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。

基于CTCS-N列控系统的双电台冗余控制方法研究与设计

现有的CTCS列控系统大多采用单电台单连接方式实现与核心网的无线连接方案,不能有效保证无线连接的高可靠性和降低系统故障率。设计方案不仅可实现对CTCS列控系统双电台的冗余控制,当在用电台故障时,车载单元会自动选择备用电台重新建立与地面设备安全无线连接,从而保证列控系统的车载设备和地面设备无线通信快速恢复。而且在用电台可同时与多个设备建立多个安全无线连接,大大提高CTCS列控系统的安全性、可靠性、容错性。双电台切换过程虽有一定的时延,但对车载设备和地面设备的无线通信的影响较小。因此在列控系统的未来发展中,双电台冗余控制将成为未来新型列控系统的发展趋势。

面向产教融合模式的信号职培系统设计

提出产教融合模式下信号职培系统的设计目标、设计原则,并基于此研究设计涵盖CTCS 0~3级的信号培训系统。该系统采用半实物仿真的方法模拟各类信号设备真实的运行逻辑,具有虚实结合、内外联动、教学考试一体化等特点,降低院校投入成本的同时达到教学目标,推动产教合作的深入发展,为培养更加符合铁路运输行业需求的人才做出贡献。

基于车站无线通信下的临时限速研究

针对仅站内覆盖无线网络条件下的临时限速处理进行研究,在站内有无线网络覆盖条件下,与列车通信,将站内列车走行路径范围的临时限速信息及区间临时限速信息发送给列车,实现列车在区间运行时,在未覆盖无线网络条件下,使用出站前接收到的临时限速信息控制列车安全运行。相比全线覆盖无线网络,或全线设置有源应答器,临时限速研究方式造价更低,适用性更强。

面向济南局铁路通信网IPv6演进研究

铁路通信网络作为铁路运输系统的关键组成部分,在当今数据时代中扮演着至关重要的角色。IPv6作为下一代互联网协议,具有更大的地址空间、更好的安全性和更高的性能,已经成为铁路通信网络演进的必然选择,为铁路通信网络的升级和智慧铁路发展提供了广阔的前景。以济南局铁路通信网络为研究对象,探讨济南局铁路通信网IPv6演进思路,同时结合SRv6技术,提出基于原生IPv6的济南局SRv6应用规划,以满足未来铁路智能云网时代的业务应用“一跳入云”等需求,为济南局铁路通信网IPv6的发展和建设提供部署方案和应用建议。

重载铁路运输大数据分析平台架构设计研究

为解决重载铁路运输组织中积累的大量业务数据在分析能力、应用深度和数据创新方面不足的问题,推进大数据技术在重载铁路运输领域的应用,提出重载铁路运输大数据分析平台设计方案。在分析重载铁路特点的基础上,提出基于Hadoop和MPP混合架构的重载铁路运输大数据分析平台框架结构,设计大数据平台的应用架构与技术架构,并介绍平台的关键技术与业务应用。目前已经开展了基于该设计方案的重载铁路大数据分析平台的搭建和运行。

基于GADF与2D CNN-改进SVM的道岔故障诊断方法研究

针对道岔故障特征不易提取以及道岔故障诊断准确率较低的问题,提出一种格拉姆角差场(Gramian Angular Difference Fields, GADF)与二维卷积神经网络(Two Dimensional Convolutional Neural Network, 2D CNN)-改进支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的道岔故障诊断组合方法。首先,结合现场实际应用情况,选取道岔设备正常转换与典型故障的转辙机功率曲线,建立转辙机功率曲线样本数据库;采用GADF编码将一维转辙机功率曲线信号转换为具有时间相关性的二维特征图,分别选择16×16、32×32以及64×64大小的特征图并提取图像数据。其次,在LeNet-5模型的基础上设计2D CNN网络结构,并将图像数据输入至基于2D CNN的道岔故障特征提取模型中,经多层的卷积层、池化层以及全连接层提取特征指标,建立道岔故障诊断样本数据库。最后,通过北方苍鹰优化(Northern Goshawk Optimization, NGO)算法优化SVM算法的惩罚因子与核函数方差,构建基于NGO-SVM的道岔故障诊断模型。实验结果分析表明,将转辙机功率曲线数据经GADF编码为64×64大小的特征图,并通过2D CNN模型提取道岔典型特征数据,较其他数据处理方法具有较高的故障诊断准确率,同时提高了故障诊断实时性;将建立的道岔故障诊断样本数据库输入至NGO-SVM道岔故障诊断模型,其故障诊断准确率高达97.5%,较其他故障诊断模型具有更好的故障诊断性能,为道岔故障诊断提供了一种新方法,对现场道岔设备的日常维修具有一定的指导意义。

