Estimation of train position in case of communication failures: A moving block case study
Haberleşme hatası durumunda tren konumunun kestirimi: Hareketli blok olay analizi
- Tez No: 604673
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER ÜSTOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Ulaşım, Computer Engineering and Computer Science and Control, Transportation
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Demiryolu sinyalizasyon sistemleri, bir demiryolunun trafik kontrolünün emniyetli şekilde devam edebilmesi için geliştirilmiş otomasyon sistemleridir. Artan nüfusa oranla artan işletme ihtiyaçları ve teknolojideki gelişmeler, yıllar içinde demiryolu sinyalizasyon sistemlerinin de evrilmesini sağlamıştır. Ana hatlarda özellikle müşterek çalışabilme ihtiyaçları ve marka-bağımsız sistem talepleri, avrupada bir standart belirlenerek ERTMS ismi verilen standart sistemler altyapısını oluşturulmaya başlanmıştır. Genellikle diğer hatlardan izole olarak çalışan metro sistemlerinde ise, daha sık yani daha kısa sefer aralığı süreleri ile işletilen trenler ile, daha çok yolcu taşınması amaçlanmaktadır. Ancak bu durum, herhangi bir trenin hat üzerinde herhangi bir sebeple gecikmesi veya durması durumunda, bütün hattın etkilenmesine yol açabilmektedir. Bu sebeple, metro sistemlerinde kullanılan demiryolu sinyalizasyon sistemlerinin minimum sefer aralığı süreleri ile işletme yapabilmesine imkan vermesinin yanında, ekipmanların yüksek elverişliliğe sahip olması kritik öneme sahiptir. XIX Bugün, metro uygulamalarındaki sinyalizasyon sistemlerinde, Haberleşme Tabanlı Tren Kontrolü (CBTC) sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, trenler kendi bilgilerini merkezi kontrolörlere gönderir ve merkezi sistem her bir trenin emniyetli şekilde ilerleyebilmesi için hareket yetkisi üretir; yani açıkça görülebilir ki bu sistemlerde haberleşme, sistemin ana omurgasıdır. Sürücüsüz olarak işletilen bir CBTC sistemi, genellikle hat üzerinde treni algılayan herhangi bir yardımcı tren algılayıcı sistemi içermez. Trenin konumu, tamamen tren üstündeki hayati kontrolörlerin veya bilgisayarların hesaplamalarına bağlıdır. Kablosuz haberleşme üzerinden gönderilen bu konum bilgileri sayesinde, merkezi sistem trenleri birbirinden emniyetli bir mesafede tutacak hareket yetkisi üretir ve bu veriyi her bir trene ayrı ayrı gönderir. Tren üzerindeki sistemlerde veya haberleşme sisteminde oluşabilecek hata ve arızalar ile tren ve merkezi sistem arasındaki haberleşme kopabilir. Bu tarz bir durumda, merkezi kontrolör tren konumlarını artık bilemeyeceği için, en kötü durum düşünülerek, haberleşmesi sağlayanamayan tren için olası tüm bölgeleri kilitli tutar. Bu bölge genellikle, trenin bilinen son konumu ile hareket yetkisinin limiti arasını kapsar ki bu, korumacı bir yaklaşım olduğundan gerçekte ihtiyaç olandan çok daha büyük bir bölgeyi kapsar. Haberleşme kaybının ardından ilgili trenin işletmeye hızlıca döndürülebilmesi veya hattan çekilmesi, diğer trenlerin işletmesine devam etmesi için elzemdir. Bir yardımcı tren algılayıcı sistem olmaması sebebiyle, haberleşme kaybı sırasında veya sonrasında trenin konumun kestirilebilmesi, sisteme esneklik katabilecektir. Örneğin, haberleşme kaybının bir şekilde düzelmesi durumunda, halen tren konumu yaklaşık olarak bilinebiliyorsa, trene bir operatör göndermek yerine trenlerin otomatik olarak tekrar işletmeye dönebilmesi ciddi bir işletme kaybının önüne geçecektir. Hat üzerinde bulunan konum referans noktalarına göre tahmin edilen tren konumunun yakın olup olmadığı, otomatik uzaktan işletmeye geri alma senaryosunda bir giriş bilgisi olarak kullanılabilir. Tren konumunun daha hassas kestirilebilmesinde, hatanın oluşma zamanı ve hatanın kaynağı, trenin nasıl bir davranış izlediği hakkında fikir verir. Bilinen bu senaryolara istinaden, yapılan analizler ile hataların oluşma frekansına göre bir olasılık tabanlı benzetim yapılması mümkündür. Tren davranışını etkileyecek XX parametrelerin değerleri biliniyor olsa bile, sınırlı bir değişim aralığı içinde, bu parametrelerde farklılıklar olabilmektedir. Frenleme ve zaman parametrelerindeki bu küçük değer değişimleri, çok uzun mesafelerde durabilen trenler için, duruş mesafesinin uzunluğuna göre etkisi büyük olabilmektedir. Bu sebeple, parametrelerde belirsizliklerin çokluğu sebebiyle Monte Carlo Benzetim yöntemiyle olasılıksal olarak senaryoların test edilmesi öngörülmüştür. Bu benzetimde, çok sayıda iterasyon sonucu, çıktı değerlerin normal dağılım ile bir bölgede yoğunlaştığı gözlenir. Yapılan simülasyonlar sonucunda trenin olası davranış ve durumları üretilmiş ve duruş pozisyonları öngörülmüştür. Sonuç olarak, trene yakın durma olasılığı yüksek olan bölgeler araştırılmıştır. Haberleşme kopmasının ardından, tren duruş mesafelerinin parametre değerleri için minimum ve maksimum değerleri olasılıklar üretilmiştir. Yapılan simülasyonlar sonucunda trenin olası davranış ve durumları üretilmiş ve duruş pozisyonları öngörülmüştür. Sonuç olarak, trene yakın durma olasılığı yüksek olan bölgeler araştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Railway signaling systems are automation systems developed for the safety of a railway to manage the traffic safely. The