列车运行的耳目（精选12篇）
列车运行的耳目 篇1
我国铁路随经济发展的需要正向高速, 重载方向发展“十二五”期间国家已将高铁技术定为优先发展的高端装备制造业, 以后三年每年投资约7000亿元, 加快了与国际先进水平接轨的步伐, 列车运行速度的提高, 更要求铁路信号系统核心设备--列车运行控制系统 (CTCS) 能在高速列车运行中控制其速度, 并调整与前行列车之间距离, 原有的铁路信号显示和区间闭塞设备均有较大的变化。
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。
列车运行控制系统为高速列车的运行提供了可靠的安全保证, 随着高速铁路的建设, 铁路信号装备将发生巨大变化并得到迅速发展。
列车运行的耳目 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。
高速列车追踪运行安全性分析 篇3
关键词：高速列车；移动闭塞；追踪运行；安全性；舒适性 文献标识码：A
中图分类号：U284 文章编号：1009-2374（2016）12-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.042
1 概述
高速铁路行车密度大、安全要求高，而移动闭塞系统通过改善高速列车运行速度和间隔距离控制，使高速列车能够以较高的速度和较小的间隔运行，提高铁路运营效率和安全性，是高速铁路信号系统的发展方向。因此，在移动闭塞的各种环境条件下，对高速列车追踪运行的安全性和舒适性进行分析具有现实意义。
2 高速列车追踪运行过程多特征描述模型
高速列车追踪运行过程中，其操纵状态与移动闭塞下高速列车追踪运行特征（如前车信号影响）、线路特征等密切相关，因此，本文建立高速列车运行追踪特征模型，运行线路特征描述模型为研究提供量化依据。
高速列车的运动方程如式（1）：
2.1 高速列车追踪运行过程描述模型
移动闭塞系统运用先进的通信技术、计算机技术和控制技术进行高速列车追踪运行间隔控制。移动闭塞下，高速列车相对追踪运行较绝对追踪的运营效率更高，而且闭塞区间长度随前车与后车的速度、位置、制动能力等运行参数的变化而实时变化。因此，本文建立移动闭塞下高速列车相对追踪运行过程描述模型如图1所示：
图1中，区间调度中心DCC（Dispatching Control Center）与车站调度中心SCC（Station Control Center）之间、SCC与SCC之间进行双向有线通信，SCC与车载设备OBC（On Board Computer）之间、OBC与OBC之间进行双向无线通信。为高速列车最小追踪间隔安全距离，为判断后车（代表追踪列车）是否受前车（代表前行列车）信号影响的间隔距离阀值，为两车停车后必须保证的间隔距离，为列车长度，为的紧急制动距离，为的常用制动距离，为的当前速度，为的当前速度，为的减速度，为的减速度。
综上，基于高速列车追踪运行特征描述模型，实时获取、的限速、速度、位置等信息，从而计算得到变量的动态数值，为本文优化策略提供实时决策依据。
2.2 高速列车运行线路特征模型
高速列车运行操纵状态与其运行线路特征密切相关，线路特征模型的精确性直接影响高速列车操纵优化结果的准确、实用性。因此，要求该模型最大可能地保持线路固有属性同时便于计算，以提高研究结果的准确性和实用性。
本文建立的线路特征模型主要考虑了线路特性以及牵引供电。线路特性充分考虑了线路纵断面、曲线、桥隧；牵引供电主要考虑电气化铁道牵引供电区之间的分相区，因为CRH3动车组在京沪高铁上运行时采用ATP过分相技术通过分相区，且惰行通过分相区得线路特征模型表达式如下：
3 安全性分析
高速列车追踪运行的行车安全主要体现为保持安全追踪间隔距离、不超速运行。本文通过实时优化的运行速度（）控制来保证行车安全性，以实现安全目标。除了路况及其动态信息以及线路允许速度、临时限速等列控命令等因素外，还必须适应前车的行为变化，始终与前车保持合理的动态间距安全、高效运行。
依据高速列车运动方程、上文2.1节建立的特征描述模型，建立高速列车超速运行的风险评价模型如式（8）和式（9）所示；
当后车在前车信号影响范围内时（即<），基于式（3）、式（5）可得高速列车追踪间隔过小的风险评价模型如下：
式中：为高速列车追踪运行安全评价指标值。式（6）、式（9）中所示的风险系数、越小，则相应越小，即高速列车追踪运行过程全性越高。
4 舒适性分析
动车组运行速度快具有强大惯性，其操纵过程中的突然加/减速、加速过快都会严重影响乘客的舒适性，因此将动车组的乘坐舒适性定义为纵向加速度变化的大小及其变化率。以加速度（>0表示牵引，<0表示制动）以及牵引/制动冲动作为动车组乘坐舒适性的评价指标。我国对动车组纵向加速度变化及其变化率的限制为≤、≤的参考舒适度要求。
5 结语
本文针对移动闭塞下高速列车追踪运行的各种复杂情况，建立了高速列车追踪运行多特征描述模型，并通过实时获取高速列车限速、速度、位置等信息，对高速列车追踪运行的安全性和舒适性进行了分析。然而，本文还未对实际高速列车的追踪运行进行仿真分析，因此在后续工作中，将在以上研究的基础上，以实际高速列车的追踪运行为依据，进行仿真计算，将更具现实
