（交通信息工程及控制专业论文）基于着色Petri网的ETCS+2级形式化建模.pdf

摘要 摘要 欧洲铁路运输箭理系统( e r t m s ) 和欧洲列车控制系统( e t c s ) 是欧盟委员会 ( e u ) 和国际铁路联盟( u i c ) 为实现全欧洲高速铁路网瓦联运输，组织开发的新黧管 理和信号系统。鄂s 是e r t m s 的核心，e t c s 采用基于通信的列车控制技术， 根据不同的应蠲，划分了5 个等级，其中e t c s2 级采用无线通信( g s m r ) 来实现 车地信息传输，周点式设备作为列车定位参考，实现国定溺塞。翻? c s2 级应用对 我国当前铁路列车控制系统有一定的参考意义。本文阐述了e t c s 的基本概况， 详细分析了e t c s2 级应用的系统组成、主要原理、运行模式等。 e r t m s 甩t c s 技术标准都是用非形式化自然语言发布的，有可能存在些模 糊，甚至矛盾、错误的地方。着色p e t r i 网( c o l o u r e dp c t r in e t ，简称c p n ) 是一 萃孛比较成熟的圈形他的建模语言，可以用于系统设计、麓范、仿真和验证，特别 适台其有通信、i 司步霸资源共事过程豹系统建模。本文用具有严格数学定义驰澎 式化语言c p n 和它的支持工具c p nt o o l s ，对e t c s2 级的主要原理和过程进荨亍 了建模和仿真，并着重对e t c s2 级地面系统的r b c 系统构成和列车在相邻r b c 之间交接的过稔进行了建模和分析，利用仿真工具模拟其动态过程，通过形象、 易懂、图形化的方式对所建的模型进行仿真，便于不同领域的人员的沟通和交流。 将仿真结聚进行分析，得国系统的活性、有界惚等特性。 关键字：e t c s2 级，着色p e lr i 网，r b c ，c p nt o o l s ，建模，仿真 第1 受 北京交通大学硕士论文 4 应该有能力接收各国现存铁路信号制式，并使用模块化来过渡到全面实 施e t c s 系统； 0 应有较好的性能价格比，并在安装、维护和维修方面方便和容易，并低 于现有铁路信号制式的价格。 为了上述总目标，e r r i a 2 0 0 委员会项目组花费数年时间完成了一系列规范， 其中包括： 娃功能需求规范( f r s ) ； 碡系统需求规范( s r s ) ； 姝功能接口和全面适应接口规范( f i s f f f i s ) 。 这些规范中，有的是强制执行的标准，有的是建议性的标准。强制规范是必 须执行的，是实现e r t m s 功能和技术互操作性的基础。 e r t m s e t c s 的功能需求规范f r s 从1 9 8 9 年开始制定至2 0 0 1 年得到正式 批准，经历1 4 个版本的反复修正：v 2 、v 3 、v 4 o o 、v 4 1 0 、v 4 2 0 、v 4 2 1 、v 4 2 2 、 v 4 2 3 、v 4 ，2 4 、v 4 2 5 、v 4 2 6 、v 4 2 7 、v 4 2 8 、v 4 2 9 。f r s 共1 1 章，详细描述 了e r t m s e t c s 应该具有的功能，包括地面基础设施的基本功能、车载设备的功 能、防护功能、记录功能、列车的操作过程。 e r l 、m s e t c s 系统需求规范s r s “l 共8 章，详细描述了e r l m s e t c s 的 设备构成、系统应用等级分类、运行模式、操作原则、操作过程、语言、消息等。 1 1 3 e i 汀m s e t c s 的基本思想 1 5 个应用等级 oe r t m s e t c s 等级o ：装备了e r t m s e t c s 的列车可以在没有装备 e r t m s e t c s 地面设备或者没有国有( 本地) 信号系统的线路上运行， 或者在试运行中的e r t m s e t c s 线路中运行； 碡e r t m s e t c s 等级s t m ：装备了e r t m s 肥t c s 的列车，在装备了国有 ( 本地) 信号系统的线路上运行，它们之间通过s t m 进行接口； 4e r t m s e t c s 等级1 ( 带注入或不带注入信息) ：装备了e r l l m s e t c s 的 列车，在装备有e u r o b a l i s e 的线路上运行，线路上可以安装了欧洲环 线或者无线注入单元； 0e r t m s e t c s 等级2 ：装备了e r t m s 厄t c s 的列车，在由无线闭塞中心 控制的、并且装备了e i 瓜o b a l i s e 和e u r o r a d i o 的线路上运行，由 地面设备提供列车定位功能和列车完整性检测； 4e r t m s e t c s 等级3 ：与等级2 相同，但是列车定位和列车完整性检测 第4 页 ! ! 奎塞望：j 苎；兰坚主鎏苎 在欧洲，g s m r 是一个拥有上、下行4 m m 带宽频率，工作在9 0 0m h z 频段的 铁路无线电专用通信系统，可以提供高效、低运营费用和高可用性，以及不同铁 鼹邋信潮闽互通的功能。 