高铁信号系统级"故障-安全"理论与方法

The accidents of train rear collision and overrunning a danger signal have often occurred, and one of the main reasons is failure of signaling system and fail-safe principle. A novel theory of interation control and system-level fail-safe in the high speed railway signaling system is presented. According to system engineering theory, PMC model based on ex-test is established among centrailized train center subsystem, train control subsystem and interlocking subsystem through data fusion and sharing, and a framework of eguation diagnosis algorithm for PMC model is set up. And the method can improve the correctness of system-level fault diagnosis. Interaction control between signaling subsystems ensures mutual restraint of the control output, which can avoid control gab after the fauilure of a single subsystem. And the method can realize system-level fail-safe and prevent a major railway accident such as the 7.23 railway accident. The reseach contents are as follows: (1) Theory and method of system-level fault diagnosis and fail-safe in the high speed railway signaling system; (2) Mechanism of interaction control of high speed railway signaling and reliability and safety analysis; (3) Modeling and verification of interaction control system based on timed automata.

列车追尾和冒进信号的铁路事故时有发生，信号系统不能正常发挥作用或未能实现"故障-安全"是主要原因之一。本项目提出一种系统级高铁信号互律控制式"故障-安全"理论。该理论基于系统工程理念，在高铁信号系统中的调度集中、列车运行控制及联锁子系统之间，通过数据共享和数据融合，建立基于互测的PMC故障诊断模型，求解PMC模型全体相容故障模式的算法框架，从而提高系统级故障诊断的准确性。信号子系统间采用互律控制机制，实现控制输出的相互制约，避免单一子系统故障后控制输出的缺失。实现信号系统的"故障-安全"，预防类似7.23铁路事故的再次发生。本项目的研究内容： (1)高铁信号系统级故障诊断和"故障-安全"理论与方法； (2)高铁信号互律控制机理及可靠性和安全性分析； (3)基于时间自动机的互律控制式系统建模与验证。

目前国内外对列车控制方式及“故障-安全”的研究工作立足于信号设备或某个子系统，主要工作集中于信号子系统的自律控制，集中于信号设备级和器件级的“故障-安全”。本项目正是在此背景下提出一种系统级高铁信号互律控制式“故障-安全”理论，该理论基于系统工程理念，在高铁信号系统中的调度集中、列车运行控制及联锁子系统之间，通过数据共享和数据融合，建立基于互测的PMC故障诊断模型，求解PMC模型全体相容故障模式的算法框架，从而提高系统级故障诊断的准确性。信号子系统间采用互律控制机制，实现控制输出的相互制约，避免单一子系统故障后控制输出的缺失。实现信号系统级"故障-安全"，预防类似7.23铁路事故的再次发生。本项目提出基于CTC的列车追踪间隔实时预警系统、列控数据共享与融合及避免共因错误、基于列控数据完备性的故障诊断及定位模型、列车进路视觉延伸、C3级ATP互律控制结构，并在轨道交通控制与安全国家重点实验室仿真平台的基础上进行仿真实验，验证了所提理论的合理性。项目研究成果包括多篇高水平SCI期刊论文、英文专著、专利等，其中本项目前期研究成果之一：提高 CTCS-3 列控系统安全性的方法，该专利中，将轨道电路中和 RBC 中“行车许可”信息进行融合，以提高 CTCS-3 列控系统的安全性，被铁路总公司，铁总运[2014] 327 号，关于应发《CTCS-3 级列控车载设备补充技术规范（暂行）》的通知中采纳。本项目的研究成果对信号系统故障后如何实现“故障-安全”、非正常情况下如何保证列车安全追踪间隔、铁路安全技术及下一代铁路信号技术研究具有重要意义。