The railway signal intelligent operation and maintenance system with cloud computing at the center faces the problems of excessive load, high energy consumption, and insufficient real-time performance. Therefore, a solution for railway signal intelligent operation and maintenance platforms based on edge-cloud collaboration was proposed. After elaborating on the system architecture based on edge-cloud collaboration, this paper designed an intelligent operation and maintenance platform composed of data collaboration layer, edge computing layer, and cloud computing center layer to realize real-time scheduling and decision-making of operation and maintenance tasks. By designing the computing offload model based on reinforcement learning, some computing tasks of operation and maintenance data were offloaded to edge nodes. This can alleviate the computing pressure of the cloud computing center, reduce system delay and energy consumption, and improve the energy efficiency of the system. Simulation experiments show that the optimal computing offloading strategy obtained through reinforcement learning features lower time delay and energy consumption than deploying computing tasks on the cloud or edge alone. This study is of significance to improve the railway signal intelligent operation and maintenance and enhance energy efficiency in this field.

列控系统仿真测试是为了缩短高速铁路列控系统现场验收测试时间,同时保证列控系统能够满足线路全场景运行需求,在现场测试前于实验室中搭建列控系统仿真测试环境,验证系统功能的可靠性与设计数据的准确性.为解决现有仿真测试过程中人工操作效率低下、测试周期长的问题,以测试过程的自动执行为着眼点,对现有仿真测试平台架构进行优化、升级,扩展自动化功能接口;借助Robot Framework自动化测试框架、VNC虚拟网络控制台等技术,结合深度学习中的图像识别算法,设计了一种列控系统仿真测试自动化方法.在实验室中利用列控中心的自动测试及车载DMI自动操控场景完成了对本方法的验证.验证结果表明,提出的测试自动化方法可以取代仿真测试中的部分人工操作,提高了测试效率.

以车站现场采集到的ZYJ7型交流道岔转辙机所产生真实道岔动作电流曲线数据为依托,提出基于掩码自编码器的小样本深度学习模型,无须进行特征提取,可实现端到端的自监督学习.首先进行数据预处理,将道岔动作电流曲线数据统一为相同的维数;然后通过随机掩码,将具有人工标签的少量故障数据增强为数量足够大的自监督样本集合,并使用自编码器作为正则化约束;最后通过故障诊断网络,诊断出曲线的故障类型和故障位置.在实验室和车站现场对该模型进行验证,结果表明:该模型在小样本数据集上对故障分类的准确性预测可达到98％以上,同时也能快速定位曲线故障发生的位置.

为预防铁路安全事件的发生,设计ZPW-2000轨道电路故障诊断系统的总体结构,明确4大组成部分,包括数据预处理、数据分析、数据服务及数据应用.首先,通过改进的旋转门转换(SDT)算法对轨道电路电气特性数据进行数据压缩;其次,分段线性拟合轨道电路不同状态下的模拟量数据,计算得到特征值;最后,通过密度聚类的特征提取方法诊断轨道电路故障,并通过系统验证9种常见轨道电路故障.结果表明:改进的SDT算法可以有效对轨道电路电气特性数据进行数据压缩,压缩后的数据经过分段拟合后可以有效提取特征值,应用密度聚类算法可以生成诊断模型,提升轨道电路故障诊断的准确性,从而提高信号设备维护效率和维护水平.

为评估IEC61508中可靠性框图(Reliability Block Diagram RBD)法推导出的危险失效概率计算公式在铁路信号冗余结构安全性分析中的适用性,以该标准主要面向的在工业过程控制领域内用于安全防护系统(A类)为对象,首先,分析其与铁路信号系统(B类)在控制结构、危险侧判定等方面的差异性,指出冗余结构故障检测的有效性及检出后的处理原则是决定系统安全性的关键因素;然后,以1oo1、1oo2和2oo2结构为例,分别采用IEC61508中的RBD法计算A类系统、马尔科夫链计算B类系统三种结构的危险失效概率;最后,以实际参数为例进行仿真计算.结果显示:用IEC61508中RBD法计算的值与用马尔科夫链计算的B类系统危险失效概率真值间存在误差,误差分别是-3.75×105,-3.77×105,3.60×105,这表明IEC61508主要适用的安全防护类系统与B类系统具有不同安全特性,若直接采用该标准中主要针对A类系统的可靠性框图法计算B类系统的安全性,则会得出偏差较大的结果.

