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基于时序知识图谱补全的CTCS-3级列控车载接口设备故障诊断方法

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计算机应用 2025年第2期45卷 677-684页

作者：王猛张大千周冰艳马倩影吕继东北京和利时系统工程有限公司北京100176 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 北京交通大学自动化与智能学院北京100044 北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京100044

CTCS-3级(Chinese Train Control System-3)列控车载设备在保障列车安全和提高运行效率方面发挥着重要作用。车载接口设备实现车载列车自动防护(ATP)系统与地面设备、司机和列车的交互,然而它的故障在车载设备故障中占比高。为了确定故... 详细信息

CTCS-3级(Chinese Train Control System-3)列控车载设备在保障列车安全和提高运行效率方面发挥着重要作用。车载接口设备实现车载列车自动防护(ATP)系统与地面设备、司机和列车的交互,然而它的故障在车载设备故障中占比高。为了确定故障原因并保证行车安全,提出一种基于时序知识图谱补全的列控车载接口设备故障诊断方法。首先,采用引入时序的方式整合行车日志和故障统计数据,从而提取故障现象并对齐实体,构建时序知识图谱;其次,构建基于图谱补全的故障诊断网络,融合时序翻译(T-TransE)向量化算法、双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络和自注意力(SA)机制提取时序特征;最后,使用某铁路局近几年的车载接口设备故障数据对T-TransE向量化模型进行预训练,选出效果最佳的时序引入方式。为验证所提方法的优越性以及数据结合方式的有效性,使用车载故障数据对不进行数据结合且不进行时序关系引入的故障诊断网络以及其他常见的故障诊断网络进行测试。实验结果表明,在同一语料的情况下,与其他故障诊断框架相比,基于时序知识图谱补全的故障诊断模型正确率最高,达到96.69%。

关键词：列车运行控制系统车载接口设备时间序列知识图谱故障诊断

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基于无标签自监督表示学习的转辙机故障诊断方法研究

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铁道科学与工程学报 2025年第1期22卷 404-415页

作者：郑启明王小敏江磊西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756 列车运行控制技术四川省工程研究中心四川成都611756

转辙机是铁路系统中控制道岔转换的关键信号设备,准确诊断其工作状态对列车的行车安全和可靠至关重要。鉴于现场数据常缺乏标签且故障样本少,提出一种基于自监督表示学习的转辙机故障诊断方法。该方法首先将转辙机动作曲线转换为图像形... 详细信息

转辙机是铁路系统中控制道岔转换的关键信号设备,准确诊断其工作状态对列车的行车安全和可靠至关重要。鉴于现场数据常缺乏标签且故障样本少,提出一种基于自监督表示学习的转辙机故障诊断方法。该方法首先将转辙机动作曲线转换为图像形式,随后通过自编码器提取数据的潜在特征。然后,基于同故障类型转辙机数据具有内在相似性,设计了一种表示学习模型,该模型通过比较批次数据间的相似关系来监督训练过程,实现高相似性数据的表示分布聚合,从而挖掘数据的潜在分类结构。此外,得益于对比学习的泛化优势,该方法能够利用不同类型转辙机的数据来增强模型训练效果。最终,通过聚类挖掘表示特征中的故障模式,并训练下游分类网络分类表示特征,从而实现不依赖人工标记数据的故障诊断模型。研究结果表明,相较于传统自编码器,对比表示学习模型可以更有效地区分不同故障类型的转辙机监测数据。在无标签训练模型的情况下,采用ZDJ9型转辙机现场数据训练模型后,在测试数据集上故障诊断准确率为99.63%,融合ZDJ9型和ZYJ7型转辙机现场数据训练模型后,故障诊断准确率提升到99.88%,比传统无监督学习模型准确率提升了8个百分点,并与监督学习模型性能相当。该方法结合了无监督模型不依赖人工标记数据和监督模型故障诊断准确率高的优势,为铁路现场转辙机故障诊断提供了一种新的可行方案。

