專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于假設(shè)檢驗(yàn)的軌道電路仿真模型校核驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)中基于假設(shè)檢驗(yàn)的ZPW2000A軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
ZPW2000A型軌道電路是在法國(guó)UM71軌道電路技術(shù)引進(jìn)、國(guó)產(chǎn)化基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)國(guó)情進(jìn)行的技術(shù)再開(kāi)發(fā)成果，是鐵路信號(hào)系統(tǒng)中重要的組成部分；相比較UM71，其傳輸安全性、傳輸長(zhǎng)度、系統(tǒng)可靠性、可維修性以及性價(jià)比都有明顯的提高，是中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種先進(jìn)自動(dòng)閉塞制式軌道電路。ZPW2000A型軌道電路以兩根鋼軌為導(dǎo)體構(gòu)成電路，用于自動(dòng)檢查列車(chē)的占用、清空情況，以保證列車(chē)的行車(chē)安全。該軌道電路的具體結(jié)構(gòu)如

圖1所示，主要分為發(fā)送部分1、主軌部分I1、小軌部分III和接收部分IV四個(gè)部分，圖中分別用虛線框劃分出。其中發(fā)送部分I包括設(shè)置在室內(nèi)的信號(hào)發(fā)送源、站內(nèi)防雷、電纜模擬網(wǎng)絡(luò)裝置，設(shè)置在室外的匹配變壓器，以及將室內(nèi)、室外的元器件連接起來(lái)的SPT電纜；主軌部分II主要由兩根·鋼軌和并聯(lián)在該兩根鋼軌之間的多個(gè)補(bǔ)償電容組成；小軌部分III主要由并聯(lián)在兩根鋼軌之間的兩個(gè)調(diào)諧單元、一個(gè)空心線圈三部分組成，起隔離相鄰軌道電路信號(hào)的作用；接收部分與發(fā)送部分組成基本相同，只是將發(fā)送源換成接收裝置，此外發(fā)送部分的匹配變壓器連接在該兩根鋼軌的一端，接收部分的匹配變壓器連接在兩根鋼軌另一端；上述軌道電路中任意相鄰兩元器件之間的連接點(diǎn)都是可能的測(cè)量點(diǎn)，圖1中已用實(shí)心點(diǎn)標(biāo)示出。ZPW2000A軌道電路不同于一般的電路系統(tǒng)，不但用于列車(chē)的占用檢查，還用于傳遞信號(hào)、斷路檢查等功能，具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，兩根鋼軌以一定的距離分割成許多閉塞分區(qū)，每個(gè)閉塞分區(qū)之間以電氣絕緣節(jié)形式隔離，形成一段獨(dú)立的軌道電路(如圖1)。當(dāng)閉塞分區(qū)內(nèi)沒(méi)有列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，信號(hào)會(huì)從發(fā)送部分經(jīng)過(guò)鋼軌傳入接收部分，此時(shí)軌道電路終端的繼電器會(huì)升起，信號(hào)燈顯示綠色；當(dāng)有列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，信號(hào)會(huì)被列車(chē)的輪軸短路，此時(shí)軌道電路終端的繼電器會(huì)落下，信號(hào)燈顯示紅色。軌道電路采用電器絕緣節(jié)的形式，取消了以往機(jī)械絕緣的方式，使得列車(chē)運(yùn)行更加舒適。近年來(lái)ZPW2000A型軌道電路在中國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。由于ZPW2000A軌道電路利用鋼軌作為媒介傳輸信號(hào)，且暴露于室外，很容易受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，經(jīng)常發(fā)生“分路不良”和“紅光帶”等故障，嚴(yán)重影響列車(chē)的行車(chē)安全和效率。因此，建立準(zhǔn)確的ZPW2000A軌道電路仿真模型以實(shí)現(xiàn)軌道電路的故障診斷對(duì)于確保列車(chē)行車(chē)的安全和效率具有重要意義。然而現(xiàn)有的以各種方式建立的ZPW2000A軌道電路仿真模型(可用于計(jì)算測(cè)量點(diǎn)信號(hào)的幅值)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)與ZPW2000A型軌道電路的準(zhǔn)確校核，同時(shí)也缺乏有效的ZPW2000A軌道電路仿真模型校核驗(yàn)證方法，因此無(wú)法驗(yàn)證軌道電路仿真模型的準(zhǔn)確程度。在相關(guān)論文方面，論文“Zhao Linha1., The simulation analysis ofinfluence on jointless track circuit signal transmission from compensationcapacitor based on transmissionline theory.20093rd IEEE InternationalSymposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for WirelessCommunications, 2009 (8).p.1113-1118” 采用二端口網(wǎng)絡(luò)的方式建立了 ZPW2000A 軌道電路的仿真模型，但是該論文中只是采用歸一化方式對(duì)比了仿真模型與ZPW2000A軌道電路測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)幅值數(shù)據(jù)，只針對(duì)分路電流這一單一模型特征進(jìn)行了驗(yàn)證，無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的校核驗(yàn)證。在相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)方面，沒(méi)有一種方法對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的ZPW2000A軌道電路進(jìn)行校核驗(yàn)證的。