基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)城市軌道交通CBTC系統(tǒng)SIL

基于cbtc信號(hào)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型,從網(wǎng)絡(luò)安全法、工控信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)等國(guó)家相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)角度出發(fā),分析了城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)現(xiàn)狀以及存在的安全隱患,提出了一種信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方案,可全面防護(hù)信號(hào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

為了補(bǔ)充cbtc應(yīng)用在城市軌道交通的發(fā)展中的演化特點(diǎn)的研究,結(jié)合中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展背景,采用文獻(xiàn)研究法研究城市軌道交通的研究趨勢(shì),并進(jìn)一步了解基于通信的列車(chē)控制(communicationbasedtraincontrol,簡(jiǎn)稱(chēng)cbtc)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展與演化,采用內(nèi)容分析法對(duì)cbtc技術(shù)應(yīng)用演化進(jìn)行了分析研究。

以西南交通大學(xué)的cbtc仿真與性能分析系統(tǒng)為平臺(tái),詳細(xì)研究了列車(chē)運(yùn)行的能耗算法,針對(duì)不同的線(xiàn)路和不同類(lèi)型的列車(chē),通過(guò)仿真均能得到列車(chē)行駛過(guò)程中的速度狀態(tài)和列車(chē)牽引能耗以及再生制動(dòng)能的關(guān)系。該研究為今后利用此平臺(tái),以節(jié)能為目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)性能優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

依據(jù)cbtc互聯(lián)互通的目標(biāo),提出cbtc互聯(lián)互通的實(shí)施原則和設(shè)計(jì)原則,確定適合系統(tǒng)互聯(lián)互通的車(chē)-地通信方式,并在此基礎(chǔ)上從cbtc的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能分配、接口技術(shù)等方面提出了cbtc實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的詳細(xì)技術(shù)要求和規(guī)范。最后,給出系統(tǒng)互聯(lián)互通的關(guān)鍵—dcs通信子系統(tǒng)的opnet仿真。仿真結(jié)果表明:本方案滿(mǎn)足系統(tǒng)互聯(lián)互通要求,為城市軌道交通cbtc信號(hào)系統(tǒng)的招標(biāo)采購(gòu)及其國(guó)產(chǎn)化提供參考。

總結(jié)了城市軌道交通既有cbtc(基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn),分析了當(dāng)前已經(jīng)處于研究階段或工程實(shí)施階段的典型下一代cbtc系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)了下一代cbtc系統(tǒng)幾個(gè)可能的發(fā)展方向及其特點(diǎn),評(píng)估了這些發(fā)展方向面臨的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及產(chǎn)品化所需的時(shí)間。

簡(jiǎn)單介紹城市軌道交通cbtc列車(chē)控制系統(tǒng)中的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng),闡述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)配置、硬件結(jié)構(gòu),以及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題及改進(jìn)方向。

城市軌道交通是現(xiàn)代化都市的所必須的交通工具,它安全、舒適、迅速、便利地在城市范圍內(nèi)運(yùn)送乘客。城市軌道交通系統(tǒng)的安全、速度、運(yùn)送能力、效率與信號(hào)系統(tǒng)密切相關(guān),以速度控制為基礎(chǔ)的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的共同選擇。本文旨在通過(guò)對(duì)城市軌道交通cbtc系統(tǒng)有全面認(rèn)識(shí)上,進(jìn)行地鐵信號(hào)施工要點(diǎn)及安全防護(hù)等的具體闡述。

通過(guò)分析城市軌道交通車(chē)輛共享、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、公平競(jìng)爭(zhēng)等方面對(duì)互聯(lián)互通的需求,論證了城市軌道交通互聯(lián)互通的可實(shí)施性,并主要介紹歐洲modurban樣板工程的實(shí)施情況,在借鑒國(guó)外互聯(lián)互通項(xiàng)目成功實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,提出城市軌道交通互聯(lián)互通的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案。

針對(duì)城市軌道交通大量開(kāi)展的互聯(lián)互通cbtc系統(tǒng)的方案研究,文章在分析其關(guān)鍵組成和技術(shù)要求的基礎(chǔ)之上,開(kāi)展了對(duì)互聯(lián)互通cbtc系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)的研究工作,以實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證平臺(tái)和試驗(yàn)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證平臺(tái)為主要載體,綜合了仿真模型和實(shí)物驗(yàn)證的功能,為下一步的互聯(lián)互通示范工程建設(shè)提供參考和借鑒。

