基于通信的列车控制系统可信构造:形式化方法综述

基于通信的列车控制系统(communication based train control system,简称CBTC)已经成为世界范围内建造轨道交通信号系统的标准制式.CBTC采用更加灵活和精确的列车控制,并提供连续的安全列车间隔保证和超速防护,在很大程度上提高了轨道交通运输的效率和安全性.尽管CBTC能够精确地实施实时控制,但由于CBTC涉及计算、通信与控制这3个方面的实时协同,系统设计与实现异常复杂.由设计缺陷而导致严重的灾难、事故和损失屡见不鲜.作为一个典型的安全攸关系统,如何保证CBTC的可信构造已成为领域研发人员关注的焦点与面临的最大挑战.鉴于在软硬件领域的成功经验,形式化方法目前已被公认为是保障CBTC可信性的一种有效方案.围绕CBTC的可信构造,从其生命周期的3个重要阶段,即系统需求分析、设计建模与底层实现入手,针对CBTC在可信方面的典型特征,梳理分析了CBTC系统在可信构造方面面临的挑战、国内外研究现状和发展趋势,全面介绍了形式化方法在CBTC可信构造中扮演的角色.

相似理论在基于通信的列车控制系统仿真系统中的应用

现阶段缺少仿真系统性能的评估方法,造成仿真系统在设计实现时缺少理论指导,耗费大而仿真效果不明显。提出一种基于相似理论的系统相似价值分析方法,从结构和功能两个维度、设备种类和数量、接口种类和数量、逻辑功能和通信功能等六个指标评估仿真系统与真实系统间的相似性,结合仿真系统与真实系统的费用比,建立了评估仿真方案价值的度量模型。以基于通信的列车控制系统(CBTC)系统为例,针对一条地铁线路的4000种候选仿真方案,在计算各个方案的相似价值的基础上,选取价值最大的仿真方案为最优方案。仿真价值模型对定量评估仿真系统,搭建仿真系统提供了决策依据。

基于通信的列车控制系统移动授权的研究与仿真

移动授权是基于通信的列车控制(CBTC)系统实现安全控车的重要参数,由设在轨旁的区域控制器计算并通过无线局域网传送给列车。在引入移动授权概念的基础上,提出移动授权计算的信息流图、设计思路,给出移动授权计算的设计方案、软件架构及软件流程,通过Visual C++6.0编程实现列车按照移动授权的不断向前延伸而安全运行。

城市轨道交通基于通信的列车控制系统抗干扰性研究

国内新建的城市轨道交通列车控制系统多数采用基于通信的列车控制系统,通过无线的方式实现车地通信。在实际的应用过程中,用户对通信传输的抗干扰性普遍提出质疑,认为影响的因素较多。为防干扰,在介绍传输媒介、无线通信协议的基础上,分析了城市轨道交通范围内通信传输的干扰情况,拟定应对干扰的防护措施和预防办法,以期在工程实践中取得良好的应用效果。

城市轨道交通基于通信的列车控制系统后备模式方案

对基于通信的列车控制(CBTC)系统在中央ATS(列车自动监控)或中央至车站的信息传输通道完全故障、轨旁设备故障、车-地通信设备故障、车载系统出现故障等各种可能故障情况下的后备控制模式做了分析。在后备模式下列车的运营能力和运行速度都不可能与正常进行状态相题并论,但能够确保信号系统在最少的人工参与条件下最大限度地实现列车安全与自动控制,这才是后备模式的意义所在。

基于有色Petri网的点式-基于通信的列车控制系统切换实时性分析

点式‒基于通信的列车控制(BM-CBTC)多模列控系统的模式切换时延对城市轨道交通运营效率有着较大影响。分析点式‒基于通信的列车控制(BM-CBTC)系统模式切换功能及过程,建立基于有色Petri网(CPN)的模式切换模型,研究不同点式(BM)控制系统设计运行间隔下的系统切换实时性。实验表明,切换时延随着BM设计运行间隔增大而增加,当BM设计运行间隔为2 min时能将列车运行晚点时间控制在5 min以内。建立的CPN模型亦可为其他配置的多模列控系统切换的实时性分析作为参考。

城市轨道交通基于通信的列车控制系统实现互联互通存在的主要问题分析

城市轨道交通基于通信的列车控制系统互联互通对于资源共享、资金节约有着重大意义,对提高运营效率、节省投资、便于维护等都是有利的。但信号系统互联互通是一项系统工程,牵涉到多个专业,标准的制定和执行还需要经过进一步的充分讨论和研究。提出了信号系统实现互联互通存在的主要问题是列车自动调整、电子地图及物理对象编码、通信协议和安全认证等,对其中为了实现互联互通而牺牲掉的某些性能或功能,尤其是对信号系统引导未来发展的问题,都需要进行认真识别和讨论。

基于通信的列车控制系统中无线传输系统的安全性研究

在基于无线通信的城市轨道交通列车控制系统中,无线传输系统的安全性至关重要。分析了采用无线局域网的城市轨道交通基于通信的列车控制(CBTC)系统及其可能存在的安全问题;提出了基于IPSec协议的安全加强措施,设计并实现了基于IPSec的安全方案,建立了仿真测试平台。测试结果表明,IPSec安全方案具有较高的安全性和可用性,是提高城市轨道交通CBTC系统数据传输安全性的一种有效措施。

用马尔可夫模型分析基于通信的列车控制系统(CBTC)的安全性

基于通信的列车控制系统 (CBTC)极有可能成为未来铁路的发展方向 ,只是目前人们对它的安全性还抱有疑虑。笔者给出一种利用马尔可夫模型分析 CBTC安全性的方法。利用系统分解和模型压缩的方法解决状态空间的激增问题。将 CBTC设备分为故障—降级型和故障—安全型两类 ,分别建立子模型 ,分析人员因素及设备故障覆盖率对系统安全性的影响。根据子模型间的独立性 。

