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。     

列控-安全信息传输系统可靠性及安全性的形式化分析

基于通信的列控(CBTC)系统使用基于IEEE 802.11系列的无线局域网实现车-地双向信息传输,但是无线局域网无法满足安全苛求列控系统在信息传输可靠性和安全性方面的需求.为了解决该问题,可以采用双网冗余的结构提高无线局域网信息传输的可靠性,再在无线局域网之上增加安全通信协议来保证信息传输的安全性.本文提出在双网冗余无线局域网基础之上增加安全通信协议形成列控-安全信息传输系统(China-Radio),使用随机Petri网建立了双网冗余结构的无线局域网的可靠性模型,并与单网结构进行了定量对比和形式化分析,验证了双网冗余结构可靠性的提升;使用有色Petri网对China-Radio系统建模,并采用模型检验的方法证明China-Radio系统的功能安全性,能够满足列控系统的需求.     

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.     

运用于京沪高铁动车组WTD技术中的加密算法与运行保障机制

WTD技术(车载无线传输网关技术)通过利用随车配置的WTD设备与动车组之间的通信,对车辆的实时信息进行采集、处理和发送,使得在地面接收端的信息处理系统能够有效的监控与管理动车组.对应用于京沪高铁WTD技术的通信安全与通信保障的需求变得迫切.本文通过引入Blowfish加密算法与特殊设计的运行保障机制,使得改进后的WTD技术不仅能够进行安全的通信,并能够提供长时间的高效稳定的数据传输服务.     

高速铁路场景无线信道理论与方法研究

高速铁路的建设离不开无线通信系统的支撑,而无线通信网络的设计则需立足于对典型环境下无线信道的深入研究.物理无线信道作为通信发生的媒介,其特性极大地影响着无线通信系统的性能.在高速铁路无线通信系统的设计中,需要用信道模型对复杂的传播信道加以描述.本文围绕高速铁路场景下的无线信道开展研究,探讨了高速移动复杂场景信道测量理论,并基于测试数据研究了信道的特征,同时,提出了高速移动复杂场景下的信道建模理论与面向工程设计的信道模型,为高速铁路无线通信系统的设计提供了电波传播预测工具,弥补了此类复杂场景下信道建模的研究不足,丰富了相关场景下的信道建模理论.     

微功率移动无线Ad Hoc网络

无线Ad Hoc网络是一个自组织、拓扑动态变化的网络,具有构建迅速、无需预设的通信基础设施等特点.提出一个微功率移动无线Ad Hoc网络的实现方案.研制的2.4 GHz微功率无线通信模块,符合IEEE 802.15.4标准,成功实现了多跳通信和自组织功能.研究了适合于低功耗低成本硬件系统上实现的Ad Hoc网络协议栈方案,新的协议方案可以显著减少网络的开销,延长节点寿命.提出一个考虑单向链路的路由协议和一种基于LAN的无线Ad Hoc网络仿真系统.设计并实现了基于μC/OS II实时操作系统的无线Ad Hoc网络通信协议.     

新型列控系统列车追踪间隔的优化及效能评估

为了解决地铁列车运力不足，缩短列车追踪间隔，提出了新型列控系统、相对移动闭塞和协同运行三者相结合的方法，构建了列车通信协同运行模型。在该模型下，精细化前后列车冲突区域，对正线和站后折返最小追踪间隔分别优化建模，提出缩短追踪间隔的行车策略。经实际线路仿真计算，相比基于通信的列车运行控制系统(communication based train control, CBTC)列车通过能力提升了32.3%，且4A编组可以满足79.9 s的行车间隔。考虑缩短行车间隔对运营效能的影响，将运营效能量化为运输率、满载率、单位能耗、等车时间，对不同行车方案进行评估。结果表明，对于单向小时断面客流量小于6.4万的线路，通过调节行车间隔，4A编组在满足满载率下，比6A、8A编组能耗更小，等车时间更短。     

SysML对C4ISR系统建模的支持研究

为解决C4ISR建模中的语义表达精确性和完整性问题,提出了基于系统建模语言(SysML)的C4ISR分析与设计建模方法.通过分析SysML的机制,研究了SysML新增的需求图、参数图和扩展的块图、活动图等模型对C4ISR建模的支持作用,探讨了其对C4ISR建模的精确描述和定量分析优势.以某区域防空系统为例,研究了基于SysML的系统建模分析过程,结果表明该文方法对于C4ISR的精确语义建模合理可行.     

高速铁路异物侵限监控子系统改进方案

通过对福厦、厦深高铁防灾系统施工中的调查和研究,发现防灾系统中异物侵限监控子系统与高铁列控系统的对接方式复杂,涉及到列控软件的修改,涉及面广,影响范围大,工程投资高。本文通过对防灾异物侵限监控子系统的工作原理和施工现场的实际调研,提出了防灾异物侵限监控子系统的改进方案,将防灾异物子系统与列控系统分离,减小防灾系统施工对铁路运输的影响,减少工程投资,最大程度优化设计方案。     

基于强化学习的新型列控系统区间行车间隔控制方法

列车间隔控制是保证列车运行安全和提高列车行车密度的关键.基于车-车通信的新型列控系统能够感知更多的列车运行环境信息,缩小列车行车间隔,提升列车运行效率.本文将列车速度控制视为一个决策过程,采用强化学习算法来实现新型列控系统中列车区间速度的实时控制.首先,结合车-车通信获得所处环境的列车状态信息,采用蒙特卡洛树搜索算法实时生成列车动态速度调整序列;然后,通过动态规划算法对序列进行分析处理,并在此基础上,确定列车当前时刻所应采取的速度控制策略;最后,仿真模拟了多车在不同初始条件下的列车间隔控制运行场景.仿真结果表明,在相同场景下强化学习算法对比模糊控制算法在行车间隔控制的响应速度、调节时间、总体波动以及超调量上具有一定的优势.     

