Interlocking System for CBTC (Communication Based Train Control) System

In recent years,the environment of railways and the systems such as CBTC(communication based train control)have been changing.To respond the changes and the needs of customers,a UTCS(unified train control system)has been developed to realize a system that evolves with customers.Previous type systems consist of independent components such as ATC(Automatic train control)system,electronic interlocking system,and facility monitoring system,and there are a complicated overlap of system configurations and functions and difference in concept between the systems.On the other hand,the integrated train control system consists of horizontal layers such as function layer,network layer,and terminal layer.Therefore,the system has been developed to make it simple with no unnecessary redundancy and evolving to meet the needs of customers.In this paper,we explain a method that realizes the interlocking function for CBTC system in the function layer based on the concept of“securing a train travelling path”including path blocking and routing,and evaluate the safety of the method using STAMP/STPA.

基于离散时间贝叶斯网络的CBTC车载设备可靠性分析

基于通信的列车控制系统(CBTC)车载设备用于实现列车安全防护和自动运行,其可靠性直接关系到列车的运行安全和效率。针对设备运营过程中的动态失效问题,基于离散时间贝叶斯网络(DTBN)对CBTC车载设备可靠性进行分析。首先,在分析CBTC车载设备功能结构的基础上构建系统动态故障树模型,基于动态故障树模型与DTBN模型的转换规则以及DTBN逻辑门条件概率表,建立基于DTBN的可靠性分析模型;其次,通过DTBN的正向推理实现CBTC车载设备的可靠度评估;最后,通过DTBN的反向推理及重要度计算,实现CBTC车载设备薄弱环节分析及重要度排序。结果表明:ATP子系统中输出继电器板、输出板等是CBTC车载设备最薄弱的板卡级设备,需重点关注。该方法能为CBTC车载设备的可靠性分析提供依据,有效提升系统智能运维水平。

CBTC系统WLAN车地无线通信网络在线监测关键技术及应用

目前国内大部分城市轨道交通车地无线通信系统仍采用IEEE 802.11 b/g协议,工作在2.4 GHz ISM开放频段,车地通信故障易造成列车紧急停车等情况。针对目前车地无线通信监测完整性和实用性不足、全链条监测手段缺乏等问题,结合无线通信系统范围广、场景多、故障现象迷惑性强等特点,融合无线场强采集、数据流监听、无线图谱定位、贝叶斯网络故障等定位技术,利用软硬件结合的方式构建全链条车地无线智能分析监测系统。采用射频处理单元+运行处理单元软硬件分离的架构模式设计无线监测终端,采用C/S架构和人工智能技术设计车地无线智能分析监测系统,实现从车载到轨旁无线场强、漫游切换、多信道监测等智能分析功能。该系统已在北京地铁亦庄线、昌平线、10号线等多条线路上应用,运用效果良好,满足现场无线监测需求,大幅提升了车地无线通信监测能力及应急处置响应效率,对保障列车运营安全具有重要意义。

CBTC系统高速适应性分析及改进方案

从车地无线通信、车载控制模型、轨旁设备应用等方面有针对性地研究了设计速度在160~200 km/h下基于通信的列车运行控制(CBTC,Communication Based Train Control)系统的高速适应性问题,提出了速度提升后CBTC系统相对应的改进方案。从理论上分析,传统CBTC系统在完成适配性改进后,能够满足此速度等级下安全运行的要求。

基于贝叶斯网络模型的CBTC系统无线数据通信故障排查方法研究

随着城市轨道交通CBTC系统的广泛应用,对车地无线数据通信的稳定性提出了更高要求。一旦车地数据通信发生故障,无论是单点故障,还是全网故障,均会对超大城市网络化运营造成较大影响。为此,对CBTC数据通信故障进行分级、分类统计,并构建故障树。结合现场大量实际数据,提出基于贝叶斯网络的数据通信故障分析模型,利用该模型对故障发生原因进行提前诊断,以快速确定故障分类和准确定位,缩短故障处置时间。同时结合现场实际运营中的典型案例,利用贝叶斯网络模型找到故障点,为运营一线降低故障影响,快速恢复正常运营起到了关键作用。在此基础上,针对网络风暴对信号系统冲击这一常见故障,为新线建设和更新改造工程,提出4条具体防范措施。