关键词：转辙机故障诊断自监督对比学习表示学习

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高速列车轴箱轴承低频波动载荷加载装置

轴承 2025年第2期 46-52页

作者：侯宇郑勇辉孙鹏田王曦北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

在高速列车运行过程中,复杂的轮轨关系等因素会使轴箱轴承承受宽频带的波动冲击载荷,导致滚子-滚道接触载荷大幅变化,加速轴承的磨损及疲劳失效。为在实验室环境中模拟轴箱轴承运用过程中承受的低频波动载荷,基于凸轮-弹簧机构设计、搭... 详细信息

在高速列车运行过程中,复杂的轮轨关系等因素会使轴箱轴承承受宽频带的波动冲击载荷,导致滚子-滚道接触载荷大幅变化,加速轴承的磨损及疲劳失效。为在实验室环境中模拟轴箱轴承运用过程中承受的低频波动载荷,基于凸轮-弹簧机构设计、搭建了一种低频波动载荷加载装置并开发了相应的轴箱轴承试验台架,加载装置施加的低频波动载荷以及在波动加载工况下轴箱轴承内部动态载荷分布情况的试验结果表明,所设计的波动载荷加载装置能够对轴箱轴承施加给定幅值、频率的波动载荷,轴承承载区域滚子-滚道接触载荷的波动情况与轴承总外加载荷的波动情况一致,验证了该波动载荷加载装置的有效性和可行性。

关键词：滚动轴承轴箱轴承高速列车变载荷加载试验台架

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城市轨道交通线路速度效率研究

铁道运输与经济 2025年第1期47卷 140-148页

作者：高国飞杨运泽杜港德闫亚娜北京城建设计发展集团股份有限公司城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程研究中心北京100037 北京交通大学交通运输学院北京100044 北京交通运输职业学院城市轨道交通系北京100096

城市轨道交通线路区间设计速度的发挥程度是运输组织优劣和运营经济性的基础。在列车区间运行速度的基础上引入速度效率的概念,用以衡量区间运行速度发挥的效率。从线路站间距、区间设计速度、列车性能3个方面分析对区间运行速度和速度... 详细信息

城市轨道交通线路区间设计速度的发挥程度是运输组织优劣和运营经济性的基础。在列车区间运行速度的基础上引入速度效率的概念,用以衡量区间运行速度发挥的效率。从线路站间距、区间设计速度、列车性能3个方面分析对区间运行速度和速度效率的影响,得到结论:站间距与区间设计速度存在最优匹配,当站间距分别为小于1.3 km,1.3~1.5 km,1.5~3.9 km,3.9~6.6 km,大于6.6 km时,区间设计速度分别选择80 km/h,100 km/h,120 km/h,140 km/h,160 km/h较为合适。并且,在站间距低于4 km时,列车区间运行速度随区间设计速度的增大,呈现出先增后降的变化特点,而速度效率与区间设计速度呈负相关变化,且变化率逐渐减小。最后,基于速度效率的理论计算公式得到不同区间设计速度和站间距对应的区间运行速度和速度效率的取值范围,可为未来轨道交通线路的建设运营及技术标准的修订提供参考。

关键词：城市轨道交通区间设计速度站间距区间运行速度速度效率

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数据驱动的未知线性离散系统双模模型预测控制

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控制与决策 2025年第3期40卷 813-821页

作者：刘鑫严爱军北京工业大学信息科学技术学院数字社区教育部工程研究中心城市轨道交通北京实验室

针对模型参数未知的线性离散系统,提出一种数据驱动的双模模型预测控制方法,无需预先对系统进行建模,能够实现在约束条件下对目标设定点的最优跟踪控制.首先,根据有限的系统历史运行数据预测系统未来一段时间的运行轨迹,并在代价函数中... 详细信息

