基于STPA的安全分析方法在下一代列车运行控制系统中的应用

城市轨道交通行业已在开发下一代列车运行控制(NGTC)系统。由于NGTC的设计缺乏足够的经验或相关标准,使得传统的安全分析方法很难为其定义合适的安全需求。将系统理论过程分析方法应用于NGTC系统设计概念定义阶段的安全分析过程中,发现了一些在传统的安全分析中容易忽略的潜在危害。在此基础上,扩展了列车移动授权的概念,提出了新的安全约束条件,不仅提高了NGTC的安全性,而且证明了系统理论过程分析(STPA)在列车运行控制系统安全分析中的适用性和可用性。

基于禁忌搜索的列车运行控制系统测试用例生成方法研究

当采用故障注入方法对高速铁路列车运行控制系统功能进行组合测试时,系统容易受到输入参数之间约束关系的影响,产生无效测试用例。为了应对多个故障间的耦合作用,以临时限速场景为例,提出一种基于禁忌搜索算法的测试用例生成方法。首先,提取临时限速场景的设备故障特征作为故障注入输入参数,分析设备间的约束关系,建立约束满足模型;然后,依据信号设备的特点,改进禁忌搜索算法的初始解生成方式和邻域搜索过程,生成满足约束关系的测试用例;最后,依托京张智能高速铁路列车运行控制系统仿真测试平台,结合现场线路数据和实际设备信息,验证所提算法的有效性。实验结果表明:临时限速场景中加入约束后的测试用例个数比加入约束前在覆盖维度为2、3、4时分别减少了7.7%、7.0%、4.5%;所提算法生成的测试用例个数比IPOG、IPOG-F、mAETG、TS算法分别降低了32%、30.1%、24.5%、3.7%,且组合覆盖率比随机测试和自适应随机测试提高了9.5%和3.7%。该研究成果可为列车运行控制系统优化及安全性验证提供一定的参考。

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。

基于车-车通信的列车运行控制系统后备系统

[目的]目前,以TACS(列车自主运行系统)为代表的基于车-车通信列车运行控制系统后备系统尚不完善,需对其后备系统进行进一步地深入探讨和研究。[方法]分析了新的运营需求,结合新技术的发展,对一种基于环境识别的TACS后备系统进行探讨。详细介绍了TACS后备系统的架构及功能,分析了TACS后备系统建设的技术难点,阐述了TACS后备系统的列车运行空间监测场景及降级运行场景应用情况。[结果及结论]在发生故障后列车降级运行的情况下,TACS后备系统能提高运营TACS系统效率,并能增强运营安全性。

基于通信系统的轨道交通列车运行控制仿真教学研究

轨道交通不仅能减少污染,同时还能降低能耗,提升陆运的运输能力。如何开发更智能、更高效的列车运行控制系统,是当下轨道交通中的热点。针对列车控制系统中存在的数据信息传输干扰问题,研究在列车自动控制系统(CBTC)的基础上构建了列车运行控制系统模型。结果表明,在控制系统的链路构建中模型方法比现行方法的链路始终多1条,这样信号数据传输的稳定性更高。同时利用实际运行时间和仿真运行时间进行对比,以验证模型方法的运载效率。通过对比上行、下行的实际、仿真用时,发现仿真在没有超速的情况下,提高了运行的平均速度,其中上行、下行分别提高了3.93km/h和2.32km/h。这说明模型方法能够在稳定数据传输的同时,确保高效的运载能力,能够为轨道交通列车的运行控制提供一个新的思路。

列车运行控制系统卫星定位和授时性能测试方法研究

针对轨道交通行业列车运行控制系统卫星定位性能指标的突出需求和现状,设计一种新的轨道交通行业列车运行控制系统卫星定位和授时性能测试方法。对现有测试方法的缺陷进行分析,参考行业内的卫星定位测试方案,形成新的测试方案;以列车通过隧道作为测试场景,通过模拟和计算,得出测试判据和指标;新方法相较于传统的外接天线方案,具有更严谨的评判依据,可更准确地评估应用条件下列车产品的定位和授时性能,避免了实验室当地天气和地形影响。以实际的产品型式试验开展实测验证,确认测试方法可行、可信,并有效保证智能驾驶、车联网及大数据技术在轨道交通行业的可靠应用。