意义。
参考文献
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作者简介：龙真真，女，湖南高速鐵路职业技术学院助教，研究方向：铁道信号自动控制；王锐东，男，湖南高速铁路职业技术学院助教，研究方向：计算机技术。
高速列车运行控制系统的研究 篇4
1 高速列车运行控制系统的研究
目前, 高速列车运行控制系统是由铁道部鉴定的准高速列车速度分级控制系统发展而来的, 列车在运行过程中, 其时速满足200km的旅客列车信号安全控制的各方面要求, 该系统运行的原则是“人机联控, 人控优先”的原则, 然而, 高速列车运行控制系统的原理是:当列车行驶过程中, 司机可以根据列车的时速来控制设备。当列车超速时, 设备就会自动发出警报, 以便司机及时采用制动来减缓列车的行驶速度;当列车行驶速度低于高速标准速度时, 允许司机暂时缓解。该系统在运行和控制过程中, 基于可靠性与故障安全理论研究的基础上, 将信号安全技术、机电控制技术以及计算机技术相结合, 最终形成了机电一体化信号安全的防护系统。整个系统采用的是VME总线技术以及欧洲结构标准, 采用开放式结构以及双机冗余的方式, 确保高速列车在运行过程中, 具有可靠性和安全性, 提高列车行驶的安全指数。
1.1 运行控制系统的结构分析
高速列车运行控制系统的构成元素主要包含: (1) 主机柜, 双套热备冗余子系统组成, 其中涉及连续信号译码单元、点式信号译码单元、速度控制保障以及查询应答器设备等; (2) 显示器, 高速列车在行驶过程中, 采用彩色液晶显示器向司机提供目标速度、距离以及列车相关设备的动作信息和故障, 以便司机更加清晰、直观地了解到列车运行状态; (3) 连续式信号天线, 主要用来接收线路连续信号, 为运行控制系统提供报警和提示。 (4) 环线点式信号天线, 主要接收点式信息; (5) 速度传感器及对应的按钮。列车运行控制系统的具体结构如图1所示。
1.2 系统功能模块研究
整个高速列车运行控制系统按照具体功能可以分为以下几个模块: (1) 信号模块。该模块是列车运行控制系统的基础模块, 主要用来接收车载系统所需要的地面信息, 该模块由连续信号接收子系统以及点式信号接收子系统共同组成, 为列车的正常行驶提供信号保障。然而该模块主采用先进的DSP处理技术, 经过线谱识别对信号进行识别, 以指示列车行驶。 (2) 人机接口模块。该模块的主要作用是为司机和车载列控制系统提供交换信息, 通过车载列控制系统向司机提供列车在行驶过程中的目标速度、距离以及相关设备的动作等, 为司机提供了一个动态行驶状态。 (3) 测速测距模块。该模块用来测量列车的行驶速度和距离, 以可靠、精确的数据跟踪列车运行特性, 避免列车出现不良运行状况, 引起不安全现象的发生。 (4) 双机判决模块。该模块主要负责信息交换, 在实时监测过程中, 及时监测异常状况, 最终实现双机冗余方式; (5) 通信模块。以网络为平台, 对列车实施车载列控与其他模块之间的信息交换, 在网络状态下将信息共享, 以方便列车控制及相关的记录信息。 (6) 速度控制模块。该模块属于高速列车运行控制系统的核心部分, 在保证列车安全运行过程中, 控制行驶的速度。该模块采用实时监测的方式, 不定时与允许标准速度进行对比, 当行驶速度大于目标速度时, 该模块向司机发出制动命令;当列车速度低于缓解速度时, 向司机发出允许缓解命令, 以便司机随时控制列车的形式速度, 确保列车安全、可靠运行。
2 高速列车运行控制系统的应用
将高速列车运行控制系统应用于广深线控车模式中, 针对不同自动闭塞制式, 结合不同控制模块, 最终达到控制列车安全、高效运行的目的, 实现广深线高速列车防“两冒一超”的功能, 增强列车行驶的安全性。具体应用模式表现在: (1) 阶梯控制模式, 针对地面采用的UM71轨道电路, 在各个区间正线中设置双红灯防护, 加强对车载速度的控制; (2) 曲线控制模式, 为了提高列车运行效率, 采用模式曲线控制, 列车载正线进站停车后, 根据接收到的信号进行停车, 避免出现冒出站信号机现象, 将其控制在限速点内, 根据不同信号, 做出不同的应对措施, 具体如图2所示。
当列车正线进站停车收到02信号时, 设备限速值为45km/h;根据目标距离最终生成45km/h~0km/h的模式, 保证列车正确、安全停车;当列车正线进站停车收到00S信号时, 同样设备的限速值为45km/h, 将根据目标距离生成时速为45km/h~0km/h, 确保列车载出站信号机前停车。
3 结束语
综上所述, 高速列车运行控制系统将智能化、网络化、集成化等先进技术结合在一起, 实现了提升高速列车运行控制系统的应用效率, 确保高速列车在行驶过程中安全、可靠、高效运行。然而, 为了更好地适应并满足高速列车对车载控制系统的要求, 还需要将列车运行控制系统进一步提升并改进, 在ATP的基础上增加ATO功能, 当列车载允许的最高时速中实施紧急制动, 增强列车行驶的安全性, 以叫平稳的运行状态, 进一步改进列车调动系统, 为高速列车行驶提供安全、舒适以及正点地运行提供系统保证, 与此同时, 该系统还可以从查询应答器技术以及网络化传输技术中, 增强列车运行控制系统的整体性, 促进我国铁路运输业不断进步, 推动经济的快速发展。
