论文题目：基于车车通信列控系统的邻域列车协作方法研究
摘要：近年来,随着国内外学者对车车通信列控系统的不断探索和研究,系统在精简轨旁设备,提高车载自主性和动态间隔控制方面都有了新的突破。由于新型列控系统还处在研究初期,与传统列控相比,在系统结构以及功能划分等方面都有较大改变,需要对新增功能进行完备性设计。传统的由地面设备集中控制的方式,转换为以车载为中心的列车自主控制方式,列车通过车车直接通信方式获取前方追踪列车的运行状态信息。因此需要研究列车如何与前车建立追踪关系,并且能够在动态运行过程中对追踪关系进行管理。随着列车协同控制技术的发展,列车单独控制的方式转变为以相互协作的列车群协同控制运行的方式。该方式能够进一步缩短列车之间的运行间隔、提高高铁系统应对突发事件的能力。因此需要研究列车如何与更大范围内的列车进行通信,更大限度的共享附近列车信息,并根据运行计划的变更对邻域协作关系进行管理。因此本文针对新型列控系统中车车通信与协同控制的需求,提出了轨道交通动态邻域的概念;提出了邻域列车协作管理模式和方法;异常情况下邻域列车安全防护策略;对方案的可行性和正确性进行形式化建模与仿真验证;最后针对邻域协作的信息同步新方法展开进一步的讨论。具体工作如下:（1）比较新型列控系统车车通信方案,分析邻域列车协作的意义和可行性。分析邻域列车协作的功能需求,设计与邻域协作相关功能模块的信息交互和协作管理方法,包括追踪通信关系管理,邻域通信关系管理。（2）设计邻域协作过程中,邻域控制权的分配以及管理方法。分析邻域主控车的邻域信息处理中包含的信息交互。针对邻域关系变更的动态过程,设计邻域拆分场景和邻域组合场景中的邻域主控权管理方法。（3）分析邻域协作过程中无线通信异常的不同故障场景,针对仅与主控车通信异常、仅与前车通信异常和多个通信异常的情况,设计基于邻域信息共享和控制模式切换相结合的列车群安全防护方法,提高列车群整体对外界突发情况的应对能力。通过UML和HCPN相结合的形式化建模方法对设计方法进行建模和分析,最后通过在simulink中搭建仿真模型进行验证。（4）对列车邻域协作的应用进行扩展,设计基于邻域协作的列车群信息同步新方法,在不依赖统一时钟源的情况下,分为有无目标的列车群时钟系统同步协议,并针对同步协议进行理论证明和数值仿真分析,说明方法可行性。本文共有图64幅,表25个,参考文献68篇。
关键词：车车通信列控系统;邻域协作;异常防护;信息同步;形式化建模
学科专业：交通信息工程及控制
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 车车通信列控系统
1.4 论文研究内容及结构
2 车车通信协作特点及建模验证分析方法
2.1 新型列控系统通信协作特点
2.2 列控系统形式化建模方法分析
2.2.1 列控系统常用建模方法分析
2.2.2 层次有色Petri网建模方法
2.2.3 功能验证与性能分析方法
2.3 邻域列车协作方法形式化建模与验证流程
2.3.1 邻域列车协作场景形式化建模与验证流程
2.3.2 UML与CPN模型转换规则
2.4 本章小结
3 新型列控系统邻域协作方法核心功能研究
3.1 邻域协作需求分析与功能划分
3.1.1 车车通信方案设计
3.1.2 邻域协作需求分析
3.1.3 邻域协作功能划分
3.2 邻域通信关系管理方法设计
3.2.1 邻域车识别
3.2.2 列车追踪关系管理方法设计
3.2.3 列车邻域协作关系管理方法设计
3.3 邻域控制权管理方法设计
3.3.1 基于主控车的邻域信息处理方法
3.3.2 邻域主控权移交方法
3.3.3 邻域拆分与组合方法
3.4 异常情况下的邻域协作安全防护方法研究
3.4.1 异常场景分析
3.4.2 基于邻域内信息共享的安全防护方法
3.4.3 基于控制模式切换的安全防护方法
3.5 本章小结
4 基于HCPN的邻域协作方法建模与分析
4.1 邻域通信关系管理方法建模与仿真分析
4.1.1 邻域通信关系管理顶层模型
4.1.2 邻域通信关系管理中间模型
4.1.3 邻域通信关系管理底层模型
4.1.4 模型仿真与分析
4.2 邻域控制权管理方法建模
4.2.1 邻域变更场景描述
4.2.2 基于CPN的邻域变更场景模型建立
4.2.3 模型仿真与分析
4.3 基于邻域协作的安全防护场景建模
4.3.1 故障场景描述
4.3.2 基于HCPN的安全防护场景模型建立
4.3.3 模型仿真与分析
4.4 本章小结
5 基于状态机的邻域协作仿真平台设计
5.1 邻域协作过程中列车状态分析
5.1.1 追踪通信关系管理状态变化
5.1.2 邻域协作管理状态变化
5.1.3 邻域安全防护状态变化
5.2 邻域协作的状态机模型
5.2.1 邻域协作整体模型结构设计
5.2.2 追踪通信关系管理模型
5.2.3 邻域通信关系管理模型
5.2.4 邻域控制权管理模型
5.2.5 邻域安全防护模型
5.3 仿真平台设计与功能验证
5.3.1 邻域协作模型仿真平台搭建
5.3.2 邻域协作模型仿真和功能验证
5.4 本章小结
6 基于邻域协作的列车信息同步新方法研究
6.1 邻域信息同步方法设计框架
6.2 邻域信息同步原理
6.2.1 分布式多智能体系统
6.2.2 时钟模型与数学理论基础
6.3 无目标邻域信息同步方法
6.3.1 同步协议设计
6.3.2 数值仿真分析
6.4 有目标邻域信息同步方法
6.4.1 同步协议设计
6.4.2 数值仿真分析
6.5 邻域变更情况下的信息同步流程设计
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 论文总结
7.2 研究展望
参考文献
图索引
表索引