基于RBF-DRNN应答器传输系统高速适应性评估方法研究

应答器传输模块(BTM)在不同速度下接收有效报文帧数的准确预测是评估其速度适应性的关键，因此提出一种基于RBF-DRNN的有效接收报文帧数预测方法，用于定量评估传输系统在350 km/h及以上运行条件下的适应性。首先，采用径向基函数(RBF)神经网络建立列车速度与车载设备接收最大、平均、最小比特数之间的非线性回归模型；然后，利用深度递归神经网络(DRNN)建立车载设备接收比特数、误码率、有效率与接收有效报文帧数之间的评估模型；最后，基于RBF模型预测的高速下接收比特数，结合实际误码率、有效率，预测传输系统在更高时速下接收有效报文帧数的变化范围。利用某线路联调联试数据，对模型性能进行测试。结果表明，当列车运行速度达350 km/h及以上时，评估平均误差为0.45帧，最大绝对误差为0.81帧，可有效预测更高速条件下BTM有效接收报文帧数，为应答器传输系统的高速适应性评估提供指导意义。     

CTCS3-300T列控车载BTM故障分析

应答器传输模块(BTM)是CTCS3-300T车载应答器传输系统的重要组成部分,实现从地面应答器接收数据报文并译码解析后传送给车载安全计算机的功能。然而频繁的BTM故障常常使运营列车触发制动甚至紧急停车,给铁路运营带来极大的影响。发生BTM故障的原因复杂,可能是因为BTM自身错误导致,也有可能是因为应答器传输系统中其他相关设备引起。通过研究BTM与应答器传输系统中其他设备的关联,以及BTM的工作过程来分析常见故障,并给出合理的解决措施,对减少BTM故障给铁路运营带来的不利影响,具有重要的指导意义。     

应答器传输模块带内干扰信号防护研究

阐述SUBSET-036应答器传输系统技术规范V3.0.0和V3.1.0版本对BTM带内抗干扰性能的测试要求；采集并分析动车组动态运行试验中BTM接收到的带内干扰信号；通过综合比较不同信号解调算法对BTM设备译码质量和抗干扰性能的影响，提出通过优化信号解调算法提高BTM带内抗干扰性能，以及采用天线屏蔽、电缆屏蔽等物理措施尽量减小干扰信号的强度。     

应答器传输模块抗干扰性量化及自动测试研究

为准确检测应答器传输模块(BTM)设备受外界干扰时的译码能力并提高整机测试的效率,使用虚拟仪器技术搭建BTM自动化测试平台,在进行BTM设备自动测试的同时增加抗干扰门限值的测定。利用自动测试平台分别将单频、调幅及高斯白噪声等多种类型的干扰信号自动与报文信号进行混合,按测试序列调整频偏及信号速率和信号功率,并能够实现通信环境模拟、测试结果自动判断等。研究结果表明,通过上述方法可以自动判断干扰信号对报文正常接收的影响程度,并可绘制BTM抗干扰性能门限图,将测试结果可视化呈现。该研究将为制定设备可靠性指标提供量化依据,为设备性能改进提供技术支撑。     

安装高度及角度偏差对应答器作用距离影响研究

应答器报文传输的准确性直接影响行车安全，针对应答器传输系统作用过程，分析其工作原理，研究安装高度与角度偏差对应答器作用距离的影响。以应答器上行链路信息传输为研究对象，建立矩形天线空间磁场分布、BTM接收上行链路信号幅度及应答器角度偏差理论模型，仿真不同安装高度、角度偏差下车载天线接收上行链路信号幅度曲线，计算分析上述条件下应答器作用距离变化情况。研究表明：(1)车载天线与应答器间垂直距离为360 mm时，作用距离达到最大，为737.6 mm;(2)应答器发生倾斜对其作用距离影响较小，俯仰角越大，应答器两侧作用距离、磁场强度呈相反变化越明显，作用距离随偏转角增大呈线性递减，相比纵向安装，应答器横向安装平均作用距离减小114.4 mm;(3)车载天线与应答器间垂直距离越大，容许偏转角偏差越大。     