摘要：目前, 随着铁路运输业的快速发展, 列车运行控制系统也在不断更新以保证列车安全、高效地运行。文章主要研究了列车运行控制系统, 详细分析了该系统的原理、系统构成以及系统的具体应用状况, 并且以广深线作为具体研究对象, 在智能控制技术以及高速列车载控制系统的要求下, 进一步探究了高速车载信号控制技术, 为高速列车运行控制系统的研究提供了更有效的技术支撑。
关键词：高速列车,运行,控制系统
参考文献
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铁路列车运行控制系统 篇5
列车运行控制系统(简称列控)是铁路运输极重要的环节。随着对铁路运输要求的提高,如何改进列车控制系统,实现列车安全、快速、高效的运行是目前的主要问题。随着计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得无线通信传递车地大容量信息成为可能。
传统的列车运行控制系统是利用地面发送设备向运行中的列车传送各种信息，使司机了解地面线路状态并控制列车速度的设备，用以保证行车安全，同时也能适度提高行车效率。它是一种功能单
一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术。它包括机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等。依据不同的要求安装不同的设备。机车信号和自动停车装置都可单独使用，也可以同时安装。
新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。从技术发展的趋势看是向着数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。它是列车运营的大脑神经系统，直接关系保证着行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。发展中的列控系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。列车运行控制系统的内容是随着技术发展而提高的，从初级阶段的机车信号与自动停车装置，发展到列车速度监督系统与列车自动操纵系统。
随着列车速度的不断提高,随着计算机、通信和控制的等前沿科学技术发展，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。尤其，其所依托的新技术，如网络技术与通信技术的技术标准与国外是一致的，可属于技术上借鉴。近年来,欧洲铁路公司在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下,为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准,其中包括欧洲列车运行控制系统———ETCS标准。在世界各国经验的基础上，从2002年开始，结合我国国情、路情，已制定了统一的中国列车运行控制系统为ChineseTrainControlSystem的缩写——CTCS（暂行）技术标准。随后，还做了相关技术标准的修订工作,2007年颁布了《客运专线CTCS—2级列控系统配置及运用技术原则(暂行)》文件,明确规定了CTCS—2级列控系统运用技术原则,对CTCS—3级列控系统提出了技术要求。
CTCS列控系统是为了保证列车安全运行,并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。CTCS系统包括地面设备和车载设备,根据系统配置按功能划分为以下5级: 1.CTCS—0级为既有线的现状,由通用机车信号和运行监控记录装置构成。2.CTCS—1级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成,面向160km/h以下的区段,在既有设备基础上强化改造,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。
3.CTCS—2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统,CTCS—2级面向提速干线和高速新线,采用车—地一体化计,CTCS—2级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
4.CTCS—3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统;CTCS—3级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞,CTCS—3级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