城市轨道交通列车运行控制系统智能运维系统研究

城市轨道交通列车运行控制系统一旦发生故障将会影响行车效率。目前的检修管理模式,已经不再适用于行车效率的高效发展需求,为此需利用健康管理和故障预警来建立高效的智能运维系统。通过智能运维算法,对列车运行控制系统中的多元信息进行监测,将该系统的运行信息与早期细微的故障特征进行关联,实现对系统健康的判断及早期预警。结合检修计划,辅助制定科学的运维策略,以提高智能运维系统的可靠性,降低故障发生的概率和运营成本。

列车运行控制系统车载设备PHM实施方案

列车运行控制系统车载设备(简称:列控车载设备)是一种高度集成化的电子设备,针对其维护难点,提出将故障预测及健康管理(PHM,Prognostics and Health Management)技术引入列控车载设备维护。文章基于设备全生命周期管理理念,提出列控车载设备PHM实施方案,将设备功能需求与维修需求融合一体,使列控车载设备PHM系统的研发与列控车载设备的升级改造相协调,通过列控车载设备加装升级、数据处理与分析系统建设,在完善列控车载设备BIT和数据采集与分析功能的基础上,构建列控车载设备健康评估系统。并制定了列控车载设备PHM实施计划,稳步推进相关设备研制及系统研发与建设工作,使维修保障部门能够在列控车载设备健康评估系统支持下高效协同工作,实现故障处置闭环管理,推动列控车载设备维修转向视情维修模式。

基于lwIP的列车运行控制系统车载设备分组交换通信软件设计

无线通信网络是实现铁路行车调度和列车运行控制业务的关键技术之一。目前在用的GSM-R窄带网络在通信容量和性能方面已无法满足日益丰富的铁路运营需求。随着铁路无线通信技术从GSM-R电路交换向GPRS分组交换过渡,ETCS和CTCS列车运行控制系统规范均引入了TCP/IP协议来承载可靠传输服务。文章参考国内外相关标准规范,详细分析GPRS分组交换通信网络对等通信分层结构及车地通信流程,提出基于lwIP开源协议栈的列车运行控制系统车载设备分组交换通信软件设计。该软件具有分层架构和模块化设计,可在不修改原有列车运行控制系统应用软件及安全机制的前提下,仅对其电路交换通信部分进行简单改造即可完成升级,支持列控业务向GPRS分组交换网络的无缝迁移。该通信软件已成功移植到多款自主化列车自动驾驶(ATO,Automatic Train Operation)系统、列车自动防护(ATP,Automatic Train Protection)系统车载硬件平台及国产化操作系统中。

列车运行控制系统课程实验平台建设与教学创新

为解决列车运行控制系统课程到现场开展实验难、学生难以理解系统原理等问题,采用实物与软件仿真相结合的方式,构建覆盖普速铁路和高速铁路的列车运行控制半实物虚拟仿真实验平台,开展演示、实操和验证性实验。结合创新应用型人才培养目标,采用典型案例和自媒体化两种教学方法,在夯实理论知识的基础上,培养学生职业道德、安全意识、团队协作以及解决复杂工程问题的能力,提升学生综合素质。

“三金”建设背景下“金课”的建设探索——以列车运行控制系统课程为例

“金课”建设是高等教育改革中的持久战和攻坚战,有利于“金专”“金师”的建设。为了将华东交通大学列车运行控制系统课程建设为国家级“金课”,对课程特征和基本情况进行介绍,分析“金课”建设基本原则,从“金师”锻造、教学创新两个方面进行探索和实践,以促进课程发展。

基于OBE的列车运行控制系统线上线下混合教学改革的探索与实践

作为列车运行 “大脑和神经中枢”的列车运行控制系统,以分级的方式满足铁路运输在安全和效率方面的需求。《列车运行控制系统》作为铁路信号自动控制专业的核心课程,主要培养学生在列车运行控制运行维护的职业技能。线上教学实践,为《列车运行控制系统》混合式教学的发展带来了许多好策略和好方法,通过分析教师与学生线上和线下的教学实践活动,提出课程混合式教学中的研究问题和解决思路。