基于MDS和改进SSA-SVM的高速铁路道岔故障诊断方法研究

针对高速铁路道岔设备故障频繁,现场维修工作量大等问题,提出基于多维尺度缩放法(MDS)和改进麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM)的高速铁路道岔故障诊断模型。首先以ZDJ9道岔转换功率曲线为研究对象,总结现场典型道岔故障类型及故障原因,分别提取道岔功率曲线的时域、频域特征指标以及小波包能量熵,组成特征指标向量;其次采用MDS方法进行多维特征指标的降维优化,建立道岔故障特征指标样本数据库;最后利用改进Circle混沌映射初始化种群,并通过自适应t分布增强麻雀种群的多样性,再以改进SSA算法优化SVM模型中的惩罚因子和核函数方差2个关键参数,构建改进SSA-SVM的道岔故障诊断模型。故障诊断结果表明,本模型的故障诊断正确率高达96.25%,诊断效果优于其他方法,可以为道岔设备的故障维修提供理论依据。

列车大小交路通信协同运行自适应控制方法

针对列车运输能力与客流时空分布不匹配的问题,提出列车灵活编组方案和短编组小间隔自适应控制方法。首先,根据新型列控系统的特点,设计列车自适应闭环控制框架,构建列车最小追踪间隔模型,提出大小交路列车在小交路通信协同运行的编组方案。其次,根据列车编组方案短编组小间隔控制需求,基于深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法设计列车自适应控制模型,模型中通过设置奖励函数实现列车多目标控制,通过设计神经网络输出列车最优控制策略。然后,利用Matlab/Simulink仿真平台,以上海地铁2号线2A-2A列车通信协同运行为例,设置其追踪间隔为10 s,搭建加入随机阻力扰动的列车自适应控制模型并进行训练。研究结果表明:列车停车误差为0.1 m,准时误差为0.2 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为180.6 m,满足列车精准停车、速度协同和间隔安全性要求。针对DDPG算法估值过高而导致列车运行速度波动的问题,将神经网络中的Critic网络进行改进,改进后训练仿真表明:列车停车误差为0.03 m,准时误差为0.1 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为181.1 m,列车停车精度和间隔安全性均有提高,且速度波动相对平稳。最后,为验证该控制方法的实时性和安全性,假设前车在意外情况下减速停车,经仿真验证:后车停车误差为1.3 s,停车间隔为220.8 m,满足实时性和安全性的要求。研究成果可为城市轨道交通提供一种灵活匹配客流量的行车编组方案,为新型列控系统列车短编组小间隔运行提供一种安全高效的自适应控制方法。

列控系统车-地无线通信协议测试研究

阐述列控系统车地设备无线通信协议的实现方式,提出针对车-地无线通信SFM协议栈和CFM协议栈的测试方法,并阐述测试环境的搭建及测试过程的实现,对后续车-地无线通信系统协议测试具有指导意义。

铁路信号安全数据网网络管理系统优化方案研究

为进一步提高铁路信号安全数据网系统性能,在分析现有信号安全网络管理系统的基础上,对现有带内网管系统及其存在的问题进行分析。提出对带内网管网格结构和NMS和CTC时间同步的优化方案,并指出在当前铁路网管系统中引入带外网管系统,通过带内外系统协同作用的优化方案。为进一步提高国内铁路信号安全数据网络管理系统的可靠性提供参考。

全自动运行系统中联锁设备新增功能研究及优化设计

全自动运行系统(fully automatic operation system,FAO)是利用计算机、通信、控制和系统集成等技术实现列车运行全过程自动化的城市轨道交通系统,信号系统由传统CBTC升级为FAO后,计算机联锁设备新增适配的FAO功能及接口,如人员防护开关(Staff Protection Key Switch,SPKS)防护、反向跳跃、站台清客确认、再关门控制、间隙探测、列车自动洗车和自动控制车库门。该文对联锁系统新增功能联锁逻辑控制及接口信息交互进行分析和说明,提出改进设计建议,为后续新建线路提供参考。

海外铁路信号特殊控制及信号显示规则研究

结合英国铁路信号工程设计基础理论和美国铁路信号基础知识,介绍海外铁路信号运营规则相关的指导文件和信号控制原理,详细说明英国、美国铁路运营规则中特有的控制方式及信号显示规则的差异,并提出海外铁路信号工程实施的建议,以期对海外项目设备研制及工程实施提供一定参考。