CBTC系统LTE-M无线专网列车接入单元的研制与应用

城市轨道交通车地综合通信系统的稳定性是目前地铁正常运营面临的最大问题之一。为提高通信的安全性和可靠性,城市轨道交通无线车地通信由WLAN通信技术升级为长期演进技术(LTE)。文章在综合分析城市轨道交通车LTE技术的基础上,根据CBTC系统城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)需求规范的要求,研制了一种LTE-M无线专网车地通信设备列车接入单元。其采用1.8 GHz TD-LTE专有移动网络和VPN安全接入技术,在车地间建立起安全可靠的通信链路。经通信打流测试,列车接入单元能够经过专网核心网与地面服务器通信,且通信速率稳定、延时小于150 ms、无丢包现象,可以满足承载CBTC控制业务、乘客信息系统、视频监控系统等数据接入服务要求。

CBTC系统交叉渡线处X型交汇点管理方案研究

为解决列车经过交叉渡线形成X型交汇点时,既有MTC-Ⅰ型CBTC信号系统无法按计划运行图控制列车路权顺序的问题,提出一种基于虚拟交汇点的管理方法。首先,通过构建虚拟交汇点,为X型交汇点计算虚拟等效计划列表;其次,将虚拟等效计划列表应用到对应的自动进路冲突检测中,检测结果可作为控制列车路权顺序的依据。最后,测试该方法可有效控制列车经过X型交汇点的路权顺序,提高列车计划运行图与实际运行图的重合率,进一步降低因X型交汇点导致的列车晚点、区间停车风险。

基于信号强度的地铁CBTC系统干扰源定位

城市轨道交通沿线的3G、4G等无线信号,对使用相邻频段2.4G的基于通信的列车运行控制(CBTC)的地铁车地通信系统的干扰越来越严重,为了对干扰源进行识别,CBTC系统干扰源的定位技术成为亟需被研究的问题。提出了一种基于粒子群优化的基于干扰信号强度(RSSI)的测距定位算法,可有效、快速地对干扰源进行定位。仿真结果表明,对运行速度不同的列车仿真时,该算法定位干扰源的精度不同,得出该算法对运行速度越低的列车干扰源定位精度越高的结论。

基于CBTC的列车自动驾驶控制算法

基于通信的列车控制系统是列车控制系统技术的发展方向。讨论了基于CBTC的列车自动控制系统的基本结构和功能,指出传统控制方法不能适应列车运行参数的非线性和时变性,而采用智能控制方法较为有效,对基于专家系统的ATO系统、基于模糊控制的ATO系统和基于模糊神经网络的ATO系统等几种速度控制算法进行了分析和建模。

CBTC系统列车追踪间隔计算及优化

针对城市轨道交通系统在某些情形下,列车在车站区域的追踪间隔过大,导致系统整体性能降低的问题,对已有基于通信的列车控制(CBTC)系统列车追踪间隔算法进行了分析,提出了一种基于站台限速值和限速区域参数调整的正线列车追踪间隔的优化方法.该方法通过系统仿真得到站台限速设置、列车追踪间隔和列车旅行速度的关系,从而获得优化的设置方案.在西南交通大学CBTC系统仿真与性能分析平台上对该方法进行了仿真测试,详细描述了测试案例中将96 s追踪间隔优化为90 s的过程.结果表明,所提出的方法能够优化系统关键区域的列车追踪间隔,提高系统性能.

基于CBTC的城市轨道交通列车能耗算法及仿真

以西南交通大学的CBTC仿真与性能分析系统为平台,详细研究了列车运行的能耗算法,针对不同的线路和不同类型的列车,通过仿真均能得到列车行驶过程中的速度状态和列车牵引能耗以及再生制动能的关系。该研究为今后利用此平台,以节能为目标进行系统性能优化奠定了基础。

传输时延对CBTC影响的分析及消除

基于通信的列控系统CBTC利用无线通信传递列车状态信息和控制命令,数据传输时延将引发不必要的列车牵引和制动,降低列控系统的性能。本文提出一种适用于CBTC的列控系统和数据通信系统的一体化设计方法,将CBTC的多列车控制系统等效为网络控制系统,建立一体化模型,分析传输时延对列控系统性能的影响。提出消除传输时延对列控系统影响的改进措施,并通过仿真验证该方法的有效性。

