Error Detection and Reconfigurationin Reliable Ethernet Train Networks

In this paper, a novel reconfiguration technique is developed in the context of a fault-tolerant Networked Control System (NCS) in two train wagons. All sensors, controllers and actuators in both wagons are connected on top of a single Gigabit Ethernet network. The network also carries wired and wireless entertainment loads. A Markov model is used to prove that this reconfiguration technique reduces the effect of a failure in the error detection and switching mechanisms on the reliability of the control function. All calculations are based on closed-form solutions and verified using the SHARPE software package.

Reliable Train Network with Active Supervisor

In this paper, a new reliable hierarchical model is suggested for a two-wagon train Networked Control System. Each wagon has a Controller that carries the control load and an Entertainment server that handles the entertainment. A supervisory controller runs on top of the two controllers and the two entertainment servers. Contrary to a similar model in the literature, the Supervisory node replaces a Controller as soon as it fails (Active Supervisor). All system states are analyzed and simulated using OPNET. It is shown that, for all states, this architecture has zero control packets dropped and the end-to-end delay is below the maximum target delay. A comparison between this Active model and the other model in the literature is presented. It is found that the entertainment in this new architecture is kept available for the passengers in more of the system states when compared to the architecture previously presented in the literature.

基于高精度地图的智能网联技术师资培训探究——以《交通管理与控制》为例

在智能化、网联化的大环境下,随着相关政策落地和人才市场的需求,导致高校教师理论和实践技能遇到新的挑战,因此交通智能技术领域的教育教学改革也将成为必然的趋势。据此,文章首先简要介绍了基于高精度地图的智能网联技术的发展现状,随后围绕该新型技术对人才的需求探讨了该专业教学领域师资现状以及存在的问题,最后结合交通工程专业核心课程《交通管理与控制》对教师队伍的建设和培训给予了建议和意见,为更好地构建以高精度地图为基础的智能网联技术专业师资队伍提供借鉴。

智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

面向学科交叉融合的综合性实训教学装置设计与教学实践

针对工程训练实训教学装置功能单一、缺乏多学科交叉与整合能力等问题,以多种特征的物料识别与分拣为应用背景,在综合应用PLC控制技术、传感器技术、气动控制与机电传动控制技术的基础上,结合数字图像处理与卷积神经网络技术,基于树莓派与Jetson嵌入式计算平台,自主研制了一种物料特征识别与分拣综合实训教学装置。与现有同类实训装置相比,该自制实训装置具有体积小,功能多和成本低的优势。实践教学表明,将传统PLC控制与人工智能技术元素有机结合,以及将课内教学延伸至创客活动和学生第二课堂,能有效提升学生的工程认知水平和工程实践能力,体现多学科交叉、多技术融合的高等工程教育特征。

高速列车离散径向基函数自适应鲁棒滑模网络控制方法

[目的]为实现列车牵引制动关键系统的可靠控制,同时抑制通信时延对列车控制产生的影响,针对高速列车关键网络系统提出一种离散RBF(径向基函数)自适应鲁棒滑模控制方法。[方法]介绍了高速列车牵引制动网络系统;设计了考虑时延分数项的自适应鲁棒滑模控制方法,并对其进行了稳定性分析;在测试平台上利用组态软件对所提离散RBF自适应鲁棒滑模控制方法进行联合仿真分析。[结果及结论]将离散系统中的时延分为整数项和分数项,在充分考虑时延分数项的基础上,推导出离散趋近律下的时延补偿滑模牵引制动力,其中的未知非线性函数利用具有自适应调节特性的RBF神经网络进行精确逼近。为抑制列车运行过程中受到的较强干扰,将基于干扰观测器的滑模牵引制动力融入模型中,以增强其抗干扰性能。所提离散RBF自适应鲁棒滑模控制方法在稳定性能和响应性能方面优于其他控制方法,具有更为理想的时延补偿效果和鲁棒性能。

