CTCS2列控中心安全冗余通信的可靠性测试-通信与信息系统专业毕业论文
【理工学论文】城市轨道交通信号系统的安全策略与可靠性分析
城市轨道交通信号系统的安全策略与可靠性分析[真诚为您服务]【摘要】随着我国城市轨道交通的迅猛发展，信号系统作为控制运行安全的核心设备，对其安全、可靠性的分析评价显得尤为重要，本文从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等方案的主要方面对描述了城巾轨道交通中信号系统的安全策略及可靠性分析。
【关键词】城市轨道信号系统安全策略可靠性1前言随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了保障运营系统的安全、高效，配置一套科学、合理的信号系统成为大家关注的核心。
目前，对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。
本文将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的安全和可靠，陛方面进行分析，希望能够对信号系统的方案设计提供—些借鉴。
2 系统方案的安全策略信号系统的安全性体现在两个方面，即方案的安全性和设备的安全性。
—一般人们只注重了设备的安全性，而忽视了方案的安全性比较，也就是说在不同没备提供同样的安全性指标时，巾于方案选择的不同，也会造成整个信号系统安全性能的差异。
2．1 列车检测方式的选择实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。
列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。
传统的模拟轨道电路用于检测列车位置，虽然具有较高的安全性，但是由于不能提供“车—地’传输的足够多的信息，较长的应变时间也无法把行车间隔时间进一步缩短，而且存在钢轨绝缘接头，增加了维修工作量，并影响乘坐的舒适性，所以已几乎不在城市轨道交通的正线中运用。
音频数字轨道电路采用微处理器对地面信息进行数字编码，再传递到钢轨上，由于其编码可包含的信息量大，不仅可以检测列车位置，还可以作为“车—地’通信的方式，对列车进行较精确的控制，并且由于数字轨道电路的高度灵敏度和可靠性，所以该系统的安全性能是很高的。
CTCS-2级列控系统常见故障分析
华东交通大学理工学院本科生毕业设计（论文）资料袋华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University毕业设计（论文）Graduation Design （Thesis）（20 —20 年）题目CTCS-2 级列控系统常见故障分析分院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：起讫日期：华东交通大学理工学院毕业设计（论文）原创性申明本人郑重申明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。
设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中特别加以标注引用，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
毕业设计（论文）作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子版，允许设计（论文）被查阅和借阅。
本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编毕业设计（论文）。
（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权书）毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要我国铁路近年来得到迅速发展，在铁路行业的方方面面中计算机和通信等高新方面的技术得到了较为宽泛地应用，为保障我国铁路运营行车安全、提高行车效率将列车运行控制系统作为重要手段，并在大量引进国外先进设备、技术的基础上实行了诸多创新技术。
CTCS-2 级列车运行控制系统作用是保证铁路的行车安全，所以其自身必须具备相当高的可靠性。
本学位论文首先介绍列控系统的概念与发展、再从其结构和与功能，特别介绍 ATP 车载设备与控车基本工作原理的。
中国CTCS2级列控系统的功能及技术特点
1 引言为了满足国内日益增长的快速铁路客运需要，时速达200k m/h的动车组已经投入城际和客运专线营运。
为了保证动车组200k m/h的运行安全，铁道部组织有关单位，在借鉴欧洲和日本列控系统的基础上，引进、消化、研发了中国铁路既有线200km/h动车组列控系统（CTCS2）。
本文着重对CTCS2级列车控制系统进行了分析与研究，对CTCS2级列控系统中地面设备和车载设备各组成部分的功能和技术特点进行了详细描述，并对C T C S2级列控系统的控制模式进行了简要说明。
2 中国铁路列控系统发展回顾20世纪80年代初，全路大部分机车都安装了机车“三大件”，即机车信号、自动停车和无线列调，行车安全形势大有好转。
随之国内多家单位积极开展列车超速防护系统（A T P）的研究，探索中国铁路列控系统发展之路。
