CTCS-3级列控系统车地交互流程形式化建模与验证

正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互流程分为4个典型的子流程：任务启动流程、正常行车流程、RBC切换流程和任务结束流程,然后针对这些子流程建立无线闭塞中心（RBC）、车载设备（ATP）和铁路专用移动通信网（GSM-R）的时间自动机网络模型,最后利用时间自动机模型验证工具UPPAAL进行仿真分析,验证了CTCS-3级列控系统的车地交互流程的安全性和受限活性.     

高铁CTCS-3级列车运行控制系统轨道电路建模与仿真

CTCS-3级列车运行控制系统是我国高速铁路的核心系统之一,是铁路安全运输的重要保障。构建列车运行控制系统仿真测试平台,对于分析列控系统性能,验证列控系统功能具有重要意义。本文分析了CTCS-3级列控仿真测试平台中轨道电路模块的设计与实现,完成了轨道电路占用检查功能和轨道电路码序编制功能,并进行了轨道电路分路不良情况的识别与防护。     

CTCS2级列车运行控制系统超速防护仿真研究

本文介绍了CTCS2级列车运行控制系统的系统结构和速度曲线控制模式,并利用计算机技术对基于轨道电路和应答器的CTCS2级列控系统进行了仿真实现.文中重点阐述了仿真系统中目标距离模式曲线的计算原理,列车定位和超速防护仿真算法.使用该仿真系统对胶济线线路数据进行运行仿真,为进一步研究列车运行控制系统提供了有效的实验环境和方法.     

影响CTCS-3车地数据传输的GSM-R网络服务质量指标与优化

铁路综合数字移动通信系统GSM—R网络是中国列车控制系统CTCS-3级列控系统车地通信的基础平台,由于无线网络自身的特性,通信中断总是不可避免地以一定的概率出现．本文分析了影响GSM-R网络服务质量的电路域指标,并对其中导致通信失败和通信中断的连接丢失率、传输时延、传输干扰、越区切换中断时间及越区切换成功率5个关键参数进行了分析,同时给出了我国现阶段使用GSM—R无线通信网络的CTCS-3级高速铁路的相关参数设定参考值,为GSM—R网络设置和参数优化提供参考,并对未来铁路数字无线通信的网络规划与优化给出一些建议．     

列控系统保护下的动车组接车作业安全策略

铁路在我国交通运输体系中占据着重要地位。在列车运行过程中,列车站间行驶的安全性至关重要。出于确保列车行驶的安全性和可靠性的目的,本论文探讨了列控系统保护下的动车组接车作业安全策略。首先简述动车组和接车作业,阐述列控系统的归类及其原理情况,再以故障安全控制为基础,对列车站间行驶过程的协同运行与交互控制的相关机制进行研究,具体地分析动车组接车作业安全策略,从而确保列控体系运行的可靠性和安全性。     

TYLK-Ⅰ型车站列控中心系统的研究

车站列控中心是中国列车控制系统(CTCS)的地面设备之一,是铁路运行速度提高到200km/h的关键控制设备.本文在介绍CTCS结构和车站列控中心与其它关键信号设备连接的基础上,以TYLK-Ⅰ型车站列控中心系统为例,对其系统结构、主要功能及关键技术进行了分析和实现.车站列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息,通过有源应答器及轨道电路传送给列车.多次测试表明,TYLK-Ⅰ型车站列控中心完全能够满足在既有线提速到200km/h的条件下对列车实行安全控制的需求.     

