【摘 要】
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在城市轨道交通系统中,列车运行控制系统是列车安全运行的基础保障。城市轨道列车运行安全控制对列控系统的实时性要求极高。列车运行控制系统集中式的控制机制由于庞大的数据负载、远距离的传输和有限的网络带宽成为制约列车安全、高密度运行以及大规模优化计算的瓶颈。边缘计算相比于传统的集中式云计算,将部分或全部计算任务迁移到分布式网络边缘设备上,具有实时数据处理和分析、隐私保护、可扩展性强、通信流量少的优势。本文
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在城市轨道交通系统中,列车运行控制系统是列车安全运行的基础保障。城市轨道列车运行安全控制对列控系统的实时性要求极高。列车运行控制系统集中式的控制机制由于庞大的数据负载、远距离的传输和有限的网络带宽成为制约列车安全、高密度运行以及大规模优化计算的瓶颈。边缘计算相比于传统的集中式云计算,将部分或全部计算任务迁移到分布式网络边缘设备上,具有实时数据处理和分析、隐私保护、可扩展性强、通信流量少的优势。本文基于边缘计算架构搭建边缘计算服务平台,其中包括车载边缘计算装置与边缘计算服务器两部分,同时设计实现城轨列车安全运行控制算法,实现在边缘层对城轨列车的运行过程进行自动感知,分析运动状态,从而发现潜在的运行危险,并提前做出预警,产生相应参考控制策略。本文的研究内容和成果如下:（1）对边缘计算服务平台的需求与功能进行分析,分别提出车载边缘计算装置的硬件、软件设计方案和边缘计算服务器的软件设计方案。（2）设计开发车载边缘计算装置。该装置的硬件系统由通信定位板卡和人机交互板卡两部分组成,板卡间通过串口通信实现数据传输。装置的软件系统基于STM32单片机,并采用C语言编程实现。通信定位板主要具备列车卫星定位以及车地4G通信功能,人机交互板基于LVGL（light and versatile graphics library）图形库进行人机交互界面的制作。（3）设计开发边缘计算服务器。边缘计算服务器的软件系统采用C#语言编程实现,主要包括人机交互界面模块、通信接口模块、数据解析模块、列车动态显示模块、数据存储模块、列车运行状态分析模块。（4）基于元胞自动机原理与移动闭塞系统下的列车运行控制原理,提出城轨列车的安全运行控制规则,设计基于规则的列车安全控制算法,基于模型预测控制原理设计基于规则的模型预测控制算法。（5）分别对车载边缘计算装置和边缘计算服务器进行功能测试,测试结果表明:系统各模块均能正常工作,且满足预期效果。以北京某条地铁线路的实际数据为例,通过仿真实验分别验证两种列车安全运行控制算法的有效性,计算得到基于规则的列车安全控制算法可靠度约为84.1%,基于规则的模型预测控制算法可靠度有明显提升。图54幅,表8个,参考文献43篇。
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