适应四网融合的市域(郊)铁路列控系统互联互通设计方案研究

近年来,“四网融合”发展已成为国家对轨道交通发展的重大战略,信号系统互联互通是实现“四网融合”的关键条件。从信号系统应用情况看,近期市域(郊)铁路信号系统列控制式大多数采用CTCS2+ATO,城市轨道交通线路信号系统主要采用CBTC,有必要对这两种列控系统互联互通设计方案进行研究。依托实际工程应用需求,采用重点内容举例和类比分析方法。首先,分析了互联互通土建及设备系统需要具备的工程条件,并对两种典型列控系统情况进行说明;之后,结合国内互联互通线路接驳及车站配线工程需求,阐述互联互通主要设计原则、制式转换最关键的共管区设计要点,以举例分析方式对停车和不停车切换的典型运营场景进行说明;最后,根据不同的设备设置方式,从调度指挥、车载列控和联锁设备几个方面,提出了完全独立和完全融合两种系统互联互通的建议方案;系统阐述互联互通需要具备的工程条件、共管区结合列控系统统一布置的设计要点,按两套车载设备同时在线和作业流程研究典型运营场景,提出了完全独立和完全融合两种方案的调度信息处理、车辆接口方式和联锁处理策略。

多源断控岩溶型溶洞训练数据集构建和生成对抗网络三维建模应用

目前,尚未存在全面的断控岩溶型溶洞训练数据集用于深度学习建模。本文采用基于露头资料、地震数据、可靠的地质模型以及基于目标的方法研制了断控岩溶型溶洞原型模型,对不同来源的原型模型集进行组合、旋转、裁剪和优选操作来构建可靠且多样的断控岩溶型溶洞相训练数据集,同时构建相应的虚拟井和概率体训练数据集,作为训练条件化生成对抗网络的数据输入。将训练好的生成器卷积神经网络应用于塔河油田TH12330井区,生成的多个断控岩溶型溶洞地质模型符合地质模式,吻合条件井、概率体数据,且与构造、裂缝和累产基本一致。本研究探索了断控岩溶型溶洞多源训练数据集的构建并在实际应用中取得了显著成果,同时也为其它类型储层深度学习建模中构建可靠且多样化的训练数据集提供了新思路。

粤港澳大湾区市域快线多网融合列控系统研究

列控系统作为轨道交通保障行车安全和提高运输效能的核心系统,在多网融合的设计、实施过程中,发挥着重大作用。结合粤港澳大湾区市域快线多网融合建设需求,从建设目标、系统选型、技术路线等方面重点分析主流列控系统的特点与差异,阐述融合方案及难点,为后续列控系统的选型与设计提供一定的思路与参考。

虚拟轨道列车网络控制系统的构建研究

虚拟轨道列车是一款胶轮承载、双端驾驶的多编组道路列车,多编组与双端驾驶符合轨道交通电气控制系统的特点,胶轮承载及道路运营符合道路交通车辆的特性。文章通过对比分析轨道交通与道路交通领域的网络标准及总线特点,并基于某典型新能源商用车与某有轨电车的网络拓扑,提出了一种适用于虚拟轨道列车的分网段冗余的控制器局域网(CAN)网络拓扑。该网络拓扑采用分布式输入输出模块(IOU)设计,以及通道复用、车辆控制单元(VCU)冗余控制、IOU点位冗余、故障诊断等可靠性设计。通过对超级虚拟轨道列车(SRT)网络控制系统的性能测试与示范运营,证明该网络控制系统可满足虚拟轨道列车的控制需求。

CRH380CL型动车组列车网络控制系统自主化研究

列车网络控制系统实现了动车组的控制、监视和诊断功能,针对CRH380CL动车组既有网络系统部件冗余性不高、备件停产以及技术支持力度不足等问题,基于既有网络拓扑结构,在保证其他子系统结构及功能不变的基础上,开展系统级自主化替代研究,实现TCN网络拓扑结构对既有ATI拓扑网络的替代,并完成包括自主化硬件研制及试验验证、系统及设备冗余性提升设计、RS485网关开发和子系统接口一致性测试、控制逻辑和显示屏界面等软件的完全移植以及半实物仿真平台测试等关键技术的研究和试验验证,保障动车组全寿命网络系统技术及备件支持,解决既有部件冗余性不高等问题,同时具备了软、硬件自主化升级以及未来PHM等新技术、新功能扩展的能力,降低了网络系统全寿命周期的运用维护成本。

