面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法

伴随着我国城市化进程持续快速发展,既有的城市轨道交通列车运行控制系统下运力资源的调控能力已经趋于饱和。为了满足不断增长的乘客出行需求,以列车虚拟编组为代表的新技术成为发展方向。为了解决虚拟编组下列车的运行调度问题,提出面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法,建立列车运行和客流变化模型,描述列车运行和乘客人数的动态变化;构建列车时刻表和编组策略的协同优化模型,以实现列车利用率、列车停站时间和乘客等待时间之间的平衡为目标求解优化策略,并根据最优解生成列车调度和编组方案;最后选取北京地铁亦庄线为线路仿真对象,结果表明该模型可以显著提高列车利用率,减少乘客候车时间,具备良好的应用前景。

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。

系统理论过程分析在城市轨道交通列车运行控制系统设计中的应用

使用STPA(系统理论过程分析)安全分析方法,针对北京燕房线实际设计案例中的典型系统级危险源,选取列车进站停车运营场景建立相应的分层控制结构模型,辨识不安全控制行为,分析列车运行过程中的危险致因和安全约束,结合实际工程项目转化为切实可行的安全需求和防护措施。表明STPA方法分析过程全面深入,不仅可以分析技术系统,还可以分析运营组织中的人为因素,可以更加全面辨识运营场景中所涉及的危险致因。

基于改进MPC的重载铁路移动闭塞系统下列车编队控制方法研究

列车编队控制是城市轨道交通移动闭塞系统下一种提升输送能力的重要手段。针对重载列车载重大、编组长、操控难度大的特点,提出一种重载移动闭塞系统下基于改进MPC的重载列车编队运行控制方法。首先建立基于多质点模型分布式控制结构的重载列车编队模型,然后通过增加自适应反馈环节改进MPC方法,并引入0-1指标变量处理非线性函数,进一步求解混合整数的二次型优化问题,最后采用朔黄重载移动闭塞系统下的实际线路数据和列车数据进行仿真,可得到最大速度误差为0.465 km/h,最大间隔误差为1.899 m,且误差分布聚集在零点附近。仿真结果表明:提出的基于改进MPC控制方法能够满足重载移动闭塞系统下编队控制精度要求,该控制方法是有效的。

基于5.9GHz的TD-LTE的城市轨道交通通信系统测试研究

为解决现有城市轨道交通车-地通信系统在2.4GHz频段的同频干扰、高速适应性差以及多种业务的综合承载问题,北京地铁建设管理有限公司和北京交通大学、北京全路通信信号研究设计院以及华为公司在北京国家环形铁道试验线进行了基于5.9GHz的TD-LTE的城市轨道交通通信系统现场测试研究。测试中车-地通信的传输媒介包括漏泄波导和无线自由波,承载的业务包括CBTC、PIS、CCTV和列车运行状态监测业务。测试结果表明:5.9GHz漏泄波导的传播特性优于无线自由波,所测试的TD-LTE系统在承载综合业务时,能保证CBTC业务的业务质量。

漏泄波导在城市轨道交通CBTC车地通信系统中的应用研究

基于通信的列车控制(CBTC)系统采用漏泄波导作为无线传输媒介,从而实现大容量、高可信度的车地双向通信。本文基于行波天线的理论,定义宽边周期性横缝结构漏泄波导的辐射常数,并给出计算方法,定量分析漏泄波导的辐射能力,通过仿真软件HFSS对其合理性进行验证。将漏泄波导上方33cm处的电场分布仿真结果与北京地铁亦庄线的实际测试结果进行对比,总结漏泄波导的电场辐射特性。根据对于瑞利信道和漏泄波导的仿真以及两种传播媒介的数据传输速率实验结果,与自由空间相比,漏泄波导能够支持更稳定的信号分布以及数据传速率,更能满足CBTC对数据业务的要求。

基于混成自动机的城市轨道交通ZC子系统建模与验证方法

结合城市轨道交通列车控制系统区域控制器(ZC)子系统的混成特性,采用扩展的统一建模语言(UML)建立ZC子系统的UML顺序图;采用模型转换方法,提出从源模型到目标模型转换的定义和规则,将ZC子系统的UML顺序图转换为形式化的线性混成自动机模型,用于ZC子系统功能的安全验证。以北京地铁亦庄线ZC边界切换控制功能场景为例,建立该场景的UML顺序图;将其对应车地通信的5个阶段细分为5个组合片段;根据模型转换定义及规则,将各组合片段转换为线性混成自动机,进一步将不同组合片段的线性混成自动机合成完整的目标线性混成自动机;根据建立的线性混成自动机模型,采用验证工具BACH对该场景的7条功能性质和4条安全性质进行验证。结果表明:ZC边界切换控制功能满足设计需求,列车能够安全通过地面区域边界点,没有超速情况且能够在接管ZC管辖范围内安全停车。表明所提出的建模和验证方法是可行的,弥补了对具有混成特性列车控制系统既有验证方法的不足。

