基于动态故障树的CTCS-3级ATP系统可靠性分析

针对传统的可靠性分析方法分析CTCS-3级ATP系统动态失效问题的不足,提出采用动态故障树分析其可靠性.首先,分析系统的结构和功能建立动态故障树模型;其次,采用深度优先最左遍历算法搜索动态故障树模型,得到独立的子树;最后,在引入可修系统可靠性指标基础上,采用解析法和马尔科夫矩阵迭代法求解子树,结合分层迭代方法对动态故障树分析法改进,以减小运算量,使得上述可靠性指标能用于CTCS-3级ATP系统的可靠性评估.计算所得可靠性指标与可靠性框图分析得到的结果对比表明:动态故障树能够更好地描述系统的冗余性和容错性等特点,提高了可靠性指标的精度.

基于动态贝叶斯网络的CTCS-3级ATP系统可靠性分析

针对传统可靠性分析方法在分析CTCS-3级ATP系统可靠性时存在的不足,采用动态贝叶斯网络模型对其进行可靠性分析。首先,根据CTCS-3级ATP系统的结构与功能建立其故障树模型,并将故障树模型转化为相应的动态贝叶斯网络模型。然后,综合考虑维修、共因失效等因素,对ATP系统进行可靠性分析。结果表明:利用动态贝叶斯网络双向推理的优势对ATP系统进行可靠性分析,不仅可以计算出系统的可靠度,而且可以有效地识别系统的薄弱环节;在可靠性分析过程中,如果忽略共因失效和维修因素对ATP系统可靠性的影响,将导致分析结果偏差过大。通过诊断推理得到,除双系冷备单元外,列车接口单元是ATP系统的薄弱环节,因此加强对其维护检查能够有效降低事故的发生概率。

CTCS-3级列控仿真系统ATP接口平台实时性研究与实现

详细分析在CTCS-3级列控仿真系统中ATP实物设备接入仿真平台面临的实时性问题,并对ATP接口平台的实时性进行详细研究与分析,针对ATP接口平台实时性设计中的关键问题提出解决方案。

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-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。

CTCS-3级列控系统ATP超速防护曲线的仿真

CTCS-3级列控系统的核心——ATP自动防护系统,它生成的目标距离模式曲线实现了由对地面固定信号显示的控制到面向列车移动体直接控制的转变,为高速铁路时代的列车提供安全保障。本文以ATP仿真系统为研究对象,提出用硬件与软件相结合的方法模拟仿真CTCS-3级列控ATP控车曲线,对制动曲线进行建模,分析及计算,完成ATP仿真系统模型的建立、数据的采集以及模型参数的分析。

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UML模型的CTCS-3级列控系统功能安全分析方法

本文利用UML支持的底层扩展机制对UML进行面向列控系统混成性的扩展,使用扩展后的UML对列控系统进行半形式化建模,并采用故障事件机制对系统的故障情况进行刻画。给出UML模型到PHAVer模型的转化规则以及故障监视器模型的建立方法,利用可达集计算原理验证列控系统的PHAVer模型并对其进行功能安全性分析。以CTCS-3级列控系统的RBC交接为例,使用UML结合可达集计算对系统进行功能安全分析。分析结果表明:UML与可达集计算相结合的方法适用于CTCS-3级列控系统的功能安全分析。

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。

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。

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。

基于模糊评判和RCM的CTCS-3级车地通信子系统维修决策

CTCS-3级车地通信子系统是列控系统的重要组成部分之一,且列控系统需求的列车位置、行车许可、临时限速等安全信息都由其提供,因此,对其进行可靠性分析具有十分重要的意义。采用贝叶斯网络对系统进行可靠性分析,并对维修方式进行了讨论。首先,根据车地通信子系统的功能与结构构建其贝叶斯网络模型。然后,综合考虑维修性、共因失效等因素,对车地通信子系统进行可靠性分析。最后,在可靠性分析的基础上运用模糊综合评判法对其进行维修决策。结果表明:利用贝叶斯网络的双向推理,不仅可以计算出车地通信子系统的可靠度,还可以有效识别系统的薄弱环节;若不考虑车地通信系统冗余结构中的共因失效,则得到的可靠性指标会偏于乐观。地面GSM-R单元失效是引起车地通信子系统失效的关键事件,因此针对此薄弱环节进行状态维修检查能够有效降低事故的发生概率。

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。

高速铁路CTCS-3级列控系统无线闭塞中心工程设计

介绍我国高速铁路、客运专线CTCS-3级列控系统核心设备"无线闭塞中心(RBC)"的设备组成、接口、部分技术参数项、关键环节的工作流程等。在此基础上,提出RBC工程设计的一些基本原则和方法,推衍计算RBC数量的公式。

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。

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。