防护,控制列车在3D场景中仿真运行,模拟出铁路联调联试的场景。在模拟列车运行过程中,若出现失常,则判断该数据设计存在风险,验证结束并给出警告。代入黔常线咸丰站站场及相关区间数据进行实验,结果显示:(1)1LQG长度不符合规定,无法满足列车出站时80 km/h的初速度,建议1LQG长度由305 m增加至满足所有型号列车运行要求的525 m;(2)分相区与邻近信号机距离350 m无法满足CRH-200型列车正常运行通过分相区,数据存在问题,建议修正为524 m以上。该研究成果可为BIM方法在列控工程数据验证中的应用提供参考。

面向安全高效运行的重载列车智能操控关键技术

面向我国重载铁路自动化和智能化发展以及重载铁路运输需求持续增长对既有列车运行控制带来的严峻挑战,文章围绕重载列车智能操控关键技术展开了研究现状介绍,并分析了目前亟待解决的难题与未来发展趋势。首先,针对列车纵向动力学建模,已有研究多考虑单一环境、固定工况下机理建模及分析,难以精确表征列车运行过程中的内、外部参数时空渐变特性,因此,在已有机理模型基础上考虑未建模动态,并进行降阶等效是未来一个重要研究方向。其次,长编组列车车辆间非线性强耦合特性、空气制动特性对列车运行过程中纵向冲动的影响依旧为重载列车操纵优化带来了巨大的挑战,借鉴高速列车多车协同控制技术,研究考虑主动抑制纵向冲动的重载列车多机车分布式协同控制具有重要意义。最后,结合数据驱动与人工智能算法、多源信息融合等新兴技术分析了列车控制领域一些新的机遇,而耦合仿真平台与评估体系的搭建也将成为重载列车安全运行分析、评估与优化的一种有效途径。

DRTD系统固定电台控制设备管控模块设计与实现

铁路无线列调通信技术和列车通信设备应用需求的发展,现有铁路通信技术将升级为DRTD、GSM-R或5G-R等数字制式无线通信。主要介绍列车数字无线调度通信系统(DRTD)中固定电台控制设备管控模块的设计,实现与调度操作台、固定电台以及数字列调接口服务器进行数据交互,对若干车站的固定电台以及所属终端进行管理,并将数字列调接口服务器的调度命令、车次号无线校核信息或进路预告发送到对应固定电台,保障铁路列调系统通信的可靠性。

高速动车组数据驱动无模型自适应积分滑模预测控制

同许多复杂系统一样,动车组(Electric multiple unit,EMU)运行过程也具有多变量、强耦合以及非线性等特性,这严重影响着列控系统的性能.针对包含外部扰动的动车组自动驾驶系统,提出一种新型的多输入多输出(Multi-input-multi-output,MIMO)数据驱动积分滑模预测控制(Integral sliding mode predictive control,ISMPC)算法.首先,该算法基于与动车组运行过程等效的全格式动态线性化(Full format dynamic linearization,FFDL)数据模型,设计一种离散积分滑模控制(Integral sliding mode control,ISMC)律.为了使系统能够获得更高的输出跟踪误差精度,利用模型预测控制(Model predictive control,MPC)代替ISMC的切换控制,进一步推导出ISMPC算法.同时,通过对FFDL数据模型的未知扰动、参数误差等不确定项进行延时估计,提升了算法的控制性能和对系统的等价描述程度.在提供两种算法的稳定性证明分析之后,以实验室配备的CRH380A型动车组仿真实验台对提出的ISMC和ISMPC算法进行仿真测试,并与其他方法进行对比,仿真结果表明ISMPC算法控制性能较好,动车组各动力单元速度跟踪误差均在±0.132 km/h以内,满足列车的跟踪精度需求;控制力和加速度分别在[-52 kN,42 kN]和±0.9249 m/s2以内且变化平稳.