1 1 4 研究e t c s 技术的意义 我国铁路有其自身的特点：中国地域广、线路长而稀疏；列车速度逐步提高； 中国铁路运输模式复杂：窖货混运、列车季孛类多、行车密度高；列车运行交路逐 渐延长：中国铁路既有线信号设备的特点是多种制式轨邀电路、普遍安装使用通 用式机车信号。 当前我国铁路正处在高速发展阶段，c t c s 技术标准正在制定过程中，吸收 和结签国夕 先进技术，对我国铁路的跨越式发袋茏为重要，e t c s 技术跫一静先进 的列车控制系统，通过对其技术规范的研究f “r l ”| ，我们_ 陂该学习其中遮合我们借 鉴的思想、技术，同时也要认识到我国铁路的当前情况与欧洲的起点、技术基础、 标准的内涵、实施策略、发展目标等方面的不囿，不能照搬欧洲的标准【”| 。 我国在翎定c t c s 标准时，必须对ct 1 0 s 的发展送行总体规划，必须进行系 统设计，重视通信信号一体化，实行统一技术标准，采用系统化设计和模块化产 品，强调通用兼容性，采用以机控为主的安全管理模式。 1 2 形式亿建模技术 1 2 1 形式化方法 1 形式化方法豹基本撅念 形式化方法燕一种用于规范、设计和验证计算机系统的基于数学的方法，包 括各种语言、技术和工具等、川。图1 3 是使用形式化方法规范和验证计算机系 统的示意图。 图l - 3 形式佬方法示意图 形式化方法可分为形式规范方法和形式验证方法两大类，形式化规范方法包 括熬于各种数学的表示法、规范语言及对应的工具。形式验证方法包括各种模型 检验器和定理证明器以及证明和验证的方法等。 ( 1 ) 形式规范( 轴r m a ls p e c i 舔c a t i o n ) 规范是一个描述系统及其特征的过程。形式规范使用具有严格数学定义的语 第6 甄 第一章绪论 法和语义的规范语言来描述系统。被描述的系统特性包括行为特性、时间特性、 性能特性和内部结构等。 形式规范语言按照描述系统的特性可以分为三类： 4 描述顺序行为，典型的语言有z 、b 、v d m ，这类方法中使用集合、关系 和函数等数学结构来表示状态；用前置条件和后置条件来表示状态转移。 址描述并发系统行为，典型有c s p 、c c s ，时序逻辑和i o 自动机，这类方 法中状态只使用简单的数学类型例如整数或对状态根本没有定义；系统的行为用 序列、树或事件和偏序关系来表示。 o 集成的形式规范方法，典型的s d l 和r a i s e ，它们把两种不同方法结合 起来，既能表示复杂的状态类型又能描述并发系统的特性。 形式化规范就是精确地列写系统特性的过程。通过这一过程，可获得系统的 进一步深入理解，进而发现设计中的错误、不一致性、模糊性和不完备性。同时 可以达到对系统进行分析、并推演出系统的一些其它性能。 规范也是客户和设计者、设计都和实旌者、实施者和测试人员之间的有效通 信工具。某种程度上，规范可理解为系统的一个原代码文件，只不过具有更高的 抽象性。形式化规范技术已经在许多工业领域得到成功应用：如i b m 商用信息控 制系统、英国伦敦空中交通管理、空中交通防碰撞系统t c a s 等，以及数据库、 电子仪器、硬件、医疗设备、核反应堆系统、保密系统、电信系统、运输系统、 通信协议、生产过程控制等。 ( 2 ) 形式验证( f o r m a lv e r i f i c a t i o n ) 形式验证是指使用严格的数学方法来推理验证产品或设计是否符合其全部或 部分规范的过程。形式验证要求产品的规范和实现均需要有严格的形式描述。就 是基于已建立的形式化规范，对所规范系统的相关特性进行分析和验证，以评判 系统是否满足期望的特性。形式化验证并不能完全确保系统的性能正确无误，但 是可以最大限度地理解和分析系统、并尽可能的发现其中的不一致性、模糊性、 不完备性等目前形式验证主要有两种方法：模型检验( m o d e lc h e c “n 曲和定理证明 ( t h e o r e mp r o v i n 曲。 模型检验( m o d e lc h e c k i n 曲是对有限状态系统的一种形式化确认方法，具体做 法是：采用一种形式语言描述系统的规范说明，构造一种算法来遍历根据系统规 格说明设计的实现模型，确认实现模型是否满足系统的规范说明。由于系统的状 态是有限的，所以该算法必然会终止。当 x 第一章绪论 年代发明。 c c s ( c a l c u l u so f c o m m u n i c a t i n gs y s t e m s ) 是一个酌数式形式语言。m i l n e r 在8 0 年代早期发明。 4 基于时序列逻辑的方法 t l a ( t e m p o r a ll o 西co f a c t i o n s ) 是一种描述和推理并发和交互系统的逻辑，由 l a m r t 在8 0 年代后期发明。 ( 3 ) 集成盼形式规落方法 s d l ( s p e c i f i c a t i o na n dd e s c 却t i o nl ，姒g u a g e ) 是通讯业广泛使用的一种面向对 象的形式规范诺言。s d l 由国际电信联殿( i t u ) 从1 9 7 2 年开始开发并不断加以改 进，著被国际电信联盟接受成为橱准，嚣魏最耪舨本是s ，2 0 0 0 。