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。     

时间触发现场总线时钟同步的研究

介绍基于时间触发架构的3种现场总线(TTP/C、FlexRay和ARINC659)的媒体访问方式、拓扑结构、传输速率等参数。鉴于时钟同步是时间触发协议的关键,讨论3种现场总线的同步方法、同步容错性和能达到的精度,并比较3种总线时钟同步技术及其在铁路中的应用。     

重大疫情下的列车动态编组与调度

为了降低疫情大爆发背景下旅客在乘坐城市轨道交通出行的过程中感染疾病的风险, 以列车编组与调度为研究对象, 提出重大疫情下基于虚拟编组的列车动态编组与调度方法; 为了提高城市轨道交通列车编组与调度的灵活性, 应用虚拟编组技术对城市轨道交通列车进行编组; 建立了基于客流的列车动态编组非线性规划模型, 对城市轨道交通列车的调度进行优化, 以提高城市轨道交通的运输效率, 降低车站人员密度, 进而降低疾病的感染风险; 应用改进的Wells-Riley模型进行感染分析; 应用基于社会力的行人运动模型对改进的Wells-Riley模型中的相关参数进行计算, 用于分析虚拟编组动态调度下旅客地铁出行全过程的感染风险; 使用MATLAB对虚拟编组制式下的传染概率进行仿真并与传统制式下的传染概率进行对比。研究结果表明; 虚拟编组技术可以显著提高城市轨道交通列车运输效率, 可将列车间追踪时间间隔缩短至34.6 s, 基于虚拟编组的列车动态编组与调度方法可以有效降低旅客的感染风险, 在相同条件下应用所提方法旅客的感染风险仅为传统方式的85.1%, 在车厢和通道中的感染风险分别为传统方式的50.0%和8.7%。如果将提出的方法配合错峰出行和客流控制及进站防疫检测等措施, 可以进一步降低旅客的感染风险。     

基于DTW的车辆轴温监测方法

为了处理车辆轴温可能出现的跳变、缺失、噪声等异常数据,有效降低误报率,提出了基于动态时间规整算法的车辆轴温状态监测方法,将轴温历史监测数据和历史统计数据进行指数平滑预处理,在训练阶段将数据反复迭代得到不同轴温模式的参考样本,计算了实时轴温和参考样本各数据帧之间的欧氏距离,得到帧匹配距离矩阵,运用动态规划和回溯的思想,求出累积距离矩阵和动态规整路径,将动态规整距离作为2个时间序列相似度的量化指标,找出最小动态规整距离对应的轴温模式,从而得到状态监测结果。仿真结果表明:在MATLAB仿真中,输入1 000个时长为50~300min的轴温测试样本,其最大响应时间小于0.4s,共出现29次错误匹配,误报率低于3%。通过对测试样本和参考样本的各数据帧进行指数平滑处理,有效消除车辆轴温出现跳变的干扰,虽然跳变值和跳变点数量不同,但相对动态规整距离无变化,对状态监测结果无影响。可见,车辆轴温状态监测方法能够满足车辆轴温状态监测的实时性和准确度要求,减少了误报率。     

四模冗余结构在铁路信号控制系统中的应用

四模冗余结构满足铁路运输日益繁忙和列车速度不断提高对铁路信号控制系统更高的安全要求.分析了三种四模冗余系统的结构特点,每个通道中采用冗余双处理器模块的结构具有更好的系统实时性能和安全性能.     

基于动态故障树的异构安全计算机系统共模故障分析研究

共模故障是一种存在于冗余结构系统中的特殊故障,给系统带来巨大的安全隐患。为保证列车运行控制系统的高安全性和高稳定性,安全计算机系统采取异构冗余结构。为了讨论共模故障对冗余系统的影响,文章对异构、同构两组安全计算机系统分别建立了动态故障树,并且采用马尔可夫链分析方法进行故障率和可靠度计算,对计算结果进行分析对比。结果表明,改进后的异构安全计算机可以减小共模故障给冗余结构系统带来的负面影响。     

2取2乘2安全计算机平台的设计与实现

介绍一种应用于轨道交通等安全苛求系统的2取2乘2安全计算机平台,该平台基于COTS硬件和软件进行开发,采用分层结构设计的理念,对平台的同步原理、工作模式、故障诊断方式以及故障导向安全机制作深入探讨,对平台各组成部分的特点进行详细描述。考虑到生产、维护、测试的需要,对该安全计算机平台的测试台也进行了介绍。     

基于通信的列车控制系统移动数据通信关键问题的探讨

首先分析了基于通信的列车控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统移动数据通信的现状、特点、要求;然后分析了无线数据平台使用的技术:直接序列扩频、全双工、时分复用多址、码分复用多址、差错控制、移动性管理、数据通信协议;最后分析了CBTC信息内容和数据安全传输方法。     

嵌入式实时操作系统选用的初步分析

介绍了嵌入式控制系统以及其软件的开发平台－－嵌入式实时操作系统,指出使用嵌入式实时操作系统作为开发平台可开发快速、复杂、可靠性要求较高的控制系统是目前控制领域的发展趋势。     

基于四模冗余结构的表决器安全性指标分析

本文在分析四模冗余结构安全性指标的基础上,提出基于四模冗余结构简化三取二、四取二、五取三表决器的方法.在给定的开关失效率的条件下,通过计算这几种表决器每小时危险失效的平均频率(PFH)值,该方法在使三取二表决器开关数量减少2个的同时,将其PFH值降低为原来的2/3,在使四取二表决器开关数量减少4个的同时,将PFH值降低为原来的5/11,在使五取三表决器开关数量减少15个的同时,将PFH值降低为原来的5/11.结果证明,该方法能够在简化表决器的同时提高表决器的安全性指标.