针对车地传输TCP协议优化的TTI-RTT拥塞控制算法

为适应铁路5G专用移动通信系统动态易变的网络环境,解决现有算法中存在的吞吐量减少、传输时延增加、检测数据车地传输可靠性难以保证的问题,在分析传输控制协议(TCP)传输拥塞控制过程,以及对比TCP-Reno,TCP-Vegas和TCP-Westwood 3种基础拥塞控制算法存在问题的基础上,提出一种联合传输时间间隔(TTI)和往返时延(RTT)的拥塞控制算法——TTI-RTT算法,即将RTT的成对比较测试统计量和网络当前拥塞因子联合起来作为网络拥塞判断标准,根据反映网络拥塞程度的拥塞因子动态调节加性和乘性因子,并在传输控制协议拥塞控制的不同条件下灵活调整传输时间间隔。采用NS-3仿真软件,构建考虑高速铁路5G-R无线信道误码影响的点对点通信网络拓扑结构,对TTI-RTT拥塞控制算法进行仿真验证,并与3种基础算法进行性能比较。结果表明:不同丢包率下所提算法的平均吞吐量均保持在9 Mb·s^(-1)以上,较基础算法中吞吐量最高且最稳定的TCP-Reno算法增加了约5.9%,且实时吞吐量稳定性具有显著改善。

高速列车大功率操纵过程分数阶建模及速度时滞预测

针对现有司机操纵策略难以完整描述列车大功率操纵过程的微观变化,设计机理特性和数据驱动模型联合驱动的分数阶建模策略,来满足高速列车无级调速下安全平稳运行的要求。针对高速列车大功率操纵模式下的大惯性特性和司机反应时间,该文首先对大功率牵引系统和制动系统的时滞特性进行分析,进而对列车操纵策略设计精简冗余工序编码策略,从闭环控制角度实现速度时滞特性精准预测;其次提出了一种新的分数阶建模方法,并设计分数阶最小二乘算法对模型中的时变参数进行精细化辨识;最后基于现场实验数据验证了所提方法的有效性。

基于趋势分析BTM和应答器运用状态研究

BTM和应答器设备是列车运行控制系统的重要设备,随着高铁运营时间的增长、运营里程和动车组保有量的不断增加,车载BTM设备和地面应答器组,不可避免的会出现不同程度的运用状态下降,影响列车运输效率及行车安全。本文通过列控车载BTM设备运用数据,采用趋势分析和大数据统计对比的分析方法,结合设备检修维护以及故障排查结果,构建设备运用状态趋势分析模型,对车载BTM设备和地面应答器设备的运用状态趋势进行分析,动态评估设备运用状态,在设备故障前发出预警提示,及时检修维护,降低设备发生故障的风险,为电务设备从故障修转向预防修提供可靠保障。

基于多源数据驱动的地铁列车运行信息实时联控平台设计

为了创建列车车载系统与地面信息系统的连接,实现信息的即时交互,确保地铁列车安全稳定运行,设计基于多源数据驱动的地铁列车运行信息实时联控平台,包含车载系统和地面系统两大部分。车载系统的车载数据管理设备利用信息服务网,在牵引、制动等系统中获取地铁列车系统及设备数据,并通过无线通信技术将数据发送至地面系统的大数据集群;大数据集群通过组合赋权法融合采集车载运行数据信息,并通过融合数据一致性检验,消除主观偏好,确保多源数据融合客观性;数字化应用终端利用数据多源融合结果实现多种联控功能,故障诊断模块结合经验模态分解和FCM聚类实现地铁列车运行故障分类诊断。实验结果显示,所设计平台可采集地铁列车运行信息,通过分解获取的IMF分量特征,实现地铁列车故障准确判断,确保地铁列车平稳运行和旅客的人身安全。

400 km/h高速综合检测列车研制

高速综合检测列车是保障高速铁路安全运营的高端核心技术装备,该检测列车以“复兴号”智能动车组为载运平台,集成400 km/h的轨道几何、车辆动态响应、接触网、通信信号、线路环境等检测系统。在400 km/h高速综合检测列车研制中,开发了检测集中控制和数据服务平台,实现检测作业的自动化管理和数据自动归集;设计了基于时空二元基准的检测系统同步架构,实现病害缺陷的多源融合精确定位和多专业检测数据的动态精确关联分析;对检测系统和载运动车组平台进行一体化设计,提升更高运行速度条件下列车检测的可靠性。经试验验证,400 km/h高速综合检测列车可满足高速铁路基础设施最高450 km/h等速、等工况条件下的检测要求。