基于改进CUOWGA算子-Sharpley值的应答器传输系统风险评价方法

应答器传输系统是列车运行控制系统中重要的地-车信息传输子系统。为降低应答器传输系统传统风险评价中专家决策的主观性,并考虑风险事件间的相关性,提出一种基于改进的CUOWGA算子与Sharpley值的应答器传输系统风险模糊综合评价方法。首先建立系统功能分层模型,运用HAZOP辨识系统潜在的风险事件及其影响,构建系统风险评价因素集和评判集,再利用CUOWGA算子对专家评价数据进行集结,利用Sharpley值计算多风险相关下的评价因素权重值,最后通过综合评价得到应答器传输系统的风险等级。结果表明,应答器传输系统的风险等级为"可容许的",其中BTM及天线功能失效对系统安全影响最大。该结果与现场使用情况相符,验证本评价方法有效。     

地震作用下含岩桥边坡系统可靠性分析

对于岩质边坡而言,节理面是边坡的失稳潜在影响因素.在地震作用下,地震所产生的附加力会进一步影响边坡的稳定性.基于平面岩质边坡模型,研究其在地震作用下的稳定性,并对其系统可靠性进行评估.采用极限平衡法推导平面型岩质边坡安全系数的计算公式,并利用拉丁超立方体抽样(LHS)方法估算其可靠性.以此确定不同的破坏模式对系统可靠性指标的影响程度,并分析不同的参数以及张拉裂缝位置对平面型岩质边坡可靠性的影响.研究结果表明:在系统可靠性评估过程中,LHS方法有着较高的计算效率.平面型岩质边坡各种破坏模式对系统可靠性的影响程度有所差异.张拉裂缝位于坡顶时其倾角以及水平地震因子对系统可靠性指标的影响均较为显著.边坡破坏概率随着块体裂隙连通率的增大而显著增加.     

城市轨道交通信号系统的典型测速定位方案比较

针对城市轨道交通信号系统测速定位,详细分析了常用的轮轴速度传感器、多普勒雷达及加速度计的测速原理,并深入分析了各传感器的误差影响因素、失效模式以及传感器的复杂性。对目前常用的4种组合测速定位方案,从方案的测量精度、成本、系统可靠性、设备安装、安全性评估等方面进行了分析比较,给出了各种测速定位方案的优缺点。分析比较结果表明,速度传感器+加速度计+应答器的组合测速定位方案具有一定的发展优势。     

车地无线通信中拓展窗口喷泉码不等差错保护方法改进研究

本文提出一种拓展窗口喷泉码EWF(Expanding Window Fountain)的改进方法,该方法可在无反馈与重传机制的情况下,为数据提供不等差错保护UEP(Unequal Error Protection),适用于轨道交通中车-地无线信息传输的差错保护。该编码方案中所有的窗口都选用相同的度分布,将度数值作为窗口选择的影响因素,按照度的取值确定可选的窗口。本文阐述了新方法的思想,通过在无损信道下的仿真验证该方法的性能。仿真结果表明,与EWF算法相比,新方法在不影响重要信息比特MIB(More Important Bits)保护性能的前提下,降低了次要信息比特LIB(Less Important Bits)的误比特率。采用此方法,可以有效提高车-地无线信息传输的差错保护性能。     

CTCS-3系统中GSM-R网络结构的研究分析

针对当前CTCS-3系统中GSM-R网络采用的交织双网结构,提出了一个新的网络传输冗余结构。利用马尔可夫链,综合考虑了GSM-R网络通信过程中可能导致通信失败的一些因素:传输错误、传输干扰、连接的丢失、越区切换等,以及列车速度对系统可靠性与有效性的影响,提出2种网络结构的可靠性与有效性模型。通过对新网络结构的仿真分析,采用新网络结构使得系统在工作状态下的逗留时间有了很大的提高,可靠性和有效性均优于传统的网络结构,并且受到列车速度的影响也更小。     