近年來(lái),基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)(cbtc)以其顯著優(yōu)勢(shì),逐漸成為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的首選方案。傳統(tǒng)的聯(lián)鎖技術(shù)為了支撐cbtc控制列車(chē)運(yùn)行的高效、安全性,引入了一個(gè)新的功能——保護(hù)進(jìn)路功能。結(jié)合北京地鐵8號(hào)線(xiàn)升級(jí)工程對(duì)cbtc系統(tǒng)中的保護(hù)進(jìn)路引入的原因,保護(hù)進(jìn)路的設(shè)置原則,以及保護(hù)進(jìn)路的辦理方式、檢查條件、解鎖方法等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

cbtc(基于通信的列車(chē)控制)系統(tǒng)是一個(gè)安全苛求系統(tǒng),其系統(tǒng)功能以及系統(tǒng)的可靠性和安全性,直接影響到城市軌道交通運(yùn)營(yíng)效率和行車(chē)安全。研究了在試驗(yàn)室條件下cbtc系統(tǒng)功能驗(yàn)收測(cè)試方法。簡(jiǎn)要介紹了cbtc系統(tǒng)的組成和各子系統(tǒng)功能,重點(diǎn)闡述了測(cè)試案例的設(shè)計(jì)原則和方法、實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)成以及故障-安全功能測(cè)試方法。該方法和工具已在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用。

基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)自動(dòng)控制(cbtc)系統(tǒng),已在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中廣泛采用,這對(duì)信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)生了"革命性"的變化,為廢除傳統(tǒng)軌道電路和地面信號(hào),縮短行車(chē)間隔,實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。文章主要分析城市軌道交通cbtc系統(tǒng)車(chē)載信號(hào)的應(yīng)用。

城市軌道交通是現(xiàn)代化都市的所必須的交通工具，它安全、舒適、迅速、便利地在城市范圍內(nèi)運(yùn)送乘客。城市軌道交通系統(tǒng)的安全、速度、運(yùn)送能力、效率與信號(hào)系統(tǒng)密切相關(guān)，以速度控制為基礎(chǔ)的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的共同選擇。本文旨在通過(guò)對(duì)城市軌道交通cbtc系統(tǒng)有全面認(rèn)識(shí)上，進(jìn)行地鐵信號(hào)施工要點(diǎn)及安全防護(hù)等的具體闡述。

描述了列車(chē)速度控制基本模型,提出了簡(jiǎn)化的列車(chē)運(yùn)行仿真方法;建立了基于統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及仿真參數(shù)的仿真計(jì)算平臺(tái),將cbtc系統(tǒng)投入工程應(yīng)用所需確定的追蹤間隔、折返間隔、閉塞設(shè)計(jì)、信號(hào)控制等一系列相關(guān)參數(shù),通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算;解決了傳統(tǒng)牽引仿真無(wú)法提供信號(hào)系統(tǒng)工程應(yīng)用及設(shè)計(jì)所需參數(shù)的問(wèn)題,構(gòu)建了cbtc系統(tǒng)工程化設(shè)計(jì)的有力工具。

針對(duì)目前軌道交通運(yùn)營(yíng)管理無(wú)法實(shí)時(shí)掌握客流情況的現(xiàn)狀,在全網(wǎng)各站點(diǎn)閘機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合agent仿真技術(shù)對(duì)進(jìn)站客流建模,建立全網(wǎng)絡(luò)條件下軌道交通客流分布模型.快速、全面地對(duì)軌道交通各個(gè)站點(diǎn)、線(xiàn)路之間的客流分布、運(yùn)行情況進(jìn)行直觀仿真.通過(guò)向運(yùn)營(yíng)企業(yè)提供列車(chē)實(shí)時(shí)客流參數(shù),使其可以全面把握全網(wǎng)各站點(diǎn)、各列車(chē)的實(shí)時(shí)客流情況,以此及時(shí)調(diào)整列車(chē)運(yùn)行方案.另外,出行者也可以通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端了解網(wǎng)絡(luò)客流狀況,根據(jù)自身情況選擇合適的出行方案.