我国轨道交通安全原则标准制定的研究

随着我国轨道交通运行速度的提高和运行间隔的缩短,以及计算机技术和通信技术的大规模应用,安全问题显得越发的重要和复杂。如何制定适合我国国情的轨道交通系统安全性接受准则成为我们必须面对的重要课题。本文从安全原则的概念和作用出发,提出制定安全原则需要考虑法律体制、政治经济、科技发展和社会人文四方面因素。并且以此为指导,深入分析了目前国际上较为常用的三种安全原则,讨论了这些安全原则对我国国情的适应性。最后结合我国轨道交通的具体情况对于我国轨道交通系统安全原则的制定给出了三条建议,并在此基础上提出了可供参考的轨道交通安全原则。

基于LTE的城市轨道交通车地通信综合承载系统

为保证城市轨道交通运营安全,迫切需要整合车地无线通信生产业务的承载需求,建立基于城市轨道交通专用无线频段的车地通信系统。利用我国自主知识产权的TD-LTE(time division long term evolution,分时长期演进)技术,设计出基于LTE(long term evolution,长期演进)的城市轨道交通车地通信综合承载系统(LTE-M),在北京的国家铁道实验中心环形道进行全球第1个LTE-M系统的试验段测试。整个测试过程完全复制列车的实际运行场景,包括真实的车辆、设备以及高架、隧道等实际通信场景。大量的测试结果表明,所设计的LTE-M系统抗干扰能力强、综合承载能力强、频谱利用率高,能够满足轨道交通业务需求。LTEM系统用于承载轨道交通综合业务,在保障CBTC(基于通信的列车控制)业务高可靠传输的同时,能够为CCTV(车辆视频监控)和PIS(乘客信息系统)等业务提供有效的传输通道。

基于TD-LTE的城市轨道交通车地通信系统越区切换算法

针对基于TD-LTE(时分双工—长期演进)的城市轨道交通车地通信系统的特点和城市中信道的特性,以3GPP TS 23.401协议中基于覆盖的同频小区越区切换判决公式为基础,采用短序列灰色预测模型对车载数据终端(TAU)接收到的不考虑任何偏置的目标小区、服务小区的RSRP(参考信号接收功率)值进行数据处理,并结合双设备冗余通信模式,提出基于短序列灰色预测模型的双设备越区切换算法。在实验室对该越区切换算法进行仿真测试,并与既有越区切换算法和平滑滤波越区切换算法的实验室仿真测试结果对比。结果表明:采用该越区切换算法后,车地通信系统TAU接收到的服务小区和目标小区RSRP值的波动情况得到很大改善,每百次成功越区切换中发生乒乓越区切换的次数仅有3次,平均越区切换时延仅为11 ms左右;可见,采用该越区切换算法能够有效消除2.4GHz频段内固有的同频干扰、多径效应以及阴影衰落对接收RSRP值的影响。

5G通信系统在城市轨道交通车地通信中的应用分析

中国国内5G系统已经开始商用,第一个5G系统演进版本的标准化已经完成。首先基于目前普遍采用的LTE-M介绍了城市轨道交通车地通信系统的概况和需求,分析了5G通信系统的关键技术及在城市轨道交通车地通信环境中的适用性,最后讨论提出了未来5G通信系统在城市轨道交通车地通信系统中的一些设计思路和方案,指出LTE-M加5G的NR-U是未来城市轨道交通车地通信建设的可行方案。随着车地通信业务的发展,5G系统将可能应用于未来的城市轨道交通车地通信中并发挥重要的作用。

轨道车辆RAMS工程技术体系研究

从国内外轨道交通发展行业趋势及轨道交通企业发展需求出发,阐述了建设RAMS工程技术体系的必要性,结合轨道交通车辆特点,在对全寿命周期各阶段RAMS工作项目研究的基础上,从RAMS管理、RAMS设计分析、RAMS信息和验证确认4个方面创建轨道车辆RAMS工程技术体系,并在产品项目中进行了应用,取得了良好的效果.该RAMS工程技术体系的研究和建设,对RAMS工程技术的发展和在轨道车辆产品中的应用具有推动性作用,对轨道交通车辆产品可靠性的提高具有重要的现实意义.