针对模型参数未知的线性离散系统,提出一种数据驱动的双模模型预测控制方法,无需预先对系统进行建模,能够实现在约束条件下对目标设定点的最优跟踪控制.首先,根据有限的系统历史运行数据预测系统未来一段时间的运行轨迹,并在代价函数中加入实时优化的人工平衡点,通过在线求解滚动优化问题来获得控制输入,进而平稳地驱动系统进入一个控制不变集内;然后,在控制不变集内,基于系统历史运行数据,采用策略迭代的方法求解动态反馈控制器,同时可得到静态前馈控制器,实现驱动系统收敛至平衡点的局部最优跟踪控制;最后,验证所提出方法的稳定性,并将其应用于一个线性化的四容水箱系统.实验结果表明,所提出方法有效可行,具有更小的超调量和更好的收敛性能.

关键词：模型预测控制线性离散系统约束系统数据驱动最优控制稳定性分析

高速铁路隧道内双车交会瞬变压力及压力梯度特征

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第1期56卷 384-396页

作者：赵鹏房倩马伟斌王军杜建明北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道系统全国重点实验室北京100081

为加深对高速铁路隧道壁面瞬变压力及压力梯度特征的理解,基于RNG k-e两方程湍流模型与滑移网格技术,数值模拟缩尺1?1的8节编组高速列车隧道内双车交会诱发的气动特性。采用现场实测数据验证数值方法的准确性,探究隧道壁面瞬变压力的时... 详细信息

为加深对高速铁路隧道壁面瞬变压力及压力梯度特征的理解,基于RNG k-e两方程湍流模型与滑移网格技术,数值模拟缩尺1?1的8节编组高速列车隧道内双车交会诱发的气动特性。采用现场实测数据验证数值方法的准确性,探究隧道壁面瞬变压力的时空特征,讨论双车等速及不等速交会、车隧阻塞比对隧道纵轴中截面瞬变压力及压力梯度的影响,对比双车等速交会与单车同速过隧道的差异。研究结果表明:隧道纵断面不同测点之间的距离越近,瞬变压力时程曲线差异越小,反之则越大;瞬变压力最大峰值(正峰值、负峰值与峰峰值)始终出现在隧道纵轴中截面附近;瞬变压力及压力梯度峰值随双车等速车速及车隧阻塞比增大而增加,压力梯度最大的正/负峰值与车速4次方呈线性关系,与车隧阻塞比幂次方(2.56~2.58)呈线性关系;双车等速交会时,瞬变压力最大的正、负峰值分别为单车经过的1.97倍与2.15倍,压力梯度最大的正、负峰值分别为单车经过的1.84倍与2.02倍。

关键词：高速铁路隧道双车交会瞬变压力压力梯度数值模拟

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旅客列车车次资源分配优化研究

铁道科学与工程学报 2025年

作者：沈舒尧李海杰聂磊赵日鑫胡怀宾佟璐北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京交通大学交通运输学院中国铁路经济规划研究院有限公司运输研究所

车次作为旅客列车多维特征的直观体现，其以名称载体形式辅助铁路运输企业进行列车信息识别、状态追踪与管理，并承担区分客运产品类别、便于旅客选择满足自身出行需求列车服务等重要功能。为解决当前我国铁路缺乏对车次资源系统管理，... 详细信息

车次作为旅客列车多维特征的直观体现，其以名称载体形式辅助铁路运输企业进行列车信息识别、状态追踪与管理，并承担区分客运产品类别、便于旅客选择满足自身出行需求列车服务等重要功能。为解决当前我国铁路缺乏对车次资源系统管理，造成的旅客列车车次编排主观性较强、效率较低，以及部分类型车次资源出现失衡或濒临枯竭等问题，通过梳理国外铁路车次资源分配特征，结合我国车次资源分配现状及存在问题，分析车次资源分配流程并定义相关要素。以同时满足不同维度车次资源区分度和相同维度车次资源聚集度最大为目标，设计车次资源基础类别与资源组占用条件等约束，构建考虑多维属性的车次资源分配优化模型。针对模型求解时决策变量规模较大等问题，设计预先划分车次资源分配方案区域及构造占用备选方案的方法。采用调整后的客运产品谱系及不同预测期车次资源需求进行验证，结果表明：该方法对大规模、多维度车次资源分配效率较高，优化后分配方案较现状对远期车次资源系统平均占用率下降17.2%，平均有效剩余率及区分度分别提升36.3%及34%，体现不同客运产品属性差异的同时，保证车次资源充分利用。方法的提出为建立车次资源系统化理论研究体系，实现运输资源有效配置与铁路数字化转型提供参考。