CTCS3-CTCS2等级转换是高速铁路列车运行控制系统的重要运营场景之一,在联络线长度过短或联络线存在大号码道岔等不利线路条件下设置CTCS3-CTCS2等级转换点时,由于在部分进路及临时限速场景下CTCS3系统与CTCS2系统计算控车模式曲线的逻辑存在差异,如果CTCS3-CTCS2等级转换预告点和执行点的位置设置不合理,可能导致列车在等级转换时产生超速制动的风险.对等级转换过程中车载计算控车模式曲线的差异、CTCS3系统与CTCS2系统控车逻辑的差异性进行分析;结合实际线路探讨列车在CTCS3-CTCS2等级转换中可能存在的问题,对选用线路中不同位置的应答器作为等级转换预告点或执行点的方式进行综合分析和测试,提出了解决方案;并通过理论分析及多种车型的仿真试验验证了方案的可行性,对CTCS3-CTCS2等级转换预告点及执行点的设置要求进行归纳和总结.

高速铁路列控集成测试系统是确保列车高速安全、可靠运行的重要手段,为解决现有列控地面设备集成测试环境构建效率低、过程重复繁琐等问题,提出一种基于云平台的自动化部署方案,利用VMware vSphere服务器虚拟化技术,管理大规模虚拟数据中心和云操作系统,借助虚拟云桌面建立测试环境隔离和用户可远程访问的云平台架构,并引入串口服务器,解决虚拟串口与物理串口之间的数据传输问题.在此基础上通过C#调用基于Power-Shell运行的PowerCLI接口函数,实现了在云平台上对测试环境的自动化部署和维护.研究结果表明,相较于人工手动搭建,该方案将时间成本降低约79％,提高了设备开发效率和测试平台利用率,并且满足不同设备接口间的通信要求.

以数据为驱动的高速铁路信号智能运维技术,是保证列车安全正点运行的重要保障.在阐述数据源、数据汇集、数据存储、数据分析、数据应用、数据展示等系统架构设计的基础上,结合数据融合、道岔智能诊断、轨道电压曲线智能分析和故障预测与健康管理等关键技术,提出设备综合监测、全生命周期管理、智能故障诊断、综合运维分析、生产作业管理、应急调度指挥、设备PHM、车地一体化分析等8种系统功能设计,可以为提升高速铁路信号运维水平,转变电务运维方式提供参考.

故障注入测试在对列控系统的功能、安全性验证测试中具有重要作用,通过故障注入测试可以分析列控核心设备对故障-安全的响应行为,以此评价系统功能的设计水平.为解决现有基于仿真的故障注入测试方法可信度不高、通用性较差的问题,以列控设备接口间的通信数据为着眼点,利用铁路信号安全通信协议(RSSP)、借助序列化技术与面向对象编程思想,设计了一种应用于列控系统真实设备的故障注入测试方法.在实验室中利用真实的列控系统环境,通过对典型通信数据错误场景的模拟,完成了对本测试方法的验证.验证结果表明,提出的故障注入测试方法满足故障注入测试的需求,提高了测试结果的可信度,并且在不同的设备接口间具有良好的通用性.

分析了我国高速铁路、普速铁路中列控和联锁系统的设备组成,并根据实际运用中总结出的可以进一步改进的问题,提出了集成列控中心、计算机联锁、LEU和普速铁路的区间闭塞、区间综合监控等设备核心功能,并通过电子执行模块直接控制轨旁设备的列控联锁一体化系统方案.介绍了列控联锁一体化系统的设计方案、技术原则和系统结构.

无线闭塞中心系统是 CTCS-3级列控系统的地面核心设备.本文描述了 RBC的技术背景、系统结构和接口;从功能安全、互联王通和系统测试等方面总结了 RBC系统主要技术改进和优化措施;并对基于 IP通信的列控系统以及下一代列控系统中 RBC最新研究方向和关键技术进行了展望.