基于传染病和网络流模型分析APT攻击对列车控制系统的影响

高级可持续威胁(APT)是目前工业控制系统面临的主要威胁之一。APT攻击利用计算机设备漏洞入侵列车控制网络,感染并且扩散到网络中的其他设备,影响系统正常运行,因此评价APT攻击对列车控制系统的影响非常必要。提出一种基于传染病模型和网络流理论结合的APT攻击影响分析方法。首先,分析在APT攻击的不同阶段设备节点状态之间的转化规则,结合传染病理论建立APT攻击传播模型,研究攻击过程中的节点状态变化趋势;其次,把设备节点的状态变化融入网络流模型中,研究APT攻击过程中设备节点状态变化对列车控制网络中列车移动授权信息流的影响;最后,结合列车控制系统的信息物理耦合关系,分析APT攻击对列控系统整体性能的影响。仿真实验展现了APT攻击过程中节点状态变化的趋势,验证该方法在分析APT病毒软件在列车控制网络中的传播过程对列车控制系统整体性能影响的有效性,为管理者制定防御方案提供依据,提升列车控制系统信息安全水平。

基于滑模和径向基函数神经网络的城市轨道交通列车速度跟踪控制算法

[目的]针对城市轨道交通列车运行控制系统中传统ATO(列车自动运行)速度控制算法在速度跟踪控制方面存在的控制精度不高和抗扰动性差的问题,提出了一种新的速度控制算法来提高控制精度。[方法]首先,建立了列车运行的单质点动力学方程,针对牵引和制动系统在执行指令时存在的时滞现象设计了时延补偿模块;其次,在控制器设计部分采集速度和位置误差建立滑模切换函数,并通过微分方程推导建立滑模控制器;最后,为了抑制滑模控制器固有的抖振现象,将其输出的切换控制量采用径向基神经网络进行目标训练从而优化控制器。[结果及结论]基于徐州地铁3号线二期改造列车参数在Matlab软件上进行仿真试验,其仿真结果证明该算法保证了列车在运行过程中,控制器输出的速度可以更高效精确地跟踪给定的推荐速度曲线。

基于通信网络的列车控制系统

自动组网(初运行)是列车控制与管理系统(TCMS)的重要特征,通过初运行,确定列车通信网络(TCN)内的节点组成、节点之间的顺序、总线主以及各个节点相对总线主的朝向,这是TCMS对列车进行控制与管理的基础。对于基于无线通信的TCMS,由于无线列车骨干网(WLTB)的网络节点之间没有通信线缆的物理连接,以传统的方式实现自动初运行十分困难,因此实际工程中采用人工设置参数的方式来组网。同样,在虚拟联挂(VC)系统中,多列列车通过WLTB组成列车编队,也存在动态自动组网的问题。在VC系统中,由于跟随列车处于自动驾驶模式,通过人工设置参数来组网的方式也不可行。文章分析了TCN、WLTB的初运行和VC列车编队/解编,探讨了基于无线通信的列车编组初运行或编队动态组网问题的实质与根源,提出通过引入一个更大的网络系统、融合TCMS和信号系统来解决自动组网问题的方法,基于列车控制的视角给出了面向列车全自动运行的基于通信网络的列车控制(NBTC)系统自动组网方法、分层次功能和系统架构,并提出了与NBTC相关的研究方向。

基于CANopen的列车通信网络状态反馈控制系统设计

列车通信网络负载过大,会导致数据传输延迟或丢失,进而影响系统的反馈控制效率和准确性;为了保证列车通信网络的安全性,设计基于CANopen的列车通信网络状态反馈控制系统;加设CANopen网关设备,改装列车通信网络数据采集器和网络状态反馈控制器,调整反馈控制器驱动电路的连接方式,完成系统硬件的优化;设置CANopen作为列车通信网络的通信协议,采用报文捕获的方式采集列车通信网络实时状态数据,通过网络状态特征的提取与匹配,确定当前列车通信网络状态;从缓存长度、负载、时延等方面,计算列车通信网络的控制量,通过公平分配列车通信网络信道、列车通信网络拥塞调度控制两个步骤,实现系统的列车通信网络状态反馈控制功能;实验结果表明,在铁路列车和公路列车通信网络环境下,负载控制误差平均值分别为0.6 Mbps和0.8 Mbps,在所提方法控制下,通信网络的缓存队列长度平均为10 Mbps,由此证明优化设计方法在控制功能和控制效果方面具有明显优势。

