轨道交通信号系统仿真测试与验证技术研究与应用

摘要

随着国家城镇化建设的不断推进，城市轨道交通系统以其快捷、安全以及不受路面状况影响等优势，越来越多的出现在我国的大中型城市中，成为解决市内交通拥堵问题的主要方案之一。基于通信的列车控制（Communication Based Train Control，CBTC）系统作为当今最先进的轨道交通信号系统，普遍应用于国内很多城市的轨道交通项目中。
　　CBTC信号系统是大型安全苛求系统，系统测试及集成测试规模大、配置复杂、周期长且实际线路测试成本高。本文针对CBTC信号系统的测试验证技术进行研究，以信息化、自动化及降低时耗人耗成本为目标，提出基于信息系统平台的仿真测试与验证策略，设计开发了基于计算机仿真的轨道交通信号系统仿真测试与验证平台，对其中的核心技术及相关算法进行了详细阐述。
　　首先，深入分析了CBTC信号系统定义、需求和系统架构，并基于测试与验证的需求，完成了针对CBTC信号系统的仿真测试与验证策略的设计，它由需求同步管理、数据配置管理、自动测试策略和信息反馈策略四部分组成。其次，根据仿真测试与验证策略，研究了结合信息系统的仿真测试与验证技术，通过建立测试与验证模型和分析工作流，建立信息化数据模型和逻辑模型，并对应用数据交互技术予以实现。然后基于信息系统平台，设计并实现了CBTC仿真测试平台，着重对平台实现过程中的关键技术进行了研究，包括列车动力学仿真算法设计和自动测试技术。此外还对CBTC核心组件之一——联锁系统进行深入研究，提出一种全新的联锁逻辑验证技术。该技术从高效可复用的角度出发，以图论为理论基础，旨在快速运算得出站场图中联锁进路信息，用于联锁逻辑的测试验证。研究内容覆盖站场图拓扑结构组件化建模和用于进路信息获取的矩阵算法设计，并以基于搜索的进路算法为比照，对新算法进行了效率分析。
　　本文通过对轨道交通信号系统仿真测试与验证技术的研究，设计并实现了一套CBTC仿真测试平台，并已将其应用于实际的信号系统测试项目中。对提高CBTC信号系统测试验证工作的效率、提升测试效果起到积极作用，节省了大量人力和物资投入，缩短了开发周期。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究综述

1．3 论文研究内容和组织结构

2．轨道交通信号系统分析

2．1 CBTC信号系统定义

2．2 CBTC子系统功能分析

2．3 测试与验证需求分析

3．仿真测试与验证的策略研究

3．1 需求同步管理

3．2 数据配置管理

3．3 自动测试策略

3．4 信息反馈策略

4．基于信息系统的仿真测试与验证技术研究

4．1 测试与验证工作流分析

4．2 仿真测试平台开发工作流分析

4．3 数据模型研究

4．3．1 输入输出参数模型

4．3．2 通信参数模型

4．3．3 轨道地图数据模型

4．4 逻辑模型研究

4．5 应用数据交互技术实现

5．基于图论的联锁验证技术

5．1 联锁系统及进路相关知识介绍

5．2 常见进路信息获取的方法

5．3 站场平面布置的模型化表示

5．3．1 基于组件的拓扑结构模型

5．3．2 组件数据结构设计

5．4 站场图拓扑结构简化

5．4．1 直股区段的简化

5．4．2 道岔区段的简化

5．5 基于图论的简单路径搜索算法

5．6 用于进路信息获取的算法优化

5．6．1 道岔连通性分析

5．6．2 优化的路径算法

5．6．3 进路信息的获取

5．6．4 算法效率分析

5．7 进路开放校验

5．7．1 冲突进路检测

5．7．2 道岔位置检测

6．其他关键技术研究

6．1 列车动力学仿真的设计

6．2 自动测试技术

6．2．1 测试脚本的设计

6．2．2 测试脚本的执行

7．仿真测试平台的设计与实现

7．1 平台的功能定义

7．2 平台架构设计

7．2．1 轨旁设备仿真架构

7．2．2 轨旁设备仿真输入输出参数

7．2．3 列车仿真架构

7．2．4 列车仿真输入输出参数

7．2．5 测试诊断模块架构

7．3 实现与应用

8．总结与展望

参考文献

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