列车运行自动控制技术（精选12篇）
列车运行自动控制技术 篇1
与一般的公路运行相比, 铁路确实是更加具有优势的一种交通方式, 无论是在安全性上还是在能源的消耗问题以上都具有突出的特点, 因此在我国得到了较快的发展。从最初形成的时间算起, 铁路的发展已经经历了两个世纪之久, 因此, 其性能也出现了巨大的转变, 高速铁路列车的出现是一个重要的转折点, 加强列车在运行过程中技术的控制, 才能够进一步保证安全稳定的运行。因此本文将对这一问题进行具体的研究, 以增强我国交通运输行业的综合实力。
1高速铁路列车的概况
在铁路运输发展的过程中, 我国经历了一段漫长的时间, 在这一过程中也逐渐凸显出了一些符合我国社会主义特色的特点。在研究铁路发展的工作中, 往往研究者都将如何提高运行速度, 使人们更加快捷的到达目的地作为重点课题, 但却忽视了对列车运行控制的相关研究, 可以说在这方面还处于空白阶段, 但是在关注度逐渐提高的基础上, 人们开始醒悟而对这方面进行更加深入的研究, 对高速铁路的建设提出了不少观点以及建议。正是因为如此, 我国才更加应该借鉴国外发达国家的相关经验, 进一步提升其技术控制。
2高铁列车的运行控制系统
2.1控制系统的概述
高铁列车在运行的过程中已经普遍应用了控制系统, 这一系统出现的前提条件是我国科学技术水平的不断提升。正是因为如此, 这一系统的应用才会为列车的运行带来重要的贡献, 一方面其运行时速具有更进一步的提升, 另外一方面, 在安全性上也具有突出的表现。控制系统是由几部分组成的, 分别是计算机信息技术, 控制技术以及通信技术, 具体应用在地面与车载的运行过程中。从我国当前应用的控制系统上进行分析, 主要采用了CTCS系统, 这是目前标准最高的一种控制系统, 在计算机技术的基础上, 通过无线电的联系, 可以实现地面与车载的有效沟通, 正是有了控制系统的应用, 高铁列车的运行才具有更加安全与稳定的特点。从功能上分析, 控制系统的作用主要是能够有效的防止溜逸现象的产生, 避免发生超速运行的状况以及防止列车无证运行, 这一切功能的核心就是控制列车更加安全的行驶。
2.2控制技术的应用
首先, 列车在运行的过程中主要是对速度进行测量, 并且进行定位, 确保列车正常行驶, 由此可见, 控制系统对于列车的运行状况是十分直接的。准确度在高铁列车运行的过程中十分重要, 其直接影响着列车的安全性, 如果不加以有效的控制, 极有可能造成严重的影响。所以在目前的测速方式中, 普遍选用了准确度最高的GPS以及雷达两种技术, 上述两种技术都是运用无线电为基本原理的, 所以在实际应用的过程中起到了重要的作用。
在定位方面, 主要具备了四种定位手段。一是运用轨道环线进行定位, 这种方法主要是利用了环线的作用, 通过在特定位置上进行电缆交叉, 从而实现信号的转变, 这样一来整个环线就形成了无形的电磁场, 通过对信号的测量就能实现对列车的定位, 是一种十分普遍的定位方法。二是运用计轴器进行定位, 将计轴器安装在固定的位置上, 通过对列车的占用或出清进行计算, 不断推导出列车的具体位置, 是一种应用价值较高的定位方式。三是运用轨道电路绝缘节进行定位。同样也要将其放置在固有的位置上, 并且事先对区域进行有效的划分, 然后通过传输回来的数据进行计算, 得出相应的差距, 在差异性的作用下计算出列车穿过绝缘节的时间段, 同时将绝缘节当做信标以及检验列车位置的重要依据。四是运用查询反应器进行定位。在特定的物理位置上安装查询反应器, 当列车经过时就可以获得相应的坐标, 也就能求出列车的具体位置。
2.3地车信息传输技术的应用
从当前的列车控制系统进行分析, 主要具有三种不同的信息传输方式。一种是进行连续性传递。这种传递方式的特点当然是连续性的, 不断接收地面发出的信号, 例如列车间隔以及交错方面的信息等, 这些信息对于列车驾驶员具有重要的作用, 可以帮助他们有效的控制列车时速, 保证通行安全。另外一种传输技术是通过连续交叉点进行传输。在连续传输的过程中, 有时也会发生受到阻碍的情况, 此时通过连续交叉点的方式进行传输就能满足实际控制过程中的需要。还有一种是点式传递的方式。通常点式传递包含轨道环线、感应器以及反应器这三种形式, 具体是指列车运行过程中经过的线路中装设多个感应点, 一旦列车经由感应点, 立即将地面信息传送至列车中。综上所述, 以上三种信息传输形式, 在连续式传输形式中, 列车可间歇性地接收各种地面信息, 以此来实现对运行列车的全程、动态控制。对于点式信息传输形式, 如若地面信息出现变动, 列车也只能在到达感应电位置时, 才能接收相关信息, 由此可知, 此种传输形式具有一定的滞后性, 缺少时效性。
3运行控制技术在今后的发展
现阶段, 已经研制出了某些列控制系统, 然而, 在具体的运行过程中仍然存在一定的缺陷, 无法满足日新月异的高速铁路运行需求, 因此, 急需研制出一种智能化控制系统, 该系统是指在列车正常运行过程中, 通过智能系统完成控制工作, 列车司机应及时提供各种信息、有效监控列车运行情况, 一旦出现故障, 应及时控制, 采取针对性的解决对策, 也可以重新设置智能系统。为实现这一目标, 应将人的实践经验、理论知识、控制手段等有效应用于控制系统中。科学技术是社会发展的动力源泉, 同样, 对于列车运行控制系统而言, 其发展崛起离不开现代技术, 更需要一定的市场需求支撑。伴随着微处理器以及网络信息技术的蓬勃发展, 为运行控制系统的成长奠定了一定的基础, 并将影响或者左右运行控制系统的前景。
4结论
现阶段, 铁路在国民经济发展中发挥着重要的作用, 其在交通工作中的地位不断提升, 在其发展壮大的同时, 也对相关部门提出更加严格的要求, 使铁路部门面临巨大的挑战。因此, 我们应加大在高速铁路中的研究力度, 着重做好铁路信号工程, 加强技术创新, 积极探索, 进而促进高速铁路的健康、稳定发展。
参考文献
[1]王素姣.客运专线列车运行控制系统[J].铁道标准设计, 2007 (8) .
[2]吕永宏, 刘红燕.客运专线信号系统基本组成[J].铁道标准设计, 2006 (12) .
[3]刘颖, 蒋大明.中国列车控制系统发展的若干思考[J].中国铁路, .2005 (8) .
列车运行自动控制技术 篇2
列车运行控制（简称列控）系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。它是现代铁路保障行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。值得注意的是，各国铁路由于历史、传统术语、指示和原文意义不同等原因，对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同，列车超速防护系统（ATP）与列车运行自动控制系统（ATC）并没有严格的划分，在城市轨道交通的信号系统ATC系统中包括列车自动防护ATP、列车自动监督ATS和列车自动驾驶ATO。
在列控系统研究方面发达国家已有较长发展历史，比较成功的列控系统有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。这些列车控制系统都结合本国的特点、具有本身差别的技术前提和顺应规模，因此，列控系统可以分成许多类型。
如按照地车信息传道输送方式分类：一种为持续式列控系统，其车载设备可持续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数码ATC系统。采用持续式列车速度控制的日本新干线列车追踪距离为5min（分 min），法国TGV北部线区间能力甚或达到3min（分 min）。
另一种为点式列控系统，其接收地面信息不持续，但对列车运行与司机把持的监视其实不间断，因此也有较好的安全防护效能。如：瑞典EBICAB系统。
还有一种为点连着式列车运行控制系统，其轨道电路完成列车占用检测及完整性查抄，持续向列车传送控制信息。点点连着式信息设备传道输送定位信息、进路参数、路线参数、限速和停车信息。如：我国CTCS2级。
如按控制模式分为阶梯控制方式和曲线速率控制方式两类。其中阶梯速度控制方式，又分有出口速率查抄方式如：法国TVM300系统；有进口速率查抄方式如日本新干线传统ATC系统。
而按照速度-距离模式曲线控制模式，如：德国LZB系统，日本新干线数码ATC系统
如按照闭塞方式分：有固定闭塞、移动闭塞。如按照功效、人机分工和列车运行控制系统化程度分： 一有列车运行控制(Automatic Train Stop略称ATS)系统；ATS是一种只在停车信号(红灯)前实施列车速度控制的装备，是
在非速差式信号系统下的产品，归属列车速度控制的低级阶段。国外多种ATS系统补充了简略的速率监视功效，这种系统设备简单，历史悠长，在我国及世界各国铁路直到现在广泛采用。
二有列车超速防护(Automatic Train Protection略称ATP)系统；列车自动防护系统（ATP）可对列车运行速度进行实时监督，当列车运行速度超过最大允许速度时，自动控制列车实施常用全制动或紧急制动，使列车停在显示禁止信号的信号机或停车标前方。ATP系统的车载设备以仪表或数字指示方式（车内信号方式）向司机给出列车最大允许速度、目标距离和目标速度等信息，司机只要按允许速度操纵机车，就能可靠保证列车安全运行，不冒进信号。通俗地说，一般ATP系统不包含列车的自动加速和自动减速，只是起到超速防护的目的，在国内也将ATP系统叫成列车超速防护系统。ATP是根据速差式信号系统的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车浮现超速时设备才发生效力，并以最大经常使用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机鉴定和操作制动缓解。系统要求符合故障-安全原则。这是一种以人(司机)控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上遍及采用。三有列车运行控制(Automatic Train Control略称ATC)系统；铁路列车运行自动控制系统（ATC）可根据行车指挥命令、线路参数、列车参数等实时监督列车运行速度，通过控制列车多级常用制动，自动降低列车运行速度，保证行车安全。列车运行自动控制系统是比列车超速防护系统高一级的列车自动控制系统，它可替代司机的部分操作。通俗地说，铁路的ATC系统可以包含列车的自动减速，该系统在日本应用较为广泛，这种控制模式可以有效降低司机的劳动强度，并且能够提高运输效率，不会因为司机的水平不一样而造成效率的降低，目前我国 200km/h的动车组引进的ATP设备可以理解为日本方式的ATC系统，即在传统的ATP系统上加上一个设备优先控制列车制动的操作模式。ATC又称列车运行控制系统减速系统。当列车运行超过限定速度时，列车运行控制实施正常制动，使列车降至低于限定速度的一定值后，制动阀缓解，列车接续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统一样要求故障-安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。
四有列车运行(Automatic Train Operation略称ATO)系统。ATO(又称列控驾驶系统)。按系统预先输入的程序，按照列车运行图的要求，由设备代替司机举行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般环境下，司机除对列车开始工作操作外，只对设备的动作举行监视，它归属一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。该系统已在城市地铁中较广泛采用，在庞大的铁路干线上，由于运输环境、运输组织比较复杂、恶劣，一般只是注重ATP系统的发展和应用，关于ATS和ATO在铁路运输中应用难度较大，目前很少采用。
列车运行自动控制技术 篇3
【关键词】轨道交通；CBTC；列车自动运行调整；移动闭塞
1、城市轨道交通列车运行调整发展概况
J．E．Cury等人首先针对巴西圣保罗地铁公司的南北运营线，提出了一种产生“最优调度计划”的方法。他们采用动态规划的方法求解问题，为保证大范围求解的有效性，采用了分解/协调技术，将原问题化为一些不相关的小规模优化问题，进而使问题得到解决。
日本学者f1．Susam与Y．Ohkama，S．Araya与S．Sone在此后较全面地论述了行车动态特性在城市轨道交通行车控制过程中的重要性。他们在建立了车流模型和客流模型的基础上，完成了两个行车动态特性的模型描述：SSM(StationSequential Model)和TSM(Train Sequential Model)，并给出了相应的全局状态反馈控制解。但该模型同样也有控制量的得出，需要简化才能适用于现有调度集中系统的缺点。
目前，轨道交通行车调整的研究基本是围绕智能处理方法这一主线展开，包括专家系统、模糊决策等。1990年，意大利的G．Vernazza等人运用分布式人工智能的思想，以车站为单元构成了一种分布式的行车指挥方法，以期实现实时性的调度。他将调整问题简化为资源分配的问题，并通过“合同网”冲突消解机制进行问题求解，取得了一定的实用效果。
2、列车运行调整的目标
列车运行调整的目的是尽快使列车从无序变为有序。评价一个运行调整方案的好坏，无论是人工调整还是自动调整，都可以从以下几个方面来衡量。
2.1 减少列车实际运行图与计划运行图的偏差
当某一列车出现晚点或早点时，应使该列车恢复到计划运行图上。运行调整的目标是使实际运行图和计划运行图之间的偏差尽量小。
2.2 使所有列车的总延迟最短
当多列车出现晚点，应使所有晚点列车的延迟时问总和尽量小。运行调整的目标为最小化所有列车的总延迟时间。
2.3 减少旅客平均等待时间
从乘客满意度的角度出发，在列车间隔的期望不变的前提下，列车间隔的方差越小则乘客平均等待时间的期望越小。因此，使列车到站时间间隔尽量均匀也应作为列车运行调整的目标。