s d l 是一瓣有 层次的可视化图形语言，它在结构上分为四个层次：系统、模块、进程和程序。 其中进程用有限状态机表示，而数据用抽象数据类型表示。由于s d l 和其它语言 存在标准的接口，另外针对s d l 也有专门的可执行代粥生成工具和自动测试工具， 饺德s d l 可敬愆于软磐开发的全过程。 3 形式化方法应用 f m 可以应用于开发过程的任何阶段，尽管在需求分析和高级设计阶段应用 f m 的j i 殳盏成本比高一些。在开发早期，很少能实现自幼纯，并虽与特定语言葶碍符 号的联系也不紧密，同时也较少能进行寄效的分析，使用f m 可以弥 这些方蕊 的不足。例如，目前用自然语言描述的需求很难用自动化工具来检奄，这个不足 通过f m 需求说明和证明所支持的重复分析得到弥补，而对自然语言描述需求的 必要牲没有改变。 目前形式化方法已在不同领域的主流产品的开发中得到成功应厢，说明形式 化方法在工业界的应用已开始成熟，并逐渐被工业界所接受。欺型的应用有： m u l t o s 信用卡认涯系统，e u r o x 第一章绪论 层，以着色p e t r i 网为基础，扩展到带有连续变量的混合系统，定义了混合c p n ， 分别对列车、轨道、列车在轨道上的运行以及冲突检测进行了建模。并且在 d e s i g c p n 环境中对模銎避雩亍了妨真，并对贫奏结采进孳亍了分析。 4 p e t r i 网和相关理论结合对铁路系统建模 我国从上世纪8 0 年代末开始研究和应用p e t r i 网理论，近些年来得到了广泛 的应用，但用于铁路系统的建模和仿真不是很多。主要集中在几个单位：铁道科 举研究院、兰州铁遂学院、润济大学、北京交逶大学簿。研究内寨主要包括：弼 车控制算法、列车群建模、列车运行建模和联锁软件的形式化描述。研究的特点 是p e m 网理论和其它建模技术如o o ，框架式知识表示、a g e n t 等的结合。 ( 1 ) 模糨1 e t r i 睡在列率专家系统建摸中的应用2 抽 传统的列车控制系统不能满足安全、节能、舒适、正点；速度、重量、效率 等多目标综合控制，出现了模糊控制、神经网络控制、专家控制等新的控制技术f 算 法) ，其中在专家控制系统中，知识的表示和获取是其重要的研究内容。兰州铁道 学院用“框絮式知识外壳模糊t r i 网”豹方法，研究捌车专家系统的不确定性t 摹【：l 知识的表示及获取，具有知识表达及推理能力强，推理过程简单，实现容易的特 点，克服了专家系统知识获取主要倚靠人工移植，摊理能力弱的缺点，是一种有 效的列车专家控制系统的知识表示及获取方法。 ( 2 ) 对闻p e t r i 网在铁路专家系统建模中的应用刚 时间p e t r i 网是在变迁集上带有时间约束的一类p e 伍网。铁路科学研究院以 铁路智能运输系统( r i t s ) 为研究背景( 刚t s 中的核心问题均面临时间知识的处理 润惩，要求有嵩效的时间知识处理算法) ，利用基予时阉p e 菌网的结构特牲优良、 分析性能好的特点，引入模糊时间区间的操作，在基于系统的时间知识p e t r i 网模 型的基础上构建了相应的时间知识系统的生成图，用生成图进行时间知识验证和 推理。该算法能处理不确定的时间区闫，具有效率高、可处理时间区间的不确定 性闻题等优点。同时，翻用这种算法可验证时间约柬列车运行调整方案的可行慢， 能验证铁路专家系统中时间知识的一致性，用算法的生成图可推导出某些时间约 束事件同时发生的可能性，直接求出和某事件发生的相关事件发生的时间推理。 较好地解决了知识获取豹蠲题。 ( 3 ) 对象p e t r i 网在列率群运行控制建模中的应用l 勰 带有对象的p e t r i 网( p n 口一p e t r in e tw i t ho b j e c t s ) 是将面向对象技术和谓词变 迁网结合起来丽定义的一种高级p e 瓶网。网中的托肯能携带各种信患，用这种鄹 所表述的系统具有规模小、灵活、直观、模块性好、霹操作性蘸好、属性描述方 便、有利于不确定问题的处理等优点。铁道科学研究院智能控制研究中心，针对 第1 3 页 ! ! 塞壅望查兰! 鉴主笙苎 列车群运行控制的核心问题( 列车群行为建模) ，用精确标识的p n o 建立了一个具有 普适性的模型( t o p n o n a i no p e r a t i o np e 啊n e tw i t ho b j e c t s ) ，该模型是一个典型 的离散事件动态系统。通过在对象中定义多种模糊属性和相应的模糊属性的调整 方法，该模型就成为研究模糊离散事件动态系统的平台，使得面向对象的程序设 计技术、p e 啊网的理论和应用、模糊集理论以及d 皿s 的理论及分析方法有机的结 合起来。在网络的变迁规则中直接引用这些属性使系统的决策机制更有效，简化 了系统状态的演化，并使d e d s 的理论在处理不确定性问题时得到延伸，从而为 建立具有自动行车指挥的智能交通系统奠定了良好的基础，也为铁路系统的可靠 性分析、可利用性分析、效率分析等问题的处理提供了新的途径。 通过仿真实验验证了面向对象和p e t r i 网的结合既可以克服面向对象方法缺 少模型分析、验证手段的缺点，又可以克服p e t r i 在系统描述上的不足。