城市轨道交通车地通信容量分析

在目前的城市轨道交通车地通信系统中,通常存在漏泄波导与无线自由波两种传输方式。本文介绍这两种不同的车地通信方式,分析漏泄波导的信道模型,并指出其信道模型近似于高斯信道。根据城市轨道交通车地通信的高架环境,研究车地无线自由波通信存在强烈直射径的情况下,2×2天线MIMO系统的信道容量及天线间距,得出最佳的天线间距及配置方案。将此MIMO系统的信道容量与漏泄波导的信道容量进行比较,结果表明MIMO系统的信道容量优于漏泄波导信道。

列车运行控制系统技术发展趋势分析

总结CTCS-2/3级列控系统的运用现状,调查国外典型的前沿研究课题,结合中国铁路发展的实际需求,分析了现阶段列控技术的发展趋势,可为我国列控系统未来技术发展战略提供借鉴。

交叉口路况的导向运输系统安全间隔控制研究

为保障导向运输系统(GTS)区间追踪运行的安全性与高效性,提出一种基于交叉口路况的区间追踪安全间隔控制方法。针对导向运输系统运营需求,考虑信号相位的差异性,建立道路交叉口路况评价体系,并基于一种模糊综合评价方法(FAGT)建立路况评价模型;基于人工势场法引入时变参数,提出时变混合人工势场法(TH-APF),并设计导向运输列车区间追踪间隔时间控制算法,动态控制导向车追踪间隔;仿真实际线路交通数据。结果表明:交叉口路况评价模型的结果与第三方评价的一致有效性,导向运输列车追踪间隔算法可针对路况作出反应,且可避免人工势场法局部最优点问题,使追踪间隔时间达到平均140 s,提高运行效率。

基于Vires的城市轨道交通线路三维视景建模与应用

三维视景仿真提供生动的视觉场景,可用于无人驾驶系统仿真测试平台的可视化测试,提高测试效率。简要介绍了三维视景仿真,提出三维视景仿真实现的难点之一在于线路模型的生成,建模效率低,且生成的线路模型不可复用。采用Vires工具解决这一问题,并给出线路建模具体实现方案及线路模型调整方法。在此基础上,以北京昌平线为例,实现了昌平线西二旗站至南邵站的三维视景线路建模及仿真。

基于通信的列车控制(CBTC)系统中轨旁控制子系统一体化研究

分析了国内外CBTC(基于通信的列车控制)系统的结构特点。针对典型CBTC系统存在的问题,着重分析了CBI(计算机联锁)和ZC(区域控制器)均采用同一硬件和同一软件的轨旁控制子系统一体化方案,给出了该方案下轨旁控制子系统为列车计算行车许可的方法。最后对一体化的CBTC系统与典型CBTC系统下开放信号机、关闭信号机、人工解锁进路、解锁保护区段及CBI采集列车包络占用区段延时检测等功能的实现方式进行对比。对比结果表明,采用轨旁控制子系统一体化方案的CBTC系统可以减少子系统间的接口,降低ZC和CBI间的功能耦合度,提高系统的运行效率。

区块链在城市轨道交通中的应用场景

针对城市轨道交通信息化和智能化发展中数据的共享困难和隐私性问题,文章首先介绍区块链技术及其特征,然后从权限管理、施工管理、数据共享管理、密钥管理和分布式智能场景几方面分析区块链在城市轨道交通中的应用,从而得出结论:区块链的去中心化、匿名性、开放性、不可篡改性和可追溯性特征可在数据共享的同时保证信息的安全,克服中心管理的单点故障。区块链技术的应用可促进城市轨道交通智能化,保障其运营安全。

一种全覆盖的列控车载系统测试用例自动生成算法研究

列控车载系统是保证列车行车安全的重要装备,是典型的安全苛求系统。测试用例生成是测试车载系统功能的关键和基础。根据车载系统的特点,本文利用时间自动机建模工具UPPAAL,对车载系统模式转换的规范建立DRB-TE自动机网络模型,并指出车载系统模型的非确定性会导致模式转换测试用例不能达到全覆盖。针对该问题设计一种能够满足全状态、全变迁覆盖准则测试用例的生成算法,利用实时系统测试用例自动生成工具CoVer生成模式转换测试用例套,从而实现自动生成覆盖全部车载模式转换规范的测试用例,同时提高了测试用例的生成效率和重用性。

基于UPPAAL-TRON的高速铁路列控系统非确定性时延一致性测试研究

高速铁路列车运行控制系统是一个典型的实时系统,如何保证列控系统在时延约束条件下功能实现的正确性至关重要。传统的离线测试方法已广泛用于列控系统功能一致性测试中,然而,随着系统复杂度的提高,物理环境中时延的非确定性制约传统离线测试方法的应用。本文引入"在线测试"的概念,利用时间自动机理论对典型场景车载设备的RBC切换过程建模,并定义可观测消息通道将该模型划分为环境和设备两部分,从而借助工具UPPAAL-TRON"边生成边执行"测试用例,找出了在非确定性时延下,仿真RBC测试模型与测试需求中不一致的地方。并通过改进测试模型中RBC处理占用参数的设置,实现对RBC切换过程中跨界传递联锁消息时延非确定性的一致性测试。