2.4 列车运行调整的时间尽量短
当列车运行偏离计划运行图时，总是希望用最少的时间完成调整。有两种因素会影响整个运行调整的时间：一是希望自动调整算法能尽快的找到最优的算法，这是对算法实时性和收敛性的要求，但它不是调整算法的优化目标；另一个是希望自动调整算法搜索得到的调整策略能尽量少的时间完成整个调整，这可以作为调整算法的优化目标。
2.5 实施运行调整的范围尽量小
在实施调整时，希望不要涉及太多的列车，这也是调整算法搜索最优算法的一个目标。
2.6 使整个交通系统尽快恢复正常运营
当整个系统因列车故障或意外事故而陷于瘫痪时，这时的目标应是尽快使整个系统恢复正常运营，此时恢复到计划运行图己不是主要矛盾。
由此可见，列车自动调整问题是一个多目标优化问题，其中有些目标之间甚至相互矛盾，无法同时达到最优，因此，设计列车自动调整算法时需具体选择优化目标。
3、列车运行调整建模
列车运行调整主要是在列车运行受到干扰的情况下，列车运行偏离了原来的计划运行图，通过列车运行调整，使得列车尽可能恢复按图行车，在移动闭塞条件下和固定闭塞条件下的列车运行调整的总体模型和优化目标大致相同，区别主要在于约束条件的不同。列车运行调整问题的抽象形式采用具有广泛意义的形式表示如下所示。
状态方程：
G(j+1)=G(j)+T*G(j)……(1)
其中，G(t)——t时刻列车运行状态，T——由列车运行调整决策所决定的状态转移算子；
优化目标集：Object (1) and Object (2)……and Object （N），N为整数；
约束条件集：Restrain (1) and Restrain (2)……and Restrain（I），I为整数。
根据移动闭塞条件，可以通过表达式构建该模型。
3.1 优化目标
Object1下列列车总偏离时间最小
其中，——下行列车总偏离时间，
——下行列车总数，
——下行列车i在t时刻的实际到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，
——下行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。
Object2上列列车总偏离时间最小
其中，DAU——上行列车总偏离时间，
n2——上行列车总数，
Ai(t)——上行列车i在t时刻的实际到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，
Ai'(t)——上行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。
Object3下列列车总偏离数最小
……（4）
……（5）
其中，DND——下行列车总偏离时间，
n1——下行列车总数，
Ai(t)——下行列车i在t时刻的实際到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，
Ai'(t)——下行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。
Object4上列列车总偏离数最小
……（6）
……（7）
其中，DNU——下行列车总偏离时间，
n2——上行列车总数，
Ai(t)——上行列车i在t时刻的实际到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，
Ai'(t)——上行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。
3.2 约束条件
Restraint1列车的停站时间在最大/最小停站时间之间
……（8）
其中，Di,k——列车i从k站的实际发车时间，
Ai,k——列车i实际到达k站的时间，
Sk(max)——列车在k站的最大停站时间，
Sk(min)——列车在k站的最小停站时间。
Restraint2列车的站间运行时间在最大/最小站间运行时间之间
……（9）
其中，Ra,b——列车从a站到b站的站间运行时间(a站和b站为相邻的两个车站），
Ra,b(max)——列车从a站到b站的最大站间运行时间，
Ra,b(min)——列车从a站到b站的最小站间运行时间。
Restraint3列车追踪间隔约束条件
……(10)
其中，L一追踪列车与前行列车的间隔距离，
V1——追踪列车的运行速度，
V2——前行列车的运行速度，
β1——追踪列车的加速度(小于0时，为列车的减速度)，
β2——前行列车的加速度(小于0时，为列车的减速度)，
τ1——追踪列车的空走时间，
τ2——前行列车的空走时间。
4、结束语
轨道交通移动闭塞条件下列车运行密度大、间隔小，在遇到突发情况时，人工调整随意性大、对调度员的综合素质要求很高，调整方案很难尽善尽美。本文建模分析了城市轨道交通列车运行调整的方法策略，可以充分发挥计算机的优越条件，能够比较及时、全面的制定出优化的调整方案。
参考文献
[1]张勇,赵明,汪希时.基于移动自动闭塞条件的列车运行仿真系统[J].系统仿真学报,1999,11
[2]张莉艳,李平,贾利民,杨峰雁.在移动闭塞条件下列车运行调整的仿真研究[J].系统仿真学报,2004,10
列车运行自动控制技术 篇4
1 发展列车运行控制系统的必要
列车制动距离与其速度成正比, 当列车速度140km/h时, 紧急制动距离为1100米, 速度增到160km/h时制动距离为1400米, 而提速到200km/h时紧急制动距离达2000米, 速度愈高其制动距离将更长。当人的视距小于列车制动距离和操作所需的时间 (司机视觉能力对信号做出判断的最小时间为3-5秒) 时, 传统的信号控制系统以及随着列车速度的提高和密度的加大, 必须装备列车控制系统, 以确保行车安全, 我国借鉴世界发达国家经验, 制定了我国CTCS的技术标准, 并用于提速后的列车上, 这是铁路信号从车站联锁中心, 向以列车运行控制中心转化。列车进行调度指挥从车站联锁中心, 向以列车运行控制中心转化, 列车运行调度指挥从调车员——车站值班员——司机三级管理向实现由调度员直接控制移体化 (列车) 转化, 列车运行由以人为主确认信号和操作向实现车载设备的智能化转换, 区间闭塞由固定闭塞方式向准移动闭塞方式转化;信号显示制式由速差式向速度式 (目标距离) 转化。现今就区间列车运行自控制进行介绍。
2 列车控制系统的构成及应用等级
列控系统用于控制列车运行, 主要由车载子系统及地面子糸统两大部分组成地面子系统由应答器, 轨道电路, 无线通信网络, 列车控制中心等设备组成:见下图
针对不同线路, 不同传输信息方式和闭塞技术将其分为5个等级在同一条线路可以综合应用, 较高等级的列控系统兼容较低等级的列控系统, 以满足不同列车的速度需求。零级、1级较为落后现介绍160km/h以上速度的后三级CTCS功能:
2.1 CTCS 2级:该设备基于轨道传输信息的列车控制系统面
向提速干线和高速新线采用车--地一体化设计。CTCS2级适用于各种限速区, 地面不设通过信号机, 机车乘务员凭车载信号行车。
2.2 CTCS 3级:该设备是基于无线传输信息并采用轨道电路
方式检查列占用的列车控制系统, 它面向提速干线, 高速新线和特殊线路, 基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞, 适用于各种限速区段, 地面不设通过信号机, 机车乘务员凭车载信号行车。
2.3 CTCS 4级:
该设备是完全基于无线通信的的列车控制系, 它面向高速新线或特殊线路, 基于无线通信传输平台, 可实现虚似闭塞或移动闭塞, 地面不设通过信号机、机车乘务员凭车载信号行车。
CTCS设备完成了列车对速度、间隔、目标距离、速度控制。适用于各种不同性能速度列车混合运行, 其追踪运行间隔要比分级速度控制小, 减速平稳, 旅客舒适度好, 现各大城市轨道交通均亦采用了该项技术。
3 CTCS的主要功能
3.1 基本功能
3.1.1列控系统的车载信号是列车运行的凭证。
3.1.2按运行列车安全制动距离自动调整列车运行间隔。
3.1.3防止列车运行时超过各种规定速度保证行车安全并实现加、减、缓速的自动控制。
3.1.4实现自动驾驶防止冒进信号
3.2 安全功能
3.2.1环境状况监督, 通过报警信号传输给车站和区段调度所, 列控系统根据这些信息发出限速或停车指令。
3.2.2列车状态检测, 将轴温报警信息, 传给列车, 使列控系统发出各种防护或限速命令对设备或人员进行安全防护。
3.3 其它功能
列控系统不仅具有列车速度控制功能, 根据需要其控制中心还应对所辖区间内渡线道岔及中间道岔进行控制, 实现信号基础安全设备一体化, 并将设备故障及信息传到区段调度所或车站操作员处。
4 列车运行控制模式及超速防护
列车运行控制系统按照人机关系分类, 分为设备优先和司机优先级控制两种类型, 按照速度防护模式分为阶梯速度模式和曲线防护模式两种。司机优先级阶梯防护模式现今已很少采用, 我们介绍曲线控制方式的速度--距离曲线模式, 该模式称一级制动模式如图所示:
它不在对每个闭塞分区规定一个目标速度而是向列车传送目标速度, 列车距目标的距离信息, 列车实行一次制动控制方式, 列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件进行调整, 可以提高线路的通过能力是一种理想的运行控制模式CTCS二级以上即属于此种控制模式。
列车运行中, 地面设备不断地将速度控制命令, 运行地段的实时参数等信息, 通过信息传输媒体传送给车载设备。车载设备根据从地面设备接收到的信息, 实时计算得出列车运行的最大允许速度依此信息实时监督控制列车运行。若列车运行速度超过最大允许速度, 车载设备将自动实施不同等级制动, 迫使列车降速或停车, 保证列车始终在安全速度下运行。
列车运行自动控制技术 篇5
西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
一、单选题（共 15 道试题，共 30 分。）
1.下列关于移频信号与信息说法错误的是（）
.移频信号的调制方式是使载频信号的频率随低频控制信号的频率产生一定的变化.移频信号的变化规律是以载频信号为中心，做高低频率偏移.移频信号抗干扰能力弱
.移频自动闭塞的中心频载设计为4种。正确答案：
2.下列关于TS2-200 TP系统说法正确的是（）.TS2-200动车组TP系统是指车载设备
.地面设备包括列控中心、轨道电路、应答器等.车载设备就是TP.LKJ-2000不能起着防止超速的功能 正确答案：
3.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路的室内部分的说法正确的有（）.模拟网络盘设在室内，按3段设计.发送器产生信号精度较低
.接收器只是接受本主轨道电路频率信号
.衰耗盘用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整 正确答案：
4.下列选项中，不属于LKJ-2000型监控装置的监控功能的是（）.防止列车越过关闭的信号机
.防止雷池超过线路允许速度以及机车、车辆的构造速度.在列车停车情况下，防止列车溜逸.记录参数项目 正确答案：
5.下列有关LKJ-2000的系统构成说法正确是（）
.主机箱是系统控制中心，其内部有、2组完全不同的控制单元组成.屏幕显示器不具有语音提示功能
.事故状态记录器将记录30min以内的最新列车运行状态数据.转出器将车载记录数据转录至车载中心机房系统供分析记录 正确答案：
6.下列关于移频自动闭塞说法错误的是（）.移频自动闭塞是一种频率调制式的自动闭塞.移频自动闭塞以轨道电路微信号通道.采用移频信号的形式传送高频控制信息
.移频自动闭塞实现对区间通过信号机显示的自动控制 正确答案：
7.下列关于TS-2系统的概述说法错误的是（）.基于轨道电路和应答器进行车地间信息传输
.采用目标距离的控制模式，实现一次连续制动方式
.能在既有提速线路上叠加，但是不能与同一线路上的既有信号系统的兼容.采用具有自主知识产权的ZPW-2000型无绝缘轨道电路
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正确答案：
8.下列说法中，关于ZLSK型准高速客车速度分级控制系统说法错误的是().其原理和TVM300型超速防护系统不同
.根据闭塞分区的长度、平直坡道，通过不同的低频信息将列车监控速度进行分级.要求列车到出口处将速度降至低于规定的出口速度.下一区段的入口速度就是本区段的出口速度 正确答案：
9.下列选项中，关于LKJ-2000型监控装置的记录功能说法错误的是（）.一次性记录项目包括开机时间、输入参数、限制速度
.运行参数记录包括时间、线路公里标、距前方信号机种类等.当实际速度变化2KM/h时产生一次参数记录
.机车走行距离每变化5m将上述“运行参数记录项目”内容纪录一次 正确答案：
10.下列关于UM71无绝缘轨道电路说法错误的是（）.发送器输出的频移信号经过电缆通道直接传送到接收器.无绝缘轨道电路不需要特别设置变压器
.无绝缘轨道电路相比有绝缘轨道电路的钢轨故障率低.接收器对移频键控信号进行限幅 正确答案：
11.新一代分散自律调度集中系统的行车调度功能实现了行车指挥自动化，调度命令的形式不包括（）
.调度中心各工种之间的调度命令.行车调度员给车站值班员的调度命令.行车调度员给车站值班员的命令
.车站值班员给行车调度员的调度命令请求 正确答案：
12.下列选项中，关于LKJ-2000型监控装置的声音提示内容说法错误的是（）.机车信号灯状况
.前方信号灯处限速值变化.前面线路坡度.装置允许缓解 正确答案：
13.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路的说法错误的是（）.满足了主体化机车和列车超速防护对轨道电路的高安全的要求.在轨道传输性、传输长度、系统可靠性等提高技术性能价格比.价格相对昂贵