磁悬浮列车跨系统运行Petri网模型

根据磁悬浮列车跨系统运行需求,研究了其运行控制系统的总体框架,明确了需要增加的功能子系统。基于系统理论,采用Petri网对系统关键属性、列车运行过程及各子系统的功能进行了层次化的建模。最高层模型描述系统整体关键属性,低层模型描述列车运行过程及可靠性。此模型可用来定量分析磁悬浮列车系统层面上跨系统运行时,失败率与各子系统部件可靠性之间的关系。如每年磁悬浮列车跨系统运行失败次数不超过1次,则连接相邻列控系统的2个通信网,其失效率都需低于10-6次.h-1。当列车跨系统运行触发时间分别为0.2、2.0min,步进时间分别为4、16min时,则跨线运行失败率分别为1.95×10-5、1.65×10-5次.h-1。仿真结果表明:列车跨系统失败率随a网和b网可靠性的提高而降低,同时随着跨系统触发时间和步进时间的增加而降低。层次化建模分析方法可以根据系统层面的关键属性要求,定量确定各子系统部件的可靠性需求。     

铁路客运专线列控系统的设计

客运专线是国家“中长期铁路网规划”的重要组成部分。作为高速铁路运行安全保障的信号系统中的CTCS-3列控子系统国内尚未制定技术要求,可通过引进与CTCS--3列控系统技术标准相近的欧洲成熟运用的ETCS--2系统,再结合我国路情进行适应性修改,通过消化吸收再创新,最终形成具有自主知识产权的CTCS--3级列控系统。本文介绍了时速300km的客运专线列控系统的主要组成及其功能。     

列车运行控制系统设计正确性的验证方法

为验证系统开发阶段列车运行控制系统设计的正确性,提出了基于RAISE软件的系统建模、描述及验证方法.以CTCS-3级两列列车追踪运行为例,采用面向系统特性的域,建立了系统域模型,并在对域模型扩充和完善的基础上,用RSL语言描述了两列列车追踪运行情况.根据RSL语言描述的公理及RAISE自身的推理规则,验证了当两列列车追踪运行时, CTCS-3级列车运行控制系统设计的正确性.     

牵引电动机无速度传感器带速重投解决方案

为了解决无速度传感器交流牵引传动系统带速重投问题,在分析列车运行状态及牵引电机带速重投问题产生原因的基础上,提出了在列车正常运行中利用再生发电状态取代惰行工况的解决方案,并利用Matlab/Simulink仿真验证了该方法的有效性.以动车组CRH3和电力机车HXD3的参数为例,计算了该方案对列车速度和运行时分的影响.研究结果表明,相对于惰行过电分相,该方法对速度大于200 km/h的动车组造成的速度损失和时间损失均小于2%;对速度大于60 km/h的重载货运列车造成的速度损失和时间损失均小于7%.      

基于CTCS3级的高速铁路通过能力分析

针对GSM-R（GSM for railway）通信中断给高速铁路运输组织带来的问题,分3种影响模式,利用扣除系数法及直接计算法来分析列车通过能力,得出GSM-R通信中断对列车运行速度和运输组织造成一定的影响,GSM-R通信中断的时间（一定时间）测算列车通过能力的明显下降区域及下限值,说明高速铁路运输组织往往不是按照最佳运输方案进行的结论.     

概率模型检验的CBTC系统通信协议的形式化验证

通信协议是CBTC系统重要的组成部分,它的正确性、稳定性和安全性对整个CBTC系统有重要影响．鉴于通信协议中某些参数具有随机特征,本文采用概率模型检验对其进行形式化验证．分析了概率模型检验的语义及语法,建立了通信协议的概率模型,用概率模型检验工具PRISM验证了典型的概率规范．结果证明,当信道正常概率为99％,系统无延时概率为99％时,通信协议失效率小于1．5×10^-10．说明了用概率模型检验验证具有随机特征参数的通信协议,方法简单快捷,结论清晰明了．     

基于多SVM分类器融合的高速公路异常事件检测方法

提出了一种利用多SVM分类器对高速公路中的复杂交通信息进行有效融合的异常事件检测方法.首先,将初始训练集划分为互不重叠的子集,为每个子集训练分类器.给定一个输入向量,利用分类器求得其所属的类别标签,并计算出该向量对特定簇的隶属度.其次,利用概率方法将多SVM分类器分类结果进行融合,得到最终分类结果.接下来,将“车流量”、“行车速度”、“道路占用率”、“相邻监测站的车流量差值”、“速度差值”以及“道路占用率差值”等交通参数表示为特征向量,分别输入到经过训练的SVM分类器,并将多SVM分类器融合后的分类结果作为判别异常事件的依据.最后,从5个具有代表性的高速公路路段采集到的交通数据构造实验数据集.实验结果表明,对比单一SVM和LS-SVM,文章提出的基于多SVM分类器融合的高速公路异常事件检测方法可以有效提高高速公路异常事件检测的准确性和可靠性,弥补了仅使用单一交通参数进行异常事件检测的不足.     

