基于自主感知的列车运行安全控制和保障理论与方法

Train control system is the "brain and nervous" of high-speed railway and its main target is safety assurance. The trend of Chinese train control system is CTCS-4 characterized of state autonomous perception and train-ground wireless communication. With the train state autonomous perception, critical safety characteristics of train operation control system make great demands for information perception reliability, perception effectiveness and safety assurance. Based on the above requirements, this project concentrates on security perception mechanism of train state, autonomous fusion perception method with fail-safe constraints, multi-granularity track geographical feature extraction and consistency mapping, models and strategies of train operation control and safety early warning. The proposed train operation safety control and assurance methods based on autonomous perception are verified by simulation with a HLA-based train control system simulation platform. Results of the project will lay a good foundation for the independent innovation formation of Chinese train control system autonomous perception theory, and provide important technical and theoretical support for safety assurance of the future high-speed railway operation .

列车运行控制系统是高速铁路的“大脑和神经”，安全保障是列车运行控制系统的核心目标，我国列车运行控制系统的发展方向是以列车状态自主感知和车地无线通信为技术特点的CTCS-4级列车运行控制系统。在列车状态自主感知的条件下，列车运行控制系统的安全苛求特性对感知信息的可靠性、感知方法的有效性及其安全保障提出了更高的要求。基于上述需求，本项目对列车状态安全感知机理、故障安全约束的列车状态自主感知信息融合方法、多粒度轨道地理特征提取及一致性映射、列车运行安全控制与安全预警模型及方法等科学问题开展研究，提出基于自主感知的列车运行安全控制和保障方法，并依托基于HLA的列车控制系统仿真平台进行仿真验证。本项目成果将为我国列控系统自主感知理论方法形成自主创新奠定良好基础，并为我国未来高速铁路运行安全保障提供重要的理论和技术支撑。

列车运行控制系统是高速铁路的“大脑和神经”，安全保障是列车运行控制系统的核心目标，我国列车运行控制系统的发展方向是以列车状态自主感知和车地无线通信为技术特点的新型列控系统。在列车状态自主感知的条件下，列车运行控制系统的安全苛求特性对感知信息的可靠性、感知方法的有效性及其安全保障提出了更高的要求，亟需从系统层面研究自主感知对列车安全控制与保障的作用能力，形成统一的感知理论、方法和策略。本项目依托北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室等科研平台，针对我国下一代列控系统和面向低密度线路的列控系统实际需求，为解决基于自主感知的列车运行安全控制与保障所面临的对列车状态安全感知机理本质特征分析、有效的多源信息融合技术、轨道地理信息特征提取效率优化、自主感知条件下系统层列控系统的实施方法等问题。研究了列车状态安全感知机理，建立了自主感知源自身性能体系与铁路RAMS需求框架之间的关联，构建了面向铁路列车控制与保障安全应用的感知安全性能评价体系，并提出了有效的自主感知安全性评估理论与方法；研究了故障-安全约束的列车状态自主感知信息融合方法，形成了高精度、故障-安全约束的列车状态自主感知方法；研究了多粒度轨道地理特征提取及一致性映射，解决了大规模混杂数据的统一处理和轨道关键特征的提取问题；研究了列车安全控制方法及仿真验证，解决了高速列车运行控制多目标优化问题；面向列车追踪接近预警应用，提出了列车多级安全预警机制。项目组依托现有的基于HLA的列车运行控制系统仿真平台，构建了基于自主感知的新型列控系统仿真平台，完成了针对多个铁路典型应用场景的功能、性能仿真与验证，形成了基于自主感知的列车运行安全控制和保障理论与方法体系。项目成果将对我国下一代列控系统和面向低密度线路的列控系统方案设计、系统优化、功能验证和测试等提供全方位的理论支持和技术服务，具有重要的理论意义和社会效益。