检修接地不平衡传输条件对轨道电路的影响研究

为分析在接触网检修接地时,由单根轨条和回流线短接产生的不平衡条件对25 Hz相敏轨道电路的影响,在六端网络的基础上建立轨道电路不平衡传输模型,通过仿真计算和对比,得到在不平衡传输条件下,信号接收端轨面电压的衰减和扼流变压器上不平衡牵引电流,随道床泄漏导纳、单轨条接地位置、吸上与横向连接设置变化的关系,并利用实验数据和现象验证计算结果。结合实际案例中检修接地的不平衡传输条件导致轨道电路“红光带”问题,给出其产生原因,并验证上述理论。给出减少不平衡传输条件对轨道电路造成影响的方法,尽可能避免该类型“红光带”问题的出现。

城市轨道交通多编组列车时刻表和车底周转综合优化研究

为缓解城市轨道交通高峰客流拥挤,减少平峰运力浪费,本文研究多编组列车混跑场景下的列车时刻表和车底周转综合优化问题。基于动态变化的OD客流需求和多类型的行车资源,以最小化乘客等待时间和列车运行费用为优化目标,以开行列车总数、列车时刻表、编组类型、列车出入段情况和车底接续关系为决策变量,考虑时刻表、车底衔接、车底资源、折返线占用和列车能力等约束,构建城市轨道交通多编组列车时刻表和车底周转综合优化模型。根据开行列车总数可变的特点,设计变长度非支配排序遗传算法Ⅱ求解双目标的帕累托集合。以某地铁线路为例进行案例分析,结果表明:相比于单一编组方案,优化的多编组方案可同时降低26.16%和25.75%的乘客总等待时间和列车运行费用;优化后的列车平均满载率增加了1.3%~9.6%,进一步提高了运输能力和客流需求的匹配度。

支持电路域与分组域的车载通信技术研究

阐述一种既支持电路交换域又支持分组交换域的车载通信技术的研究方法,着重分析这两种通信模式的基本原理和通信过程,在此基础上介绍相应的车载无线传输单元的基本设计方法,最后重点说明其中关键的协议栈和算法。按照该方法研制的车载无线传输单元具备并行支持电路交换域通信和分组交换域通信的能力,可广泛应用在各种型号的车载系统中。

北京地铁5号线、八通线、13号线道岔区段增设计轴方案研究

从2011年至今,北京地铁5号线、八通线、13号线共发生轨道电路故障事件520起,其中道岔区段故障为128起,占轨道电路故障总数的24.62%,如此之高的故障率直接影响地铁运营安全。考虑采用计轴叠加轨道电路的工作方式,来解决轨道电路受道床电气特性及现场环境影响所引起的"红光带"问题。该方案实施后,有效解决轨道电路现有的安全隐患问题,提高设备可靠性、可用性、可维护性,在一定程度上保证地铁的正常运营秩序。

5G-R无线通信系统承载重载铁路机车同步操控业务研究

基于对重载铁路机车同步操控业务的分析,首先提出5G-R承载机车同步操控业务的网络架构,以及核心网、无线接入网等冗余组网方式。其次从数据路由、会话和服务连续模式、IP地址分配等方面,研究机车同步操控业务在5G-R网络中的实现方式;其中数据路由可采用归属地路由方式,会话和服务连续模式建议采用SSC模式1,对于不同核心网架构给出3种IP地址分配实现方案。最后对既有重载铁路建设5G-R网络进行方案探讨,包括以大秦铁路为例,提出5G-R网络建设方案,以及机车同步操控系统地面设备和车载设备的改造方案;以朔黄线为例,提出与既有业务运用相适应的5G-R网络双网冗余组网且业务负荷分担方案。通过对5G-R系统承载重载铁路机车同步操控业务的网络架构、工程应用等研究和分析,为未来5G-R系统应用于重载铁路提供一些参考。

泰国信号联锁系统中侧防条件的研究

与国内使用道岔和超限区段进行侧冲防护的方法不同,泰国信号联锁系统中仅采用侧防区段检查的方式,对进路存在的侧面冲突风险进行安全防护,且泰国信号联锁系统中侧防区段主要分为绝对侧防区段、条件侧防区段和区间侧防区段。结合国内铁路侧冲防护方案,对泰国信号联锁系统的3种典型侧防场景进行分析,总结其侧防区段的设置在联锁逻辑安全性和行车效率方面的优势和不足,为信号联锁系统侧冲防护设计提供一种新思路。

列控中心CAN总线可靠性通信的研究设计

列控中心作为铁路信号系统中的重要设备,在CAN总线设计过程中要保证通信可靠性传输,在对影响CAN总线可靠性传输的几个因素如元器件、电缆和温度分析的基础上,对CAN传输信号延时分析,明确元器件和高温对CAN延时的影响,为总线信号的延时提供设计依据,也为总线线缆的选择提供依据。