CBTC系统数据通信子系统的可靠性分析

基于通信的列车控制系统（CBTC）通过连续的车地双向数据通信对列车进行控制和监督,而系统各个实体之间的信息交互是基于数据通信子系统（DCS）的。本文首先简单介绍CBTC系统的基本结构和相关安全水平,然后再介绍DCS的基本结构,并对DCS的可靠性进行详细而具体的分析,包括冗余性策略和故障一安全策略。     

公路平曲线超高／反超高对车辆操纵的影响

为得到超高率对车辆方向控制的影响,以“道路-驾驶人-车辆”仿真系统为手段,以超高率／反超高率和行驶速度为试验变量,以小客车为仿真车型,以一条设计速度为30km／h的三级公路为试验对象,进行了三维路面上行车动力学的仿真试验．试验结果表明：①超高会减轻侧向力作用下轮胎的侧偏角,从而减低对方向盘角输入的需求;②超高会减小弯道上的轮胎拖距,并减弱前轮转动对车体的抬升作用,明显降低曲线行驶时的操舵矩,从而使操纵变得容易;③超高也会增加车辆的侧倾摆动（朝曲线内侧）,对于低速车辆,其摆动会更明显;④小半径曲线上的双向路拱或者反超高会增加转向需求,当车速较高时,其方向将难以控制．     

基于GPS的实时机车运行信息传输系统

利用铁路既有的列车无线调度通信系统和铁路分组交换网络，结合GPS技术，提出了一种实现机车运行信息实时传输的方案。采用话音压缩／扩展和数据同传，使无线列调在原来只传输话音的基础上增加了数据传送，数据仓库又使得这些信息能在铁路相关部门实现共享，可实现机车中低速率的数据传输。     

基于THERP-Markov 原理的高铁列调人因可靠性分析

在高速铁路调度指挥系统中,列调人员通过调度终端来指挥铁路现场的生产活动,调度员的操作直接影响列车的运行.本文引入核电工业中的THERP理论,结合列调操作特征来计算静态条件下列调操作失误率及其置信区间;并结合马尔科夫链原理,建立状态转移率方程,通过拉普拉斯变换得出单影响因子作用下列调可靠性的状态概率变化规律.最后,以执行列控限速任务为例,得出列调的静态失误率及压力影响因子作用下人因动态可靠性变化规律. 研究结果表明：在压力适中的情况下,列控限速执行失败率最低,为0.010 4.     

客运专线不同列车控制系统共线对通过能力的影响

客运专线由于运输需要、GSM-R通信中断或部分设备故障等原因,形成不同列车控制系统共线.在高速350km/h线路上同时并存250km/h列车运行现象的基础上,本文按照3种影响模式,分析不同列车控制系统共线对列车通过能力的影响,并给出具体计算方法.提出通过提高运输组织水平、提高GSM-R信道QoS及采用增强型CTCS-235列车控制系统等措施,以减少对通过能力的影响.     

基于遗传算法的列车运行能耗优化算法

研究了CBTC系统中列车控制模型和列车运行调整,以降低能耗为目标,对列车在区间的运行控制进行优化组合,提出了基于遗传算法的能耗优化算法,根据具体的线路条件,计算了在不同的运行等级下或不同区间运行时分对应的列车运行速度曲线。以一段2 400m长,具有典型节能坡设置,且包含一段60km.h-1区间限速的线路为例,进行了能耗计算和优化仿真。研究结果表明:优化之后速度曲线与其对应的运行等级2、3、4的速度曲线相比,列车牵引能耗减少到原来的62%、58%、60%,节能效果显著,算法有效。