基于SPN的CTCS无线通信形式化建模与分析

CTCS-4列车运行控制系统是基于无线通信传输信息的系统,其无线通信系统是一个动态、复杂的分布式系统,正确的形式化验证对于其性质和最终实现具有重要意义。本文主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下CTCS无线通信的形式化建模和可靠性分析,建立随机Petri网(SPN)表示的CTCS无线通信机制模型和列车与无线闭塞中心通信的GSM-R故障恢复模型,给出对通信故障定位的表示方法,并采用TimeNET仿真工具对GSM-R通信系统的可靠性进行分析得出相应结论。分析结果表明,列车在500 km/h的速度下,越区切换成功概率为99.45%,连接丢失概率为10-2/h。最后,本文将分析结果与GSM-R的技术标准进行比较,说明其可靠性满足规范要求。     

基于随机Petri网的GSM-R双层网络建模与性能分析

利用随机Petri网,综合信道降质、链路中断、越区切换、灾害等因素,建立GSM-R的同站址网络与交织站址网络的故障模型,针对同站址与交织站址两种不同的网络结构,给出利用马尔可夫链求解可靠性与可用性的方法。通过马尔可夫链的有关概率分别计算:不同网络结构的可靠性;不同列车运行速度对应不同网络结构的可用性。分析计算结果表明:同站址网络的可靠性与可用性远高于交织站址网络,主要原因是同站址网络中一层基站业务中断时不会导致系统失效,交织站址网络中一层基站业务中断时,并联的另一层相邻两个基站均可以提供业务才不会导致系统失效。另外,同站址网络中越区切换速率较小,有效减小了列车越区切换对可靠性与可用性的影响。     

基于随机Petri网的GSM-R越区切换成功率分析

CTCS-3级列车运行控制系统利用GSM-R网络进行车地间连续、双向的安全信息传输。而GSM-R系统采用硬切换技术,切换时必然会产生短暂的通信中断,这就会影响列车控制类数据传输业务。为保证安全数据传输的可靠性,迫切要求更短的切换时间和更高的切换成功率。对此,建立GSM-R系统越区切换的随机Petri网模型,分析影响越区切换成功率的因素,并利用MATLAB仿真得到列车运行速度、越区切换中断时间以及列车追踪间隔与越区切换成功率的关系;最后说明列车在350 km/h和430 km/h速度下运行时,越区切换成功率是否满足CTCS-3级系统需求标准要求。     

铁路数字移动通信系统的传输干扰性能分析与改善

传输干扰率是铁路数字移动通信系统的服务质量指标中重要的一项,其描述铁路数字移动通信系统误码性能对列车控制信息传输的影响程度.在介绍铁路数字移动通信系统传输干扰基本概念的基础上,分析影响铁路数字移动通信系统传输干扰性能的重要因素,包括列车控制系统信息传输特性、列车控制系统链路层数据传输协议、通信系统越区切换等.基于列车运行速度与传输干扰间的关系,提出采用分布式天线扩大小区覆盖范围的方案,降低数据传输与越区切换发生的碰撞概率,以改善传输干扰性能.通过对分布式天线系统覆盖范围以及对其同频干扰、载波干扰比等性能指标的理论分析,证明了分布式天线覆盖方案可以有效地扩大广义小区的覆盖面积以改善铁路数字移动通信系统传输干扰性能.     