因此設(shè)計(jì)一種針對(duì)ZPW2000A軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證方法是亟需的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決缺乏有效的軌道電路仿真模型校核驗(yàn)證問(wèn)題，提出一種基于假設(shè)檢驗(yàn)的軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證方法，主要針對(duì)ZPW2000A型軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單有效，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)和良好的可操作性，結(jié)論可靠性聞。本發(fā)明提出的基于假設(shè)檢驗(yàn)的軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證方法，其特征在于，該方法包括:首先通過(guò)計(jì)算仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度確定ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)蒙特卡洛方法對(duì)仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)，并求取ZPW2000A軌道電路的超橢球面接收域，最后通過(guò)測(cè)量ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)幅值來(lái)驗(yàn)證ZPW2000A軌道電路與仿真模型的一致性。上述方法具體包括以下步驟:I)計(jì)算仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度，來(lái)確定ZPW2000A軌道電路最終的測(cè)
量點(diǎn)；2)采用蒙特卡洛方法對(duì)仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)；3)求取ZPW2000A軌道電路的超橢球面接收域；:4)驗(yàn)證ZPW2000A軌道電路與仿真模型的一致性:測(cè)量M次ZPW2000A軌道電路中Q個(gè)最終測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)幅值，取平均后判斷其值是否落在接收域的空間范圍內(nèi)。若是，則認(rèn)為原假設(shè)成立，即ZPW2000A軌道電路與仿真模型一致；反之則認(rèn)為備選假設(shè)成立，即ZPW2000A軌道電路與仿真模型不一致。所述步驟I)具體包括:1-1)首先設(shè)定原假設(shè)和備選假設(shè)，即原假設(shè):ZPW2000A軌道電路與仿真模型一致；備選假設(shè):ZPW2000A軌道電路與仿真模型不一致；1 -2)其次采用仿真模型確定ZPW2000A軌道電路每個(gè)元器件電阻抗值對(duì)于該元器
件的可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度其中ΛΤ表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出幅值的變化程度，T
表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出的幅值，AIVT表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出幅值的相對(duì)變化程度，Ax表示元器件電阻抗值的變化程度，X表示元器件的電阻抗值，Λχ/χ表示元器件電阻抗值的相對(duì)變化程度；
1-3)找出每一個(gè)元器件電阻抗值變化時(shí)每個(gè)可能測(cè)量點(diǎn)中相對(duì)靈敏度達(dá)到最大的點(diǎn)，定義為單參數(shù)靈敏度最大點(diǎn)；1-4)統(tǒng)計(jì)所有元器件電阻抗值變化時(shí)每個(gè)可能測(cè)量點(diǎn)成為單參數(shù)靈敏度最大點(diǎn)的次數(shù)，定義為該可能測(cè)量點(diǎn)的最大靈敏度次數(shù)；1-5)最后將前Q個(gè)最大靈敏度次最多的可能測(cè)量點(diǎn)作為ZPW2000A軌道電路的最
終測(cè)量點(diǎn)。所述步驟2)具體包括:2-1)首先按仿真模型元器件電阻抗標(biāo)稱(chēng)值及容差分布隨機(jī)設(shè)置一次仿真模型的元器件電阻抗值，同時(shí)進(jìn)行仿真模型的M次有輸入噪聲和測(cè)量噪聲的實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)取平均的方式求得最終測(cè)量點(diǎn)的幅值，此即為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的一個(gè)樣本；這樣總共進(jìn)行N次之前的仿真實(shí)驗(yàn)，采集得到N個(gè)所有最終測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值，即為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的N (N的范圍為100000 1000000次)個(gè)樣本；2-2)接著將N個(gè)樣本中Q個(gè)最終測(cè)量點(diǎn)的幅值按從小到大各均勻分為k個(gè)部分，
則檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的N個(gè)樣本數(shù)據(jù)分為
權(quán)利要求
1.一種基于假設(shè)檢驗(yàn)的ZPW2000A軌道電路仿真模型的校核驗(yàn)證方法，其特征在于，該方法包括:首先通過(guò)計(jì)算仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度確定ZPW2000A軌道電路的最終測(cè)量點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)蒙特卡洛方法對(duì)仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)，并求取ZPW2000A軌道電路的超橢球面接收域，最后通過(guò)測(cè)量ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)幅值來(lái)驗(yàn)證ZPW2000A軌道電路與仿真模型的一致性。