5.CTCS—4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统,CTCS—4级面向高速新线或特殊线路,基于无线通信传输平台,可实现虚拟闭塞或移动闭塞,CTCS—4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,CTCS—4级地面不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。我国新建200km/h～250km/h客运专线采用CTCS—2级列控系统, 300km/h～350km/h客运专线的列控系统采用CTCS—3级功能,兼容CTCS—2级功能。
客运专线的CTCS—3列控系统包含了CTCS—2列控系统的全部设备,并在CTCS—2的基础上增加了铁路专用全球移动通信系统(GSM—R)系统设备。
新型列车控制系统的核心是通信技术的应用，铁路通信是专门的通信系统，历史上是有线通信，后来是有线和无线结合，现在是先进的无线通信是GSM-R。
GSM-R是一种根据目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信网络系统。所以，GSM-R网络本身不是孤立存在的，是跟铁路的各应用系统衔接在一起的，是跟信号系统、列车控制系统衔接在一起的。GSM-R网络在应用过程当中，本身是一个载体，相当于一条为车提供行驶通道的公路。
GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km／小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统(也称FZB)和另一种用于160公里以下的低成本的列车控制系统(FFB)，都是将GSM-R作为传输平台。
以青藏铁路为例：青藏铁路是世界上海拔最高的铁路线，青藏线北起青海省格尔木市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多、那曲、当雄至西藏自治区首府拉萨市，全长约1142km。绝大部分线路在高原缺氧的无人区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，采用了GSM-R移动通信系统。青藏线GSM-R通信系统实现了如下功能：
1、调度通信功能。调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。
2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能。车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。
3、调度命令传送功能。铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。
4、列车尾部装置信息传送功能。将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。
5、调车机车信号和监控信息系统传输功能。提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。
6、列车控制数据传输功能。采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。
7、区间移动公务通信。在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。
8、应急指挥通信话音和数据业务。应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。
再以高速铁路为例：2008年在世界高速铁路大会上，与会代表就高速铁路定义进行讨论以后，最后，达成三点新的共识：一是新建的专用铁路。强调是新建的专用铁路，既有的铁路线不能算；另一层，“专用”含义是单指客运，没必要搞一个超高速度的货运列车。二是，在新建的专用铁路线上，开行达到运营时速250公里以上的动车组列车。三是采用了开行高速铁路列车的运行控制系统，这种运行控制系统和普速的铁路是完全不同的，它是一个电脑化的控制系统，这是高速铁路最核心技术。我们知道列车运行控制系统都是机器控制和人控制相结合的。传统普速铁路是以人控为主，机器做辅助的；而高速铁路是反过来，机器控制优先为主，人是辅助的。高速铁路必须要用这样一个先进的高铁的运营控制系统，我们才能认定说这条线路是高速铁路。特别时速300公里以上的高速铁路，一些线路要采用CTCS3级列控技术，这就要利用GSM-R铁路移动通信系统标准作为信息传输的一种手段。CTCS3还要求有一个无线闭塞中心，这个闭塞中心要采集一些信息，以无线GSM-R网络向车载系统来提供信息。因为GSM-R是无线通信，无线信道是变参信道，从信道的角度讲它的传输环境是可变的。而且，GSM-R本身是一个复杂的系统，涉及的设备运用、网络管理因素很多，要想有效、可靠地传输这些信息，实际上对GSM-R网络质量，对系统运行维护的质量就提出了非常苛刻的要求。