基于大数据分析的城市轨道列车运行速度自动化控制系统设计

为提升城市轨道列车的运行效率,该文设计基于大数据分析的城市轨道列车运行速度自动化控制系统。利用云计算框架搭建自动化控制系统,采集列车的速度、位置信息后传送至控制层,控制层的智能控制部分利用K-means聚类算法对城市轨道列车运行数据聚类处理,构建列车运行速度自动化控制优化模型,识别列车运行状态,计算列车的最佳速度曲线。利用灰色速度控制器,控制列车的执行机构输出理想速度。系统测试结果表明,采用该系统自动化控制列车运行速度,列车的停车时间误差低于10 s,停车距离误差低于15 cm,满足列车高效率运行需求。

基于监测数据的ATP车载电台健康状态评估算法研究

在列车运行过程中,ATP车载电台运用不稳定会引起车地无线通信超时,导致CTCS-3级列控系统降级,影响列车运行效率。针对此类问题,通过研究电台多种常见故障及特征,设计一套用于ATP车载电台健康状态评估的算法。以接口监测数据、基站空口监测数据和车载空口监测数据为基础,通过学习与迭代,建立表征电台健康状态的模型作为评分基准;通过对比电台相关特征值与模型基准值,对各个电台进行健康状态评估。经验证,该算法可准确描述车载电台的健康状态,供运维人员对健康状态差的电台提前处理,从而实现电台故障的事前预防,对降低CTCS-3级列控系统无线通信超时概率、保障列车安全运行、提高铁路运维水平等具有重要意义。

无锡地铁智能列检系统研究与应用

为了解决地铁车辆检修作业效率较低、存在安全隐患以及海量业务数据不能被有效利用的问题,无锡地铁构建了由智能检测设备、列检综合数据分析系统、DCC安全联锁系统、车辆检修管理系统等组成的智能列检系统。该系统实现了对地铁车辆检修作业的全流程智能化管理,车辆检修效率与安全管控水平显著提升,同时也为后续检修规程优化、全寿命运维等奠定了基础。

Research on Data Management and Configuration in RBC Simulator

The Radio Block Center(RBC) is the key component of CTCS-3 which is responsible for monitoring the safe operation of all trains within its control area A complete RBC system shall have data configuration capability to support the application function of RBC,and shall be able to generate the data flow needed by the system.This paper focuses on the research of data management and data configuration in RBC on the basis of RBC simulator.Based on the analysis of the RBC simulator and its external interface,the requirements of the RBC database are analyzed and models of RBC databases are designed. The key technical issues concerning the data configuration and data flow generation are introduced.

面向新型列控系统的电子轨道地图数据约简方法研究

电子轨道地图是新型列控系统基于卫星导航的列车定位的重要参考源。为满足地图精度高、存储量低的要求,针对轨道线路数据约简方法开展研究。在面向直线表达的线路数据方面,对道格拉斯普克算法和基于线路数据航向角特征约束的约简2种算法的差异性进行比较;在此基础上面向线路数据的直线和曲线混合表达,提出一种基于Clothoid曲线的约简算法。利用曲线DP算法和垂直投影误差要求,得到Clothoid曲线片段,实现轨道圆曲线和直线的分段,提高线路数据的约简率,保障生成地图的精度。为验证提出方法的有效性,选取京沈高铁北票东—阜新北的线路数据进行分析,实验结果表明,基于Clothoid曲线拟合生成的轨道段满足0.5 m垂距精度和0.2 m测量精度,约简率达99.5%,证明提出的方法能够满足新型列控系统电子轨道地图数据约简的要求。