城市軌道交通cbtc聯(lián)鎖系統(tǒng)是復(fù)雜的安全苛求系統(tǒng),為確保其開(kāi)發(fā)的正確性和安全性,研究采用基于hcpn的cbtc聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行分層建模的方法,以緩解系統(tǒng)狀態(tài)空間的爆炸問(wèn)題。概述城市軌道交通cbtc聯(lián)鎖系統(tǒng)及hcpn建模方法,基于hcpn對(duì)城市軌道交通cbtc聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行建模,并為了增強(qiáng)模型的可重用性和提高建模效率,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于hcpn的城市軌道交通cbtc聯(lián)鎖系統(tǒng)分層模型框架,建立一個(gè)參數(shù)化的可重用模型模板,符合聯(lián)鎖系統(tǒng)規(guī)范,適用于各類(lèi)型車(chē)站。

參照基于通信的列車(chē)控制(cbtc)系統(tǒng)的基本原理,設(shè)計(jì)了cbtc制式下的模擬運(yùn)行控制硬件系統(tǒng)和列車(chē)控制系統(tǒng).根據(jù)系統(tǒng)連鎖關(guān)系和運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表,制定了列車(chē)、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制邏輯,在vc++平臺(tái)開(kāi)發(fā)了控制中心軟件系統(tǒng).經(jīng)調(diào)試,該系統(tǒng)能夠模擬實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)運(yùn)行控制、列車(chē)運(yùn)行間隔自動(dòng)防護(hù)和列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控等基本功能.

cbtc系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通系統(tǒng)中信號(hào)系統(tǒng)的主用系統(tǒng)，而其中dcs（通信）子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)雙向傳輸車(chē)載與地面之間的數(shù)據(jù)信息，成為了cbtc系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一個(gè)子系統(tǒng)。本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及應(yīng)用型方面對(duì)各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)組網(wǎng)方案進(jìn)行對(duì)比分析。

針對(duì)城市軌道交通環(huán)境內(nèi)乘客日益增長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)寬帶上網(wǎng)及信息獲取等需求,提出在軌道交通環(huán)境建設(shè)wifi系統(tǒng)的主要技術(shù)方案,主要包括軌道交通站廳、站臺(tái)以及列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的wifi覆蓋方式。并對(duì)軌道交通隧道環(huán)境下建設(shè)wifi系統(tǒng)方案進(jìn)行重點(diǎn)分析,結(jié)合各種情況提出建議措施。最后對(duì)軌道交通環(huán)境下的wifi系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

本文介紹了軌道交通環(huán)境中建設(shè)wlan網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求及常見(jiàn)應(yīng)用,對(duì)軌道交通wlan網(wǎng)絡(luò)在軌道交通運(yùn)營(yíng)方面、商業(yè)經(jīng)營(yíng)方面的影響進(jìn)行了重點(diǎn)分析,最后提出了軌道交通wlan網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景。

對(duì)我國(guó)主要城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)魯棒性進(jìn)行仿真研究,有助于保證我國(guó)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定安全運(yùn)營(yíng)。魯棒性需要著重研究樞紐站點(diǎn)相對(duì)于全局的作用,傳統(tǒng)方法直接將地理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠赐怀鲋匾军c(diǎn),或者直接忽略一般站點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的作用來(lái)突出樞紐站點(diǎn),兩者均存在一定偏差?；趫D論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,提出一種改進(jìn)的賦權(quán)網(wǎng)絡(luò)魯棒性評(píng)價(jià)方法,全面考慮一般站點(diǎn)與重要站點(diǎn),從多個(gè)靜態(tài)指標(biāo)衡量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)魯棒性,并動(dòng)態(tài)仿真站點(diǎn)受到破壞后網(wǎng)絡(luò)性能的變化。結(jié)果顯示,深圳軌道交通網(wǎng)絡(luò)綜合魯棒性能較強(qiáng),杭州和西安軌道交通建設(shè)發(fā)展較均衡,鄭州軌道交通網(wǎng)絡(luò)魯棒性最差。通過(guò)增強(qiáng)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的集聚效應(yīng),增加可換路徑,縮短換乘距離能夠提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)換乘性能,提出了計(jì)算城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)換乘次數(shù)的矩陣算法。利用圖論建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型,利用可達(dá)矩陣計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平均換乘次數(shù)。在此基礎(chǔ)上考慮客流量的影響,通過(guò)挖掘地鐵afc（自動(dòng)售檢票）數(shù)據(jù),計(jì)算按客流量加權(quán)的平均按乘次數(shù)。定義網(wǎng)絡(luò)換乘效率為實(shí)際按乘次數(shù)與理論換乘次數(shù)的比值,并以北京地鐵為例進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。