基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨

数据通信系统DCS是CBTC系统的核心,CBTC系统大多采用成熟的基于IEEE 802.11协议标准的无线局域网技术作为数字通信传输系统。本文利用OPNET Modeler 14.5仿真平台,对CBTC系统的数据通信子系统建模,以802.11b标准为例进行仿真,在不同的无线数据传输速率及列车运行速度下,对无线局域网性能变化进行分析,提出具有冗余设备的列车以保证数据通信的可靠传输。随着人们对列车控制系统性能及多样化信息服务需求的增加,基于802.11协议的CBTC系统也存在一些需要解决的问题。

CBTC系统中移动闭塞与后备模式追踪间隔研究

为了探讨基于通信的列车控制(CBTC)系统后备模式下追踪间隔的特性及与正常情况下追踪间隔的差异,在研究CBTC系统基本工作原理、相关移动闭塞和后备模式技术的基础上,建立了CBTC后备模式下的追踪间隔仿真模型,并对CBTC系统在移动闭塞和后备模式下的追踪间隔进行了仿真计算.结果表明:CBTC移动闭塞模式和后备模式都能满足系统要求,实现较小的追踪间隔时间;移动闭塞模式优于后备准移动闭塞模式,能够实现相对更小的追踪间隔时间(<90 s).

CBTC系统与车辆段联锁系统接口研究

对正线处于CBTC(基于通信的列车控制)系统控制下的列车出入车辆段过程中的信号系统控制进行了分析。给出在不同控制区之间,进路安全控制的联锁条件,以及为了实现这种安全控制,正线与车辆段之间的信息交换内容。提出了利用安全继电器,实现正线与车辆段之间安全可靠传输信息的方法。

基于Stackelberg博弈的城市轨道交通CBTC系统越区切换研究

针对城市轨道交通CBTC系统无线局域网越区切换问题,结合具有竞争机制的Stackelberg博弈模型,提出一种采用协作分集技术的列车越区切换算法,满足CBTC系统可靠连续通信的要求。本文分析列车在无线局域网环境下的中继触发和越区切换过程,中继节点根据列车请求的带宽确定价格策略,设计一种基于价格和收益的列车效用函数,证明纳什均衡的存在性。为获取列车的最优带宽策略和网络收益,提出一种分布式迭代学习法求解纳什均衡,并进一步分析列车越区切换过程。仿真结果表明,本文提出的博弈策略能够激励中继节点参与协作,合理分配网络资源;列车动态越区切换时间小于50ms,切换成功概率明显高于传统切换方法。

基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析

CBTC系统是利用连续、大容量的车地双向数字通信实现列车控制信息、列车状态信息传输的先进列车控制系统,CBTC系统中车地通信子系统对于保障列车安全高效的运营具有重要作用。本文根据CBTC移动闭塞系统中的列车追踪模型,分析系统对通信的要求;利用OPNET的三层建模机制,建立基于802.11g的CBTC车地通信系统的系统仿真模型;利用该仿真平台仿真列控业务下的通信系统性能;仿真结果表明,在区间追踪阶段,基于802.11g的无线局域网完全满足列车控制的需要;需要保证车站附近的AP信号覆盖以满足列车进入中间站停车时对通信的要求。

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 。

轨道交通国产化CBTC系统技术创新点研究

北京地铁亦庄线国产化CBTC系统的成功应用为北京市轨道交通国产化作出了贡献,本文对其技术特点及创新成果进行分析和研究,期望能为轨道交通信号系统的国产化提供借鉴。

城市轨道交通CBTC系统欧标应答器仿真测试平台设计与实现

本文基于无线通信的列车控制系统(CBTC)集成测试要求,开发了室内欧标应答器子系统仿真测试软件平台。该平台接收计算机联锁设备的列车进路信息,根据列车位置信息与所在进路信息,发送固定及可变应答器数据报文,模拟多种应答器设备故障情况,如应答器丢失、应答器报文错误、应答器反应延迟等。该仿真测试平台满足了CBTC集成测试应答器相关的测试要求,加速了CBTC系统的软件开发和测试进度。