.满足单线半自动提速区段的特殊要求 正确答案：
14.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路主要技术规范说法错误的是（）.TS-2列车运行控制系统区间自动闭塞采用ZPW-2000(UM)系列无绝缘轨道电路.各区间闭塞分区分界点、出站信号机两侧应采用不同轨道电路载频.车站相邻故道电码化采用相同频载
.车站电码化轨道同一载频区段及区间轨道电路最小长度，应满足列车以最高运行速度运行
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时车载轨道电路信息接收器可正常接收信息。正确答案：
15.TS2-200H TP系统的描述中错误的是（）
.控制中心在地面，它以地面控制中心的信息作为列车运行指令的信息源.TP车载设备运行于TS-0级和TS-2级线路时，只作为机车信号功能使用.TP地面控制中心与T或TS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制.动车组需要安装一套独立的TP车载设备 正确答案：
西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
二、多选题（共 10 道试题，共 40 分。）1.UM2000型轨道电路特性包括（）
.UM2000型轨道电路共传递27it连续信息，其中有效信息20it.循环冗余校验码共6it.坡度信息共6it.速度信息，共8it，最多256种速度码 E.预留信息，共3it。正确答案：E 2.下列几种轨道电路安全性、可靠性、抗干扰性对比中正确的是().UM71类型抗干扰能力为7：1.UM71-98的安全性为0.06Ω分路灵敏度.WG-21的安全性高于UM71.ZPW-2000的抗干扰能力是7：1 E.UM71是单机可靠性 正确答案：E 3.以4信息三显示为例，下列属于移频自动闭塞设备的有().电源设备.发送设备.接收设备
.通过信号机及轨道电路 E.执行单元 正确答案：E 4.下列关于LKJ-2000型监控装置的特点说法，正确的是（）.LKJ-2000型监控装置将列车全部线路设施资料预先储存于主机中，不用再地面增设附加设备
.采用非连续式平滑速度模式曲线控制.实时计算取得所得控制值
.装置注意控制过程全部采用计算机实现 E.采用了图形化屏幕显示器 正确答案：E 5.下列关于机车信号的说法正确的有是().U2S码在采用双红灯防护的自动闭塞区段，地面显示U灯.U2码在采用双红灯防护的自动闭塞区段，地面显示U灯.HU码向无码，机车信号显示红
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.非HU码向无码，机车信号显示白
E.低频信息27.9Hz，机车信号显示白。正确答案：E 6.下列关于TS-2系统的应答器/LEU技术要求描述正确的是（）.采用电气特征、编码，码规满足ETS技术规范要求的应答器设备.每个LEU可同时向4个地面有源应答器发送不同数据报文
.当车站列控中心通信故障时，发送存储在LEU中默认报文到有源应答器.区间设置有源应答器组是，最大间隔3个轨道区段 E.TS-2级与TS-0级分界处设置级间转化应答器 正确答案：E 7.TS-2系统的车载设备技术条件说法错误的是（）
.车载设备的人机界面应为机车乘务员提供列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离的显示
.人机界面只能查看数据不能输入数据.车载设备实施常用制动后，人工不能操作
.车载设备的测速模块具有判别列车运行方向的功能 E.车载设备的主机柜应临近驾驶室 正确答案：
8.自动闭塞系统按照运营和技术上的特征，可以进行分类，一下分类错误的是().按行车组织方式分，可以分为单项自动闭塞和双向自动闭塞.按通过信号机的显示方式分为有线自动闭塞和无线路自动闭塞.按信号传递方式分三显示自动闭塞和四显示自动闭塞.按设备放置方式分为分散式自动闭塞和集中式自动闭塞
E.按传递信息的特征分交流计数自动闭塞、极频自动闭塞和移频自动闭塞 正确答案：
9.TS2-200H TP系统中，速度监控原则的描述，说法是正确的是（）.我国列控车载设备性能要求默认值中，调车模式下允许速度值为40km/h.制动模式曲线基于3方面的数据包括列车制动性能参数、线路坡度数据和线路数据.制动模式曲线的计算从LM前一定距离开始，至少直到列车的当前位置，由SM区构成.对紧急制动产生距离轨道电路末端为终点的制动模式，对常用制动产生以距离轨道电路末端为终点的制动模式
E.报警速度WSP=SSP+2km/h 正确答案：
10.新一代分散自律调度集中系统的系统软件结构包括（）.通信服务子系统.自律控制系统
.控制计划编制子系统.列车控制子系统 E.调车控制子系统 正确答案：E 西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
三、判断题（共 15 道试题，共 30 分。）
1.电气分隔接头对相邻两轨道电路的信号传输起到了电气绝缘的作用
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.错误.正确 正确答案： 2.TS2-200 TP系统车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行.错误.正确 正确答案：
3.按照一定规律组织列车在区间（闭塞分区）内运行的方法，称为列车闭塞法，简称闭塞。组织区间行车的基本方法，有时间间隔法和空间间隔法。.错误.正确 正确答案：
4.当区间有限速时，调度应将限速信息同时下发到相邻的两个车站.错误.正确 正确答案：
5.自动闭塞区段通过信号机在显示红灯时，列车禁止越过红色显示。.错误.正确 正确答案： 6.“机车信号主体化”能否实现的根本关键在于地面轨道电路自身的安全性和地-车信息传递和安全性及可靠性.错误.正确 正确答案：
7.在我国的TVM300系统中，车上设备可处理18种连续信号，5种点式信号。.错误.正确 正确答案：
8.TS2-200H TP系统在隔离模式下，列控车载设备不输出任何制动，不进行速度监控；临时限速控制无效；设备优先控制和司机制动优先相同；不对应答器链接进行处理.错误.正确 正确答案：
9.分散自律调度集中系统的系统维护监视具备可视化的维护环境，可对系统进行全面监视，全面记录管理系统报警和内部时间，但是不能记录操作员和维护人员部分临时性操作.错误.正确 正确答案：
10.TS2-200 TP系统的允许速度是允许司机驾驶列车的最大速度，列车实际速度低于最大速度时无语音报警或制动动作.错误
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.正确 正确答案： 11.TS2-200H TP系统，应答器信息缺失时的部分监控模式下，列控车载设备无法识别自身的位置，也不能检测到相对于轨道电路边界走行的距离.错误.正确 正确答案：
12.分级制动是目前最能合理控制列车运行速度的制动模式，是列车自动控制技术的发展方向。.错误.正确 正确答案：
13.UM71、W-
21、UM71-98、ZPW-2000这几种轨道电路都可以在1.05Ω·km分路灵敏度的使用条件。.错误.正确 正确答案：
列车运行自动控制技术 篇6
关键词：铁路；LKJ2000型列车运行监控装置；应用范围；组成；功能
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0072－02
LKJ2000型列车运行监控装置（以下简称LKJ2000型监控装置）是借鉴国内外ATP及ATC先进技术而研究开发的新一代列车超速防护设备，是因铁路运输生产要求和当今数字化、网络化、智能化技术发展需要而研制成功的列车行车安全设备的升级换代产品。LKJ2000型监控装置采用了先进的32位微处理器技术、安全性技术以及数字信号处理技术等来保证列车行车安全的控制。
作为新一代的行车安全设备，LKJ2000型监控装置在保留前几代设备监控、记录和显示功能的基础上，在设备的可靠性（双机热备，冗余）和稳定性（通过电磁兼容性测试）等方面均有了较大的改善和提高。适合各种类型的电力机车、内燃机车和动车组；适应自动闭塞方式和半自动闭塞方式；适应各种信号制式，包括移频（含18信息移频）、交流计数、UM－71（或UM－2000）、极频等制式。既适合运行于不同速度等级线路的各型旅客列车（包括动车组）及货物列车，也适合于调车机车。装置的软件具有通用性，不同的用户可通过面向用户的软件参数调整来满足不同功能的要求，适应不同的运行情况。
系统组成包括监控主机箱、人机交互单元（又称屏幕显示器）、机车信号设备、监控装置功能扩展盒、GPS信息接收装置、压力传感器、速度传感器、鸣笛转换器、本/补切换装置、事故状态记录器、调车灯显接口盒、专用连接线缆等。装设于机车、动车组上的机车安全信息综合监测装置（TAX）、机车语音记录装置、列车运行状态信息系统车载设备（LAIS车载设备）、铁路车号自动识别系统（ATIS）、机车车号识别设备为LKJ相关设备，LKJ与LKJ相关设备整体组成列车运行安全监控系统。为了便于维护或扩充接口，安装时可能会增加相应的接线盒。
为提高可靠性，系统采用双机主从热备冗余方式。系统主机由A、B二组完全独立的控制单元组成，每组单元均有完整的信号输入及控制输出接口模块，单元内部各模块之间采用VME总线连接。系统内部串行通信网络CAN采用A、B组冗余方式将各CPU模块连接。在正常情况下，一组为工作机，另一组为热备机，工作机控制系统工作并发出制动控制指令；热备机经CAN总线和同步通信接口实时接收工作机数据，以保持与工作机同步运行及数据的一致性。工作机故障时自动退出控制状态，热备机充当工作机进入控制状态，故障切换过程对控制准确性的影响控制在允许范围内。为保证记录数据的完整性和唯一性，热备机与工作机同时进行记录且热备机记录数据来源于工作机。冗余采用模块级冗余方式，即当系统中任一模块故障时，并不导致整个单元的切换，仅将工作单元中故障的模块切除，而采用热备单元中的相同模块进行工作。故障的模块在恢复正常后，仍可被系统继续使用。当系统中相同的关键模块出现故障时，产生报警输出，若在规定的时间内未得到切除装置操作，则产生紧急制动输出。安装在司机室的屏幕显示器采用单套运行方式，同时配备双针速度表作为备份，当屏幕显示器故障时，可依靠双针速度表维持系统基本功能运行的指示。
LKJ2000型监控装置主要具有监控、记录、显示和语音提示等四个方面的功能，以共同实现对机车行车的安全控制。
装置采用车载计算机预先存储地面线路数据的控制方式（即车载控制模式），在运行时根据列车所处位置按顺序调取车载存储线路数据，按前方信号显示状态，根据列车速度计算列车走行距离来产生控制模式曲线。当列车速度超过控制模式曲线范围时，装置对列车实施动力切除、常用制动及紧急制动控制，防止列车越过关闭的信号机。装置实施常用制动后，在列车速度低于规定的安全速度时，允许司机缓解；对于紧急制动控制，必须停车后才可缓解。特殊情况下的处理方式满足铁路《技规》要求。为确保列车在关闭信号机前可靠停车，限制速度的计算采用实计计算方法，以满足控制精度要求。模式曲线的计算可根据列车运行速度的要求采用跨闭塞分区计算方式，即以关闭的信号机作为目标点来计算常用制动及紧急制动连续模式曲线。
监控装置对列车运行状态的相关参数及乘务员输入参数（包括IC卡输入参数）进行记录，并根据列车运行情况形成相应的数据文件。文件储存在非易性数据存储器中，通过数据转储供地面微机分析处理。数据记录采用不定长数据格式。记录数据事件代号与记录数据内容采用不同的数据代码，以提高记录数据的可靠性；数据记录采用条件触发记录方式，当设定的记录条件满足时则产生一项相应参数记录。地面运行数据处理软件将车载记录的列车运行数据经过翻译、整理，以直观的全程记录、运行曲线、各种报表等形式再现列车运行全过程，为机务的现代化管理及事故分析提供依据。
监控装置的屏幕显示器上的显示界面能显示以下信息：日期和时间；机车信号信息；列车运行速度与限速；前方目标信号机的类别、编号；距前方信号机距离；机车所在位置的里程坐标、监控状态和列车制动状态；列车最近走过的不少于1 km以内的运行速度值轨迹曲线；机车当前位置至前方不少于3 km以内的线路允许速度曲线、运行所在闭塞分区及运行前方闭塞分区模式限制速度曲线；以曲线、符号和文字形式，沿线路里程的延展显示机车运行前方不少于3 km以内的线路曲线、坡道坡度、道口、桥梁、隧道及车站；信号机、电气化铁路接触网分相标等设置情况。
监控装置的屏幕显示器可以进行下列各类信息的声音提示：监控装置报警、机车信号变化、前方限速变化、动力切除、常用制动或紧急制动、允许缓解、车机联控、侧线股道或支线的选择。
列车运行监控记录装置作为机车三大件之一，从1995年开始在全路机车上广泛推广应用。其与机车信号设备相结合，全程实现列车运行的安全防护功能和运行状态记录功能，是保证铁路行车安全的重要手段，是全路集体智慧的结晶。
Brief LKJ2000－speed Train Ooperation Monitoring Device
Lin Wen
Abstract: Model trains run through LKJ2000 monitoring device applications, system components, system redundancy and switching theory, system functions such as control mode, running the data processing and analysis of records, a brief introduction, so that everyone on the train operation monitoring system has a basic understanding.