但是，既有闭塞制式的复杂多样性大大增加了系统研制的难度，特别是既有观念上的束缚，使得列车超速防护系统的研究止步于试验阶段。
1985年，我国开始酝酿引进国外的无绝缘轨道电路和车载A T P系统。
郑武线电气化工程中率先引进UM71无绝缘轨道电路和TVM300超速防护系统，推动了我国多信息速差式自动闭塞和列车超速防护的发展。
郑武线的引进不仅使我们接触到了国外的中国CTCS2级列控系统的功能及技术特点(北京电铁通信信号勘测设计院 裘 韧)先进技术，更重要的是学习到了新的理念。
作为车载超速防护的基础——地面U M71系统以及国产化的U M71系列设备，随着在郑武、京郑、广深、哈大、武广、京山、沈山等繁忙干线上的成功运用，以其轨道电路可做到一次调整、有断轨检查、抗干扰性强和工作稳定等显著优势，得到用户的广泛认可，逐步成为我国铁路自动闭塞制式的主流。
1995年，国家“ 八五” 攻关项目“LSK 旅客列车速度分级控制系统”在广深线160～200k m/h 的列车上投入运营。
L S K系统作为我国自行研制的准高速旅客列车超速防护系统，在“人机联控，人控优先”的设计原则下，综合信号安全技术、机电控制技术、计算机和网络通信技术，以及可靠性与故障安全理论，构成新型人机关系的信号安全防护系统，并首次以车载信号作为行车凭证，实现了我国超速防护系统历史性的突破。
CTCS_2系统及车站列控中心相关问题的探讨
为了实现铁路跨越式发展，必须对我国现有的铁路信号设备进行升级和改造，以满足列车高速运行下的安全控制。
目前在２００ｋｍ／ｈ及以上区段采用了ＣＴＣＳ－２级列车控制系统，实现了列车高速运行下的安全控制。
１ＣＴＣＳ－２级列车控制系统概况ＣＴＣＳ－２级列控系统是在我国既有成熟信号系统技术设备基础上，通过适当增加其他信号设备（如应答器、车站列控中心、ＡＴＰ车载设备），构成具有中国特色、实现目标距离速度控制功能，并基于轨道电路的列车控制系统。
ＣＴＣＳ－２级列控系统包括地面设备和车载设备。
地面设备由轨道电路、车站电码化设备传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息，其中车站列控中心是地面设备的核心。
车载设备根据地面提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关列车数据，生成控制速度和目标———距离模式曲线，控制列车运行。
同时，车载记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。
２车站列控中心的基本功能及其构成车站列控中心与车站计算机连锁或６５０２电气集中、ＣＴＣ（分散自律调度集中系统）、ＴＤＣＳ（列车调度指挥系统）接口，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ＬＥＵ（地面电子单元）向有源应答器传送报文，列车ＢＴＭ（应答器信息接收单元）接收应答器信息，控制列车运行（见图１）。
车站列控中心通过Ｐ口从ＴＤＣＳ或ＣＴＣ系统获得调度命令，包括接发车信息、临时限速信息（起点里程、长度、速度、起止时间等）、运行方向信息。
车站列控中心通过Ｑ口从车站连锁系统获得车站进路和相关实时信息，包括进站、出站、通过、进路、股道号、信号机开放等。
根据需要，输出进站或进路信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件，由连锁完成控制及驱动。
ＬＥＵ按照车站列控中心产生的应答器报文地址，实时选择对应的报文向有源应答器传送。
未办理进路或ＬＥＵ与应答器通信中断时，应答器具有保证行车安全的缺省报文。
关于CTCS-2级列控系统应答器数据范围的分析
铁路通信信号工程技术(RSCE) 2017年6月，第14卷第3期
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Technological Innovation
技术创新
实时编码性能要求。 3）通信接口 通信接口分为两个部分 ：与轨旁设备的通信接
口和与 LEU 主控板的通信接口。 与轨旁设备的安全通信协议采用 F S F B /2 安全
另一种故障安全的方式是通过数据冗余发送， 降低应答器丢失带来的风险。同样以分相区数据为 例，是通过至少不同的三组应答器发送分相区数据， 来降低应答器丢失的安全风险。
2 数据冗余原则
不同类型的应答器报文描述的线路数据范围不 同，但基本都是按照丢失一组应答器不影响行车的 原则来确定。以区间应答器为例，描述的范围是前 方第二组区间应答器组再增加一个常用制动的距离。 如图 1 所示，该范围确保的是列车在收到本应答器 组（A）数据后，下一组区间应答器（B）丢失，列 车收到的数据也可以运行至前方第二组应答器（C）， 如果第二组应答器丢失则会按照常用制动曲线控制 列车制动。对于不同的列车制动距离不同，因此在 报 文 编 制 时， 可 以 参 考 码 序， 对 于 应 答 器 组（A）
T21 IV
数据描述的范围，可以与轨道电路码序提供的目标 点一致，即红黄码的闭塞分区终点。
根据上述应答器数据冗余的原则，对于一些特 殊的站场和线路，在确定应答器数据范围时，均需 要按照车载处理逻辑，根据每一组应答器发送的数 据内容，确定数据范围，满足丢失一组应答器不影 响行车的原则，提高系统可用性。
对于应答器丢失的故障安全，最有效的解决方 案就是与控车曲线相关的数据绑定发送方式，在应
