CTCS-3级列控车载设备的形式化建模与验证

CTCS-3级列控系统安全苛求性较高,而列控车载设备是CTCS-3级列控系统的主体,主要功能是对列车进行操纵和控制,保证列车安全运行的关键。通过分析CTCS-3级列控车载设备之间的信息交互以及车载安全计算机中工作模式的转换规则,采用有色Petri网(CPN)建立车载设备的信息交互模型以及工作模式转换模型,使用ASK-CTL分支时序逻辑公式验证了模型的死标识、死锁以及分析工作模式下的系统行为等特性,验证构建的CPN模型符合系统规范要求的流程及规则,可为相关安全苛求系统的设计提供一定参考。     

CTCS-3列控系统中RBC的功能需求及切换

无线闭塞中心（RBC）是CTCS-3级列控系统中的核心设备,负责根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可,使列车在RBC的管辖范围内的线路上安全运行,RBC与车载设备之间通过专用无线通信系统即GSM-R网络进行信息的互换。该文对CTCS-3列控系统中RBC的功能需要进行了分析；采用配备2部通信电台的车载设备进行了RBC切换过程分析,并在此基础上运用状态分析法对RBC切换过程进行了形式化建模和验证。     

基于增强型BN的CTCS-1级ATP可靠性研究

结合CTCS-2级与CTCS-3级列控系统设计和运用经验,铁路总公司提出了CTCS-1级列控系统的研制需求,该系统车载ATP设备将取代LKJ与机车信号对既有线列车的控制.本文以CTCS-1级ATP为主要研究对象,对比分析模块级冗余与系统级冗余方案下CTCS-1级ATP系统可靠性.根据CTCS-1级列控系统总体技术方案,构建模块级冗余与系统级冗余ATP可靠性框图,建立对应增强型贝叶斯网络(BN)模型.借助增强型BN正向推理,求解两种设计方案下ATP可靠性定量指标,评估两种设计方案的优劣.利用增强型BN模型逆向推理,求解列车超速防护(ATP)设备故障下基本单元条件失效概率,查找两种冗余设计方案的潜在薄弱环节.评估结果表明:两种方案下CTCS-1级ATP RAM指标均满足需求规范要求,但采用模块级冗余设计的CTCS-1级ATP RAM指标更优;外围冷备模块条件失效率明显高于其他模块,为CTCS-1级ATP的薄弱环节.     

CTCS-4级列控系统关键技术研究

为了更安全高效地实现跨区域列车高速运行,并降低运维成本,提出了CTCS-4级列控系统将移除轨道电路等设备,移动闭塞列车追踪间隔数学模型,基于GPS差分技术的列车完整性检查,基于GNSS/INS的列车组合定位和LTE-R车地无线通信等关键技术.仿真结果表明:运用这些技术后,相比于既有的CTCS-3级列控系统,CTCS-4级列控系统在安全性、性能和成本等方面均有提升,运行更稳定和高效.     

基于时间参数的CTCS-1级RDC设置方式的研究

既有线车站分布情况复杂,存在一站多场、多站密集分布的情况,仅依据CTCS-1级区域列控数据中心(RDC)技术规范参数设置RDC,无法满足CTCS-1级列车在RDC切换时车地通信与控车数据更新需求.深入剖析基于单电台的CTCS-1级RDC列车切换场景,采用时间有色Petri网形式化方法对控车权移交过程参与对象进行模型抽象,通过CPN-Tools环境下的模型仿真,挖掘时速200km以下CTCS-1级列车移交过程车地通信中断时间范围,并将通信中断时间约束转化为距离约束,通过分析时间与距离约束探究既有线一站多场、多站密集分布场景下RDC的设置方式,为既有线RDC管辖边界点的选定提供理论依据与数据参考.     

CTCS3级列控系统中RBC的切换

无线闭塞中心(RBC)是CTCS-3级列控系统中的核心设备,负责根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可,使列车在RBC的管辖范围内的线路上安全运行。RBC与车载设备之间通过专用无线通信系统即GSM-R网络进行信息的互换。为满足列车正常运营的需求,系统采用了GSM-R网络交织冗余覆盖方案,这样列车在运行过程中经过RBC的交界处时仍会收到来自GSM-R网络的信息。本文详细讨论了在两部电台都正常和只有一部电台可用的情况下,列车经过RBC边界处时RBC切换的具体过程和实现方法。     

