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α-截集三角模糊数和攻击树的CTCS网络安全风险评估方法

针对工业控制系统网络安全风险评估影响因素的不确定性和指标量化困难问题,提出一种基于模糊理论和攻击树的方法评估工业控制系统风险,并将它应用于中国列车控制系统(CTCS)的风险评估。首先,基于CTCS可能面临的网络安全威胁和系统自身的脆弱性建立攻击树模型,使用α-截集三角模糊数(TFN)计算攻击树叶节点和攻击路径的区间概率;其次,利用层次分析法(AHP)建立安全事件损失数学模型,最终得出风险评估值。实验结果表明,所提方法可以有效评估系统风险,预测攻击路径,降低主观因素对风险评估过程的影响,使评估结果更契合实际,为安全防护策略的选择提供参考和依据。

CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)在市域铁路中的应用分析

[目的]目前,我国市域铁路仍没有应用CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)的案例。为扩展CTCS(中国列车运行控制系统)在市域铁路中的应用,应对CTCS-3在市域铁路的应用进行探讨。[方法]分析了现有市域铁路的特点及CTCS制式在市域铁路应用的现状,提出了CTCS-3在市域铁路应用的技术方案。分析了CTCS-3在市域铁路的适应性,对应用于市域铁路的CTCS-3的技术方案提出了优化建议。[结果及结论]与CTCS-2(中国列车运行控制系统2级)相比,CTCS-3(不以CTCS-2为后备)在市域铁路中具有更好的适应性,其在牵引供电制式适应性、保护区段设置方式、与其他轨道交通制式互联互通等方面均具有优势,信号工程成本也较低。

CTCS-N等级转换场景形式化建模与验证

新型列车控制系统的车载设备承担更多地面设备的功能,其功能测试主要是以现场测试为主,费时费力,构建满足系统功能与性能需求的模型有助于保证列车在线路上安全、高效地运行,因此针对新型列控系统提出一种基于时间自动机的形式化建模与验证的方法。首先,选取等级转换场景为主要建模场景,提取规范中的功能与性能需求,梳理信息交互图,基于UPPAAL建立车载设备、应答器、临时限速服务器、无线闭塞中心的时间自动机模型;然后,使用模拟器进行模型的仿真,生成对应的消息顺序图;最后,以自动机语言为基础,验证正常模式和故障模式下车载设备转换是否满足要求。验证结果表明:所建立的模型满足等级转换场景的需求,其功能符合对应的技术规范,证明了该形式化建模的可行性,为新型列控系统测试、其他场景或功能的建模与验证提供了参考。

兼容CTCS和CBTC的车载人机接口技术研究

为实现“四网融合”,需要发挥市域(郊)铁路的衔接和纽带作用,必然要求融合大铁CTCS与城轨CBTC两种信号制式,支持列车跨线运行。详细介绍兼容CTCS和CBTC两种制式的一体化车载设备系统组成,并重点介绍一体化DMI系统构成、工作原理和关键技术。一体化DMI支持CTCS和CBTC两种界面显示,并能够根据控车权自动切换界面显示,节约安装空间,降低设备成本,智能化程度高,可广泛应用于需要支持CTCS与CBTC跨线运行的市域铁路。

CTCS-3级列控系统冒进模式处置分析与优化

冒进模式是列控系统执行冒进防护时,车载设备进入的一种模式。车载设备进入冒进模式后,按照CTCS-3级列控车载设备技术规范及司机操作说明进行处置时,对于现场某些特定场景,会出现对运输影响较大的情况。从动车组列车现场实际运用场景出发,介绍CTCS-3级列控系统300T、300H、300SC三种车载设备对冒进模式的处置方式,分析目视行车模式在现场特定场景下对运输的影响,结合列控车载设备冒进模式操作规定,提出特定场景下的软件优化及操作修订建议,从而减小设备发生故障对现场运输效率的影响。

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。

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。

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-2级列控系统测试案例》(Q/CR 968—2023)解析与应用

《CTCS-2级列控系统测试案例》(Q/CR 968—2023)的发布,明确了我国高速铁路CTCS-2级列控系统各项测试功能和测试要素,对日常检测工作具有重要的指导作用,是CTCS-2级列控系统实验室测试和现场动态检测的重要依据。分析系统需求规范、功能特征、测试案例、测试场景的关系,梳理测试案例的演变过程,总结测试场景;解析Q/CR968—2023测试案例内容,梳理CTCS-2级车载设备、列控中心、临时限速服务器等对应的企业标准和行业标准中不同的功能特征;分析Q/CR968—2023对高速铁路列控系统动态检测的影响,有助于行业内相关人员和单位更好地理解该标准,进一步提升CTCS-2级列控系统功能的动态检测质量。

CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术

从CTCS-3级列控系统工程建设角度出发,对包括基于多路速度传感器数据融合的测速测距策略、列车制动模型及CTCS-3/CTCS-2级动态转换机制等CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术进行研究。根据不同类型测速传感器的特点,采用车轮速度传感器与雷达相结合的方式实现列车速度的安全测量,并运用联合卡尔曼滤波理论提出基于多路传感器数据融合的测速测距算法策略。结合列车移动体的控制特点,在国际铁路联盟UIC 544—1标准的基础上,提出1种改进的分段式减速度计算的列车制动模型,可兼顾行车安全和效率。针对列车运营模式的兼容性与可靠性,采用兼容CTCS-3级和CTCS-2级的双模冗余设计,使CTCS-3级列控车载设备同时具有CTCS-3级控车功能和CTCS-2级控车功能,并通过输入信息共享和等级转换时信息交换等技术手段,实现CTCS-3/CTCS-2级之间的平滑动态转换。研究成果已在武广高速铁路上实施,满足了列车高速安全运行的要求,并提高了等级转换时的列车运行效率和旅客舒适度。

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。

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.

一种新型CTCS-2级列车控制系统研究

CTCS-2级列车控制系统对我国铁路信号是一项全新技术,其结构和实现方法尚未定型。本文在CTCS-2级技术条件框架基础上,提出一种采用无线机车信号和ATP实现CTCS-2级系统的方法。无线机车信号从CTC或TDCS分机获取临时限速值并从联锁获取进路信息,通过无线信道直接发送到车载ATP设备;ATP设备据此生成目标-距离模式曲线并按照不同监控模式控制列车。其优势是:(1)可省去相应有源应答器;(2)无线信息传输闭环确认,保证信息传输的可靠性;(3)无需进行车站电码化,也不存在轨道电路受到不同干扰影响信息传输问题。文章阐述了系统的基本结构和工作原理,并对系统的先进性、可行性及系统的可靠性和安全性进行了分析。

基于有色Petri网的CTCS-3级列控系统RBC切换的建模与形式化分析

在CTCS-3级列控系统中,车载设备在执行RBC切换过程中所用时间的长短和切换成功概率的大小,严重影响着列车的运行效率。本文利用有色Petri网对车载设备进行RBC切换的两种方式分别建模,模型中引入GSM-R故障模型和非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中消息的传输过程和重发机制。研究结果表明:基于两部车载电台的RBC切换方式比基于一部车载电台的RBC切换方式所用时间更少,效率更高。列车速度、消息重发时间间隔都会影响列车执行RBC切换的时间。消息重发时间间隔和RBC重叠范围又会影响车载设备进行RBC切换的成功概率。

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。

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。

CTCS-3列车控制系统数据融合方法研究

数据融合是提高列车控制数据完备性和保证列车安全的重要方法,CTCS-3列控系统已在传感器层面进行了局部数据融合。本文在分析列控系统技术规范、CTCS-3列控系统结构及工作原理的基础上,提出一种CTCS-3列控系统决策层数据融合方法,分析融合的可行性并建立实现该方法的模型。该方法通过CTCS-3列控系统C3控制单元与C2控制单元之间进行列控信息交换,实现行车许可、线路描述信息、临时限速等核心列控数据的数据融合。融合后的列控数据更可信、准确、可靠。使用融合后的列控数据计算列车允许速度和生成监控曲线,使列车控制的安全性更高。

CTCS风险严重度组合权重和云模型评价方法

为准确评价中国列车运行控制系统(CTCS)风险严重度等级,考虑到CTCS风险的模糊性和随机性,在专家打分法基础上,开发一种基于组合权重和云模型的列控风险严重度评价方法。首先,建立风险严重度评价指标体系,采用层次分析法(AHP)和熵权法计算评价指标的组合权重;其次,给出风险严重度等级标准云模型和综合评价云模型的计算方法和依据云相似度来确定风险严重度等级的方法;最后,以兰州铁路局某列控中心管辖范围内轨道电路红光带为例,用所开发的方法计算其风险严重度等级。结果表明,其风险严重度等级为非常严重的,与用模糊综合评价方法得出的结果相同。

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。