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.     

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.     

一种基于模糊逻辑的CTCS-3级列控系统越区切换算法

基于GSM-R的CTCS-3级列控系统中,越区切换是保证列车运行的安全、提高运营质量的关键技术之一.在系统分析GSM-R通信网络在越区切换中的信号传输过程以及每个过程时延的基础上,提出了基于提高运营时间的两种改良建议.重点研究了一种基于模糊逻辑技术的改进快速切换算法,并通过具体数据分析了算法性能.研究表明,此算法可以大大降低切换时延且不会增加运营时间,是一种适合CTCS-3级列控系统的较好切换算法.     

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。     

基于概率模型检验的CTCS-3级无线通信建模与分析

CTCS-3级列控系统的无线通信系统是一个复杂、随机的分布式系统,无线通信系统为列控系统车载和地面设备提供安全相关信息交互,因此采用正确有效的方法对其进行建模和可靠性分析具有重要意义.本文根据GSM-R网络的QoS要求,建立了无线通信系统的概率模型,采用概率模型检验工具PRISM对概率模型进行描述和可靠性分析,计算了无线通信系统的稳态概率,并分析了不同速度条件对无线通信的可靠性的影响.结果表明,当无线小区平均间距为3 km,列车运行速度为300 km/h时,无线通信系统处于已连接状态的概率为0.991;随着列车运行速度的增大,无线通信系统处于已连接状态的概率下降.     

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.     

基于模型的CTCS-3级列控系统测试案例自动生成方法

为了提高CTCS-3级列控系统测试案例生成效率,提出了基于混合通信顺序进程(hybrid communication sequential process, HCSP)形式化模型和时间自动机(timed automaton, TA)形式化模型的列控系统测试案例自动生成方法;建立了列控系统运营场景的时序模型,分析了列控系统运营场景规范中时序功能的正确性;在时序模型的基础上,设计了满足全状态、全变迁和自定义-使用3种领域无关覆盖准则的列控系统测试案例自动生成算法,并以RBC(radio block center, RBC)切换场景为例,生成了100%全状态、全变迁和自定义-使用覆盖准则的测试案例套.从测试套数量、测试时间和内存消耗3个方面分析测试案例的生成效率表明:自定义-使用覆盖准则的测试案例套测试时间和内存消耗最小,分别为0.02 s和9.4 MB,本文方法提高列控系统测试案例生成效率最大达30%.      

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CTCS-3型列控系统中,RBC切换是车—地之间大规模数据连续、可靠双向传输的瓶颈,对列车安全、高效运行影响至巨.本文提出并研究了一种新的基于高速列车主体性的越区RBC切换模型,由RBC向列车发送隐性移动授权的基础数据,列车作为主体对基础数据进行融合计算生成移动授权,即通过隐性移动授权的显化过程来实现列车运行控制;同时,对预告应答器的设置作了适应性的调整.性能分析与仿真实验表明,新模型可以显著提高行车组织效率和增强列车运行的安全性.     

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．     

基于TAIO变异的CTCS-3列控系统测试案例生成方法

为了研究高覆盖已知故障集的中国列车运行控制系统三级（CTCS-3）测试案例生成方法，提出了一种基于输入输出时间自动机（TAIO）变异分析的测试案例生成方法. 结合列控系统模式转换的故障特点，设计了包含模式转换已知故障的8种变异算子（改变行为、改变目标位置、改变源位置等），形成了15 106个变异体；利用输入输出一致性关系（tioco）和k-Bounded模型检验方法生成了10 843个测试案例；应用一致性关系分数（CRS）、平均一致性关系分数（ACRS）和加权一致性关系分数（WCRS）进行了故障覆盖度的分析. 研究结果表明:该方法设计和生成的测试案例能够有效覆盖改变行为、改变不变量和增加sink位置3种故障模式，而对于约束取反和复位取反的故障模式覆盖度不高，需通过额外的观测信息来检测故障.      

通用型列控系统的安全计算机设计与验证

从硬件和软件两个方面研究并改进了现有的列车运行控制系统安全计算机平台,提出了一种简化型通用安全计算机平台.在不改变列控系统逻辑结构的基础上将独立的子系统集成到一台安全计算机上.然后对硬件结构的安全性指标和软件的时间、空间（内存）进行了仿真与计算,最终通过实验验证了通用型安全计算机平台的功能与性能,说明了该平台的正确性和有效性.     