分阶段数据筛选的缺陷预测方法在列车运行控制系统软件质量评估中的应用

针对当前工程中存在的缺陷预测问题,包括历史数据不足、新工程缺乏充分的初始训练项目以及不同工程和案例之间数据分布的不一致性等问题,在此项目中,计划在前期工作的基础上,对多个项目中的缺陷进行详细的分类分析,并对它们进行分类。为了实现这一目标,提出了一种基于项目集的学习算法。首先,将从源数据集中挑选出与目标数据集分布最相近的一组数据项。接下来,在选定的项目集中,将选择与项目集相似度较高的项目数据。最终,将利用这些精选的数据来训练Naive Bayes模型,以期提高分类效果。以铁路运控系统的软件故障为例,进行了比较试验。实验结果表明,与项目内缺陷预测相比,本文所提出的分阶段数据筛选方法表现更优,不仅能够提升预测性能,还能有效减小训练数据与目标项目数据之间的差异。这种方法有望为多工程缺陷预测问题提供一种有力的解决方案,特别是在数据不足和分布不一致的情况下,可以辅助完成列车运行控制系统软件质量评估和相关确认活动质量评价。

《都市快轨(160km/h~200km/h)列车运行控制系统技术规范》于2023年7月1日起实施

中国城市轨道交通协会积极响应国家战略,2022年2月,协会批准《都市快轨(160 km/h~200 km/h)列车运行控制系统技术规范》团体标准计划项目立项。由交控科技股份有限公司、中国城市轨道交通协会专家和学术委员会、河北雄安轨道快线公司、北京交通大学、北京市基础设施投资有限公司等24家单位共同参与编制,于2023年7月1日起实施。

重载列车群组运行控制系统研究

传统列控系统在追踪间隔及运能方面达到瓶颈,列车群组运行控制系统打破传统闭塞制式,基于无线通信和动态协同控制实现列车区间紧追踪及站内高效接发车。分析群组运行控制需求并设计系统架构,从通信、定位、完整性、动态协同追踪及群组运行计划管理等关键技术进行研究,为铁路进一步运能提升、运输安全、多制式兼容及构建安全、高效、先进、经济的列控系统奠定基础。

面向我国低密度线路的列车运行控制系统

CTCS不同等级的列车运行控制系统能够适应我国大部分铁路线路的实际需求,但其建设、运营、维护成本难以满足我国低密度线路的特殊要求。本文总结了欧洲ERTMS-Regional和美国PTC列控系统的发展现状与特点。结合ITCS在青藏线格拉段的实际建设情况,分析了我国低密度线路对列控系统的需求和关键技术,提出了一种面向我国低密度线路的列车运行控制系统总体方案。该方案能够满足我国低密度线路对于运输能力、建设维护成本、高效安全等方面的要求。

基于计算机技术的一体化列车运行智能控制系统

针对列车运行多目标、多个互相联系的受控对象控制问题,探讨列车运行一体化控制概念和智能化控制的方法、手段。提出列车运行控制的7个约束集、7个限制集、5个指标集,并进行分析和排列,运用模糊逻辑、神经网络、遗传算法等智能控制理论和技术,构造一体化列车运行智能控制的分布式并行框架结构,分析距离差值ΔS等7个影响列车智能控制的决策因数,从移动性角度探讨目标函数的时变、非线性动态加权特性,提出了具有5层结构的模糊移动神经网络系统,介绍该系统的调节变量、输出变量、预测误差之间的关系和特性。

具有固定运行时分的列车运行控制系统研究

探讨了列车运行模拟系统的总体结构 ,针对给定运行时分条件下列车运行的算法 ,构造了在节时、节能、定时条件下列车运行模拟系统 ,结合案例给出了列车运行的模拟结果 ,结果表明定时算法的误差在 30s以内 .

列车运行控制系统仿真故障注入方法研究

故障注入测试方法对于系统设计缺陷的发现与补救具有重要意义,近年来故障注入在列车运行控制系统的仿真测试领域开始得到越来越多的关注。本文在国内外故障注入研究现状的基础上,针对列车运行控制系统,研究了基于HLA的列控系统故障注入仿真平台的构建方法,利用基于仿真的故障注入方法对目标仿真系统进行关键设备(联锁、RBC等)典型故障注入案例的测试,对典型场景下的速度-距离曲线进行分析比较,并总结分析了该方法的有效性。结果表明该故障注入仿真可以有效地对列控系统做出可靠性评估分析,提高系统安全性能。

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。