答器丢失后，因车载设备缺少列车控制曲线数据， 而转换模式或者控制列车停车，实现故障安全。例 如分相区数据，在侧线发车进路中，如果在发车进 路数据描述的范围内有分相区时，需要一并描述， 当侧线应答器丢失时，列车也不会收到其他线路数 据，则按照部分监控模式运行，而不会出现列车进 入全监控而缺少分相区数据的风险。
CTCS-2—200C列车运行控制设备数据分析和维护
CTCS-2—200C列车运行控制设备数据分析和维护摘要：本文探讨了CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据分析和维护的有效方法。
首先，我们详细介绍了CTCS-2—200C列车运行控制设备的构成和功能，以及它的数据分析要求。
然后，我们提出了一系列的数据分析方法，以便有效地收集、分析和存储CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据，以便有效地识别和维护设备。
最后，我们提出了一种新的CTCS-2—200C列车运行控制设备数据分析和维护方法，并通过一系列实验来证明这种方法的有效性。
关键词：CTCS-2—200C；数据分析；维护；设备正文：1.简介：CTCS-2—200C列车运行控制设备是一种用于控制铁路运行的设备，它可以防止路径混乱、碰撞、不必要的等待时间等，保证铁路运行的安全性和稳定性。
它由计算机、通信设备和控制设备组成，具有调度、路径计算、状态检测、信号传输、信息处理、运行控制等功能。
2. 数据分析要求：CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据分析要求包括对设备状态的实时监控、对历史数据的分析和分类，以及对维修历史的统计分析。
此外，还需要对设备动态参数进行实时分析，以及对设备软硬件等状态进行智能诊断。
3. 数据分析方法：为了有效地实现CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据分析，我们提出了一系列的数据分析方法，包括使用大数据分析、监控和可视化技术，以及AI算法来识别故障和异常，提取有效的特征和联系，以便更好地维护设备。
4. 新方法：针对CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据分析和维护，我们提出了一种新的方法，该方法结合设备实时运行状态、历史数据以及故障历史等信息，使用AI算法构建模型，实时诊断故障，预测未来故障，并有效地维护设备。
5. 实验结果：为了验证所提出的方法的有效性，我们进行了一系列实验，结果表明，采用所提出的新方法，可以有效地分析CTCS-2—200C列车运行控制设备的数据，实现对设备状态的有效监控，有效地识别故障和异常，并提供有效的维护策略，提高CTCS-2—200C列车运行控制设备的可靠性和可用性。
CTCS2列控系统中心接口分析
#" 地面信号系统接口
#$ %" 地面信号设备 #"#$- 级系统是基于点式应答器、 轨道电路来传 输列车运行控制信息的点 0 连式系统。列控中心是构 成 #"#$- 级系统的重要组成部分， 控制车站和区间轨 道电路发码并通过轨旁电子单元 （ 1!2） 控制有源应答 器， 实现列控信息的连续传输。 #"#$- 列控系统主要用于 -(( 3 -%( )* + , 客货混 运客运专线， 主要地面设备包括： 列控中心、 微机联锁、 调度集中 #"# 、 微机监测、 应答器、 4/5 -((( 轨道电路 等。采用轨道电路加点式应答器作为信息传输手段， 实现列车运行的安全控制。考虑到车站列控中心必须 适用于 计 算 机 联 锁 或 ’%(- 电 气 集 中 联 锁、 #"# 或 "6#$， 其具体的连接框图如图 & 所示。
信号界对这种接口的安全评估也很有经验。但在继电 接口的系统之间， 存在着交换信息有限， 电路复杂， 配 线繁多， 有时需要大量的电缆工程投入等问题。因此， 继电接口已经越来越不适应调度集中、 计算机联锁、 列 控系统等新的应用领域和技术需求。 不同系统之间采用数字技术进行接口， 在国际上 有相应的安全标准和要求， 但目前在国内还缺少一定 的理论指导和应用实践。克服继电接口的固有缺点， 进一步统一列控系统规范和各种接口协议， 实现列控 设备即插即用的开发和应用具有重要的指导意义。
!" 传统信号设备接口
国内传统的铁路信号安全技术领域， 在不同的系 统之间一般采用继电器接口方式 （ 以下 简 称 继 电 接 口） ， 如场间联系电路、 联锁与闭塞结合电路、 甚至计 算机联锁系统、 电码化或 ."/ 系统中的结合电路也仍 然采用继电接口。继电器接口技术上比较容易实现，
CTCS-2系统及车站列控中心相关问题的探讨
为了实现铁路跨越式发展 ， 必须对我国现有的铁路信号设备进行升
级和改造， 以满足列车高速运 行下的安全控制。 目 存 ２ ０ ｎ ｈ 以上 前 ０ ｄ 及 ｋ 区段采用了 Ｃ Ｃ ～ 级列车控制系统 ， ＴＳ２ 实现了列车高速运行下 的安全控
制。
制， 各报 文均同化在 Ｌ ｕ巾 ， Ｅ 内容包 括编号 、 链接关 系、 临时限速 （ 至限
ＣＣ一 Ｔ Ｓ ２级 列控 系统是在我国既有成熟 信号 系统技术设备基 础上 ， 通过适 当增加其他信号设备 （ 如应答器 、 车站列控 中心 、Ｔ Ａ Ｐ车载设 备） ， 构成具有 巾国特 色 、 实现 目标距离速度控 制功能 ， 并基于轨道 电路 的列