increasing operation needs and the developments in technology have led to the evolution of railway signaling systems over the years. Mainly, interoperability requirements and vendor-independency demands have been increased, and a standard system infrastructure called ERTMS has been established. In metro systems, which are generally isolated from other lines, it is more often aimed to carry more passengers with trains operated with less headway times. However, this can cause the entire line to be affected if any train is delayed or stopped for any reason on the line. Therefore, the high availability of the signaling system and the equipment used in the system is critical. Today, Communication Based Train Control (CBTC) systems are widely used as signaling systems in metro applications. In these systems, each train sends its XVI information to the central controllers which contain speed, train position and many more details and the central system generates a movement authority for each train to move safely; so, it is obvious that communication is the main backbone of the system. A driverless CBTC system usually does not include any train detection system on site that detects occupations on the line. The position of the train depends entirely on the calculations of vital controllers or computers on the train. The central system generates movement authority to keep the trains at a safe distance from each other and sends this data to each train separately thanks to this location information sent over the wireless communication. Train on-board system related failures or communication system failures can cause communication loss between the train and the central systems. In this case, because the centralized controller can no longer know the train positions, it keeps all possible zones locked for other trains which are probably occupied by the non-communicating train considering the worst-case situations. This zone usually covers the region between the known end position of the train and the limit of movement authority, since it is a conservative approach, it covers a much larger region than is needed. It is not possible to know the train position because of the lack of an auxiliary train detection system, but the estimation of location of the train during or after communication loss can add flexibility to the system. For example, if the communication failure is remedied and the centralized controller estimates the train position approximately, the return of the trains to the automatic operation instead of sending an operator staff to the train can prevent a serious loss of operation. In the automatic remote recovery scenario, the centralized controller can use whether the estimated train position is close to the position reference points on the line. The time and the source of the failure gives an idea of the behavior of the train in order to estimate the train position more precise. Based on these known scenarios, it is possible to perform a probabilistic simulation based on the frequency of occurrence of the failures with analyzes. Even if the values of the parameters that affect the train behavior are known, there may be small variances in these parameters. These small value changes in braking and time parameters can have a XVII large effect on stopping distance for trains that can stand at very long distances. Therefore, due to the high number of uncertainties in the parameters, it is proposed to test the scenarios by using the Monte Carlo Simulation method. In this method, it is observed that after testing enough number of iterations, the output values are concentrated in a region with the normal distribution. After the communication loss, the probabilities are produced between the minimum and maximum values of parameters of train stop distances. As a result of the simulations performed, the possible behaviors and states of the train have been produced, and stopping positions have been predicted. In conclusion, regions with a high probability of stopping distance of the train were researched.
Benzer Tezler
- Dört kanat tipinde İHA'lar için yapay sinir ağı ile konum tabanlı görsel servolama
Position based visual servoing with artificial neural network for quadrotor type UAVs
AYBÜKE ÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TOLGA YÜKSEL
- Derin obje sezicilerle tümleştirilmiş bayesçi filtreleme ile videoda obje izleme
Integration of bayesian filtering and deep object detection for video object tracking
FİLİZ GÜRKAN GÖLCÜK
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE GÜNSEL KALYONCU
- Bulanık zincir model temelleri ve hidrograf tahminleri
Fuzzy chain model fundamentals and hydrograph estimations
YAVUZ SELİM GÜÇLÜ
Doktora
Türkçe
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ ŞEN
- A modified anfis system for aerial vehicles control
Hava araçları kontrolü için değiştirilmiş anfıs sistemi
MUHAMMET ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
- Vision-based detection and distance estimation of micro unmanned aerial vehicles
Mikro insansız hava araçlarının bilgisayarlı görme tabanlı algılanması ve mesafe kestirimi
FATİH GÖKÇE
Doktora
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKTÜRK ÜÇOLUK