支持四网融合的列控系统关键技术方案研究

针对干线铁路、城际铁路采用的中国列车控制系统(China train control system,CTCS)系统与城市轨道交通采用的基于通信的列车控制系统(communication based train control system,CBTC)系统互不兼容,阻碍四网融合发展和轨道交通系统整体运输效率低下的问题,对支持四网融合的列控系统的车载设备、地面设备、重叠区设计、制式切换过程等关键技术进行研究,具体包括列车自动防护技术、列车自动驾驶技术、人机接口技术、列车接口技术的一体化车载设备关键技术,支持列车跨线运行的重叠区地面设备关键技术,支持列车不停车安全、平滑切换制式的重叠区设计技术,并分析列车在重叠区内不停车从CTCS到CBTC制式的互相切换过程。研究结果表明:通过车载设备兼容地面设备实现跨线运行,可以减少地面设备数量,简化系统结构,提高系统安全性、可靠性和可维护性,且具有成本优势;采用一体化车载设备,系统结构简单,设备成本低,对安装空间要求较低,是未来技术的发展方向;提出的兼容CTCS和CBTC的列控系统关键技术可用于指导系统设计、研发和应用,对实现四网融合具有指导意义。

基于SPN的CTCS无线通信形式化建模与分析

CTCS-4列车运行控制系统是基于无线通信传输信息的系统,其无线通信系统是一个动态、复杂的分布式系统,正确的形式化验证对于其性质和最终实现具有重要意义。本文主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下CTCS无线通信的形式化建模和可靠性分析,建立随机Petri网(SPN)表示的CTCS无线通信机制模型和列车与无线闭塞中心通信的GSM-R故障恢复模型,给出对通信故障定位的表示方法,并采用TimeNET仿真工具对GSM-R通信系统的可靠性进行分析得出相应结论。分析结果表明,列车在500 km/h的速度下,越区切换成功概率为99.45%,连接丢失概率为10-2/h。最后,本文将分析结果与GSM-R的技术标准进行比较,说明其可靠性满足规范要求。

中国高速铁路信号系统分析与思考

介绍中国高速铁路信号系统的发展历程及成果,对比分析了中国高速铁路列车运行控制系统的技术水平及特点.在总结成果的基础上,针对现有信号系统的技术标准与体系结构存在缺陷、基础研究薄弱、安全保障体系不符合高速铁路安全需求等问题进行了思考,并提出了改进建议.

一种基于场景的CTCS-3列车控制系统建模方法研究

对CTCS-3列车控制系统进行有效的测试、分析和验证是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。本文以CTCS-3列车运行控制系统的UML非形式化模型为基础,以自动机模型作为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为自动机网模型的方法。首先将场景的UML顺序图自动转化为子系统的子自动机模型,然后通过合并不同场景的子自动机模型,得到子系统的组元自动机模型,最后通过对通信通道的建模得到系统的自动机网模型。使用本方法,基于系统的UML顺序图模型可以自动生成系统的自动机网模型。

随机Petri网理论在GSM-R通信系统中的仿真应用

列车和无线闭塞中心在多数情况下通信处于正常状态,但在实际通信过程中可能出现以下几种引发故障因素:传输数据出错、连接丢失、越区切换、端到端传输延时。应用仿真主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R无线通信系统的可靠性,结合随机Petri网理论对GSM-R铁路无线通信系统故障恢复事件进行建模和分析,给出了随机Petri网表示的列车与无线闭塞中心通信的故障恢复模型,并采用TimeNET仿真工具对GSM-R通信系统的可靠性进行分析得出相应结论。

股道靠标停车困难的CTCS解决方案研究

为解决CTCS中的股道靠标停车困难问题,从运营场景分析的角度,采用数学模型的方法分析股道正常靠标停车以及靠标停车困难的原因,内容涉及车载设备的控车逻辑以及停车标、应答器组和防护信号机的位置关系。以CTCS-2级和CTCS-3级线路为例,提出采用开口速度控制方式解决CTCS股道靠标停车困难问题。介绍开口速度控制功能的原理、一些现场应用场景以及所采用的冒进防护措施等,该方案对于CTCS各等级线路具有广泛的适用性。

基于Tcl语言的CTCS-2级车载ATP自动测试平台的研究与实现

在CTCS-2级列控系统中,车载ATP控制着列车运行速度,保证列车运行安全,因此需要对车载ATP功能进行全面严格地测试.为了提高测试效率,降低测试人员的工作强度,提高测试结果的准确度,本文设计了一种基于Tcl脚本语言的CTCS-2级车载ATP自动测试平台,首先介绍了该测试平台的系统结构,其次设计了测试案例脚本与车载ATP自动交互信息的三种方式,最后说明了轨道区段脚本、应答器脚本和测试案例脚本的设计方法和使用方法.通过实验证明该平台结构合理,脚本设计和使用方法正确,测试案例脚本与车载ATP自动交互信息的方式能够实现对车载ATP功能的自动测试,是一种高效的、先进的CTCS-2级车载ATP自动测试平台.