从以二例充分说明，21世纪以来,随着全球铁路跨越式的发展,越来越多的新技术被应用到铁路——这个近代文明产物，使得铁路包含的高科技含量也越来越多。今天的铁路早已不是单纯的以列车和铁轨的合成工作所定义的概念。铁路的通信系统越来越重要，它也迎来了划时代的转变,铁路无线全球通信系统的GSM--R的建设和使用,表明成长中的我国铁路正在不断吸取国外铁路的先进经验和成果,努力提升自身的经济技术结构和规模水平,加快发展步伐,争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展需要,实现主要技术装备达到或接近国际先进水平。
总之，我国铁路列车运行控制系统经过几十年的发展，已经具备一定基础。但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通的发展需求，其列控系统基本还是靠引进。国外系统虽具有先进、相对成熟的特点，但造价高和运营维护成本高，技术受制于人。为此，我国应加快发展适合于我国国情的列控系统。在铁路交通方面，参照欧洲列控系统(ETCS)发展的中国列车运行控制系统(CTCS)，并采用专门为铁路划分频段的全球移动通信系统(GSM-R)欧洲标准作为发展我国铁路综合数字移动通信网络的技术标准，用以建设无线列调、无线通信业务和列车控制系统信息传输通道；在城市轨道交通领域参照相关国际标准，采用商用设备COTS技术发展列控系统。在消化吸收国外先进技术的同时，研究新一代基于移动通信的列控系统(CBTC)，来确保铁路、城市轨道交通列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。由于GSM-R的网络比较复杂，不是简单的设备连接，或者是简单的设备开通。它是一个大的系统，这个大的系统本身就有各个环节。而且网络本身就受到无线信号环境以及气候环境等诸多因素的影响。要注意ＧＳＭ－Ｒ的电磁环境，其干扰源主要一是系统内部干扰，主要是由频率规划和小区规划不当等自身原因造成的同频、邻频干扰等；二是外部干扰又分为来自中国移动ＧＳＭ网的干扰，ＣＤＭＡ基站下行链路对ＧＳＭ－Ｒ上行链路的干扰，全频段或部分频段人为故意大信号堵塞干扰等。如排除自身因素和人为因素，ＧＳＭ－Ｒ的干扰最可能来源于与其共享频率资源的中国移动ＧＳＭ－Ｒ网络。在如此复杂的电磁环境中，应对ＧＳＭ－Ｒ网络进行“无线空中管制”，为列车控制系统创造无“污染”的通信天空。采用何种方案来与中国移动等单位进行协调，从而保证ＧＳＭ－Ｒ正常的无线通信环境，将是铁路面临的一个紧迫而重要的问题。还有无线网络的覆盖情况会随着时间和地点的变化而变化。可能在我们开工的时候，网络质量没有问题，传控系统也没有问题。但是在设备的互相影响和无线信道变化的影响下，系统会发生一些变化。这就要求我们在运营维护的时候能够通过有效手段监测到干扰，并防止干扰。换句话说，高速铁路对整个GSM-R的无线系统和运行维护提出了很高的要求。从我国目前的GSM-R系统主要有三个设备供应商。我国的GSM-R网络系统在刚开始的时候是按某一单线来建的，以后会过渡到将各条线逐步连在一起作为一张网来管理。从专业的角度来说，GSM-R更多的应用需要有前期认证、网络系统建设以及应用和推广三个阶段。目前只是停留在系统建设期，基本上还没有开始成网络系统应用起来，还没有到成熟应用的阶段。从建设的角度来讲，GSM-R一定要形成标准化，否则不同的厂商提供的产品不同，如果我们没有一个公用的标准是连接不到一起去的。
列车运行的耳目 篇6
关键词:客运专线;列车运行控制;CTCS-3;系统构成
中图分类号:U292.41文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)08-0153-02
列车运行控制系统主要是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制,使列车能够安全运行且提高运行效率,列控系统地面设备和车站联锁设备主要实现联锁控制功能,并生成列车控制所需的基础数据,通过车—地信息传输通道将地面控制信息传送给列车,经列控车载设备进行处理后,生成列车速度控制曲线,监督控制列车安全、高速运行。
1 列车运行控制系统的等级划分
国外铁路列车运行控制系统的研究和使用起步较早,但各国铁路列车运行控制系统不尽相同,各公司研制的列车运行控制系统有10余种,如德国的LZB系列和FZB系列、法国的TVM系列等。
铁道部考虑我国客运专线建设,参照欧盟发展ERTMS/ETCS的经验,制定了中国铁路列车控制系统CTCS总体技术规范,划分为CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4共5个等级,各级的主要功能及与欧洲ETCS系统的对比见表1。
2 我国客运专线CTCS-3列车运行控制系统
2.1CTCS-3列车运行控制系统的主要功能
列车控制系统是高速铁路的关键技术之一,是铁路运营的安全保障。根据我国目前铁路客运专线发展现状,在我国300 km/h及以上运行速度的客运专线上,选用CTCS-3列控系统作为全路统一技术平台体系,其中,CTCS-3列控系统保证高速动车组的运行安全,CTCS-2列控系统用来兼容既有动车组上线运行,并作为CTCS-3列控系统的后备系统;CTCS-3级列控系统属于基于通信的列控系统(CBTC)范畴,是国际铁路技术发展的趋势。
CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统;CTCS-3级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞;CTCS-3级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。
CTCS-3级列控系统满足运营速度350 km/h、最小追踪间隔3 min的要求,正向按自动闭塞追踪运行,反向按自动站间闭塞运行的要求,具有互联互通的运营功能,车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。
CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统,无线闭塞中心或无线通信故障时,CTCS-2级列控系统控制列车运行,全线无线闭塞中心(RBC)设备集中设置。GSM-R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站。车载设备速度容限规定为超速2 km/h报警、超速5 km/h触发常用制动、速度在250 km/h以上时超速15 km/h触发紧急制动、速度在250 km/h及以下时超速10 km/h触发紧急制动。
2.2CTCS-3列车运行控制系统的基本组成
CTCS3列控系统是在CTCS-2级列控系统的基础上,地面增加RBC设备,车载设备增加GSM-R无线电台和信息接收模块,实现基于GSM-R无线网络的双向信息传输,构成CTCS-3级列控系统,用于300 km/h~350 km/h客运专线和高速铁路。CTCS-3级列控系统总体结构包括地面设备和车载设备两大部分,见图1。
2.2.1 地面设备
地面设备主要由无线闭塞中心(RBC)、无线通信(GSM-R)地面设备、点式设备和轨道电路等组成。
无线闭塞中心(RBC):使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。
无线通信(GSM-R)地面设备:作为系统信息传输平台完成地-车间大容量的信息交换。
点式设备:主要提供列车定位信息。
轨道电路:主要用于列车占用检测及列车完整性检查。
2.2.2 车载设备
车载设备主要有:无线通信(GSM-R)车载设备、点式信息接收模块、测速模块、设备维护记录单元、车载安全计算机、人机接口和运行管理记录单元等。
无线通信(GSM-R)车载设备:作为系统信息传输平台完成车-地间大容量的信息交换。
点式信息接收模块:完成点式信息的接收与处理。
测速模块:实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。
设备维护记录单元:对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。
车载安全计算机:对列车运行控制信息进行综合处理,生成目标距离模式曲线,控制列车按命令运行。
人机接口:车载设备与机车乘务员交互的接口。
运行管理记录单元:规范机车乘务员驾驶,记录与运行管理相关的数据。
CTCS-3级列控车载设备(含CTCS-2级功能)有9种主要工作模式,见图2,其中,通用的模式有完全监控模式(FS)、目视行车模式(OS)、引导模式(CO)、调车模式(SH)、隔离模式(IS)、待机模式(SB)和休眠模式(SL)等7种模式;仅适用CTCS-2级的模式有部分监控模式(PS)和机车信号模式(CS)。
3 结束语
CTCS-3列车运行控制系统是我国铁路300 km/h～350 km/h客运专线的重要技术装备,系统采用先进的技术手段对高速运行下的列车运行速度和运行间隔实施监控和超速防护,以目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。
目前在武广、郑西350 km/h客运专线成功研制并应用了世界最先进的CTCS-3列车运行控制系统,确保了350 km/h高速动车组列车的快速、安全、平稳运行。
Passenger Transportation Special Line CTCS-3 Train Movement Control System Constitution
Miao Weili,Liu Hongyan
Abstract: In recent year’s countries developing railway construction,particularly in the construction of the passenger line,train control system is used to guarantee the safety of train operation. This paper describes the passenger line CTCS-3-train control system and the formation of the basic functionality.