地铁列车节能运行惰行控制研究 篇7
地铁是城市公用设施中的高耗能系统,实现列车节能运行是降低地铁能耗的重要途径。惰行是列车在运行过程中停止牵引或制动,只在阻力作用下运行的状态,是1种节能的操纵方式,地铁列车在站间运行时尽量采用惰行是最有效的节能措施之一。从轨道交通运输综合效益来考虑,在一些非高峰时段,如果增加的运行时间在可以接受的范围内,惰行控制带来的能耗节约将会有效地降低轨道交通的运营成本。
在地铁列车节能控制研究方面,国内外进行了有益的尝试[1,2,3,4,5,6]。而关于惰行控制研究,偏重于惰行点的计算和优化布局。而对于惰行控制影响因素(如站间距离、线路条件、区间限速、运行时间、惰行次数等)与惰行控制的关系研究相对较少。
本文在借鉴国内外研究成果的基础上,结合我国地铁列车运行特点,建立了列车节能运行惰行控制优化模型,运用模型求解的遗传算法改进了城市列车运行计算系统[7],并使用该计算系统对惰行控制进行了仿真研究,得到了不同影响因素下的惰行控制策略。
1 模型和算法设计
地铁列车在站间的运行时间是预先给定的,由于给定的运行时间总是大于最少运行时间,因而存在着很多满足运行时间等约束条件的列车运行速度曲线,每1条速度曲线,对应着1个列车操纵方式序列,如牵引、惰行、制动和1个能耗值。
惰行控制优化问题就是选择最合适的惰行点(惰行开始和结束的位置),惰行点的选择将会改变站间列车运行的速度曲线,从而产生不同的运行时间和能耗值,通过合理的惰行控制可以使列车能耗有效降低。
1.1 优化模型
列车在站间可能惰行1次或多次,对于大多数的地铁系统,站间距较短,列车在每个车站都停车。为了研究的方便,本文对于多次惰行的研究只涉及2个惰行区段,即列车在站间惰行2次,其惰行运行模式如图1所示。S1、S2、S3、S4为惰行点,列车首先牵引运行至S1,在S1~S2之间惰行,从S2再次牵引运行至S3,S3~S4之间惰行,经过S4后开始制动停车。同时,列车可能越过S2~S3之间的牵引运行,从S1直接惰行至S4后制动停车,此时列车在站间只惰行1次。
列车节能运行惰行控制问题可以转化为寻找站间惰行点Si(i=1,2,…,n)的具体位置。优化模型假设列车在站间惰行2次,因而存在4个惰
行点,由于城市列车运行计算系统在列车到站停车之前能自动判断开始制动的位置,因此不用求解第2次惰行结束的位置(S4),问题的变量减少至3个(S1、S2、S3)。
设Si位置处对应的速度为vi(i=1,2,…,n);列车在O~S1、S1~S2、S2~S3、S3~S4、S4~S间的运行时间和能耗值分别为ti、Ei(i=1,2,3,4,5),O~S站间给定的运行时间为TD,列车在O~S1、S2~S3、S4~S间的加速度分别为ai(i=1,2,3)。
惰行控制的优化目标是在站间运行时间满足给定运行时间的前提下,实现列车能耗的最小。列车节能运行惰行控制优化模型的目标函数为:
式中:α为运行时间权重;β为列车能耗权重;To为优化后的站间运行时间,min;Td为运行图给定的站间运行时间,min;Eo为优化后的列车运行能耗,kW·h;Ed为站间列车期望能耗,kW·h。
α+β=1,α和β的取值根据计算原则而定,如更注重列车运行时间的节时运行或注重能耗的节能运行。Td、Ed与线路条件、站间距和列车种类等因素有关。
约束条件为:
上述约束条件中,lcoast为列车自起动加速至开始惰行所必需的最短距离;alim为列车加(减)速度极限,地铁列车的最大设计加速度一般为0.8~1.0m/s2,最大设计减加速度为0.6 m/s2。式(2)为列车站间运行时间必须小于运行图给定时间,式(5)为牵引的末速度应大于初速度,当v2=v3时,列车在站间只惰行1次。式(7)为列车工况转换的约束条件;Lgeo为区间坡度;Ncur为曲线情况;vT为目标速度;Lc为列车种类;X为影响确定列车工况的其他因素。
1.2 模型求解
由于遗传算法[8]在全局搜索的优化问题中有很好的效果,本文采用实数编码的遗传算法求解该问题。
惰行点的选择需要通过列车运行计算来获取站间运行时间和列车能耗数据,本文将遗传算法嵌入到城市列车运行计算系统中,形成了惰行控制优化模块,用以寻找列车在站间的最优惰行点。算法嵌入后,系统可以在给定线路条件、列车类型、运行时间和能耗的情况下,自动计算站间惰行点的最佳位置。惰行控制优化模块在系统初始化过程完成最佳惰行点的选择,其设计流程如图2所示。
系统通过计算,可以输出遗传算法每一代的最大适应度、平均适应度以及最大适应度对应的惰行点位置,输出最优惰行控制方案的运行时间、能耗和列车运行记录数据,并生成速度-距离曲线、时间-距离曲线等。
2 仿真算例
运用优化后的城市列车运行计算系统,结合具体算例对算法的有效性进行了验证,仿真结果能够满足优化目标的要求。
2.1 仿真参数
1) 线路条件。
A~B站间距离1 200 m,站间为平坡道,列车限速80 km/h。
2) 列车情况。
编组方式为地铁机车牵引,列车长度143 m,牵引重量3 376 kN。
3) 列车运行参数设定。
站间给定运行时间90 s,运行时间和能耗的权重值各取0.5。
4) 遗传算法中参数的取值。
经过试算和结果分析,设定初始种群大小为30,交叉概率为0.8,变异概率为0.05,最大迭代次数为150。
2.2 仿真结果
遗传算法计算的各代种群平均适应度与最大适应度的变化曲线如图3所示。从图3中可见,最大适应度在第66代从23.22突变到70.11,此后一直维持不变;平均适应度从第66代开始递增,在第75代达到最大值,此后保持稳定,其取值在67.50附近波动,因此将最大迭代次数设为150,能够满足优化目标的精度要求。
经过优化,A~B站间运行时间是89 s、与图定时间相比,列车早点1 s,算法可以满足列车定时运行的时间要求。表1给出了节时模式和优化后定时模式下的列车运行指标,节时模式是列车在站间以全速牵引的方式运行,该模式下列车的控制方案如图4所示,节时模式下列车以“牵引-制动”工况运行,站间不进行惰行,运行时间最短。
表1的数据表明,优化后的惰行控制方案与节时模式下的运行方案相比,列车能耗下降了58.43%,而运行时间只延长了11.25%,可见,惰行有利于列车能耗的降低,遗传算法优化的结果较好。
为了进一步验证算法的有效性,将优化前后定时模式下的列车惰行控制方案进行对比,相应的惰行控制方案如图5所示。本算例中,A~B站间距短(1 200 m),虽然程序中设计的是2次惰行,但优化后的结果中站间只有1次惰行(S2与S3重合),如图5(b)所示。表2给出了优化前后定时模式下的列车运行指标。
表2的数据表明,经过算法优化,惰行开始和结束的位置都向线路两端延长,惰行距离增加,相应的牵引运行距离减少。在站间运行时间相同的情况下,优化后的惰行控制方案与优化前相比,能耗降低了10.99%。由此可见,本文设计的遗传算法能较好地解决惰行点优化布局问题,达到了预期的优化目标。
3 不同影响因素下的惰行控制
站间距离、线路条件、区间限速和运行时间是影响惰行控制方案的主要因素,为了更好地实施惰行控制策略,有必要对这4个因素进行具体分析,找出它们与惰行控制的关系。本文运用遗传算法优化后的城市列车运行计算系统对此进行仿真研究。
3.1 站间距离
站间距离是2个车站中心线之间的距离,它对列车站间惰行的次数有重要影响。本文选取了短距离、中距离、长距离3种类型的站间距,对应的长度分别为1.2、2.6和4.5 km,为了简化计算,这里采用平坡道。算法中参数的取值见表3,给定运行时间的取值分别在最小运行时间的基础上增加10%~20%,表中未列出参数的值与2.1节中的取值相同。
经过系统仿真计算,3种站间距对应的惰行控制指标见表4。
通过表4比较发现,站间距较小时,惰行1次有利于列车的节能运行,随着站间距的增大,惰行次数相应增加,对于长站间距,列车以“牵引-惰行”对运行有利于能耗的节约。站间距越短,惰行开始的时机就越早,惰行起始点的位置距出发站就越近。惰行的比例在整个列车运行中约占80%,站间距增大时,相应的惰行控制比例也随之增大。
3.2 线路条件
线路条件包括线路的坡度、曲线、隧道等,它也是影响惰行控制的1个重要因素。为了减小问题的复杂程度,本文只研究线路的坡度与惰行控制的关系。线路各区段的坡度情况如表5,线路长度为1 200 m,算法中其他参数的取值同2.1节中的算例。表6给出了经过系统仿真计算后,不同坡度时的惰行控制指标。
从表6中可以看出,在定时运行条件下,经过算法的优化,3种坡度条件下的运行时间基本相同;能耗方面,上坡时消耗的能量最多,平坡次之,下坡时最少,这是因为上坡时需要较长时间的牵引,而下坡时借助坡道,可以充分利用列车的有效动能,减少牵引时间。
列车在下坡道运行时,惰行开始和结束的时机(即开始施加制动)最早,列车在站间惰行2次;在上坡道运行时,开始和结束惰行的时机最晚,列车在站间只惰行1次;在平坡运行时,惰行开始和结束的时机介于下坡和上坡之间,列车在站间惰行1次。
在下坡道上,利用势能,列车可以在较短的时间内运行至某一速度后开始惰行,下坡道惰行时列车速度会增大,站间惰行2次避免了不必要的制动,减少了列车有效动能的损失;在上坡道,列车需要牵引运行至某一较高的速度后才能开始惰行,牵引运行时的耗电量多;在上坡道列车所受的阻力较大,制动距离较下坡道一般偏小,因此,惰行结束的时机较晚。
3.3 区间限速
区间限速是指由于区间线路条件的限制,列车所允许运行的最大速度。它也会对惰行控制产生影响。这里仍取2.1节中算例的各项参数,同时加入区间工程限速,如表7。系统仿真计算后的惰行控制指标见表8。
从表8可以看出,对于算例给出的短站间距,在站间运行时间相同的情况下,当区间有多个限速(低限速)时,惰行开始的时机相对于单一限速提前,惰行次数增加到2次,能耗值增加24.46%。
由于站间有一段低限速,列车需提前结束牵引开始惰行,以避免速度超过限速值,在低限速区段结束之后,为了恢复站间正常运行时间,列车再1次牵引以提高速度,并在停车制动前惰行。由于牵引时间增加,列车能耗值上升。在能耗相差不大的情况下,当区间有多个限速时,其相应的惰行控制指标见表9。
从表9可以看出,同一站间在能耗相当的情况下,当存在多个限速时,列车的运行时间将延长,惰行开始的时机将提前,同时惰行的距离和次数会增加。
3.4 运行时间
列车在站间运行时,不同的运行时间所对应的惰行控制方案是不同的,相应的能耗值也会有差异。站间距取为2 600 m,区间为平坡道,给定的站间运行时间分别为154、172和193 s,其他参数的取值同2.1节中的算例,相应的惰行控制指标见表10。
从表10中看出,运行时间的延长将带来能耗的降低。站间标准运行时间取为154 s,当运行时间增加11.7%时,能耗下降11.75%;运行时间增加25.3%时,能耗下降33.44%。同时,运行时间延长,对应的惰行距离将增加,惰行开始的时机提前、结束的时机延后。
3.5 惰行次数