ETCS-2级列控系统RBC交接协议的形式化分析

RBC(无线闭塞中心)交接协议是影响ETCS-2级欧洲列车运行控制系统的控制精度、效率、可靠性和安全性的主要因素之一.对该协议的形式化分析可为我国CTCS-3级列车运行控制系统的规范制定和系统研发提供参考.随机Petri网语义清晰、语法严谨,并且具有良好的数学理论支撑,与仿真手段相比能够得出更加可信的定量分析结果.本文选择随机Petri网(SPN)这一形式化语言对RBC交接协议进行研究,综合信道突发降质、GSM-R小区切换、链路中断等故障因素,针对两种协议方案分别建立RBC交接失败概率模型,分析列车运行速度、RBC重叠范围对交接成功概率的影响.结果表明基于两个车载电台、切换时能同时与两个RBC通信的RBC交接协议能够更好地保证列车交接过程的安全性,对行车效率的影响比较小.     

昌赣客运专线CFG桩复合地基沉降控制

以昌赣(南昌—赣州)客运专线试验段CFG桩复合地基为例,建立了三维动力响应分析模型,分析列车运行速度、桩长等多个影响复合地基沉降的因素,得出各因素对其沉降的影响程度和规律,确定控制沉降的关键因素.研究结果表明:在列车移动荷载作用下,路基沉降主要集中在路基表层,且路基各结构层沉降沿深度方向和线路横向有明显的衰减;增大桩身长度、垫层厚度或桩身弹性模量,均可减小复合地基各结构层的沉降.     

下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影响及对策研究

依托云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用LS-DYNA显式动力数值模拟及现场爆破振动监测,对既有隧道受下穿新建隧道爆破施工产生的振动影响和对策进行研究。结果表明:全断面起爆中,D(D为下穿新建隧道洞径,下同)<2.5D0(D0为基准洞径)时,既有隧道的振动速度、振动加速度均随D的增大而增加,且基本呈线性关系;2.5D0≤D<3.5D0时,振动速度及加速度均急剧增大;D≥3.5D0时,振动速度、加速度随D的增加而减小。随两隧道间距的增加,既有隧道考察点的振动速度和加速度均减小;在距离相等时,掌子面未到达前的振动响应大于掌子面离开后的响应;相同爆破参数时,距离越远,受到的振动越小;同时起爆药量越大,受到的振动越大。随围岩的变差,既有隧道处的振动速度增大,振动加速度变化较小。根据不同影响因素与振动速度关系的规律,推导了包含隧道开挖洞径、进尺长度、上下交叉隧道净距、单位药量等参数的隧道开挖爆破振动速度计算公式,并由现场爆破振动监测验证了数值模拟的正确性。同时,针对不同影响因素,提出分部开挖、分段起爆、干扰减振等减小爆破振动影响的对策措施及选择原则,并指出爆破试验及爆破振动监测在近接隧道工程中的重要性和可操作性。     

铁路货物列车列检作业间距设置的研究

增大列检作业间距，延长列检安全保障区段，是提高铁路列车运行速度和运输效率的主要方法之一。西欧各国列检作业大多采用站检和“周”检方式，美国等国家列检作业是以终到检查为主。我国铁路列检作业间距设置从建国初期至今经历了四个阶段，现已明确提出了列检作业间距设置标准。针对影响我国铁路列检作业间距设置的诸多制约因素，提出延长列检作业间距的主要工作内容和设想是：根据检查对象的分类，调整作业组织结构和检查范围；利用信息化手段对车辆进行动态监控；研究和探索长大且固定编组的循环车组和青藏铁路1000km以上的列检作业间距设置模式；开展铁路车辆配件的可靠性研究。     

我国高速铁路声屏障气动效应研究与探索

针对高速铁路声屏障的安全可靠性，从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战，并基于我国高速铁路声屏障应用场景，探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性，结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定，提出完善标准体系的相关建议，并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明：列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响，列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系；声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关，相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%；在列车脉动力作用下，声屏障钢立柱以横向振动为主，呈现典型受弯构件的特征，而单元板以整体往复横向运动为主，振幅受安装状态的影响显著，声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动；未来可结合声屏障结构振动特征和服役性能变化情况，深化声屏障气动荷载产生机理和动力分析方法的研究，探索声屏障服役性能演变机理和规律，完善声屏障结构安全性能检测评估体系，发展快速高效检测技术。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...