基于物联网的电力线路漏电监控系统的设计

采用Cortex-M4微控制器STM32F407、GSM网络通信模块和固定IP主机作为硬件系统平台,构建了一个实时采集电力线路参数的无线监测与远程控制系统.该系统在对电力线路参数进行实时监测的同时,能够及时发现意外漏电事故并做出反应,尽可能地减少因线路故障而造成的人身伤害及财产损失.系统设计采用可视化编程,操作界面友好,GSM通信网络覆盖面广,监控距离不受限制,GPRS通信可免布线,方便快捷且实时性好.     

智能超表面辅助的无人机通信能效联合优化

针对传统无人机无线网络通信场景中，无人机到客户端之间的灵活性不强、数据传输性能较差、能源效率不高等问题，设计了一种新型材料智能超表面(RIS)辅助的无人机通信系统，同时使用深度强化学习算法对该系统的通信能效进行优化。首先，引入RIS材料并结合无人机通信系统，对系统能源效率进行分析和建模；其次，针对目标函数中出现的非凸问题，利用DDQN算法对无人机的三维轨迹和RIS相移进行联合优化，最大化无人机通信系统整体的能源效率；最后，对该联合优化方案进行了实验验证，仿真结果表明，与未使用RIS和未采用可调相移的传统方案相比，该方案具有更高的能源效率。     

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.     

轨道交通列控系统共因失效分析

针对目前列控系统设计和开发过程中共因失效不易识别和评估问题,在分析列控系统失效特征基础上,通过建模和计算证明共因失效对于系统安全具有重要影响.采用系统安全理论,分析列控系统的共因失效影响因素,讨论共因失效的识别和筛选过程;基于列控系统3取2安全架构,计算包含共因失效的系统失效概率,指出由于缺乏历史统计数据造成共因失效定量计算的困难,最后提出控制列控系统共因失效的一般控制措施和方法.     

短距离多点无线语音传输系统的设计与实现

结合STM32单片机,研究短距离多点无线语音通信系统的开发,探讨系统软硬件的可行性设计.通过配置硬件模块和功能软件,构建短距离多点无线语音传输系统的理论模型.结果表明:设计的系统拓宽了市面上现有对讲机的内嵌功能和使用范围,既不受信号网络覆盖局限的影响,又无需信息服务费,而且在技术层面改变传统对讲机同频单工的通信模式,实现了多点间无线语音广播、组播和单播功能.     

动车组绝缘子污闪分析及防控体系建立与可行性研究

以西安铁路局西安动车段配属的CHR2型动车组受电弓支撑绝缘子为对象,根据动车组受电弓高压系统的特点及西部高铁运行环境对受电弓支撑绝缘子的影响,深入研究了高压污闪防控技术在高铁动车组高压系统使用的可行性.着重分析了受电弓支撑绝缘子污闪预防的方法和原理,同时建立和推广了高铁动车组受电弓支撑绝缘子污闪防控体系,避免了由于受电弓支撑绝缘子污闪故障而造成的高铁晚点、停运和退票等不良影响,取得了良好的经济效益和社会效益.     

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。     

应答器传输模块测试系统的研究

应答器传输模块(BTM)测试系统是针对目前高速铁路列控系统出现的应答器"丢点"现象而进行的系统测试.通过对BTM引起的应答器"丢点"现象故障模式的分析,设计了针对这些故障模式的3个测试方案.试验结果表明,这套系统能很好地完成BTM的上行链路传输的有效性、基本功能运行情况和连续译码能力等3个方面的测试.     

简析一起高铁CTCS3-300S型车载速度传感器故障

随着越来越多高铁线路的不断开通和长大交路的开行,ATP(列车超速防护系统)车载设备故障也随之增加,速度传感器故障就是其中的一种。速度传感器作为CTCS3-300S型列控车载设备的的重要组成部分,与测速测距模块TACU板共同担负着列控车载设备的一项重要功能——测速测距计算。毋容置疑,如果速度传感器故障,将会形成车载设备的安全隐患,对动车组的行车安全也会造成重大威胁。该文就一起库内检测时发生的此类故障加以简析,找出原因,为动车组故障应急处理提供相关参考。     

基于黑板系统的公路施工机群通信结构

深入研究了高级公路路面施工机群的通信系统,建立了公路施工机群的基于黑板系统通讯结构的分布-分层式树状控制结构,建立了基于直接寻址和广播方式的混合通信方式,采用了GSM的SMS方案和无线收发模块分别解决了远近距离传输的问题,也解决了各智能体之间的协同作业,为机群系统高效率、低成本完成高等级公路施工任务提供了保障。