站间距离和运行时间对惰行次数有重要的影响,惰行次数直接影响列车运行的能耗,对它们之间的关系需要进行分析。
3.5.1 站间距离较小时的惰行次数
站间距离取1 200 m,其他参数的设置同2.1节。列车在站间惰行1次和惰行2次的运行指标见表11。地铁列车节能运行模拟系统中设定的惰行次数是2次,但优化后的仿真结果中,只有1次惰行;同时,在站间运行时间相同的情况下,惰行2次时,列车的能耗将增加18.41%,由此可见,站间距离较短时,惰行1次效果更好。当站间距较小时,站间没有足够的空间来布设多个惰行点,此时惰行1次比惰行n(n≥2)次更有利于降低列车能耗。
3.5.2 站间距较长时的惰行次数
站间距离取为2 600 m,给定运行时间为152 s,其他参数的设置同3.4节。列车在站间惰行一次和惰行2次的运行指标见表12。
对于2 600 m的站间距,站间最短运行时间为144 s;在惰行1次的所有方案中,本例中所取的是运行时间最少的1个,即153 s。从表12中可以看出,惰行1次与惰行2次相比,在运行时间相差1 s的(相对差值为0.65%)情况下,能耗将下降10.55%,即列车惰行1次的能耗更低。但是在站间运行时间比较紧的情况下,惰行1次无法满足运行时间的要求。
根据以上分析结果可以得到:在平直道线路和区间无低限速的条件下,如果给定运行时间相对充裕,无论站间距长短惰行1次都比惰行2次节能效果更好。但是列车惰行1次的运行时间相对较长,有时不能满足实际需要。
最短运行时间条件下列车惰行1次的控制策略相对固定,就是首先列车牵引到限速值,然后一直惰行,直到接近车站制动停车。表13是不同站间距的最小运行时间与惰行1次最小运行时间的比较。
从表13中可以看出:在站间距较短(1 200 m)的情况下,站间最小运行时间与惰行1次的最小时差很小,即当间距较短时,无论给定运行时间是否充裕,列车都应采用惰行1次的控制方法;当站间距较长(4 500 m)时,虽然惰行1次时能耗较低,但运行时间过长,不能满足站间运行时间的要求,这是因为区间图定运行时间很少会比最小运行时间大20%以上,因此站间距较长时,列车可以采用惰行2次及其以上的控制方法;当站间距属于中等距离(2 600 m)时,需要根据运行时间确定惰行次数,运行时间较紧时列车必须采用惰行2次的控制方法,运行时间较充裕时(运行时间相对延长比例大于6.25%)列车采用惰行1次的控制方法节能效果更好。
在确定地铁列车合理的站间运行时间时,既要考虑到运行速度,也要考虑到运行成本,通过本节的分析,其取值一般在最小运行时间的基础上增加8%~15%会比较合适,这样可以保证在较快运行速度的情况下,尽可能地节约列车运行能耗。
4 结论
1) 当站间距较短时,列车应采用惰行1次的控制方法;当站间距较长时,可以采用惰行2次及以上的控制方法,以“牵引-惰行”对运行。
2) 列车在下坡道运行时,惰行开始和结束的时机与其在上坡道运行时相比要早。
3) 同一站间在能耗相当的情况下,当存在多个限速时,列车的运行时间将延长,惰行开始的时机将提前,同时惰行的距离和次数会增加。
4) 列车站间运行时间取值一般在最小运行时间的基础上增加8%~15%比较合适。运行时间的延长将带来能耗的降低。运行时间延长,惰行开始的时机提前,结束的时机延后。
摘要：惰行可以有效降低地铁列车能耗,通过选择合适的惰行点可以实现列车的节能运行。建立了定时约束条件下列车节能运行惰行控制优化模型,将模型求解的遗传算法嵌入到城市列车运行计算系统中,实现了给定线路条件下站间最佳惰行点的自动计算。结合具体算例对不同站间距离、线路条件、区间限速、运行时间、惰行次数等条件下的惰行控制进行了仿真研究,给出了各影响因素与惰行控制的关系。仿真结果表明,该方法能较好地解决惰行控制优化问题,地铁列车合理的站间运行时间取值,一般在最小运行时间的基础上增加8%15%比较合适。
关键词：惰行控制,节能,地铁,列车运行计算
参考文献
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列车运行自动控制技术 篇8
1 列车自动控制系统(ATC)的组成
列车运行控制系统(Automatic Train Control,ATC),主要由3部分组成:列车超速防护系统(Automatic Train Protection,ATP)、列车自动驾驶系统(Automatic Train Operation,ATO)和列车自动监控系统(Automatic Train Supervision,ATS)。
西门子的LZB系统是世界上首次实现连续速度控制模式的列车运行控制自动系统,于1965年以前开发,他利用轨道电缆作为车-地间双向信息传输的通道,利用轨道电路来检查列车占用。1965年在慕尼黑-奥斯堡间首次运用,德国已装备了2 000 km铁路线,1992年开通了西班牙马德里至塞维利亚471 km高速线。
LZB列车运行自动控制系统包括:操作控制系统、计算机联锁系统、连续列车自动控制、轨道空闲检测系统、速度监测系统、列车安全间隔系统、紧急制动系统、来往车辆方向监测系统、静止状态的监测系统、车门的释放系统、强制性限速系统、确保列车操作过程中的故障安全系统等。
不论采用何种方式进行列车运行控制,列车运行自动控制系统的关键是车-地信息的传递。车-地信息的传递通道一般有2种:无线传输和有线传输,有线传输可以分为利用钢轨传输、利用在钢轨间敷设的交叉电缆传输和点式设备传输。
2 LZB自动列车控制系统的特点
LZB连续式自动列车运行控制系统根据信号命令、列车运行信息、地面线路条件等因素制定机车运行速度曲线,实时传递给机车,机车接收到相关信息后,根据速度运行曲线自动控制列车运行。
轨间环线传递车-地信息的方式是一种既能保证行车安全,又能提高运行效率的准移动闭塞制式,他采用在钢轨中间敷设交叉环线(地铁一般25 m交叉一次,大铁路一般100 m交叉一次),来实现车-地信息的双向传递,车-地之间传递的是数字编码信息,是一种数字化的信息方式,信息的传输量大,降低了外界气候条件对车-地信息传递的干扰和影响,提高了系统的可靠性。
LZB连续式自动列车运行控制系统的主要特点有列车运行间隔时间比较段,前后车辆时间间隔可以小于120 s,列车自动运行准点率比较高,地面信号机数量少,司机以地面信号作为主要的运行控制命令,行车指令连续显示,列车行驶速度连续监控,适用于大容量运输系统。
3 LZB系统的结构
LZB自动列车运行控制系统主要由两大部分组成:车载设备和地面设备。系统组成框图如图2所示。
3.1 地面设备
地面设备主要由控制中心、轨间感应环线和轨旁单元等组成。
3.1.1 控制中心
控制中心主要是接收和发送相关的列车运行控制信息。
接收信息 控制中心通过轨间感应环线等设备接收信号开放条件、线路条件、区间临时限速、列车信息(制动类别、列车长度、制动能力等)、列车动态信息、上一个控制中心传递来的控制权。
发送信息 控制中心向列车发送控制命令、向下一个控制中心转移控制权、向调度监督中心报告列车位置列车速度等辅助信息。
3.1.2 轨间感应环线
车-地信息利用敷设在钢轨中间的交叉感应环线进行,可以避免外界环境的影响和抗牵引电流的干扰,轨间电缆每隔一定距离(例如地铁中一般每隔25 m,铁路上可以采用每隔100 m)作一个交叉,一个中继器最多可以控制128个电缆环路,所以一个中继器的最大控制距离为:128×25=3 200 m(以地铁为例)。具体原理如图3所示。
室内、室外设备联系用控制中心和沿线设置的若干个中继器两级控制方式来实现的。中继器是控制中心与轨间电缆的中间环节,他的功能是把控制中心的命令通过轨间电缆传递给机车,将机车信息传输给控制中心,控制中心与轨间电缆之间的信息交换,包括频率变换、电平变换、功率放大等都是通过中继器来完成的。
列车运行具体未知的确定是通过地址码来实现的,我们用14位电码结构来表示列车的位置信息。其中最高位为列车运行方向码,第11～13位为对应中继器的代码,第4～10位为表示列车处于具体环路的粗地址码,当列车每驶过一个交叉点时,利用信号极性的变化,粗地址码就会加1,第1～3位为细地址码,当列车每驶过25 m×1/8,细地址码就会加1。当控制中心接收到地址码后,通过解码就会确定列车的具体位置。
例如:当控制中心接收到的地址码为:
解码:
(1) 列车为下行方向;
(2) 中继器代码为:010(4#中继器);
(3) 粗地址码为:0001011(十进制的11),即列车处于第11环路;
(4) 细地址码为:010(十进制的2),即列车处于11环路的25 m×1/8×2=6.25 m处。
最终定位为:
25×128×4+25×11+6.25=13 081.25 m
这个距离就是列车距离控制中心的距离,各个列车的具体位置确定下来以后,车载防护系统根据计算出的或地面控制中心传递的列车最大允许速度来控制列车的运行及防护列车超速。
3.2 车载设备
车载设备主要由车载计算机单元、感应接收线圈等设备组成,按三取二原理配备。车载计算机控制单元式控制系统的核心,控制单元主要通过车载感应线圈与地面轨道环线之间相互交换信息,从地面接收相关控制信息,同时可以通过感应线圈向地面传递列车的运行速度等信息,实现了地面-列车双方向信息传递。
LZB系统车内设有主体化机车信号,在机车上显示列车实际速度、目标速度、目标距离、应有速度等。
4 列车控制的基本原理
地面控制中心按地理位置存储了各种地面信息(线路坡度、曲线半径、缓行区段的位置与长度等),此外,沿线的信号显示、道岔位置、列车的有关信息(车长、制动率、所在位置、实时速度等)不断地经过轨间电缆传输到地面控制中心。地面控制中心根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距计算出列车所允许的最大运行速度,地面控制中心将此信息通过轨间电缆传递给机车,由车载计算机来控制列车的运行,如果列车的运行速度低于最大允许速度,车载防护系统不启动,如果列车的运行速度超过最大允许速度,车载防护系统启动,对列车进行制动,以降低列车运行速度,当然地面控制中心计算出的最大允许速度是根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距随时改变的。还有一种方法就是由地面控制中心不对列车的允许运行速度进行计算,而仅仅将线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距等信息通过轨间电缆传递给机车,由车载计算机计算出列车的最大允许速度,并由计算机来控制列车的运行。
5 列车运行安全防护距离
LZB列车运行控制系统属于准移动闭塞方式,列车仍以闭塞分区为最小行车安全间隔,但根据目标速度和目标距离随时调整列车的可行车距离,该种方式后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离,不是距前车的实际距离。