CTCS-1级列控系统无线广播通信场景建模与验证

在高铁线路故障情况下,为了支持高铁动车组在普速线路上运行,国铁集团组织研究了高铁动车组利用普速线迂回运行系统.该系统车地间无线通信拟采用的无线单向广播方案,在现有的列控系统中从未使用过,对其进行建模与验证研究具有重要意义.通过分析CTCS-1级列控系统的总体技术规范,对无线广播通信场景进行详细设计和完善,采用SysML语言对场景建模,通过设计SysML-PRISM模型的转换规则将场景的SysML模型转换为概率模型,得到由信道模块、车站数据服务器（Station Data Server, SDS）模块、列车模块构成的无线广播通信场景概率模型,采用概率模型检验工具PRISM对场景的概率模型进行描述和验证.结果表明：场景设计合理、无线单向广播通信方式可行、SDS规定的优先发送报文的次数应该为2次或3次.本文中对无线广播通信场景的研究能提早发现系统技术方案中可能存在的问题,为相关研究提供参考.     

中川机场站股道应答器设置问题分析及对策

应答器是CTCS-2级列控系统的重要组成部分,用于向CTCS-2级列控系统车载设备传输定位信息、线路参数、临时限速等信息。针对中川铁路中川机场站B点应答器设置位置及运营过程中存在的问题进行了研究分析,提出了解决方案。     

基于CPN高铁临时限速数据融合方案验证

高速铁路列控系统中C3单元和C2单元相对独立控车,两套系统中的列控数据在系统层之间缺乏共享和约束机制.本文在分析系统结构和数据传输特性的基础上,提出一种基于数据融合,提升高速铁路临时限速安全性的方案,并利用有色Petri网(CPN)对融合方案进行建模.通过仿真软件分层和赋时功能构造系统顶层模型、临时限速生成子模型、故障子模型、融合子模型和时间序列,模拟临时限速信息传输过程中的系统状态和行为.仿真结果表明:在故障注入情况下,数据融合方案在一定程度降低了错误数据的输出,提高了系统的安全性.     

基于层次时间自动机的移动授权的建模与验证

基于通信的列车运行控制(communication based train control,CBTC)系统以其安全、可靠等性能优点在城市轨道交通的运营中得到广泛关注。它通过其核心功能,即为每一列通信列车提供移动授权(movement authority,MA),来实现列车安全间隔运行。针对功能安全和实时性等方面的不足,首先,建立移动授权的层次时间自动机(hierarchical time automaton,HTA)模型,其中嵌入了列车管理、安全位置、遍历障碍物和列车筛选模块,并对模块间的交互信息进行分析;其次,采用巴科斯范式(Backus-Naur form,BNF)语法对其特性进行描述;最后,利用UPPAAL对各特性验证。结果表明,移动授权模型满足实时性、顽健性、可用性、完整性、安全性5项需求,层次时间自动机理论适用于系统需求规范的验证。     

双层动车组列车风特性研究

列车行驶过程中会诱导周围空气流动形成列车风，较大强度列车风会危及行人和轨道旁工作人员的安全，甚至会卷起附近的货物和杂物。本文通过数值模拟的方法研究不同行驶速度的五编组双层车厢动车组周围的流场结构和列车风。结果表明：列车风主要由尾流区域涡脱落诱导产生，头车流线型区域、转向架等附属结构和地面效应对诱导列车风也有重要作用。列车周围靠近地面的区域受到附属结构和地面效应直接影响，列车风强度大于远离地面的区域。依据TSI安全准则，行驶速度在200km/h及以下速度级的双层车厢动车组符合列车风风速的安全标准，行驶速度250km/h及以下速度级的双层车厢动车组符合车头压力脉冲要求。     

高速试验列车控制系统通信节点机的研究

介绍了一种采用嵌入式计算机ＰＣ１０４模块实现高速试验列车控制、监测、诊断信息网络中通信节点的方法．阐述了ＰＣ１０４总线模块的特点,以及如何用ＰＣ１０４模块构成高速列车控制网络中的通信节点,并给出了固态盘的使用方法     

高速列车运行引起的地表振动分析

把轨道作为弹性地基上的梁，得到轨枕与道床之间的动反力，采用薄层法求得分层土体的稳态响应，建立了运行车辆-轨道-环境振动模型，首次对秦沈高速铁路列车运行产生的沿线地基的振动响应进行了分析与对比．分析表明：移动轴重作用率对加速度频谱起控制作用，在其附近出现峰值；加速度随列车速度的提高缓慢增加，当列车速度接近地表的瑞利波速时，会引起振动放大现象；理论模型能很好地预测近场的振动响应．     