上海轨道交通11号线基于通信的列车控制系统车-地通信故障分析

基于通信的列车控制(CBTC)系统采用独立于轨道的车-地双向通信设备,与列车的精确定位技术相结合,实现移动闭塞的功能。分析了上海轨道交通11号线使用CBTC系统运营以来,车-地通信设备发生的主要故障状态及故障查找方式,介绍了具体的故障处理方法和预防措施,从预防性维护的角度对网络管理系统提出了一个分析软件的需求。

基于通信的列车控制系统IEEE标准简介

对基于通信的列车控制系统 (CBTC)的IEEE标准14 74 .1和 14 74 .2进行说明 ,并着重从系统的一般要求和一般用户要求进行了介绍。CBTC系统标准中对列车配置、列车控制模式以及控制模式之间的转换、人机工程要求、影响系统安全因素、显示要求和音频设备等方面的规定。

基于通信的列车控制系统中列车追踪间隔的优化与仿真

基于移动闭塞的CBTC(基于通信的列车控制)系统相对于传统的ATC(列车自动控制)系统可实现列车间的实时追踪运行,列车的运行间隔大大缩短。然而列车之间的追踪间隔时间的优化仍然是一大难题。在考虑列车速度、加速度、制动距离和安全距离等因素下研究了区间追踪和站台追踪的追踪间隔时间的模型。仿真分析表明,模型是正确和有效的,并在一定程度上优化了追踪间隔。

基于通信的列车控制系统安全性探讨

从地铁信号系统的发展趋势引出CBTC(基于通信的列车控制)概念及技术特点,它采用交叉感应电缆环线、漏泄电缆、裂纹波导管无线电台等方式实现了车地间大容量实时双向的信息传输,并将这些信息动态地发送给车载设备。然后着重从区域控制器或车载控制器、联锁控制器和通信子系统等方面,就CBTC系统安全性进行了分析。

应答器在基于通信的列车控制系统中的应用

应答器是城市轨道交通信号控制系统中的安全设备,是整个信号系统安全体系中不可或缺的部分,通常配合车载电子地图使用,目前广泛应用在现代轨道交通信号控制系统中。介绍了应答器的工作原理,进一步详细分析了数据传输速率对应答器数据传输质量的影响,并对应答器在CBTC(基于通信的列车控制)系统中的功能进行了探讨。应答器具有结构简单、安装灵活、维护方便、功能多样、信息传输可靠性高、信息容量大等特点,已经成为现代列车运行控制系统中重要的信号设备。

基于通信的列车控制系统移动数据通信关键问题的探讨

首先分析了基于通信的列车控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统移动数据通信的现状、特点、要求;然后分析了无线数据平台使用的技术:直接序列扩频、全双工、时分复用多址、码分复用多址、差错控制、移动性管理、数据通信协议;最后分析了CBTC信息内容和数据安全传输方法。

基于通信的列车控制系统后备系统的探讨

分析基于通信的列车控制系统(CBTC)设置后备系统的必要性和后备系统的设置方式,并简单介绍主要的CBTC供货商的后备系统构成。

城市轨道交通信号系统自主化整体技术解决方案——MTC-I型基于通信的列车控制系统研发与应用

结合我国城市轨道交通建设快速发展现状以及信号装备自主化新形势,重点介绍完全自主化的MTC-I型基于通信的列车控制(CBTC)系统的方案设计、技术特点与优势、研发策略与应用概况。对我国城市轨道交通信号技术未来自主化发展形势进行了展望和分析。

一种基于通信的列车控制系统的AP快速切换方法研究

当前大多数基于无线通信的列车控制系统(CBTC)都是基于FAT无线接入点架构的。该系统架构中所有无线接入点(AP)都要承担与通信相关的全部任务,且各无线接入点间相互独立,因此其信道不能得到充分利用。本研究通过引入FIT无线接入点与无线交换技术相结合的思想优化CBTC通信系统架构,降低了无线接入点的通信负载,在此基础上提出了列车车载通信终端在无线接入点之间的快速切换方法和安全认证策略,可有效减少无线接入点切换时延,缩短列车经过的盲区距离,从而提高行车安全。仿真实验结果表明,所提出的方法是可行且有效的。

基于通信的列车控制系统中计算机联锁系统故障因素分析

针对CBTC(基于通信的列车控制)系统中计算机联锁系统故障诊断复杂的特点,基于解释结构模型(ISM),从硬件错误、通信错误、比较错误和系统状态错误4个方面进行影响系统运行故障的分析,得到21个故障因子。从系统工程的角度建立了故障影响传播模型,对故障因子做了矩阵化和层次化处理,并排序确定优先级。结果表明,计算机联锁系统故障因子体系是一个四级递阶的结构,划分了导致系统故障的直接原因、间接原因和深层次原因,为隐患重点防治及故障的快速排查提供了理论参考依据。

基于通信的列车控制系统的列车追踪间隔时间计算

针对由于外界因素影响而使基于通信的列车控制(CBTC)系统列车追踪间隔偏大的问题,对列车追踪间隔时间算法进行了研究,得出了列车追踪间隔时间的表达式,分析了影响列车运行追踪间隔时间的本质因素,提出了基于提前减速法的追踪间隔时间优化方法。以兰州地铁1号线线路数据为例,对提出的理论计算方法进行了仿真验证,得出了相应的追踪间隔-距离曲线图。仿真结果表明,提前减速方法能很好地优化线路中关键区段的追踪间隔偏大的问题,提高了整条线路的运行效率。