实现了多 种建模方法的结合与互补。 定义另一类面向对象p c t r i 网一面向对象p e t r i 子网m 】，并利用所定义的p e t r i 网 分别建立了列车运行系统中的信号灯、区段、车站和列车的对象p e t r i 子网模型， 建立了基于对象p e t r i 子网的列车群运行系统( t g o s o p s t r a i n sg m u po p e r a t i o n s y s t e mw i t h0 b j e c t o r i e m e dp e t r is u b n e t ) 模型。一方面仍采用托肯携带数据结构 的方法，充分保持了p e t r i 网建模能力强的特点：另一方面在子网中将物理资源的 状态演化( p n ) 和通讯( p m i ，p m o ) 分离，其相对于已经建立的模型t o p n 0 系统描述 更细致、分层性能更优良具有更好的独立性。除此之外，本模型相对于t o p n o 所 表述的内容更丰富，结构性、可扩展性、层次性更优良的特点。模型适用于分布 式行车指挥系统、便于智能控制的实施并具有很好的开放性和可控性，模型可构 成研究一类智能混合系统的实验平台。 由于单机列车群仿真运营系统，在列车数量增大和仿真规模扩大的情况下， 会造成系统的运行效率低下的影响。而且，列车群的各种的动态行为属于典型的 并行离散事件系统，采用分布式仿真的体系结构，能够更好的与实际系统的结构 相对应，增强仿真的真实度和可信度。在已有模型( t g o s 0 p s ，t r a i n sg m u p o p e r a t i o ns y s t e mw i mo b j e c t o r i e m e dp e t r is u b n e t ) 的基础上，利用多a g e n t 的智能 性、协作性、互操作性等良好特性，构建了一种基于多a g e n t 的分布式铁路运营 仿真系统，并进行了相应的分析。这种基于多a g e m 的分析设计方法具有直观、 控制流程清晰的特点，还具有很好的通用性和移植性，可以用于许多其他的领域。 对已有模型( t o p n o ) ，基于单机的系统仿真，提 x 第一章绪论 采用p c t r i 网和0 0 技术相结合的方法，提出模糊离散事件动态系统( f d e d s ) 的概念i 4 ”，以铁路系统的行车指挥问题中的不确定性问题的处理为背景，既有非 常好的系统描述能力又有好的模型分析和验证手段。 ( 4 ) 随机p e t r i 网在编组站建模中的应用i “i 从对随机p e t r i 网的运行规律及特性进行深入分析入手，建立平均流量的概念， 并用流量平衡原理，推导出计算串行随机p e t r i 网各状态出现概率的算法，在此基 础上提出了编组站系统随机p e m 网的模型及分析方法。 ( 5 ) 着色p e t r i 网在铁路行车指挥系统建模中的应用j ”j 铁路科学研究院通信信号所刘皓伟博士，将p e t r i 网应用于铁路行车指挥自动 化的研究，在国内较早应用p e t r i 理论于铁路系统建模。用着色p e t r i 网( c p n ) 建立 了轨道区段和列车运行的模型，为行车指挥、列车运行调整提供了一个系统模拟 和仿真的框架。 ( 6 ) 一般p e t r i 网在联锁软件建模中的应用i p e t r i 网在计算机联锁系统软件的建模( 形式化) 中的应用。安全性在联锁系统 中起着至关重要的作用，系统中软件的安全性和可靠性制约着整个系统的广泛应 用。采用形式化的方法对系统进行定义、分析、测试和认证是提高联锁统软件安 全性的重要方法之一。铁道科学研究院用p e 砸网模型化了计算机联锁系统中的软 件部分，从而借助系统的p e t r i 网模型，能检测系统定义的一致性、完整性和精确 性，同时能分析系统的安全性和实时性等性能，以便对系统进行改进或采取防护 措施。 ( 7 ) 着色p e t r i 网对联锁系统建模 同济大学利用具有层次结构的有色p e t r i 网，通过层次化的方法把车站信号联 锁逻辑分为联锁设备层和联锁逻辑关系层两层，并且在车站联锁设备层面进行了 形式化描述，使得联锁系统这样的大型、复杂系统的形式化结构清晰，便于分析 和计算机处理。 1 2 3 用着色p e t r i 网对e t c s 技术规范建模 着色p e m 网有以下特点： 文经过几十年的发展，p e 饥网不论在理论上还是在实际应用上，都比较成熟， 在此基础上，应用的科学性是有保障的。 4 着色p e t r i 网采用图形化语言，这是其它建模方法无法比拟的，使模型直观 易懂、能更好的描述系统的动态行为。 着色p e 城网是一种成熟的形式化建模语言，有许多成功的工业界应用案例 第1 5 页 第二章b t c s2 级原理分析 第二章e t c s2 级原理分析 e t c s2 级应用是指，装备了e t c s 车载设备的列车在由无线闭塞中心控制的、 并且装备了e u r o b a l i s e 和e u r o r a d i o 的线路上运行，由地面设备提供列车 定位功能和列车完整性检测。