统传送ห้องสมุดไป่ตู้相关信息 。
车控 制系统 。 Ｔ Ｓ ２ Ｃ Ｃ 一 级列控 系统包括地面设备和４ 载设 备。 ＝ 地面设备南 轨道 电路 、 车站 电码化设 备传输连续列控信息 ， 由点式应答器 、 车站列控 中心传输点式列控信息 ， 其中车站列控巾心是地面设 备的核心。车载设 备根据地 面提供的信号动态 信息 、 路静态参数 、 时限速 信息及有 关 线 临 列车数 据 ， 生成控制速度 和 目标— 距 离模 式曲线 ， 控制 列车运行 。同
●。。。。。。。。。。。。。。 ●‘ 。。。。。。。。。 。。。。’’ 。。。。。。。。。、。。 ’ ‘。。。。。。。 。 一
绿灯或绿黄灯 示降级为黄灯显示 。 保证 动车组在到达限速点前能有足
够的时间降到规定的速度 ， 确保安全 。 问临 时限速具体逻辑关 系见图
２
进言 ／—］ ＼ｌ口 站 — 、站 口 ｉｕ — ｌ 珀
时， 车载记录单元对列控 系统有关数据及操作状态信息文时动态 记录 。
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CTCS2列控中心安全冗余通信的可靠性测试-通信与信息系统专业毕业论文摘要摘要CTCS2列控中心是实现第六次提速，完成地面信息处理并向列车动态传送的关键地面设备，属于安全性、可靠性方面具有极高的要求安全苛求系统，因此，需要通过测试才能保证设备能够顺利投入实际运行。
本文通过对列控系统的整体结构、列控中心的结构功能尤其是列控中心接口的研究，提出了列控中心测试平台的软件实现架构和功能，以及平台集中式的结构体系。
数据通信子系统完成测试平台内部以及平台与被测系统之间的信息交换，是保证测试顺利进行的前提。
本文通过对面向对象和多线程技术研究和应用，在完全依照列控中心接口协议的基础上，给出了该子系统的具体实现方案，解决了集中式系统结构中的多任务调度和资源分配的问题。
安全苛求系统通过设备冗余的方式可以进一步保证系统可靠性、安全性的要求。
冗余系统网络是安全苛求系统冗余连接组成的一个网络，它除了具有安全苛求系统的安全性等方面的要求外，在故障处理方面有很高的容错性要求。
冗余系统网络切换逻辑的合理化设计是保证冗余系统网络稳定性的重要措施之一。
本文通过安全苛求系统冗余通信可靠性的测试方法的研究，提出了冗余系统网络的分级切换策略，有效的解决了故障引起的切换混乱、连锁切换等问题，提高了网络的容错能力。
本文还将安全苛求系统冗余通信可靠性测试方法应用于列控中心系统，提出了列控中心的切换逻辑和具体的冗余通信可靠性测试方法。
最后，本文还通过对京九线官亭站列控中心系统的实测，验证了测试平台的数据通信性能可以满足通信吞吐量、传输速率、通信可靠性测试等方面的要求，并对该列控中心安全冗余通信可靠性的测试结果进行分析，结果表明，被测系统的冗余通信可靠性方面的性能基本可以达到要求，但仍存在一些设计问题，需要在以后的研究开发中进行解决。
关键词：CTCS2列控中心，安全苛求系统，面向对象，多线程，冗余系统网络，分级切换AbstractABSTRACTStation Train Control Center is one kind of important signaling equipments of sixth speedup projects in China．Meanwhile，it is crucial equipment to implement the ground information processing and transmit dynamic information to the train．It is aSalty Critical System with high safety and reliabilityrequirements．Therefore，it is essential to ensure these requirements by testing the equipment．On the basis of researching the whole structure of CTCS2 Train Control System and the function，especially,the interfaces of Station Train Control Center,it is described the software function and ffamework of the test platform for Station．Train Control Center and presented its centralizedstructure in this paper．Data communication subsystem is responsible for information exchange between test platform and the system to be tested．The subsystem ensures the testing operating smoothly．Based on research and application of object··oriented and multi—threading technology,according to the protocol of Train Control Center interfaces，it is described the method to implement this subsystem and solves the problems of multi．