基于Event-B与ADT的TACS形式化开发方法与验证

为克服Event-B方法在开发全新一代列车自主运行控制系统(Train Autonomous Circumambulate System,TACS)中所出现的建模复杂性问题,提出将抽象数据类型(Abstract Data Types,ADT)实例化与Event-B相结合的方法,对TACS进行形式化开发和验证。首先,根据TACS的需求以及案例研究等相关内容,提取TACS的功能需求和安全需求,并将功能需求和安全需求以非形式化的语言进行描述;然后,根据TACS的功能需求和安全需求进行模型精化层次的设计,避免因在抽象模型中建模复杂的需求而导致证明困难;最后,在模型中使用形式化语言Event-B对TACS的功能需求和安全需求进行建模并验证其正确性,且在建模过程中,利用ADT的抽象概念将轨道网络、轨道区域以及移动授权(Movement Authority,MA)等复杂系统组件在初始模型中指定组件的必要属性,且在后续系统建模过程必要的精化阶段引入组件的具体定义,以降低系统开发和证明的复杂度。结果表明:提出的方法有助于在早期开发阶段减少TACS中复杂的细节部分,使得证明义务成功率为100%,自动证明成功率占比83%,手动证明成功率仅占比仅17%,在简化证明义务的同时有效提高了自动化证明的占比。

高速动车组数据驱动无模型自适应控制方法

针对动车组的速度跟踪控制问题,同时考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性,以及传统无模型自适应控制时变参数估计算法的复杂性,将改进的多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)偏格式动态线性化无模型自适应控制(Partial form dynamic linearization-improved model-free adaptive control,PFDL-iMFAC)方法引入到动车组自动驾驶系统中.该控制方法在无模型自适应控制的基础上,考虑滑动时间窗口,增加了可调自由度和设计灵活性,并在输入准则函数中加上对能量函数的惩罚项,减少能量损耗,为动车组的跟踪精度和节能运行提供了一种优化的方法,在满足动车组速度跟踪效果好的前提下实现节能运行.最后以CRH380A动车组为对象进行仿真实验,通过与传统无模型自适应控制对比:所提出的控制算法各动力单元速度跟踪误差在±0.2 km/h以内,加速度在±0.65 m/s^(2)以内且变化平稳,比传统无模型自适应控制方法节约9.86%的能量.

基于车-地数据联合分析的三起列车制动原因及对策

根据列车实际运行情况,对制动原因进行分类分析,发现车地间信息不兼容造成的制动原因分析较复杂,需要分析的数据较多。选取3个典型案例,从地面和车载数据分析入手查找制动原因,并提出解决对策,对设备维护具有一定的借鉴或者参考价值。

基于贝叶斯网络模型的CBTC系统无线数据通信故障排查方法研究

随着城市轨道交通CBTC系统的广泛应用,对车地无线数据通信的稳定性提出了更高要求。一旦车地数据通信发生故障,无论是单点故障,还是全网故障,均会对超大城市网络化运营造成较大影响。为此,对CBTC数据通信故障进行分级、分类统计,并构建故障树。结合现场大量实际数据,提出基于贝叶斯网络的数据通信故障分析模型,利用该模型对故障发生原因进行提前诊断,以快速确定故障分类和准确定位,缩短故障处置时间。同时结合现场实际运营中的典型案例,利用贝叶斯网络模型找到故障点,为运营一线降低故障影响,快速恢复正常运营起到了关键作用。在此基础上,针对网络风暴对信号系统冲击这一常见故障,为新线建设和更新改造工程,提出4条具体防范措施。

速度400 km/h高速动车组网络系统实时以太网技术应用研究

速度400 km/h高速动车组的研制始于2017年,其网络控制系统基于以太网技术搭建。文中阐述了400 km/h高速动车组网络系统的基本原理及实时以太网技术的应用研究,并对比以往动车组网络系统总线技术分析了实时以太网技术应用的优势所在。

基于工程数据的测试脚本自动生成方案研究

实验室仿真测试对于列控设备的研发必不可少,仿真环境与现场的贴合度是衡量测试质量的重要指标。然而线路工程数据的内容庞大且复杂,依托实际数据人工编写ATP设备测试脚本往往效率低下且容易出错。为此提出数据提取、元素匹配和组合排列的方案,实现从线路工程数据到ATP测试脚本的自动转化,并进行软件实现及验证。结果表明:该方案提高了测试脚本的编写效率和准确性。