为了保证高速铁路列控系统运营的安全性与可靠性,提高现场动态联调联试的效率,需要先在实验室对列控系统的主要功能进行仿真测试.针对这一需求,在分析现场测试大纲的基础上,设计并实现了列控地面设备集成测试仿真系统,完成对列控地面设备功能的有效性和完备性,以及列控数据的正确性的验证.

为了提高列控系统的控车安全性,以ETCS为研究平台,对行车许可(MA)最大长度的合理取值及其对临时限速(TSR)设置功能的影响进行了分析,提出2种限速设置时机控制方案,分别适用于ETCS-1级和ETCS-2级线路,可自动规避由限速设置引发运营线路上的列车意外制动风险,无需调度人员的人工干预.

Since the rail transits and the related facilities in cities are manufactured by different firms,the realization of safe operation and resource sharing for trains through interoperability of communications-based train control (CBTC) has become an important subject.Based on the technical specifications of interoperability which are currently being drafted,this paper proposes a scheme of a double 2-vote-2 safety-related communication computer which can achieve the communication between the zone controller (ZC) and other signal systems and will not switch when the communication is interrupted.The hardware and software system as well as the redundant connection inside the ZC platform are designed.The key algorithm to the double CPU synchronization and data safety comparison in the single system and the main-standby synchronization in the dual system are studied.The defense measures are also designed according to the risk described in the security communication protocol.

In order to deal with the problem of difficulty of train parking at stop sign of station track in CTCS, from the view of operation scene analysis, this article used the method of mathematical model to analyze the reason about the normal train parking and difficulty of train parking at stop sign of station track, the content involved train control logic of on-board equipment, the position relationship among stop sign, responder group and protective signal. Taking CTCS-2 and CTCS-3 lines as an example, the article proposed the release speed control mode to solve the problems. The principle of release speed control function, some field application scenes as well as aggressive protective measures were introduced. The solution to the problem for each level of CTCS has extensive applicability.

介绍了安萨尔多法国公司SEI和西门子公司SIMIS-W联锁列控一体化系统的技术特点;针对CTCS-2/CTCS-3级列控系统中的列控中心和车站联锁设备,总结出列控联锁一体化系统的设计原则并提供了实现方法.

The correctness of the data, provided by the Train Control Engineering Data sheet, the foundation of the configuration data of CTCS-2 and CTCS-3, affected directly the security of Train Control System. Therefore, the auditing of the data played a great role of importance. In recent years, with the development of China high-speed railway, the auditing work became more arduous and onerous. The existing train control data auditing techniques was discussed in this paper, so as to design and develop a tool of automatic train control data auditing.

借鉴Ⅱ型铁路信号安全协议中EC周期计数时间戳的时效防护原理,在保持Ⅰ型铁路信号安全协议(RSSP-Ⅰ)的帧格式、时序和安全校验措施的基础上改进接收端处理过程,建立RSSP-Ⅰ的消息时效性防护机制.该机制采用对周期计数时间戳进行时效性检查的方法,通过周期计数对准、周期计数检查和定时启动传输延时检测3个环节,实现消息时效性的防护.在分析消息时效性防护机制的安全性和安全处理原则的基础上,确定消息时效性防护机制中可容忍最大时序偏差、启动传输延时检测周期、发出时序校正请求(SSE)之后等待时序校正答复(SSR)的时限、测得的传输延时状态持续正值的最大保持周期数和传输延时检测最大失败次数这5个关键参数的取值方法.经实验室仿真结果表明,该防护机制能够有效地针对传输延时的风险对消息时效性进行安全防护,可进一步提高RSSP-Ⅰ的安全性.

基于轨道电路的信号系统一直面临轨道电路失去分路的问题,通过分析区间轨道电路失去分路所产生的风险,提出了一种通过对列车运行进行追踪,实现对轨道电路失去分路进行防护的区间信号联锁检查方案.

车站列控中心是中国列车控制系统(CTCS)的重要组成部分,是客运专线的关键设备.以LKD2-YH型列控中心为例,介绍了客运专线列控中心的系统结构,并对列控中心的主要功能进行了分析.车站列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息,通过有源应答器及轨道电路传送给列车.多条线路的安全运行表明,LKD2-YH型车站列控中心完全能满足客运专线列车运行控制的需求.