CTCS-3级列控系统轨旁设备仿真子系统的设计与实现

轨旁设备是列车控制系统中的重要组成部分,它可为列车控制系统提供地面应答器信息和轨道电路信息,以保证列车安全可靠地运行。本文主要对CTCS-3级列控系统中的轨旁设备进行研究,在CTCS-3级列控系统仿真平台的基础上,设计并实现了轨旁设备仿真子系统,最终达到了测试CTCS-3级列控设备的目的。

CTCS-2级车载ATP自动测试脚本的编写方法

在CTCS-2级列控系统中,车载ATP控制列车的运行速度,保证列车运行安全,因此需要对车载ATP功能进行全面严格地测试。为了提高测试效率,降低测试人员的工作强度,提高测试结果的准确度,设计了一种CTCS-2级车载ATP自动测试平台,详细描述了该平台中应答器脚本、轨道电路脚本和测试案例脚本的设计和使用方法,通过实验证明该平台结构正确合理,应答器脚本、轨道电路脚本和测试案例脚本的编写方法正确,能够实现对CTCS-2级车载ATP功能的自动测试。

“中华之星”高速列车控制与网络系统

介绍了“中华之星”高速列车控制与网络系统的构成,阐述了网络控制平台的技术特点及高速列车控制的主要功能、故障诊断及显示。试验及现场运用表明,该套车载计算机分布式控制系统性能优良,符合设计要求。

对联锁报告区段状态和车载报告列车位置信息不一致问题的分析与研究

CTCS-3级列控系统的列车走行累计误差如果过大,有可能造成联锁设备向RBC报告区段占用状态与车载设备向RBC报告列车位置之间存在信息不一致问题,导致列车运行效率降低,影响行车安全。本文针对该问题进行了数学建模,通过对模型的分析研究,说明了问题发生的原因,并提出了降低问题发生概率的方法。

通过测试脚本自动处理车载设备人机界面数据的方法研究

在CTCS-2级列控系统中,车载ATP(列车自动保护)控制着列车的运行速度,关系到列车的运行安全,因此需要对车载ATP功能进行全面严格的测试。为了提高测试效率、降低测试人员的工作强度、提高测试结果的准确度,设计了一种CTCS-2级车载ATP自动测试平台。详细描述了通过脚本自动按压DMI(人机界面)按钮来自动确认或取消DMI文本消息,以及自动判断DMI输出语音、DMI显示图标、DMI动态图像信息的基本原理和方法。通过试验证明所述原理和方法是正确的。利用这些方法处理DMI数据,可以实现对车载ATP的自动测试。

“中华之星”高速动力车主变流器及其控制系统

介绍了“中华之星”高速动力车主变流器的技术特点和主要参数,描述了其结构,阐述了主变流器功能模块、传动控制系统及冷却系统的功能原理,并提到了主变流器冷却系统和主电路的保护考虑。 该变流器是我国自主开发的大功率GTO水冷主变流器,经试验证明达到了预期的要求。

基于CTCS-3级列控系统ISDN服务器的嵌入式设计

作为CTCS-3级列控系统中RBC重要组成部分,ISDN服务器实现了RBC与MSC之间的通信功能,为RBC与列车自动防护系统(ATP)提供车地信息传输通道。介绍一种新型基于嵌入式LINUX系统ISDN服务器实现方案,可以有效提升既有CTCS-3级列控系统ISDN服务器稳定性和可靠性。

基于通信的城市轨道交通列车运行控制系统国内外技术规范对比

我国参考IEEE 1474系列基于通信的城市轨道交通列车运行控制系统(CBTC)技术规范,起草并发布了适合我国国情的CBTC规范,即《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范—需求规范》(暂行版)。文章从不同的规范架构、系统需求、功能需求等几方面,比较两者的联系与区别,为我国CBTC系统的设计与研发提供参考。

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CPN高铁临时限速数据融合方案验证

高速铁路列控系统中C3单元和C2单元相对独立控车,两套系统中的列控数据在系统层之间缺乏共享和约束机制.本文在分析系统结构和数据传输特性的基础上,提出一种基于数据融合,提升高速铁路临时限速安全性的方案,并利用有色Petri网(CPN)对融合方案进行建模.通过仿真软件分层和赋时功能构造系统顶层模型、临时限速生成子模型、故障子模型、融合子模型和时间序列,模拟临时限速信息传输过程中的系统状态和行为.仿真结果表明:在故障注入情况下,数据融合方案在一定程度降低了错误数据的输出,提高了系统的安全性.

CTCS-3级GSM-R车地通信数据丢失概率及其影响的研究

为了解决CTCS-3级列控系统GSM-R车地数据传输接口(Euroradio)安全功能模块没有提供时间相关风险防护措施的问题,建立基于DSPN的数据传输过程中故障恢复模型和通信模型。结合这2种模型并利用Time NET4.0对数据丢失概率进行仿真,发现即使只考虑数据丢失才会造成列控系统危险输出的极端情况,仍不满足相关规范对于CTCS-3级列控系统数据传输SIL4级要求。

基于贝叶斯网络的CTCS-3级列控车载系统韧性

为弥补现有指标的不足,引入韧性作为非常态事件下CTCS-3级(China train control system-3)列控车载子系统运行稳定性的测度指标.提出了车载子系统韧性量化评估方法,构建了基于贝叶斯网络(Bayesian network,BN)的韧性评估模型,并定义了5种基于韧性的部件重要度指标;进一步利用贝叶斯网络双向推理功能,计算了车载子系统在不同扰动情景下的韧性及部件重要度指标.研究结果表明:韧性可全面描述车载子系统抵御扰动和从扰动中恢复的能力,非常态事件扰动下,韧性与可用性指标存在明显差异;不同扰动情景下系统韧性明显不同,扰动发生时,车载子系统面临磁暴影响时的韧性为0.8017,而遭遇雷电时的韧性为0.8819,面临冰雪扰动时的韧性为0.9880;部件重要度存在情景依赖,同一部件在不同扰动情景下重要度排序可能不同,且可能随时间动态变化.

CTCS-3级列控中心接口平台设计与应用

本文设计并开发了一套用于测试CTCS-3级列控中心与ZPW-2000轨道电路、PIO继电器、LEU轨旁电子单元之间的数据传输及故障注入的接口平台,主要用于对列控中心软件功能以及列控中心子系统与外围设备接口功能进行验证。