关键词：铁路旅客运输车次资源资源分配优化模型分配方案

基于在线一致性测试理论的CBTC车载ATO功能测试研究

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铁道学报 2020年第3期42卷 93-103页

作者：郭昊男吕继东柴铭刘宏杰唐涛北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京100044

自动列车驾驶系统(ATO)是CBTC系统的重要组成部分,验证测试其控制功能逻辑的正确性和安全性至关重要。介绍了ATO控制原理和功能,分析了CBTC中典型的两车追踪控制运行场景控制流程,得到了该场景下的列车运行安全需求。结合时间自动机理论... 详细信息

自动列车驾驶系统(ATO)是CBTC系统的重要组成部分,验证测试其控制功能逻辑的正确性和安全性至关重要。介绍了ATO控制原理和功能,分析了CBTC中典型的两车追踪控制运行场景控制流程,得到了该场景下的列车运行安全需求。结合时间自动机理论,建立了包含列车动力学、车载ATO、ZC以及时钟控制器的两车追踪场景时间自动机网络模型,验证了模型中安全需求的正确性;基于一致性测试理论,定义了被测车载ATO软件与测试环境的可观测输入/输出接口,利用UPPAAL-TRON工具设计了被测车载ATO软件的一致性测试框架,并进行了一致性测试分析。在此基础上,采用变异测试,针对典型的车载ATO软件功能实现错误(错误的安全距离、静态限速、功能逻辑以及命令丢失等)进行了安全性验证。结论表明:该在线一致性测试方法能够及时发现车载ATO软件行为与规范模型的不一致,有效提升了车载ATO功能测试的检错能力。

关键词：在线一致性测试时间自动机 ATO UPPAAL-TRON 变异

一种基于无线传感器网络的安全优先门限敏感分簇路由协议

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中国铁道科学 2012年第6期33卷 88-95页

作者：郑伟苏川李开成北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京100044

为构建基于无线传感器网络的铁路防灾安全监控系统,在门限敏感的节能型网络协议(TEEN)基础上,提出1种安全优先门限敏感分簇路由协议(SPTC)。确定SPTC的网络架构,基于能量计算公式设计簇头分布算法及簇头和副簇头选举算法,以及路由建立... 详细信息

为构建基于无线传感器网络的铁路防灾安全监控系统,在门限敏感的节能型网络协议(TEEN)基础上,提出1种安全优先门限敏感分簇路由协议(SPTC)。确定SPTC的网络架构,基于能量计算公式设计簇头分布算法及簇头和副簇头选举算法,以及路由建立步骤和数据采集流程。在协议中定义副簇头,保证数据路由的可靠性及数据自身传输的安全,提高协议的安全性;在汇聚节点(SN)附近区域布置更小规模的簇,在兼顾剩余能量与节点距离的准则下选择最佳的簇头节点,以提高协议的节能性。采用OMNeT++网络仿真工具对SPTC进行了建模仿真。仿真结果表明:当网络工作了10 000s时,低能量节点数量比低功耗自适应聚类层次协议(LEACH)减少了60%;当灾害数据采集概率为0.5%时,基于SPTC协议的网络检测周期是基于LEACH的1.7倍。

关键词：无线传感器网络防灾安全监控系统安全优先门限敏感分簇路由协议