LZB列车运行控制系统的安全防护距离设置一般有2种方式。
一种是,列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离加一个闭塞分区长度;列车最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加一个闭塞分区长度再加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离,如图5所示。
另外一种是,列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离;列车最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离,如图6所示。
这种准移动闭塞方式还是以轨道电路分界点来分段确定目标距离的。后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离,不是距前车尾部的实际距离,因此,根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是“跳跃式”的,即在列车尾部依次出清各电气绝缘节时“跳跃式”跟随。因此,列车的追踪间隔和列车控制精度除取决于线路特性、停站时分、车辆参数外还与ATP/ATO系统及轨道电路的特性密切相关,如轨道电路的最大和最小长度、传输信息量的内容及大小、轨道电路分界点的位置等。
6 结 语
LZB系统由于车-地信息传递采用轨间电缆,数据传输受外界的影响比较小,避免了牵引电流的干扰,数据传输不受隧道、高山、森林和其他通信信号的干扰,但是信息传输要另外敷设轨间电缆,不利于机械化养护,造价成本较高,受防盗及工务线路养护等因素的限制,更加适合在地铁、轻轨运输系统使用。
摘要：随着我国铁路和城市轨道交通的迅猛发展,铁路信号控制技术作为保障铁路运输安全和提高运营效益的重要手段之一,近年来得到了飞速的发展。介绍了一种西门子的LZB连续式列车自动控制系统制式,通过对该系统的基本构成和利用轨间电缆实现车-地信息传递的基本原理的介绍,使大家对这种特殊的铁路信号控制技术制式有更深的了解。
关键词：连续式,LZB,轨间环线,自动控制,信号系统
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列车运行自动控制技术 篇9
铁路运输已成为当代非常重要的交通工具,铁路运输的安全性亦越来越重要,因此对铁路信号系统的安全性可靠性要求亦越来越严格。目前列车在区间内的安全运行是由闭塞系统和列车运行控制系统保障,其中列控系统通过车—地—车通信实现追踪列车间的通信。如CTCS-2(China Train Control System-2,中国列车运行控制系统)列控系统,地面列控中心将行车控制信息通过轨道电路以发码的形式传送给追踪运行的列车,追踪运行的列车根据发码信息(绿L、LU绿黄、U黄、H红等)间隔行车,若列控中心与轨道电路间发生故障,导致轨道电路发码异常,影响行车效率甚至引发追尾事故;CTCS-3列控系统中运用GSM-R(Global Communication System for Railway)无线通信技术,通过区间内设置的地面设备基站实现列车间的间接通信。对于间接通信,通信环节较多更容易影响整个系统的可靠性。
因此很有必要研究一种仅通过车载设备实现前后行列车间的直接通信;且该技术在现有间接通信系统故障情况下作为一种冗余通信仍能实现前后行列车间的直接通信,避免追尾事故的发生。
2 系统框架
2007年德国宇航中心提出铁路避撞系统RCAS(Rail way Collision Avoidance System),每列车的RCAS获取自身的速度、位置信息等广播给邻近区域内的其他列车[1];为了使RCAS的信息可靠地广播给相关列车,德国宇航中心提出了工作频段为400MHz的列车间直接通信技术[2];我国学者提出的车碰撞防护系统CAS-T(Collision Aviodance System-Train)也是在列车间直接通信的基础上实现。
本论文提出的区间内列车间直接通信技术的系统框架如图1所示,区间内的每列车必须安装收发信机、遮挡天线、车载传感器,由车载传感器实时获取自身位置(Position)、速度(Velocity)、时间(Time)等信息,简称PVT。PVT及其他行车控制信息由车载收发信机通过列车间直接通信链路传送给其前后行列车,车载计算机通过信息比对即可预测列车运行状况,从而避免危险发生。
2.1 信息格式
在列车间直接通信系统中,列车的测速及定位等相关设备实时获取列车的实时信息,车载计算机将这些数据整合,产生一定固定长度的信息,简称为SPI(Speed Position Information,速度位置信息),即形成列车间直接通信所传送信息其格式如图2所示。
通常SPI信息所包含的信息量为图2实线框内的内容,长度约为162bits,若在今后给列车安装了GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统),则可将列车所处位置的经纬度及航向等信息加入其中[3]。
3 前后行列车间直接通信信道
列车间直接通信技术主要实现同一线路上前后行列车之间的直接通信,前后行列车间实时交换彼此的速度位置等信息,提高列车运行的安全性。可见此通信系统信道两端的收发信机都处于高速移动状态,造成在对该系统进行系统设计及网络构建时不能完全参照现有的GSM-R系统。
列车间直接通信信道两端收发信机的高速移动使其信道为移动终端到移动终端的信道(Mobile to Mobile,M2M),导致其信道统计特性与GSM-R信道(基站到移动终端base to Mobile B-M)的不同。
收发信机随列车高速移动,这种高速移动会引发各种因素导致信道恶化。在M2M无线信道中主要有以下三种因素:随通信距离信号衰减、多径传播及信道的时变特性。
3.1 路径损耗模型
路径损耗表示信号随距离的衰减,可通过接收信号的平均功率跟收发信机之间距离的函数关系得到。根据列车区间运行环境的特点,首先考虑经典的路径损耗模型—Okumura-Hata模型,该模型有效的频率范围为150MHz~1500MHz,通信距离可达20Km,显然列车间直接通信技术所选取的工作频段400MHz在此范围内。
Okumura-Hata模型以市区路径损耗为基准,在此基础上对其他地区进行修正[4]。
1)市区传播路径损耗基准公式:
a(hr)为移动台天线高度校正因子。
根据我们所讨论的情形,
2)开阔地区模型:
3)郊区模型:
其中,d为收发信机间的通信距离,ht、hr为发信机及接收机天线高度(列车收发信机天线距地面为5.3m),fc为无线通信的工作频段,Lurb1、Lopen、Lsub分别为市区、开阔地区、郊区传播模型的路径损耗。
图3是上述3种地区路径损耗跟距离变化的关系图。列车在区间内运行的理想环境是平坦地区,而实际的铁路线路常常会穿越森林和山区。文献[5]对郊区模型的测量发现此模型较适合于铁路环境,再结合图3初步选用郊区模型进行路径损耗的粗略估算。
3.2 多径传播
高速运行环境下的列车与列车间的直接通信中,往往存在较强的视距信号并伴随有地面的反射信号以及散射信号(多径传播),这些信号在接收端矢量合成,产生一个随着其分量不断变化的波动合成信号,接收端信号的短暂波动就称为多径衰落。把存在较强视距信号的多径衰落称为莱斯衰落,因此列车间直接通信信道是具有一定视距信号的的移动到移动的莱斯衰落信道,莱斯衰落的概率密度函数如式(4)所示[6]。
其中,z是信号的包络;是包络检波之前所接收的电压信号的时间平均功率;K是莱斯因子,,A为直射信号的平均功率;Io是第一类零阶修正贝塞尔函数。列车在车站内追踪运行时视距传输存在,且在通信范围为6Km时,莱斯因子K约为5,区间内运行时K约为1.2[2],概率密度函数分布图如图4所示。
在无线通信系统中,莱斯因子信道体现了信道质量,因此莱斯因子的测量估算非常重要。莱斯因子的值与信道特性、通信链路预算、调制技术、定位技术等紧密联系,通过莱斯因子的测量也利于信道的优化。
3.3 多普勒频移
信道的时变特性是由于两通信列车间的相对运动而引起的,即多普勒频移特性。列车间直接通信技术是前后行列车间直接进行通信,前后行列车间的相对运动导致信道中存在多普勒频移现象,因多径传播不同路径产生不同的多普勒频移如式(5)定义。对于以相对速度v运动的移动台,所接收载波发生的多普勒频移为[7]:
其中,fd,n:第n条路径上的平面波的多普勒频移;fm:最大多普勒频移(入射角αn=0);fc:载波频率。
多普勒频移是信道参数变化快慢的标志,体现了信道的时变速度[8],前后行列车间的相对速率越大,多普勒频移越大,信道参数变化越快。这将对系统的误码率、突发帧错误产生影响,同时在接收端信号解调中对系统所采用解调技术的要求会提高。
在B-M信道中由于基站与移动台间的相对速度不为零则其最大多普勒频移存在且随着移动台速度的增大,多普勒频移越大,信道参数变化越快,将对系统误码率产生影响,接收端解调技术的要求也提高。而在列车间直接通信中前后行车的速度可能相差不大(或相同),则其相对速度很小(或为零),也就是说其最大多普勒频移很小(或为零)。
假设载波,前后行列车运行速度分别为160Km/h、250Km/h,通过MATLAB仿真,多普勒频移对B-M信道和列车间直接通信道的影响如图5所示。图5(a)是多普勒频移对基站到移动台信道的影响,此时接收信号的包络起伏大且较深,即包络的变化速率快,衰落的速度快;图5(b)是多普勒频移对列车间直接通信信道的影响,接收信号的包络并无图5(a)那样严重的起伏变化,信道衰落的速度也较慢。
因此相比于B-M信道,列车间直接通信信道的多普勒频移主要是各多径成分多普勒频移fd,n的叠加,对列车间直接通信系统性能的影响较小。当前后行列车相对运动引入的多普勒频移很小时,若信息传输速率较高,则相对于由多径时延引起的码间串扰对误码率的影响,就可忽略多普勒频移对其的影响[9]。如此便于列车间直接通信信道的优化,有利于提高系统的通信性能,也降低了解调技术等的研究难度。
4 参数分析
1.频率选择:
区间内追踪运行列车间直接通信技术通信距离为6km。为了避免远距离通信中剧烈的信号衰减,本文选用Okumura-Hata的郊区模型建立路径损耗模型,与其适合的频段在UHF波段内,本文选定为400MHz,在该波段下信号的损耗随通信距离的变化如图3中的LSub所示。由图3中的LSub曲线可知,当通信距离为6Km时,信号的路径损耗为-142.59d B。
2.信道模型:
本论文将区间内追踪运行列车间直接通信技术的信道采用Okumura-Hata模型中的郊区模型。
3.发送功率:
UIC规定高速运行列车接收机的最小接收电平为-92d Bm,文献[10]中提出了发射功率P的计算公式:P=10log10(KTB)+SNR-LPath Loss+σ,信号可靠接收的最佳信噪比SNR为10d B,不同的是本文中的LPath Loss(d B)是根据公式3计算,则有:
因此通过计算得发送功率P为13.7W。
4.时延分析:
列车间直接通信技术不仅用于前后行列车间实时交换彼此的PVT信息,防止追尾事故的发生,而且还在现有列车的列车运行控制系统故障的情况下,用于及时准确地传输预警信息,对于GSM-R通信系统的最小传输延时约为1s,而列车间直接通信系统最小传输延时约为10s。在区间内追踪运行的列车(假设运行速度为250Km/h),前行列车由于列控系统故障停车,而前后行列车间直接通信技术正常工作,在直接通信系统信息传输时延的10s内,后行车距此前行车的距离为:
根据《2004年第5版铁路主要技术政策》规定,250km/h高速旅客列车制动距离的不超过2700m。由式(6)可以看出前行列车故障停车时,前后行列车间的距离为5.31Km,在该距离内后行列车的驾驶员有足够的时间决定如何应对该突发事件。这也就意味着,列车间直接通信技术10s的传输时延,并不会影响追踪运行的后续列车处理预警信息。
5 结束语
本文提出一种工作频段为400MHz的区间内追踪运行列车间直接通信技术,通过建立列车间直接通信系统的系统框架,确定所传输信息的格式;同时对列车间直接通信信道进行分析,确定列车间直接通信信道为M2M信道、路径损耗模型为郊区模型、多径衰落模型为莱斯衰落、讨论了多普勒频移对信道的影响;最后验证了区间内追踪运行列车间直接通信技术的工作频段、通信距离、发射功率、传输时延等参数的可行性。
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列车运行自动控制技术 篇10
1 区间内列车到发顺序方案优化
对于计算机编制周期性列车运行图关键技术而言, 并非一项技术, 而是一个整体的技术体系。该体系在运用的过程中, 结合我国的实际情况和发展要求, 做出了较大程度的努力, 其工作效率相对较高。从目前的计算机编制周期性列车运行图关键技术来看, 区间内列车到发顺序方案的优化, 为我国的列车进步提供了必要的保证。第一, 互换特性。区间内列车到发顺序得到优化后, 在始发站, 同一类列车的运行线位置可以完成良好的互换, 通过执行该措施, 我国的铁路运行更具效率, 并且在客流量方面有了较大的增长。第二, 传递特性。方案优化后, 基本上完全摒弃了之前的列车方案, 传递特性相对明显。主要表现为后方区间的列车到发顺序基本上向前方区间传递, 这样以来, 就减少了很多的冲突, 实现了长效运营。第三, 有限特性。该特性主要是为了对列车运行做出一些规定, 例如, 列车被允许越行的次数受到了严格的限制, 也就是说, 列车顺序的改变次数是有限的, 以防止造成列车错乱的情况。
2 列车运行线过周期处理
自从我国建设铁路以后, 国家的经济飞速发展, 尤其是到21世纪后, 铁路带来的收益持续增长, 形成了国家发展的良性循环。在计算机编制周期性列车运行图关键技术方面, 我国实现了列车运行线过周期处理。从理论上来讲, 周期性列车运行图, 主要是由一个单周期列车运行图, 经过拓展而形成的。这样的周期性列车运行图, 比较符合实际的需求, 且没有矛盾和冲突, 实际的运行效率较高。但是, 由于周期性比较短, 因此在铺画周期性列车运行的过程当中, 会多次出现过周期的情况, 也就是运行线超过周期时间的问题。为此, 通过运用计算机编制周期性列车运行图关键技术, 可对运行线的具体运行时刻, 进行周期处理, 以此来完成列车的安全运行。本文认为, 运用计算机编制周期性列车运行图关键技术处理过周期问题的时候, 可从以下几个方面出发:第一, 在列车的到发顺序确定及初始点的布置阶段, 应积极考虑周期时间的列车越行情况, 该情况有时是不可避免的, 有时是可以避免的。第二, 在冲突消解阶段当中, 必须考虑到周期与周期间列车运行线发生冲突的情况, 此时两辆列车必须设定好时间和行驶速度, 并且对开往方向做出规范。
3 初始布点
确定区间内可行的列车到发顺序方案集合之后, 再结合上一区间的列车到达时刻、停站时间及安全间隔时间要求, 形成各列车在本区间的初始发车时刻。本文采取紧密布点方式, 即以可行的列车到发顺序方案为前提, 仅考虑相邻列车的安全间隔时间约束及列车停站时间要求, 对各列车的初始出发时刻进行确定。由此可见, 计算机编制周期性列车运行图关键技术在初始布点上的应用, 取得了理想的效果, 对我国的列车行驶和路线图安排产生了较大的积极意义。
4 结语
本文对计算机编制周期性列车运行图关键技术展开分析, 从现有的工作来看, 该技术的运用, 不仅对列车的运行产生了较大的积极意义, 同时在客观上和主观上满足了旅客的各项需求。在今后的工作中, 应积极运用计算机编制周期性列车运行图关键技术, 实现对列车运行的更大优化。同时, 在安排列车运行的时候, 还应考虑到一些客观的影响因素, 根据计算机编制周期性列车运行图关键技术的结果, 制定好备案。
摘要：随着交通的发展和各项计算机技术的进步, 我国的交通线路安排, 有很大一部分都是通过计算机编制周期性列车运行图关键技术来完成的。目前, 我国的计算机编制周期性列车运行图关键技术已经比较健全, 在安排车次、列车行驶速度、车站等方面, 均做到了理想的效果。在近几年的工作中, 计算机编制周期性列车运行图关键技术的应用, 促使列车的安排能够更加符合大众的要求, 相信在日后的工作中, 会有更出色的成就。
关键词：周期性列车,运行图,计算机编图,冲突消解
参考文献
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列车运行自动控制技术 篇11
一、K型旅客列车纵向冲动的原因
1.1 根据国内外列车纵向动力学分析的结论.影响旅客列车纵向冲动的原因可以归纳为以下几个方面：
1.1.1列车牵引定数或编组辆数。列车编组辆数的多少不仅影响列车的稳态力，结合车辆特性、线路条件还会影响列车的动态力。编组輛数愈多，列车的纵向冲动愈大。
1.1.2客车制动系统的性能以及转向架检修质量。旅客列车调速、停车均需要有制动系统来完成，由于制动系统的不同制动工况的制动波速不同，基础制动装置动作的不一致性，在列车运行过程中产生纵向冲动。
1.1.3缓冲器的特性。对于提速客车，在编组14辆-20辆的条件下，缓冲器性能设计适当，可以大幅度地降低列车的纵向冲动水平。
1.1.4车钩连挂系统的纵向间隙的大小。车钩连挂系统的纵向间隙的大小是造成列车纵向冲动的条件因素，车钩间隙越大，纵向冲动越大。
1.1.5线路的特性，线路的水平曲线是影响列车调速的主要原因之一，在竖曲线上列车在过变坡时同样会造成车辆的相对速差，引起纵向冲动。
1.1.6列车的操作。司机操作不当也会造成列车的纵向冲动。
实践证明，客车制动系统的性能以及转向架检修质量的改善可以大幅度地降低提速客车的纵向冲动。我们将在下文重点对K型客车转向架进行分析，找出了影响旅客列车运行性能的原因，并研究了部分解决方案。
1.2 25K型车纵向冲动现状
对不同车辆装备、不同运行条件下的25K型列车运行品质数据进行实时检测记录，发现25K型列车纵向冲动的发生概率相对其他25型车要小，但列车在加速、制动停车、运行调速或过道岔、过长大坡道时仍有发生冲动的可能，有时甚至在几分钟的时间内连续发生几次或十几次较大的冲动。
下面我们就以SW-160型转向架的改进为例，进行深入讨论。
二、SW一160型转向架横向晃动原因分析及改进措施
SW--160型转向架在25K型车辆上得到了全面推广应用。但是，在线路等级较低及线路不平顺较大的情形下，装用SW--160型转向架的25K型车辆，与25G型车辆进行比较，车辆的横向晃动频率和加速度相对较大，横向平稳性不很理想，乘坐舒适度较低。
2.1SW--160型转向架构造及分析
SW--160型客车转向架的中央悬挂装置采用全旁承支重、空气弹簧装置、抗侧滚装置、横向缓冲器、横向油压减振器及纵向牵引拉杆等零部件。它在一系悬挂上，采用了单转臂式弹性定位，轴箱弹簧支承面在轴箱顶部。二系为无摇动台悬挂结构，采用了SYS550D型空气弹簧，空气弹簧内设有可变阻尼节流阀。
SW--160型转向架在个别区段横向晃动较大的现象，认为主要是由车辆检修时更换配件后技术性能没有达到设计要求，转向架构造特点和线路技术等级较低所决定的。
2.2SW--160型客车转向架主要构造特点及存在的主要问题如下：
2.2.1无摇动台结构横向刚度较大、横向振动性能较差。
SW--160型转向架为无摇动台结构，采用空气弹簧和旁承承重。理论上，把空气弹簧设计成有较小的横向刚度，以替代摇动台装置，实现转向架中央悬挂装置在横向有较柔软的刚度性能，以保证车辆有良好的横向平稳性。但是，实际上，现有空气弹簧没有达到柔软的横向刚度性能的设计要求。
2.2.2在摇枕与构架侧梁之间安装有抗侧滚扭杆装置，对线路响应大。
SW--160型转向架将抗侧滚扭杆装置安装在摇枕与构架侧梁之间，因为没有摇动台装置，所以要求该装置在横向应能适应车体（摇枕）相对构架的较大横向位移量，故该装置的工作条件较差。增大了二系悬挂的横向刚度，不利于车辆具有良好的横向平稳性。
2.3改进建议
2.3.1减少空气弹簧的垂向和横向刚度
空气弹簧是转向架最为关键的零部件之一，直接影响和决定转向架的动力学性能和安全性能。SW--160型转向架采用的SYS640D型空气弹簧构造。该空气弹簧为自由模式。对于有效直径和曲率相同的空气弹簧，高度愈高，横向刚度愈小，其横向负载特性的线性度愈好；空气弹簧的有效直径愈大，其横向刚度愈大。适当提高空气弹簧的高度，科学增加空气弹簧的有效直径，降低空气弹簧内的空气压力，保证其在400kPa以下，以保证空气弹簧有良好的运行性能。
2.3.2在有条件的情况下，增加旁承间距。SW--160型转向架的空气弹簧间距为2300mm，而旁承间距为1850mm。应尽量增加旁承间距，以减少车体侧滚振幅。
2.3.3在定期检修时，要保证抗侧滚扭杆装置技术性能，如果抗侧滚扭杆装置技术性能不能满足设计要求，那么线路缺陷往往会直接传递到车体，使车体产生较高频率的振动。
2.3.4提高差压阀的性能
由于SW--160型客车转向架采用全旁承支重的结构特点，如果差压阀性能不良，那么，车体容易发生较大侧滚振动，为此，尽量保证差压阀动作压差在120kPa±l0kPa；流量在l0dm3/s以下，从500kPa降到400kPa的时间不大于14s。