列车进入隧道时产生涡流的数值模拟

给出了列车穿越隧道时在隧道入口形成涡流场的数值模拟过程．控制方程为三维黏性、可压缩、等熵、非定常流的N-S（Navier—Stokes）方程,空间离散采用了中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对列车与隧道之间的相对移动采用移动网格技术处理．计算结果与国外的试验结果基本一致．研究结果表明,在整个涡流的形成过程中,可以将这个过程分为连续的4个阶段,即涡的形成、发展、传播及破坏阶段．研究结果还表明,涡受到列车头部形状的影响要比受到列车速度的影响要大;喷射流速度与列车速度有关系．     

横风作用下列车在高架桥上运行的气动特性分析

使用计算流体力学方法研究横风条件下列车在高架桥上运行的气动特性和倾覆的危险性。基于三维N-S方程,采用滑移网格技术对列车运行进行数值模拟,并与在地面上运行作对比数值模拟计算。研究结果表明列车在高架桥上运行所受到的气动力随着侧风强度的增加而剧烈增加,随着车速的增加而缓慢增加;和地面路况运行相比,列车在计算模型中的高架桥上运行并未增大倾覆危险性。     

列车运行引起的桥下地面振动衰减特性

为探求列车运行所引起的桥下地面振动衰减规律，通过一系列现场测试，测得多组在不同车速下的地面加速度记录，对所得加速度记录进行计算处理，得到了各测点的最大加速度值．然后针对各测点的加速度比，运用复合回归方法，得到了列车运行时所引起的桥下地面加速度衰减经验公式     

一种实用高速铁路ATP算法的设计与实现

自动列车防护 ( ATP)是现代化高速铁路所采用的主流控制策略 ,它不仅仅是列车的控制算法 ,还包括列车和列控中心之间的通信协议。论文介绍了一种实用的高速铁路ATP算法 ,包括地面列控中心和车载系统两部分的优化设计与实现步骤。具体给出了列控中心计算安全制动距离 ,确定目标点 ,并将信息传递给列车的实现步骤 ,以及车载系统根据列控中心发来的信息计算出列车速度控制曲线并实施对列车速度控制的过程。文中还给出了列控中心确定目标点的仿真过程。证明了算法的正确性和可行性     

一种分布式应用数据交换系统的设计与实现

为了解决数据交换中适应不同安全级别、不同网络传输要求等问题,设计了一个基于消息中间件、支持不同数据优先级、不同密级和不同时段传输的可控数据交换系统(AppSwitch),并利用Java语言,基于IBM-MQ,实现了整个系统.该系统能够根据预先确定的安全要求、数据传输和交换策略,实现不同分布式应用系统之间异构数据有效的交换,达到系统互连互通的目的.系统的成功运行表明,通过在消息报文中增加加密标志、消息优先级别字段,在传输安全策略中增加时段控制等措施能够有效地解决该问题.     

应用RFID技术实现地铁列车精确定位的研究

本文提出了一种基于射频识别RFID技术的地铁列车跟踪与定位系统,用以实时、精确、高效的确定地铁列车在线路上的位置,并在综合站场表示图上展现出来,为地铁调度系统提供数据支持。采用的RFID（射频识别）系统,使用铁路专用RFID无线识别阅读器,有极可靠的设计、极佳的性能和极灵活的用户适应性。能识别0-6m的物体,能准确识别时速达400公里的车辆,且极可靠,误读率几乎为零,能满足地铁方面将阅读器固定在轨道上或列车上的要求。系统的工作原理：将无源标签每隔一定间隔（如1．5m）依次固定安放在列车运行线路上,标签读写器及通讯设备安装于车上。并联至车栽微机。当列车通过一枚定位标签时,车栽读写装置（射频主动天线RF—Active Antennas,安装在列车底部）读取标签内的精确位置信息数据,从而实现精确定位（精度0.5ml）。通过对地铁列车的跟踪定位,提高了地铁运行的自动化水平,对地铁运输具有重大意义。     

周转轮系的内力与自锁

采用离散化方法 ,将轮系分解成几个简单的K -H型轮系单元 ,然后对这些轮系单元进行运动分析、受力分析和功率流分析 ,由此揭示出轮系的内力、封闭循环功率与自锁的关系 ,从而导出 2K -H轮系及 3K轮系的自锁区间