高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性關鍵問題研究.pdf

1、列車控制系統(tǒng)根據(jù)機車在運行過程中的時間、天氣、環(huán)境、線路、信號指示等狀況和其他條件完成對機車的運行狀態(tài)進行監(jiān)督、啟停進行控制、速度進行調(diào)整等操作，用以提高鐵路運輸效率、保證機車運行安全，是鐵路運輸系統(tǒng)中保證列車安全可靠運營的重要技術裝備?？煽啃允橇熊嚳刂葡到y(tǒng)的主要指標。隨著計算機、通信以及控制技術不斷發(fā)展以及在列車控制系統(tǒng)中廣泛應用，列車控制系統(tǒng)的可用性、安全性、可靠性有極大提高。相對于普速鐵路而言，首先高速鐵路在運行速度上有了極大的提

2、高，列車在高速運行過程中環(huán)境、信號等方面的變化和處理更加復雜，響應速度不斷提高，對高速列車運行狀態(tài)監(jiān)督、速度控制、運行的安全性和可靠性等方面對列車控制系統(tǒng)提出了更高的要求；其次高速鐵路相對于普速鐵路來說，列車控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)集成度更高、軟件復雜度更高、軟硬件耦合性更強，在描述和驗證列車控制系統(tǒng)可靠性方面出現(xiàn)新的問題和困難；因此需要對高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性問題進行深入研究。
　　本文在綜述了高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性體系的基礎上

3、，圍繞高速鐵路列車控制系統(tǒng)中的關鍵問題展開研究。針對車站分散式連鎖系統(tǒng)的可靠性建模與驗證、多傳感器數(shù)據(jù)融合的測速定位系統(tǒng)的可調(diào)度性、安全計算機的工作狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷等可靠性關鍵問題進行了研究與分析，所取得的主要研究成果為：
　　1、針對分散式連鎖系統(tǒng)的特點，提出了一種基于系統(tǒng)建模與模型檢驗的可靠性驗證方法與基本流程，并通過實驗分析檢測表明了所提出的方法的有效性；
　　分散式聯(lián)鎖系統(tǒng)采用現(xiàn)場設備自主決策、本地自律、協(xié)同工作的

4、運行機制，能有效克服集中控制的缺陷，成為聯(lián)鎖系統(tǒng)的重要研究方向和高速鐵路列車控制系統(tǒng)的重要應用方向?，F(xiàn)場聯(lián)鎖設備具有獨立的邏輯判斷、執(zhí)行規(guī)則和嚴格時序同步性等可靠性要求。針對現(xiàn)場聯(lián)鎖設備邏輯判斷和執(zhí)行規(guī)則的協(xié)同性、一致性、時序性、無死鎖等可靠性屬性難以判定的問題。
　　采用UML狀態(tài)圖對聯(lián)鎖設備的判斷邏輯和執(zhí)行規(guī)則建模；針對UML狀態(tài)圖無法描述時間屬性，對UML狀態(tài)圖進行擴展，增加描述時間屬性；通過設備運行的事態(tài)區(qū)間圖分析了他們的

5、時序同步性；設計了將UML狀態(tài)圖轉(zhuǎn)化為時間Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)換規(guī)則并開發(fā)了自動轉(zhuǎn)化工具；通過對時間Petri網(wǎng)進行系統(tǒng)的活性、有界性、可逆性等屬性的驗證，分析了分散式連鎖系統(tǒng)具有無死鎖等可靠屬性。研究表明所提出的方法對分散式聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性屬性能進行準確描述和有效驗證。
　　2、針對時間觸發(fā)的多任務實時調(diào)度系統(tǒng)進行了建模，證明了針對實時周期任務、軟實時周期任務、任務超期檢測等是可調(diào)度的；通過現(xiàn)場測試驗證了采用時間觸發(fā)的多數(shù)據(jù)融合列車

6、測速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的；
　　列車測速定位系統(tǒng)使用多種測速定位設備，具有各自的優(yōu)缺點和適用環(huán)境。多測速定位設備數(shù)據(jù)融合可以降低測速定位誤差，有助于實現(xiàn)列車精確控制，能有效提高列車運行安全性和可靠性。多傳感器數(shù)據(jù)融合測速定位系統(tǒng)的調(diào)度屬于多任務實時系統(tǒng)的調(diào)度問題。對時間觸發(fā)的多傳感器數(shù)據(jù)融合測速定位系統(tǒng)的調(diào)度進行建模和論證，得出了對實時周期任務、軟實時非周期任務、任務超期檢測任務等系統(tǒng)都是可調(diào)度的；經(jīng)現(xiàn)場測試驗證采用時間觸發(fā)的多傳感

7、器數(shù)據(jù)融合的列車測速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的。通過現(xiàn)場測試對系統(tǒng)的功能進行了驗證，試驗表明采用多數(shù)據(jù)融合列車測速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的，并滿足列車控制系統(tǒng)的可靠性要求。
　　3、基于HMM建立車載安全計算機平臺的依據(jù)系統(tǒng)特征推理、系統(tǒng)狀態(tài)變化的故障監(jiān)測方法，給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)化模式和故障轉(zhuǎn)化模式，并經(jīng)試驗檢測驗證了方法的有效性。
　　HMM可以有效的描述電子系統(tǒng)狀態(tài)變化和故障發(fā)生情況，設計了車載安全計算機仿真平臺，根據(jù)車載安全計算機工作機制