综上所述，提高25K型客车转向架运行品质就必须做到以下几点：一是入厂更换构架时，应按厂修标准对转向架兼做厂修，并更换所有橡胶件。要严格按原位组装，原配件仍归原位。二是段修A3级检修时必须更新定位转臂弹性定位套和横向控制杆橡胶套，必须左右侧同时更换。三是在日常检修时必须根据不同转向架的结果特点，有重点的检查关键配件及部位，及时发现及时更换，从而保证关键配件的运行质量品质。四是注重各级修程中涉及车辆关键部位及配件的性能试验，如：抗侧滚扭杆的性能试验，空气弹簧的差压阀试验，轮对组装后的动平衡试验等，只有这样才能保证以上配件的性能，从而提高转向架抗各个方向的震动能力，有效提高车辆运行品质和乘坐舒适度，保持铁路的市场竞争力。
列车运行自动控制技术 篇12
LKJ2000型列车运行监控装置 (以下简称LKJ装置) 具有监控功能、记录功能、显示和警告提示功能、数据分析功能, 对防止列车“两冒一超”, 减少列车运行事故的发生, 改善旅客乘车环境, 促进机务管理, 减少机务行车责任事故等方面有显著的效果, 促进了机车运行管理的自动化、规范化, 确保了行车安全。
LKJ装置通过采集列车运行中的各种状态信息, 如:运行速度、机车工况条件、制动管压力、轨道信号、解锁次数等, 结合车载存储线路参数进行分析处理, 以控制列车运行, 实现安全速度控制。同时, 把列车运行过程中采集的数据, 包括列车运行状况、信号设备状况等记录下来, 为事故分析提供准确的数据, 也为机务部门提供了一种现代化管理手段。
在长期实际运用中, LKJ装置仍存在结构性非控制项点”的不足。通过对实际运输生产中较为突出的6个项点进行分析、研究, 对进一步完善LKJ装置提出改进设想, 由“人控”向“机控”过渡, 加大LKJ装置的安全保障作用。
2 机车乘务员输入接车股道号码不安全因素
列车进站前, 机车乘务员使用无线列车调度通信设备与车站值班员进行车机联控, 根据联控获得列车侧线进站股道号, 按压LKJ装置【进路号】键并输入股道号码后, LKJ装置监控列车以不超过输入侧线股道对应的道岔限速运行。
2.1 安全隐患分析
列车进站前, 若发生由于联控对话不清楚、无线列车调度通信设备作用不良、机车乘务员操作失误等偶然因素, 机车乘务员错将短股道输成长股道或将低限速股道输成高限速股道, LKJ装置无法正确控制列车在关闭的信号机前停车或按规定道岔限速运行, 制动时机不当可能发生冒进出站信号或超速通过道岔导致列车颠覆的事故发生。
2.2 人为控制措施
(1) 机车乘务员在进站前, 车机联控规定地点按规定进行联控, 根据车站值班员车机联控时通知的列车接车股道, 对LKJ装置准确输入股道号。 (2) 遇列车无线调度通信设备联控不通或列车无线调度电话故障时, 机车乘务员应将列车运行速度按该站接车进路最低道岔限制速度和保证在出站信号机前能停车的速度进行控制, 严禁私自臆测输入股道号码。进入站内确认所进股道后, 对LKJ装置再准确输入股道号。 (3) 当列车进入接车线, 机车乘务员发现LKJ装置股道号输入错误时, 应将列车控制在该站接车进路最低道岔限制速度和出站信号机前能停车的速度以下, 重新输入正确的股道号。 (4) 列车进站停车, 机车乘务员应按规定的机车停车位置 (地面目标) 操纵列车停车, 严禁以LKJ装置显示的距离臆测停车目标。 (5) 退勤检索分析员应对照机车乘务员手账检查机车乘务员侧线股道输入情况, 并对出站后距离校正情况进行重点分析。 (6) 对于距离误差大于50 m的, 日分析利用联控录音抽调验证实际进入股道是否与LKJ装置记录股道号相符。
2.3 人控改机控卡控设想
开发车站地面股道发码系统软件与机车股道发码识别系统软件, 由LKJ装置自动识别进站股道, 自动调用股道数据, 减少人为输入控制, 由人控变为机控, 保障行车安全。
3 调车作业不安全因素
调车状态下, LKJ装置是固定限速模式 (限速值为40 km/h) , LKJ装置在仅有速度限制的监控模式下监控列车运行。
3.1 安全隐患分析
调车安全是机务行车安全的关键, 原因就在于LKJ装置工作在调车状态下, 属LKJ装置控制盲区, 且由于调车信号不发码, LKJ装置无法按信号显示要求控制, 若机车乘务员误认信号将造成冒进调车信号或挤岔事故。
3.2 人为控制措施
(1) 必须熟知调车信号机位置和所限定的径路, 运行中严格执行呼唤应答制度, 由近到远逐个确认调车信号的显示。
(2) 当调车信号开放后, 单机动车前, 必须执行信号侧双人确认制度, 两人确认信号开放, 呼唤应答后, 方可动车。
(3) 过岔后需返回时, 为确认调车信号应留出10 m距离。遇特殊情况, 应下车确认调车信号。
(4) 在车站、专用线调车作业时, 除专调机车外的机车, 牵引车辆及单机在空线上运行的速度, 应低于车站股道、专用线限制速度, 最高不得超过25 km/h。推进运行时, 必须将LKJ装置转入“出入库”状态, 最高不得超过15 km/h。专调机车应低于车站股道、专用线限制速度和平调信号限制速度的低值运行。
(5) 单机调车运行非常停车后, 应执行稍许移动的规定。
(6) 进入尽头线应一度停车并严格控制速度。
(7) 机车乘务员退勤应将调车作业通知单交回, 日分析认真核查分析, 做好隐患防范。
3.3 人控改机控卡控设想
现有车站调车信号设备加装地面发码设备, 由机车信号设备接受调车信号白灯、蓝灯信号, 向LKJ装置输送信号, 由LKJ装置进行控制, 变人为控制为机控, 保障行车安全。
4 临时接收限速运行调度命令不安全因素
运行中临时接收限速运行调度命令, 由机车乘务员按调度命令发布限速, 人为卡控速度运行。
4.1 安全隐患分析
临时接收限速运行调度命令无法通过IC卡载入LKJ装置, LKJ装置不能控制列车以不超过临时限速值的速度通过限速区段, 若机车乘务员臆测运行, 可能发生列车超速, 甚至造成列车颠覆事故发生。
4.2 人为控制措施
(1) 临时接到限速运行的调度命令时, 必须详细记录, 与车站值班员或列车调度员进行复诵, 认真核对, 确保内容完整无误。 (2) 进入慢行区间前、施工慢行“T”字牌前、慢行“减速信号”牌前, 机车乘务员必须对慢行地点、慢行标志牌进行确认、呼唤, 并采取相应控速措施。当列车尾部已完全越过限速地点方可加速运行。在通过慢行起、止地点时要按压LKJ装置【定标】键, 回段后向值班员汇报, 上交调度命令。 (3) 由日勤分析人员对照收回的临时限速命令, 对机车乘务员的操纵进行检索分析。
4.3 人控改机控卡控设想
利用无限传输设备, 在临时限速地点的前方站设置慢行IC卡编辑无线发送装置, LKJ装置进行无线接受, 达到机控目的保障行车安全。
5 本务、非本务状态转换操作不安全因素
机车本务、非本务状态转换操作完全由机车乘务员人工完成。
5.1 安全隐患分析
本务机车一旦误进入非本务状态, 非本务状态一旦忘记转会本务状态即造成LKJ装置失控, 机车不受任何限速、信号控制, 会造成意想不到的事故防伤。
5.2 人为控制措施
(1) 铁路局电务业务主管部门使LKJ装置处于补机状态、本务状态时, 其显示屏有显著的不同显示。 (2) 开车前机车乘务员、副机车乘务员必须根据监控显示器的显示, 确认本务、非本务状态。 (3) 对非本务运行文件中的机车信号变化记录情况进行重点检索分析。
5.3 人控改机控卡控设想
设置LKJ装置判断条件, 若LKJ装置正常接受到地面信号, LKJ装置自动跳转至本务运行状态, 达到机控目的保障行车安全。
6 机车监控装置故障不安全因素
6.1 安全隐患分析
LKJ装置故障后失去监控功能, 如机车乘务员臆测行车, 易发生行车事故。
6.2 人为控制措施
(1) LKJ装置故障时, 机车乘务员应立即使用列车无线调度通信设备报告车站值班员、列车调度员, 在自动闭塞区段列车以不超过20 km/h的速度维持运行至前方站。如不能维持运行就地请求救援。
(2) 实行双人值乘, 自动闭塞区段运行中机车乘务员应注意确认地面信号机的显示, 按信号显示要求行车, 当信号机显示停车信号时必须按规定停车。在半自动闭塞区段运行时, 列车接近车站前机车乘务员应适当降低运行速度, 待确认进站信号显示后, 按其显示要求运行。
(3) 列车进站停车后, LKJ装置故障现象仍未消除时应及时报告车站值班员或调度员更换或加挂机车。
(4) 机车乘务员应认真记录故障发生的时间、地点、现象, 并在机车入段信号检测人员接车和退勤时详细报告。
(5) 机务段应将LKJ装置故障进行分类统计汇总, 并及时或定期向有关单位和上级领导报告情况, 反馈信息。
6.3 人控改机控卡控设想
将车载LKJ装置增加为双套设备, 便于发生故障及时进行切换, 保障行车安全。
7 机车信号故障情况下不安全因素
列车运行在区间如发生机车信号故障, 由乘务员人为将LKJ装置转为“20 km/h限速模式”运行。
7.1 安全隐患分析
列车运行在区间如发生机车信号故障, 在自动闭塞区段LKJ装置转为“20 km/h限速模式”或半自动闭塞区段运行时, LKJ装置不再按机车信号显示要求监控列车运行, 若乘务员臆测行车, 易发生列车冒进信号或自闭区间追尾事故。
7.2 人为控制措施
(1) 准确判定机车信号故障: (1) 机车信号持续灭灯或频繁闪灭; (2) 连续两个闭塞分区, 机车信号显示白灯或频繁“掉白灯”; (3) 机车信号连续显示与地面显示不符的“红/黄”、“红灯”; (4) 机车信号出现升级显示或两个以上色灯同时显示。发生以上4种情况时, 乘务员即可确定机车信号故障。应立即使用列车无线调度通信设备报告车站值班员、列车调度员, 应在立即停车后, 转入20 km/h限速模式, 维持运行至前方站。
(2) 转入“20 km/h限速模式”运行时立即实行双人执乘。机车乘务员、机车乘务员应加强瞭望, 两人共同确认地面信号机的显示, 按信号显示要求行车。当地面信号机显示停车信号时必须按规定停车。
(3) 半自动闭塞区段, 发生机车信号故障时, 可在不停车的条件下, 比照上述 (1) 、 (2) 条执行。当列车接近前方车站进站信号机时, 应将速度降低至20 km/h以下, 机车乘务员2人确认地面进站信号机开放显示后, 方可使用“人工引导”模式进站。
(4) 列车进站停车后, 机车信号故障现象仍未消除时, 应及时报告车站值班员或调度员加挂机车。加挂机车连接后, 第二位机车 (机车信号故障机车) 的LKJ装置应转入补机状态。
(5) 发生机车信号故障, 机车乘务员应记录故障发生的时间、地点、现象等情况。机车入库, 应向信号检测人员报修并跟踪设备更换情况, 退勤时详细填写相关报告。
(6) 机务段应将机车信号故障“20 km/h限速模式”的使用情况进行分析、分类、汇总, 并及时或定期向有关单位和上级领导报告情况, 反馈信息。
7.3 人控改机控卡控设想
增加机车信号装置为双套设备, 便于发生故障及时进行切换, 保障行车安全。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.列车运行监控装置 (LKJ) 规章汇编[S].北京:中国铁道出版社, 2010
[2]郑州铁路局.LKJ2000型列车运行监控装置操作手册[M].北京:中国铁道出版社, 2009