2 级e t c s 系统中，地面和列车的数据通信是通信i 守 g s m r 完成，无线闭塞中心( r b c ) 控制所有信号系统和列车之间通信。 本章研究e t c s 功能需求规范 | 和系统需求规范f 4 p i i o f 的基础上，将主要分析 e t c s2 级的系统结构、子系统构成及e t c s2 级应用的主要原理、运行模式等。 2 1e t c s2 级系统结构 2 1 1 基本描述 e t c s 等级2 是基于无线通信( g s m r ) 的列车控制系统，叠加在现有的信号系 统之上，即覆盖现有信号系统；运行权限由r b c 产生，通过e u r o 鼬d i o 传到列 车上：e t c s2 级提供了一个连续的速度监控系统即a t p 系统，该系统也防止列车 超越运行权限；列车占用检测和列车完整性检测由所在信号系统( 联锁、轨道电 路等) 的地面设备完成，检测设备不属于e t c s 的范围；2 级基于e u r o r a d i o 实 现地面一列车的连续的、双向的信息传输；地面无线闭塞中心r b c 向列车提供信 息，r b c 通过前导的e t c s 车载设备的e r t m s e t c s 标识码来识别每个e t c s 控制 下的的列车。e t c s2 级应用示意图如图2 1 所示。 图2 1e t c s 2 级示意图 2 1 2 系统结构 e t c s2 级应用中，系统构成如图2 2 所示，分为地面子系统和车载子系统两大 第】7 负 第二章e 1 l c s2 级原理分辑 2 2e t c s2 级系统原理 本节分析e s2 级应用中的主要原理，包括：应答器的配置与链接、无线通 信会活的管理、歹习车定位豫理、移动权限、静态速度限翻、系统的酝置管理、系 统数据、数据输入与修改及日志记录。 2 2 1 应答器的配制与链接 l 。应答嚣组与坐标系分酝 在e t c s2 级中应答器组可提供位鬣信息，一个应答器组由l 到8 个单应答器 组成，每一个应答器至少应该存入：应答器的内部编号、组内应答器的数量、应 豁器组标识，其中应答器的内部编号描述了组内应答嚣的相对位妥。 每个应答器缀有它自己的坐标系。南两个或两个以上的应答器缀成的应答嚣 组，它的坐标原点由应答器组内的应答器编号为1 ( 称为位置参数) 给出；组内 应答器编号增加的方向为每个应答器组的指定方向。仅包含一个应答器的应答器 缓在下蘧簿穆为“单应答器缀”。 在e t c s2 级中，如果车载设备无法储计出单应答器组的方向，就会要求i c 分配一个坐标系。r b c 一旦分配了坐标系并传送给了车载设备，它就能通过链接 的方式给下一个单应答器缎分配坐标系。 2 链接 链接的目的是为了判断由应答器给出的数据是否被遗漏或者无法在视窗中找 到并据此采取适当的措施：为单应答器组分配一个坐标系；或者对列车里程表不 糨确情况下约黉信度遗于亍校正。 连接信息包括：被连接的应答器组的标识，发现_ 陂答器组的位霹参数的地方， 使置的精确性，被连接的应答器组被通道的方向( 指定的或相反的方向) ，所期 望的应答器组如果出现数据不一致的问题，所需要的反馈信息。 2 2 2 无线通信会话的管理 无线通信会话的管理包括：通信会话的建立、维护和终止。 1 通信会话的建立 透信会话的建立可以鑫车载设备和期c 分弱发起，车载设备在任务启动或当 轨旁发出命令时将建立通信会话。 如果通信会话由车载发起，将执行以下步骤； ( 的车载设备要求与蟪殛设备建立一个安全连接，不皈重复请求直至0 连接成功 或超过规定的次数，如果不成功，就会通知司机连接没有建立： 第2 l 瓤 北京交通大学硕士论文 ( b ) 安全连接一旦建立，车载设备就会给地面设备发送一个通信会话的初始化 信息； ( c ) 地面设备接收到信息后发送系统版本。 车载设备接收到系统版本，就认为通信会晤已建立，并且： ( a ) 如果版本和地面设备的兼容，就给地面设备发送一个包括电话号码的位置 信息。 ) 如果不兼容，它会通知地面设备。 当地面设备接收到位置报表或版本不兼容的信息时，它将认为通信会晤已经 建立。系统版本不兼容是一种错误情况，它引发车载要求终止通信的。 如果是r b c 对通信会晤的建立进行初始化，它将按下面的步骤执行： ( a ) 地面设备要求与车载设备建立安全连接： ( b ) 安全连接一旦被建立，地面设备就会给车载设备发送一个通信会晤的初始 化信息： ( c ) 当车载设备接收到信息，它就认为通信会晤己被建立并发送一个位置信息 给地面设备； ( d ) 地面设备接收到位置信息就认为会晤已被连接。 2 通信会话的维护 当通信会话接通，而安全连接忽然断开的情况下，如果地面设备没有发出已 断开的指令，通信中所涉及的实体都会认为会话仍然存在。车载设备只会试图建 立一个新的安全连接，这种尝试会被不断的重复，直到建立安全会晤，或满足停 止的条件，车载设备把这种情况当成是要求终止会晤。 3 通信会话的终止 如果接收到来自地面设备( i m c 或应答器组) 的命令，或者在车载设备上发现 一个要求终止通信会晤的错误情况( 例如，车载和地面设备没有兼容的系统版本) ， 会话的终止将而且只能从车载设备开始。 车载设备按下列步骤终止通信会晤： ( a ) 车载设备发送一个终止会晤信息。 ( b ) 这个信息一旦被接受，地面设备将认为通信会晤已被终止并向车载设备发 送个确认信息。 ( c ) 当车载接收到确认信息，它会认为通信会晤已终止并要求释放和地面设备 的安全连接。 通信会晤的信息终止后车载设备不再发送信息，会晤结束的确认信息发送完 后地面将不再发送信息，在同一系统版本中通信会晤的终止信息和相应的确认信 第2 2 页 第一歪是篓 囊蒸鋈瞽罾菇胡旺魁嚣邺臼醵神；髓鳢赢粲掣醛鞲乏黧垂而裂剥剖。藉藉鞘剐。 印耐翻掣弱囊始鲥羁而： 棚雏轿酬驺藩照蛆驻踅羹菱器馨越鞋警副掣绷群j 前陲嗡麟淅瞒i 鎏卣应答雾传誊i 釜。翳蠹业：m 酏翡塑蓉霜棼馥型。象霎 藉彭靠鼓鹌胛挑嚣筵蝣势豁铱j 争蠹雕葡旁菱霎票嚣凄弹塑显慰雀要掣。 骤錾饕韬 蚓圆佰旱；岌 羹譬l 爵；髦霉薹二薹蓉辨掣曼 l 攀萋龛篙j 拼型瓤 芝p 辇蠢语蓉扣崔后终过的应答器组作为位置参考渤茬班庀膨啦t 蕤副阱塑囊鼋 溺嵌。恩曼露鏊冀鲡确醴硅辫驺辅。 爵滞黏等是苦掣蓦剿裁! 需骱翳蠢善夸妻研! 誊= 篓薹燃准鬲攘崔珲济岩 强僦；淄罐酱遑璀澄泌篓萋藤研旺奘薛中的不信赢蚕； 憨搬赳勉矾勤酣和听秆堑蕾拍计躺靳“劳鸶婴；鼻鏊对一无线j 割制州奢氘同 冀一冀蒿驾型誉j 拶针浦靳鲥措豇辩辅墼j 明型蝼拜”驰鲫飘骊戳鹾二嚣镰 嚣乳摊牡基鞭引鄂型蓦掣。孔氆薯晕串靳副一渤研营茸豺。 嘏壹稿催茸终里棼氇f 彭；冒划觋型掣搜却；伊裂鲁纂凳地面设备墨镁骚军裁 设客晶；萌者持喾拄引靛矧裂烈并擘长参一烈掣割引彰南； f j 薹福馥协鞋觚 诒雏氮：强孺淫谚凄鬟鬟嚣圮配翳蓦熵砖酬嚣溃睾囊立孥i 簖薹刚蛰型参燃覃 程表的：精硬度羟嚣瑶誓墼耀丽。鲤谫渤渤德蒲潮硒登耄蕈囊! 复；囊囊箱美酌! 峨嚆溜准。憔。国噬醵奘j 媸副嗣非蔓聪；阡明譬媾jm 骋需赠。噗埋薯惩； 猎瑶瀵僻= 嘤嘴增珊m 薛簿i i 擀驱静弧i 耋i ；拶f 妻4 i ；| | | i ! i 薯l 酏薅蛆戢额嚣麓锭拜曼彰骢刊蜉弭堆誓j 弓鞠拍褊釉割争嵇蝌裂够鹜引矧堋守 加嘲副莨孑蓥塑j 理蠢耋笔蔼群意旧州理嘎迎菇嵫峨罐蠕罐博峰痄嗜稍落嶝：溱 瀑增罐法溺掣恿蛹挤舞强繁：影囊鳓州鲫奶舅黛鏊琳啤蔓羹霪矿叭雕型；造溪卫 墓箭鹑努一漩季惨蹉妻慢；嘲峪型理圳蓥藩燃譬浠搿璀牟纂鬟嬷趔魏帕习j 浩 罐羽臻僧滞晕罂量薹薹鋈墨忸憾耀寰。圆型谚崾露 x 北京交通大学硕士论文 图2 - 5 位置报告所含信息 车载设备在下列情况下会对列车的位置情况进行汇报：停车时，如果适用于 当前模式；执行模式转换；司糖希望了解列车驰完整惶信息；发现尉车丢车浆猿 况；当列车通过一个具有最小安全后方的r b c ，r b c 的边界；列车改变行驶方向； 执行等级转换；当车载设备与r b c 建立起通信会晤时；当r b c 要求时；如果r b c 没有给出位置报告的参数，车载设备在每个应答器组段都会对列车位鬣进行报告。 当整个列车郡通过确定位嚣时，可以确定出位置报裘是否被发出。在r b c 给 出新的位置参数时旧的位置参数失效。 2 2 ，4 移动权限 1 移动权限豹结构和特德 移动权限m a 是指在基础设施约束下，对列车运行到制定位置的许可。m a 终点( e o a ) 是允许列车行使的位置，在e o a 处的目标速度是指在e o a 处的允许 速度；当封标速度不为零时，e o a 被称为m a 驰边界( l o a ) 。如果没有保护区段 存在，危险点就是超过了e o a 的位置，列车前端可能在危险情况下没有任何风险 就可以到达m a 终点。保护区段的终点( 如果联锁系统使用它的话) 就是超过了危 险点的位置，附加距离只在规定时间内有效。当目标速度为零时允许列车在e o a 瓣遥运行的速度称为缓解速度，一个缓解速度与危险点、保护区段有关，缓解速 度也可以由车载设备计算。 m a 可以分为几个区段，墩后一个区段为尾段，每一区段都有一个首次超时 俊，这个菹用予列车还没进入的关联路径的撤消。 2 e t c s2 级中对m a 的请求 在e t c s2 级中车载设备可以要求一个新的m a ，新要求的m a 参数由r b c 给出。在接收到新的m a 之前是否进行多次要求是可以定义的，如果需要多次要 求可以定义每次塞复的闺隔时润。壹裂疆c 给出了新的m a 参数，| 瓣豹参数爿会 失效。如果必须不断重复对m a 参数的要求，在r b c 没有发送新的m a 参数前， 第2 4 页 第一互是冀 羹繁爱雾； 茎萋i ；萋! ! 未；睦g 薹# 羁# 叫l ；2 j 翥目莛謇目! ；l l 群端莉紊季划囊攀停：磷i i 彦菁l ? 尘睡戥构成列， 陶醢硒蔫型菩嚷祭审避擘 堇藿墓i 薹；刚毫目；l ；羹娄is 簿i 1 8 毒! i 屠时 茸雕虬飘型”鼎唑科裂草磐兰 到；墨 耋i 口尉g f 距l 蠢前鹳叠骑字转j i ；i 弱薮p 堕赡协篓刭黎 i 蠹琴i j 自垂| i ；_ l i 目目! 孽薹图f 繁 ；| 垂氢；h i i i 挎甜稳黝艋磐鞋花墅1 玛雕甜觚 狮琴锄蓄蠢纠雌掣i 囊h 刮妻垫e 娅隧羹羹；i 萎誊i 羼! | 塑霉鼍嘤噶譬莲龌拜菲圳 ”j 丑罐墨曩憾蛤蝗雾静态速度限制+ 囊叠嘉蒂m 勤匙曼霎攀。l 葛g j 雾萋萋撕司啊 非铂拜静豁靳郡艏鼯一；露矽勤蕻i 干瞪那警列聪剪im 税；螺憔。