高铁列车运行控制信息传递流程结构脆性分析

针对目前高速铁路列车运行控制过程安全研究多以单个子系统为研究对象,缺乏系统整体性且忽略了系统间的风险传递特性的问题,基于复杂系统脆性理论和有色Petri网及其仿真工具,以系统间的信息传递过程为切入点,建立一个包括计算机联锁子系统、列控子系统和调度指挥子系统的三级模型;从脆性源、脆性传播路径、系统崩溃标准3个特征出发阐述高速铁路列车运行控制过程的结构脆性;基于有色Petri网仿真工具CPN Tools中的I/O文件流和C#建立状态空间结构脆性分析平台.研究结果表明:行车许可请求子模型MAR(movement authority request)中变迁间的相关性平均值为56.72%,CTCS-3级列控子模型CTCS3(Chinese train control system-3)内的变迁间的相关性平均值为9.56%,可根据结构脆性指标的不同制定差别化的日常安全管理策略.     

形式化方法在列车运行控制系统中的应用

为了确保列车运行控制系统设计和开发的正确性,比较了仿真、测试和形式化3种能够验证系统设计正确性的方式。根据列车运行控制系统对安全的苛求性,提出了4个与系统安全相关的重要特性,即实时性、混成性、分布(并发)性、反应性,并分析了与这些特性相关的具体形式化方法。通过对每种形式化方法的数学基础和应用范围的分析和归类,给出了各种方法的优势和不足。分析结果表明:任何形式化方法的应用都具有一定的局限性,这是由模型检验和定理证明的本质所决定的;指出了新方法提出、既有方法拓展以及多方法集成将是列车运行控制系统的形式化领域的方向。     

中铁四局全面启动国内首次高铁枢纽站改造

<正>由中铁四局施工的深圳北站改造工程11月6日凌晨2点全面开始施工,这标志着国内首次高铁枢纽站改造全面启动。该改造工程无砟道岔插铺、信号CTCS-3级列控系统大型高铁枢纽站改造都属于国内首例。深圳北站改造工程是赣(州)深(圳)铁路自北向南引入深圳北站,对车站北端咽喉进行改造,车     

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。     

无线闭塞中心测试案例生成方法

应用基于功能特征的测试案例生成方法,研究了无线闭塞中心的功能结构,提取了无线闭塞中心的功能特征,得到了无线闭塞中心的功能特征列表。针对无线闭塞中心的每个功能特征,编制了测试案例,将测试案例串联成电子化的测试序列。根据中国高速铁路列车运行控制系统的规范和要求,构建了无线闭塞中心的仿真测试平台,编写了试验步骤和XML程序文件。在无线闭塞中心测试平台上,测试了包含注册与启动、行车许可、停车与注销、通信网络故障、RBC切换5个运行功能的3个测试序列。测试结果表明:在常温常压下,列车速度低于350 km.h-1且仅有一趟列车运行的条件下,无线闭塞中心可不间断工作至少90 min,功能正常。可见,方法有效。     

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.     

CTCS-3级列控系统临时限速建模与验证

为了满足临时限速系统的实时性要求,采用时间自动机理论,对CTCS-3级列控系统临时限速工作流程分别建立了各设备的时间自动机子模型,进而构成临时限速系统的时间自动机网络模型,并基于临时限速系统技术规范的参数对模型进行赋值;采用BNF语法对临时限速系统待验证的属性进行了形式化描述,并应用UPPAAL验证工具对临时限速模型的安全性和受限活性进行仿真验证.验证结果表明:与现有临时限速系统的时间参数设置相比,修正后的时间参数设置避免了出现系统死锁现象;在不影响安全功能属性和受限活性的基础上,提高了临时限速系统的实时性,可在规范规定时间5 s内做出响应.      

高速动车组列车超速防护ATP系统分析

为保障高速铁路的安全运行,我国设计开发了列车超速防护ATP系统。基于通信特别是基于无线移动通信的列车超速防护系统是当今中国高速动车组列车运行控制系统的主流关键技术。ATP各子系统高度自动化,不仅具备自诊断功能,同时还可以实现自动化检测。ATP系统的轨道信息接收单元位于列车运行方向头部第一轮对前,用于接收轨道电路低频码并传送给安全计算机进行分析,随后安全计算机将接收到的无线数据包信息进行综合处理,计算生成速度模式曲线。列车超速防护ATP系统是现代化铁路信号设备自动化发展的必然结果。     

基于全卷积神经网络的机车信号降噪

机车信号从钢轨提取轨道电路信号作为行车凭证，其译码输出性能对列控系统的可靠性和安全性有直接影响. 但列车运行过程中，机车信号不可避免地混入大量噪声和干扰，译码前需要降噪以提高准确性. 为此，提出一种基于全卷积神经网络（fully?convolutionalnetworks,?FCN）的机车信号降噪方法，该方法利用基于原始波形“端到端”处理方式的FCN，直接从时域对机车信号进行降噪处理，以提高信噪比（signal-to-noise?ratio，SNR）；并利用仿真和实测数据对本方法进行了实验. 结果表明:相较于传统基于频谱的滤波方法，本方法对带内干扰有更显著的效果，采用FCN能使机车信号信噪比提高8～14 dB，可有效降低带内噪声.