基于冗余技术的列车组合定位方法研究

摘要

列车运行控制系统根据列车在线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整，是保证列车安全、快速平稳运行的重要保障。列车自主定位技术是列控系统实现列车间隔控制和速度控制必要技术环节。现有CTCS-3级的列控系统主要基于轮速传感器和应答器朝着列车自主化定位的方向发展，下一代列控系统对列车的定位提出了车载自主化、定位性能高可靠、高可用的要求。基于多传感器融合的组合定位方法使得高可靠的车载列车定位成为可能，利用各传感器的特点，发挥其在多种复杂场景中的各自优势，可以提高定位的精度，连续可靠地实现列车定位功能。为了进一步满足列车运行过程中高可靠、高可用的要求，需要考虑基于冗余表决结构的定位单元设计，本文研究了基于冗余技术的列车定位单元结构，分析并验证了冗余定位结构的可靠性和可用性。
　　本文主要从列车冗余定位结构设计以及最优化设计、冗余定位结构的可靠性和可用性分析、基于实测数据的可用性验证三个方面展开研究:
　　(1)从GNSS和ODO两种定位传感器的失效特性出发，以可靠性理论为基础，对传感器的失效类型进行分类，设计了定位传感器的“软故障”自校验方法和“硬故障”表决检测方法，提高了列车组合定位的可靠度。
　　(2)结合GNSS和ODO定位传感器软硬故障的校验和表决方法，完成了基于冗余技术的列车定位单元的结构设计，基于可靠性框图对不同的冗余定位结构的可靠度进行了对比;针对限制条件下可靠度最优化的冗余设计问题，采用了改进的2ooN冗余结构，并对冗余分配模型进行了最优求解。
　　(3)利用设计的列车定位单元在青藏线线路的实测数据，对GNSS和ODO定位传感器的软故障率进行了估计，利用基于马尔科夫状态转移的可用性估计方法估计了设计冗余定位结构的可用度水平。结果表明，在考虑软故障条件下，三取二定位结构比二取二定位结构可用度水平更高。
　　通过系统结构的分析，结合三取二冗余结构设计和基于实际实测数据的验证，三取二冗余结构对系统可靠性和可用性有较大提升。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冗余技术在列车运行控制系统中的研究现状

1．2．2 冗余技术在列车定位中的研究现状

1．2．3 资源有限条件下的可靠性最优化冗余分配

1．3 论文结构

2 基于冗余技术的列车定位理论研究

2．1 定位传感器失效特性分析

2．1．1 GNSS失效特性分析及自校验方法

2．1．2 ODO失效特性分析及自校验方法

2．2 基于冗余的列车定位传感器失效分类方法

2．2．1 传统失效定义及分类

2．2．2 列车定位传感器软故障和硬故障的分类方法

2．3 可靠性和可用性分析方法

2．3．1 冗余结构可靠性分析方法

2．3．2 冗余结构可靠性分析比较

2．3．3 冗余结构可用性分析方法

2．4 限制条件下列车定位系统最优化设计方法

2．4．1 可靠性最优化冗余分配方法介绍

2．4．2 可靠性最优化冗余分配方法求解

2．5 本章小结

3 列车定位冗佘结构设计与性能分析

3．1 列车定位冗余结构设计

3．1．1 列车二取二定位结构设计

3．1．2 列车三取二定位结构设计

3．2 列车定位结构可靠性分析

3．2．1 冗余定位结构分析

3．2．2 冗余定位结构可靠性计算

3．3 限制条件下的冗余分配可靠性最优设计

3．4 本章小结

4 列车定位结构验证与性能分析

4．1 实验数据采集

4．1．1 冗余定位系统逻辑验证

4．1．2 定位传感器软故障率统计

4．2 列车定位系统的可用性分析

4．3 本章小结

5．1 本文的工作内容

5．2 进一步研究与展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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