高速铁路道岔异构数据在Hbase上的云存储方案

实现健康预测管理（PHM）可以提高信号设备的运行安全性、系统可靠性和可维修性，道岔设备的数据对其PHM的研究有重要意义。目前，高速铁路道岔监测数据存储架构难以满足PHM海量异构历史数据存储问题，结合道岔监控数据以及道岔缺口监测图像等异构数据，引入大数据技术中的Hbase非结构化数据存储理念，提出高速铁路道岔设备海量异构数据的云存储及查询管理方案。针对图像数据尺寸不一致的问题，提出基于MapReduce的优化图像分块存储算法，实现高速铁路道岔异构数据的Hbase云存储，在实验室环境搭建平台对方案进行验证。结果表明:从MySQL到Hbase迁移10 GB历史数据约为15 min，在数量到达20万条以上时Hbase查询性能优于MySQL。通过MapReduce优化图像数据分块算法，存储速度得到提升。该方案对高速铁路道岔设备PHM中海量异构数据的存储提供了理论和技术支撑。     

基于有色Petri网的ETCS无线通信可靠性分析

ETCS-3级(欧洲列车运行控制3级系统)无线通信系统是一个动态、复杂的分布式系统,其性质和最终实现正确性的形式化验证具有重要意义.本文利用分层赋时有色Petri(CPN)网,综合随机信道恶化、越区切换、信道连接中断等无线信道失效模型,提出ETCS无线通信信道模型的分层结构,定义信道失效模型和概率传输延时,分析信道模型和数据传输的时间特性.分析结果表明,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性为99.97%.因此,相继运行列车时距为1min时,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性满足ETCS规范要求.     

CTCS-3级列控系统避撞协议的建模、设计和实现

CTCS-3级列控系统中的车载设备和RBC之间通过避撞协议进行协调控制。根据列车避撞安全需求,采用安全UML中的安全用例图和安全类图表示避撞协议模型,实现在任意时间间隔内,列车运行速度不超过期望速度,并且列车位置永远不能越过行车许可(MA)的安全功能。避撞协议的安全功能通过连续避撞策略和离散避撞策略的形式化精化实现。前者给出了列车速度和位置为连续变量的情况下,避撞协议的静态结构、动态交互和连续控制策略;后者利用离散逻辑实现了连续避撞策略的离散化。通过对离散避撞策略的进一步精化,生成避撞协议的实时程序代码。严格的形式逻辑WDC*的推理保证了连续避撞策略、离散避撞策略和最终代码精化的正确性和安全性。     

基于交换式以太网安全通信协议的模型和仿真研究

在基于通信的列车控制系统中,区域控制中心ZC(Zone Controller)子系统负责向列车发布移动授权,对于保障列车安全高效运营具有重要作用。为提高ZC的可靠性,设计中通常会使用冗余结构,其内部的安全通信协议就成为系统成败的关键。本文介绍构建于UDP协议之上的ZC内部安全通信协议的设计与实现,利用OP-NET网络仿真工具对该协议进行建模,并模拟VxWorks实时操作系统的多任务调度环境,构建基于交换式以太网的通信性能仿真研究平台。根据ZC的实际运行情况,对通信过程进行仿真,分析了发送窗口对报文最大时延的影响。仿真结果表明,适当的发送窗口数量可以兼顾通信效率和时间精度。     

运行时验证及其在列车运行控制系统中的应用

运行时验证是一种将模型检验方法与测试相结合的轻量级验证技术,它能够有效地降低系统验证的复杂度,提供系统运行阶段的安全保障,因此在安全苛求系统的验证领域有着极其重要的应用。本文提出一种基于三值逻辑的有限轨迹LTL可执行语义,允许"真"和"假"以外的逻辑值来显式的刻画验证过程中可能出现的非确定性,从而使得验证的结果更加精确。针对新的LTL语义给出了基于公式重写的运行监控算法和近似优化策略,并结合欧洲列车运行控制系统的实例,分析探讨了该方法在轨道交通控制领域的应用。     

CTCS-3级列控系统规范的建模与形式化验证方法研究

CTCS-3级列控系统规范是CTCS-3级列控系统设计与开发的基础,是实现互联互通以及确保系统高效率与安全性的关键环节。然而,依靠经验与直觉制定的规范不可避免地存在某些漏洞或者安全隐患,因此对CTCS-3级列控系统规范进行建模与形式化验证显得十分必要。本文提出CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证方法,此方法的特点是能够在系统规范、模型、验证工具以及验证结果之间建立一条跟踪链,从而始终保证系统规范、模型及程序代码之间的一致性。结合笔者运用此方法对CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证的实践,证明这种方法是可行的、高效的。     

基于改进支持向量域描述的道岔转辙机运行状态异常检测

针对铁路道岔转辙机缺乏大量异常样本来实施其运行状态异常检测的问题,提出了基于改进的支持向量数据域描述方法的异常检测模型。以ZYJ7型液压道岔转辙机为研究对象,利用既有微机监测系统采集道岔功率数据。用聚类的方法对数据进行清洗,接着对功率数据在时间序列上进行解锁、转换和锁闭分解,分别提取其统计特征值,采用主成分分析(PCA)法对特征值进行降维处理,将经过处理后的数据输入到异常检测分类器进行模型训练和模型测试。实验结果表明,改进的支持向量域描述(SVDD)分类器对道岔运行状态的异常检测有较强的识别能力。     

列车控制系统中数据通信子系统的帧丢失概率

利用随机Petri网模型,综合随机信道恶化、越区切换、无线接入设备故障等无线信道失效因素,建立列车控制系统中数据通信子系统非冗余结构和冗余结构的帧丢失概率模型,给出分解的无线数据通信模型的定点迭代求解方程。分别计算：冗余结构、非冗余结构的数据通信系统的帧丢失概率;不同列车数量、不同列车运行速度对应的帧丢失概率。分析计算结果表明：冗余结构数据通信系统的帧丢失概率远低于非冗余结构的;主要原因是冗余结构数据通信系统不因单一AP通信中断而失效、有效消除了列车越区切换对帧丢失概率的影响。     

基于贝叶斯网络的高铁信号系统车载设备故障诊断方法的研究

考虑到高铁车载设备故障诊断的不确定性和复杂性,本文提出了基于贝叶斯网络的车载设备故障诊断系统。在建立贝叶斯网络结构的过程中,基于充分利用现场数据与先验知识的思想,本文通过融合不同方法(K2算法,MCMC算法和专家知识)得到最优的贝叶斯网络结构。最后,本文进行了实例分析与模型验证,并与KNN算法、BP神经网络算法进行比较,测试结果表明该模型的正确性和有效性。文中的验证数据来自武广高铁车载设备故障追踪表。