涮黑鬻港储。 淄璀糖汤婆瘴基器疆蔫豫毖。哿皑掣4 臀舞腻铀嚣哭缮馋，囊鎏耋矗荆鹫舶雕 葡斟簌箭葡囊i 嚯裂哐专箨袭熏蝓撕垂磊蒋筮晶搓荇糙并裂禽糍否薹烈蝤遂驶拍； 限制量翼萋“等螽璎崤蕊嘲碍幢为墓鬻， l 。雌露鬻墓麓鬟鏊 堇鐾雨引霸委鎏菩璺各掣置餮铿喜鬻j 辅翘骂鹜磐判k 甄划篡奠弹蚌嚣黔 茎洲洲 ! 妻h 铂躲岛整一墅：囊嚣刘蜊；塞鍪蠢弱醒鋈强簧。受差呈蓉荩塑朦给茎；熟 搏豳匣匿堡蘑眠刷。删越骼型强烈斟雕争型全篱剽：港蠕i 春髻摹斟l 剧烈蚕烈 瑟萎旷二曩鞠。奏颤魏畦鹱鹅誓艟瓤蹰竖鞘兆颡嗨薹砑峻型辫孙砖稚。淋毒缘m 罐耋母个列车各襄峨懂璃嘲晖饵搿嫣事蕴摧匙型暨；港檀叁线“驸“为丽装 霉蠼雹b 荪剥甜： 墓葑糍筝臣勰幽当裂攀妻耙削冀蒸龄滗壤臻篷掣謦烈剖掣穰掣j 凄坛葛强 麓噶忍竖翼 x ! ! 室銮望奎兰堡主笙塞 s s p 时，列车将使用基本的s s p 。应该能提供特定的s s p 覆盖轨道上的同一部分。 与特定的s s p 相对应的速度曲线将被储存在轨旁设备，并且可以根据特定的 列车分类有选择地传输到车载设备上。与现有的列车无关的特定的s s p 应该被忽 略。属于几种列车种类的车载设备应该使用相应的特定的s s p 类。 2 轴载速度曲线 轴载速度曲线以一个不连续的曲线来定义。根据轴载，轨道的每一部分有一 个速度限制，在不同的速度值和在最小轴载时应用的速度值都应该被指定。轴载 高于或等于规定的最小值的列车应该考虑根据此最小值所定的速度限制。轴载低 于曲线中规定的最小值的列车不能考虑任何依据轴载制定的速度限制。轴载速度 曲线的初始状态应该是“根据轴载没有限制”。 3 临时限速 定义临时限速可以应用于施工区域。所有的临时限速应该相互独立，这意味 着一种临时限速之间互不影响。当两个或更多的临时限速重叠起来时，在保护区 段里应该使用重叠的临时限速中的极限速度。每一个临时限速都应该具有一个识 别符，利用这个识别符可以取消临时限速。当收到从轨旁设备发出的取消命令时， 速度限制应该不受列车长度延迟，而应立即被取消。 4 与速度限制有关的模式 与速度限制有关的模式，应取决于相应的本国值，在本国值不能用时，可以 用相应的缺省值。但是，当人工驾驶和调车模式时，速度限制也可以由轨旁设备 给出。由轨旁设备给出的速度限制值的级别比本国值和缺省值要高。 5 极限速度曲线( m r s p ) 图2 7m r s p 曲线选择 极限速度曲线是对列车在给定的一段轨道上的最限制性的速度限制的描述。 第2 6 页 第二章矾s 2 级原理分析 和车载设备应该具有独一无二的标识符，( 即一个r b c 和一个车载设备不能具有 相同的标识符) 。 歹车运行号。e t c s 车裁设各从司瓿输入、e 躲m s ，e t c s 外部资源或者从r b c 获得列车运行号，在列车运行时，可以改变列车运行号。最新收到的列车运行号 应该取代先前使用的号码，并通知r b c 新的号码，列车运行号应该连同列车数据 一起发送给r b c 。 辩着力因数。醛蓑力因数应该尾寒调节列车豹利动模式，在列车运行眩，可 以改变附着力因数。司机能从系统滑月 滑轨道提供的不同值之间进行选择。附着 力因数的缺铕值应该是最商值，即非滑轨道。 l | 期和时闽。每个e t c s 车载设冬应该能以通用时阉坐标( u t c ) 和本地时间 来提供日期和时闯，本地时间应该向司梳显示，丽u t c 应该用来进行司法汜录， 本地时间应该考虑地方时区和季节时间。 2 。2 。9 数据输入修改过程 这个过程蹩指列车数据和附加数据的进入，数掇输入，修改避纛在任务开始， 或司机选择时，自动被启勘。在e t c s2 级，车载设备应该向r b c 发送修改后的信 息，r b c 应该确认收到列 车数据。如果列车类型改变了，车载设备应该向r b c 请 求作为m a 请求一部分的薮豹轨道描述，在这秘情况下，轨道描述和m a 应该退回 到列车现在的位置，车载设备不能接收新的m a ，鸯到新的轨道描述在请求之后从 r b c 发送过来。 2 。2 。1 0 妥志记录 记录功能建每个e t c s 车载系统的一鄱分。司法记录器功能只嗣来记录，并允 许下载那些在发生危险情况后，用于法律意图的数据。对每个记录事件，应该能 确定日期和时间( u t c ) ，列车位置，列车速度，司机m ，e t c s 设各d ，e t c s 级嗣鞫车载系统豹执行模式。罐存奁司法记录器中的攀件可阻用来分析一个事故 的原因。可以通过下载工其下载记录的数据。司法记录器应该至少存储设备最避 2 4 小时的情况。司法记录器应该能记录在比较坏的情况下的所有相关事件。威该 可以记录来自外部资源的数据。 2 3e t c s2 级运行模式 e r t m s e t c s 定义了1 6 种运行模式n 隔离模式、未上电模式、系统故障横 式、体眠模式、冬罪模式、溺车模式、全艇督模式、束装备模式、人工受责模式、 人工驾驶模式、冒进模式、冒进后模式、非前导模式、s t m 欧洲模式、s t m 国家 第2 9 页 i 曼鬻鎏鬻潼i 鎏奏荔 璀筲靠编挺嘹管蓄蠢冀萎滔；吁陋嗡噼要鬻鳟l i 逸碡囔m 博浏蠹篷蓑蜊粥孽一巍鲍醵 黔薅娃亳萋转? 霎彳哨中窆鞠i j g 嚣| ；i i 二。