task scheduling and resource allocation in the centralized system structure in this paper．Safety Critical System further achieves the requirement of reliability,safety by redundancy technology．Redundancy System Network is a network connected by several Safety Critical Systems．Except for the same safety requests of Safety CriticalSystem，additionally,the network needs to achieve a highly requirement of fault．tolerance capability once system fault Occurs．Reasonable design method of switching logic for Redundancy System Network is one of themost important measures to ensure the stability of the network．In this paper,through studying on the test of communication reliability of Safety Critical System，it is proposed theclassified switching strategy of Redundancy System Network．Thisstrategy effectivelysolves the problems which is caused by fault such as confusion switch andchain switch，and enhances the fault—tolerant capability of the network．Then this paper applies this redundant communications reliability test method to Train ControlIIAbStl．aCtCenter and presents the switching logic and specific redundant communications reliability testing methods for Train Control Center．Finally,by real testing the control center system of Guanting station on the Beijing-Kowloon trackage，we verify the communication performance of test platform which have meet the need of throughput，transmission rate and redundant communications reliability test．Then we analyzing the results of redundant safety communications reliability test of station control center,which show that the system Can be achieved basic performance requirements of redundantsafety communicationsthere are still some design issues that should be solved in the future reliability,butwork．Key Words：CTCS2 Stating Train Control Center,Safety CritiCal System，Object—oriented，Multi-thread，Redundancy System Network，Classified Main—standby Switching StrategyIII学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。
栅天一学位论文作者签名：m8年专月f 8日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。
指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
签名：嘏天一跏8年弓月，召日第1章绪论第1章绪论1．1引言提高列车运行速度是铁路技术发展的重要目标，保证列车运行安全是实现我国提速战略的重要保证，而列车运行控制系统(简称列控系统)是实现这一重要保证的主要技术支持手段。