基于公网的重载铁路列控系统车-地通信技术研究

采用何种车-地通信技术是重载铁路列控系统要解决的关键问题之一。对此问题进行深入全面分析,提出一个基于公网的可满足重载铁路列控系统需求的车-地通信技术方案。该方案采用虚拟专用网络技术结合网络安全技术实现,具有成本低、效率高,易于实施且能充分保证车地间安全可靠通信的的特点。是当前重载铁路列控系统车-地通信的优选方案,并可为重载铁路列控系统深度智能化奠定通信基础。

货运铁路会让列车调度指挥与运行控制协同优化研究

针对既有货运铁路调度集中系统和列车运行控制系统分立设置,列车会让质量高度依赖调度员和司机的经验水平,突发事件响应慢等问题,构建货运铁路协同优化仿真系统,实现列车会让过程中调度指挥与运行控制的有机统一。首先依据货运铁路列车会让过程,增加通过列车和对向列车的位置、速度,以及列车牵引制动特性、线路条件等约束,构建列车协同会让优化模型;然后采用双深度Q网络(DDQN)进行模型求解,在计算列车速度曲线和选择列车工况序列时,考虑对向列车速度和距会让点的距离,协同优化通过、会让列车的运行过程。最后以某地方铁路实际线路、列车数据为例,验证模型和算法的可行性和适应性。试验结果表明,该系统可辅助调度人员实时掌握列车运行状态,有效调整列车运行速度,提高列车会让运输效率。

基于云平台的城市轨道交通线网级列车监控系统设计

为解决传统ATS系统只能显示本线路的线路图、只能进行单一的线路行车调度指挥,以及物理硬件数量多、升级扩容难度大等问题,设计了一种基于云平台的城市轨道交通线网级列车监控系统(NATS)。该系统可以针对大型城市进行轨道交通全路网的信息显示,以便线网中心进行整体运营指挥和调度,提供行车指挥、运营指标分析、全局运行图编制、线网和线路协同指挥等运营管理功能,实现城市轨道交通监控调度集中化管理。借助于云平台,NATS系统能够虚拟化到云平台上,无需对系统本身进行大范围、深层次改动。利用云平台的特点,可以整合各线路的硬件资源,减少硬件设置,并根据NATS系统的规模灵活配置,便于既有线路数据迁移、后续线路接入和扩展,对系统整体性能有显著提升。本设计方案对各大城市的轨道交通线网级列车监控提供重要参考。

智能高速动车组关键技术现状及展望

“复兴号”智能动车组作为动车组典型代表,构建以牵引、制动、网络、安全监测等关键技术为支撑,智能控制、智能运维、智能监控、节能环保为特征的动车组智能技术体系,持续引领国际高速列车技术发展趋势。下一代智能动车组,将以自主感知、自运行、自监控、自诊断、自决策、自保护为目标,开展智能感知、智能行车、智能控制、智能监测、智能诊断、智能服务、智能运维等关键技术研究,为智能高速铁路2.0建设提供技术支撑。

基于证据理论和贝叶斯网络的TIS系统风险评估

目前我国列控联锁一体化系统处于试验阶段,研究列控联锁一体化系统的风险评估对其可靠运行具有重要意义。针对列控联锁一体化系统风险评估中存在的不确定性及风险随时间发生变化的问题,提出基于证据理论和动态贝叶斯网络的列控联锁一体化系统风险评估方法。首先,构建列控联锁一体化系统故障树,并将其转化为动态贝叶斯网络模型;然后,引入模糊集理论和证据理论来确定动态贝叶斯网络的参数,利用动态贝叶斯网络的双向推理、重要度分析等方法,分析影响该系统可靠运行的关键风险因素;最后,利用专家打分法量化风险损失,通过绘制风险矩阵确定系统的风险等级。仿真结果表明:列控联锁一体化系统的风险等级属于铁路安全标准EN 50126中“Ⅳ级(可接受的风险)”,通信单元中与转辙机和轨道电路的通信接口及目标控制器单元为系统的薄弱环节。