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: (1)計(jì)算仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度確定ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)； (2)采用蒙特卡洛方法對(duì)仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)； (3)求取ZPW2000A軌道電路的超橢球面接收域； (4)驗(yàn)證ZPW2000A軌道電路與仿真模型的一致性。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟I)具體包括: 1-1)首先設(shè)定原假設(shè)和備選假設(shè)，即原假設(shè):ZPW2000A軌道電路與仿真模型一致；備選假設(shè):ZPW2000A軌道電路與仿真模型不一致； 1-2)其次采用仿真模型確定ZPW2000A軌道電路每個(gè)元器件電阻抗值對(duì)于該元器件 `的可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度τ即去，其中ΛT表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出幅值的變化程度，T表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出的幅值，￥表示可能測(cè)量點(diǎn)輸出幅值的相對(duì)變化程度，Ax表示元器件電阻抗值的變化程度，X表示元器件的電阻抗值，Δχ/χ表示元器件電阻抗值的相對(duì)變化程度； 1-3)找出每一個(gè)元器件電阻抗值變化時(shí)每個(gè)可能測(cè)量點(diǎn)中相對(duì)靈敏度達(dá)到最大的點(diǎn)，定義為單參數(shù)靈敏度最大點(diǎn)； 1-4)統(tǒng)計(jì)所有元器件電阻抗值變化時(shí)每個(gè)可能測(cè)量點(diǎn)成為單參數(shù)靈敏度最大點(diǎn)的次數(shù)，定義為該可能測(cè)量點(diǎn)的最大靈敏度次數(shù)； 1-5)最后將前Q個(gè)最大靈敏度次最多的可能測(cè)量點(diǎn)作為ZPW2000A軌道電路的最終測(cè)量點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括: 2-1)首先按仿真模型元器件電阻抗標(biāo)稱(chēng)值及容差分布隨機(jī)設(shè)置一次仿真模型的元器件電阻抗值，同時(shí)進(jìn)行仿真模型的M次有輸入噪聲和測(cè)量噪聲的實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)取平均的方式求得最終測(cè)量點(diǎn)的幅值，此即為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的一個(gè)樣本；這樣總共進(jìn)行N次之前的仿真實(shí)驗(yàn)，采集得到N個(gè)所有最終測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值，即為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的N (N的范圍為100000 1000000次)個(gè)樣本； 2-2)接著將N個(gè)樣本中Q個(gè)最終測(cè)量點(diǎn)的幅值按從小到大各均勻分為k個(gè)部分，則檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的N個(gè)樣本數(shù)據(jù)分為個(gè)部分，每一部分構(gòu)成一超立方體，同時(shí)統(tǒng)計(jì)每部分 /I 'K-'K中樣本數(shù)據(jù)占總體樣本數(shù)據(jù)的比例，即組成原假設(shè)成立時(shí)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)如公式⑴所示:
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括: 3-1)首先將檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的區(qū)域概率值從大到小進(jìn)行排序； 3-2)其次確定假設(shè)檢驗(yàn)的顯著性水平α ;然后從大到小依次順序累加檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的區(qū)域概率值，直到其概率累加和等于l-α，如公式(2)所示:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于假設(shè)檢驗(yàn)方法的ZPW2000A軌道電路仿真模型校核驗(yàn)證的方法，屬于高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。首先通過(guò)計(jì)算仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靈敏度確定ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)蒙特卡洛方法對(duì)仿真模型可能測(cè)量點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量概率的區(qū)間分布函數(shù)，并求取ZPW2000A軌道電路的超橢球面接收域，最后通過(guò)測(cè)量ZPW2000A軌道電路最終測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)幅值來(lái)驗(yàn)證ZPW2000A軌道電路與仿真模型的一致性。本發(fā)明方法利用樣本數(shù)據(jù)推斷出仿真模型與實(shí)物模型是否一致，驗(yàn)證所用的方法簡(jiǎn)單有效，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)和良好的可操作性，結(jié)論可靠性高。本發(fā)明建立的校核驗(yàn)證方法，可廣泛用于高速鐵路或普通鐵路的軌道電路仿真系統(tǒng)的校核驗(yàn)證。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103226657SQ20131012357
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者董煒, 徐嘉祥, 張琦, 劉琰瓊, 李智宇, 王智新, 吉吟東 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院