基于CTCS-3/2级列控系统的高速铁路闭塞分区长度设计研究

根据CTCS-3级和CTCS-2级列控车载设备控车原理,提出高速铁路闭塞分区长度设计原则和约束条件。结合现行列控车载设备参数,当线路长大下坡道不大于24‰时,闭塞分区长度设计满足CTCS-3级列控车载顶棚速度350 km/h、CTCS-2级300 km/h正常运行。当线路长大下坡道大于24‰时,闭塞分区长度按照满足CTCS-3级列控车载顶棚速度350 km/h、CTCS-2级降速至250 km/h设计;或将CTCS-3级列控系统结合轨道电路信息定义的闭塞分区平均长度由3000 m调整为4400 m,以满足CTCS-3级列控车载顶棚速度350 km/h、CTCS-2级300 km/h运行要求。

基于GSM-R和5G-R的CTCS-3级列控系统无线通信协议设计及差异性分析

随着我国5G网络建设日趋成熟,CTCS-3级列控系统及下一代列控系统承载大容量数据业务的需求也愈发强烈。5G-R网络作为替代GSM-R网络的下一代铁路通信移动系统,提供面向字节流的传输服务,具有宽带宽、高速率、低时延的优势,GSM-R网络下的无线通信协议已不再适用。从总体结构、协议分层和协议分割重组等方面对5G-R网络下的无线通信协议进行设计,从协议功能、传输可靠性、传输速率等方面对GSM-R网络和5G-R网络下的两种无线通信协议的差异性进行比对分析。5G-R网络下设计的无线通信协议可靠性更高、传输速率更快,可充分利用和发挥5G-R网络的优势。研究成果可对CTCS-3级列控系统在5G-R网络下的无线通信协议建设提供思路和借鉴。

C3级列控系统无线通信协议引起的无线通信超时优化建议

无线通信超时是铁路信号故障整治的重点和难点,中国国家铁路集团有限公司联合各铁路局集团公司、通信信号厂商开展专项整治以来,无线通信超时情况虽降幅显著,但在铁路信号故障中仍占有较大比例。结合无线通信超时整治工作,以几种典型车地无线通信协议引起的无线通信超时为例,对无线通信超时发生的原因进行专项剖析,明确了车载ATP和地面RBC设备在协议处理中不合理之处,并在深入研究无线通信协议规范的基础上,提出了相关优化建议,为完善无线通信协议、减少无线通信超时问题提供方案和思路。

CTCS-3级列控系统无线超时分析关键技术探索

阐述CTCS-3级列控系统无线超时分析应具备的核心功能以及相应的实现技术。对如何降低无线超时分析中的人工分析的重复工作量、提升自动分析的准确率进行研究;同时,通过对GSM-R网络以及CTCS-3级列控设备的运用质量趋势分析,帮助维护人员及早发现故障隐患。

CTCS-3级列控系统无线超时智能分析系统研究

研究CTCS-3级列控系统无线超时智能分析技术,并基于专家系统技术设计无线超时智能分析系统。一方面,通过将知识库分组保证对数据完整性不同的无线超时事件分析的准确性。另一方面,通过在推理机中采用优化的模式匹配算法保证分析效率。本系统能够满足无线超时分析对准确性和时效性的要求。

基于自主化电台的CTCS-3级列控系统无线通信超时分析

CTCS-3级列控系统车载设备中的电台是实现车地之间双向通信的核心模块,目前多为国外厂商产品,存在维护管理功能接口不开放、售后服务质量不高等问题。针对CTCS-3级列控系统中由干扰导致的单电台、网络单通等引起的无线通信超时问题,利用自主化电台强大的日志记录功能,精确定位故障原因,可为同类故障分析提供思路。

CTCS-3级列控系统等级转换失败原因分析及解决措施

装备CTCS-3级列控车载设备的列车从CTCS-2级线路向CTCS-3级线路运行时需进行CTCS-2/3等级转换,在转换过程中车地建立无线通信连接时的列控数据交互,需经过物理层、链路层、传输层、安全层和应用层等,任何一步失败,都会导致列车无法转换到CTCS-3等级运行。从CTCS-2/3级等级转换失败案例中选取车载未发送SABME帧、车载发送多条SABME帧、RBC收到多条M155消息包等典型问题进行分析,分别从车载、网络和地面3个方面提出针对性的解决措施,可为类似问题的处理提供借鉴。

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。

基于控制关系模型的CTCS-3级列控系统功能安全分析方法

本文给出CTCS-3级列控系统中组件控制行为的形式化定义,并针对控制行为的时序关系,提出控制行为时序逻辑。以此时序逻辑为基础,给出控制关系模型的形式化定义,使用控制关系模型对列控系统中的控制行为关系进行刻画。利用深度优先搜索的方式,对系统的控制关系模型进行分析,实现STPA(System-Theoretic Process Analysis)过程中不恰当控制行为的自动化辨识。以CTCS-3级列控系统的RBC交接场景为例,使用上述基于控制关系模型的STPA方法对列控系统的功能安全进行分析。分析过程表明利用形式化的控制关系模型扩展STPA的方法适用于CTCS-3级列控系统的功能安全分析。