妻! 列粪! l 嚣j j l 萋i l ；j ! ：啜罚带南一司期罐 嶝嘹矧辩# 插删雏露；酽搿绨型掣纠量暴蟹繇辇忐譬霭臻恐芝幂磬脊题陋离届 应向；可潮耐圳引蓿j 勺f 任秀动氯掣烈馨细巍琵鸶紊烈蠢；跫蟹蜂篓孺理责往篓薰 蓖娃鞫i 薹i 慑煺憔嘞m 蓄爿。划瞽村矧黜础媸霉霪霹i 垫蠹型b 善奏羹囊鸯强瑶馐 灌懋涕。簪落篱融良住哥器彗瓣型贡量慝1 甚蓬璎露嚣蠢鬟萎堡塞菇秘簋；耘蝴 簦舶淤粥# 纛f 矫i 群瞄蕾雾善l 芭跳瓣毯餮鲥撼蛳掣藕羹动荷雨喾鲡墨：霾霸瑟 懋紊蟛熹霎瀵磷爱辨鹱蔫霹藏攫蓬强逢缓骂羹鋈蒌慧蠢眩；辩疆砑融繇畦等影纛 姜蘑菇j 翳纂乍毒航黼。蔷辑茸桌羹壤强癌均爱系翁舌f 皤遗簪= 酲塑翁蠢鲤冀墨磨斡疆蕊霪瑶臻薯磊s f # i 瓤醚车载静象焉籀器器篓燮醛醵强 融鞠羹篝躲；癸誊翻崭豁f 袋。躺引聚朝鬟蠹a i i i 动两厢霹翁鹱酗鳆等，澎窆霪攀 囊菠孺爨嗡澎篷港翼窆薄。 造弼遵馐瞧薹| 紊繇蠹 i ；警凄美茑越囊i i i ；筹奋出i i 渤遁港省霪嚣羹耍；i i 夏 礁善毅宣鎏器露譬矧剐州帚划# 匕j 捌羹。黍墓娃辩颡湘凳齐嚣l ；i 昝酪髓坚： 麓雕耋铆m 列郦薹 i 赢国籍崭劐掣甄燮影翔i 萎饕薹l 妻蚕一霉j i 望薹；学i 莲；：；# 鹱# ；i 疆l ；l 萎：! l ；：。；i j 长= 耄喜h f l 固j ；囊! ! 鬻嘴；塑慕车蓼堪惫个评稳囊侄旦霸 荦运面i 戥貔霉冀霉薯| i l 喇穗蝤澎翟膀蔫嗌璀j 鳃一骐蒯嶝雾戈蓖掰割史面孽羲 矾蟛襄秽l 霆磊l 耕黟叠i 薹捌；j 喜l i 石油j 退出休眠横鲁g 蝗羹磊措霹鏊藿蓥豢搿堪争籀 黼萄疆j 魁奏蓊嚣越豁霉雨耄萋爱霸篓鹎孽；毪冁垡羹：麓涮譬习矬臻饕薹耋囊妻期 瑟瑟举霪翳爱篓霎。喏焉嘲；皤灏鹫蔼。婪谱甬黼誓囊国斟至。蒸雾囊垮蓬镬峰 劣周渺随j 啤薯，辨奠坠鞫群黏批刊非髓鹱一鲢稿瓣瞧霸”翡髓篱j 疆馐氇嘏 襄篓蓁一蠢霞瑶泔淄窟罐磊嘣冶溅蹲= 薹发璧蒸托鳞篱器美氧娶雾警j 基鬈两薹糕鲳整始鲤靼隧孵m 鹫繁纠型 5 = 。 朗更贬基巾嚣爨酬篓伊约瓤谤断结i 嗡话；葡析甚累颦疆瓦豁剽鳓棼虿蠢和勃 遴璃添瘦茬叠运嚣：勘薹娑搿裂墅窆器譬籍醍静：骚遂鬻 x 能京变通大学硕士论文 ( 1 ) 处于未安装e r t m s e t c s 地面设备的区域； ( 处于e r t m s e t c s 地丽设备正在试运行的区域； f 3 ) 处于装簧国家地瑟系统，但媚应的s t m ( 专用传输摸块) 无法撂裂的区 域。 应用等级：等级o 责任：e t c s 车载设备仅监督上限速度限制，司机必须注意存在的线路信号， 并怼列车运行负有完全责任。 9 人工负责模式( s t a f f r e s p o n s i b l e ，s r ) 人工负责模式允许司机在一个装备了e r l m s ，e t c s 系统的区域，按自己的责 任驾驶歹0 车，此模式用于系统处于迸路来知情况下。在级别2 下，如聚r b c 仅绘定 了个有限的s r 运行距离，司机应能够请求扩充，此操作可通过再次选择“启动 任务”实现。r b c 有责任再次给定运行距离，新给定的距离应该刷新上一次给定 距离的剩余部分。车载设备应向司机显示列车速度、熏载值。允许速度应只在司 祝要求时显示。 应用等级：等级l 、等级2 、等级3 。 责任：车载设备监督上限速度、监督距离和应答器列表。司机必须检查轨道 是否空阑，定位楚否正确，还必须注意线黢信息。当修正最大s r 速度值以及给定 距离时，司机有责任输入合理的数值。 1 0 人工驾驶模式( o ns i 叠h t ，o s ) 人工驾驶模式允许列车进入一个可能已经被另一辆列车占据，或被任何类型 障鼹物疆塞的轨道区毅。使用这模式豹授权只能来垂轨旁系统( 这一模式不麓 由司机选择) 。车载设备应根据动态速度曲线监督列车运行，此曲线应根据s s p ， 人工驾驶模式允许速度限制，轨道坡度数据，列车数据及m a 计算得到。车载设备 应向司机显示列车速度。一虽进入人工驾驶摸式，如果列车全部长度豹s s p 以及坡 度未知，应南司机明确提示“正在进入人工驾驶模式”，南至列车全部长度的s s p 以及坡度已知。 应用等级：等级1 、等级2 、等级3 。 责任：e t c s 车载设冬负责滥督魂车运行。哥掇有责任在苑车运行对检查赣道 占用情况，因为轨道可能已经被占用了。 1 1 冒进模式( t r j p ，t r ) 以下情况邀入霹进模式： ( 1 ) 确车通过其l o e o a ( 权限的边界，权限的终止，龟括通过停止信号) ； ( 2 ) 列车处于人工负责模式时，通过一个末列入预定应答器列表的廒答器，或 第3 2 页 第二章e t c s2 级原理分析 以错误方向通过一个列表中的应答器，或超越了地面给定的距离； r 3 ) 列车处于人工负责模式时，通过一个发出“人工负责模式停止”信号的应 答器组； f 4 1 列车错过了一个由地面设定的，与反馈限定器相连的应答器组； ( 5 1 处于调车模式的列车通过一个发出“调车危险”信息的应答器组； f 6 ) 处于调车模式的列车通过一个未被包含在预定应答器列表中的应答器。 应用等级：等级1 、等级2 、等级3 。 责任：e t c s 车