基于云模型和组合赋权法的CTCS-3级列控系统可靠性评价

针对模糊综合评判法在进行列控系统可靠性评价时的不足,本文提出基于云模型和组合赋权法的CTCS-3级列控系统可靠性综合评价方法。首先,根据CTCS-3级列控系统的结构与功能,建立系统的综合能力模型和相应的功能层次结构模型,并采用组合赋权法确定底层设备的权重。然后,采用云模型表示各设备实际指标与额定指标的比值,并根据云运算规则采用加权模型求得CTCS-3级列控系统的可靠性综合指标云。最后,将CTCS-3级列控系统的可靠性综合指标云与可靠性评价集的云模型进行相似度度量,输出评价结果。结果表明:基于云模型和组合赋权法的CTCS-3级列控系统可靠性综合评价方法能够正确且客观地描述系统实现其规定功能的能力,为CTCS-3级列控系统的研发及评估提供借鉴。

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。

CTCS-3级列控系统地面应答器位置自动配置的方法

本文探讨了利用计算机技术实现应答器位置的自动配置的方法,并编制应用软件实现了应答器自动布置。

基于风险指数的CTCS-3级列控系统设备剩余寿命预测

针对CTCS-3级列控系统设备剩余寿命受不确定因素影响难以预测的问题,提出一种基于风险指数的预测方法。首先,构建基于模糊AHP-DEMATEL法的CTCS-3级列控系统设备风险指数模型,对其设备进行风险状态评估,评估值即为风险指数RI;其次,通过建立RI的随机模糊分布函数和曲线图,确定了RI与设备运行时间的关系;在此基础上,建立了基于不确定理论的CTCS-3级列控系统设备剩余寿命预测模型;最后,采用随机模糊模拟技术对该模型进行求解。实例验证表明,基于风险指数的CTCS-3级列控系统设备剩余寿命预测方法,可以有效地预测其寿命和剩余寿命,为设备的优先维护提供理论依据。

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。

基于UML与CPN的CTCS-3级列控系统建模与验证方法研究

CTCS-3级列控系统安全功能极其复杂,为保障其正常运转,有必要对列车运行控制系统的建模与验证进行深入研究。在分析了UML建模图和有色Petri网优缺点的基础上,提出了UML和有色Petri网(CPN)相结合的建模与验证方法,并应用在CTCS-3系统中,对CTCS-3级列控系统的建模与验证具有积极的研究意义。

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。

CTCS-3级列控系统RBC切换过程分析

RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可,通过GSM-R无线通信系统传输给车载设备。受单套RBC控制能力限制,在相邻RBC控制范围的边界处必须实现对列车控制权的安全可靠切换。分别对车载设备采用2部或1部车载电台时的RBC切换过程进行了深入分析,并在详细分析RBC切换过程的基础上,用着色Petri网的支持工具CPNTools对该过程进行了形式化建模,对所建立的模型进行了仿真,对用自然语言描述的RBC切换过程进行了形式化表示和验证。

基于故障注入的CTCS-3级列控系统可靠性评估技术研究

CTCS-3级列车运行控制系统的可靠性是保证列车安全高效运行的必要条件,因此,在列车控制系统仿真系统上进行各种测试验证试验至关重要。故障注入技术(Fault Injection)是将系统的有效故障模式样本注入到系统中,以此评价系统的功能设计水平,是系统测试性、安全性以及功能验证研究的重要研究基础。根据CTCS-3级列车控制系统的运行特点和软件故障注入的优势,提出将软件故障注入方法应用在列控系统仿真领域进行可靠性验证,设计并实现了一种软件故障注入系统,给出其中的故障案例描述语言、故障库和故障注入软件算法,构建了软件故障注入系统的总体结构和各部分的详细功能结构。通过仿真结果可以看出,软件故障注入方法应用在CTCS-3级仿真系统中,可以有效地模拟故障并执行注入,进一步提高仿真系统的可靠性和容错性。

基于GSM-R的CTCS-3级列控系统安全数据传输通信协议栈分析

基于开放系统的安全数据传输理论,分析了开放传输系统的特点和应对策略,针对CTCS-3级列控系统安全数据传输,从数据链路层和传输层的角度探讨了用GSM-R来承载CTCS-3级列控安全数据传输时在协议方面所采取的差错控制、防止非授权接入等措施,在分析的基础上,给出了基于GSM-R开放系统的CTCS-3级列控系统连接建立详细过程。