列车运行的耳目 篇7
关键词：货物装载加固,列车运行,安全
随着经济不断发展,我国铁路的建设也越来越快,铁路列车也大面积的提速,提高铁路整体的运输能力。对于一些提速的路线来看,多数是客运和货运列车混合运行的路线。因此,这就要求铁路相关部门加强对货运的监督管理和控制,保证整条货运路线的安全和稳定。其中,货物的装载就引起各方面的高度重视,许多部门则采用对货物运在加固的方式来提高货运的安全性,因为装载加固决定着整趟列车的运行安全,也与乘客生命安全起着十分重要的关系。
1 货物装载隐藏的安全隐患
1.1 货物装载加固所使用材料在运行过程中脱落引起的危险
铁路运输速度大幅度的提高,就使的货运在运输过程中动能增强,对地面的抓力要求更强。一旦列车在运行过程中,高速进入到弯道或者需要改变运行方向时,惯性力度就会明显的增大。如果装载在列车中的货物没有达到需要的加固强度以及采取一些相应的安全措施,极容易在这些危险性的地方出现货物移动、滚落、坍塌甚至是整体倾倒等情况,这就对整个加固材料产生一种强大的冲击,材料如果质量存在着问题,那么一定会出现加固材料或者装置甚至货物脱落等问题。
1.2 长型货运火车运输过程中不见侵入机车车辆限界引发危险
铁路运输中各种列车设备存在着新旧差异以及一些磨损,导致在运输过程中许多部件发生旋转、移动等情况。然而这些部件一旦在高速运行过程中侵入到车辆的界限中区,将会导致十分危险的情况。
1.3 货运过程中超载现象导致的危险
许多货运列车在运输过程中采用分散堆放的方式来进行装载,并且在这种方式的掩盖之下过多的装载货物从而导致超载的现象,这样对于一些安全监察员来说,在他们检查的过程中极容易忽视这一问题。超重首先对列车的稳定性以及车辆结构的承载强度等方面来看,都无法保证整个运行过程中的安全性能。其次,在通过一些桥梁时,超载对于桥梁产生巨大的压力对桥梁的承重结构造成严重的破坏,甚至会对铁轨产生一些不必要的磨损,从而造成十分严重的后果。
1.4 钢材类货物偏重等特性将直接影响列车运输安全
对于钢材类货物的重量计算方式主要所采用的是根据重量标签进行累加的方式或者是以轨道为基础进行衡量检查的方式,但是这几种方式仍然存在着许多缺陷,尤其是对偏重以及偏载等问题进行强有力的控制。甚至在一些货物装载区域都没有偏载检测的设备,只是利用人工进行普通的对照方式来进行方案检查。现阶段钢材类货物多数集中在一些专门使用的铁路中,在进行检查时,内部状况多是看不清楚。另外监控力度低,无法实现整体监控。甚至还有一些企业工作人员偷懒,为了简化装卸过程,势必会导致一些车辆出现偏载偏重的问题,从而埋下深深的安全隐患。
1.5 集装箱内货物装载的偏重偏载等情况影响列车安全
使用海铁联运的国际云装箱属于的是海关进行监督管理,在进行转运过程中是不允许开箱进行检查的,这就导致海关的工作人员无法监控集装箱内货物的装载情况,这就形成了监控盲区。另外,在专门的铁路运输中集装箱的检查以及一些集装箱到站后开箱检查时,由于工作人员人工中存在着一些不容忽视的缺陷,诸如视线阻挡、工作人员工作态度差等因素的影响,从而对偏载偏重等情况视而不见,埋下了安全隐患。
1.6 挂斗列车在运行过程中加固状态发生改变产生危险
列车在运行过程中受到设备、天气等因素的影响,受到一些作业标准执行不到位等因素干扰,出现车辆相撞甚至连挂等情况,从而使得货物加载的状况发生了巨大的变化,继而出现列车位移等高度危险的问题。
2 加强货物装载加固工作的措施
2.1 强调基础管理的重要性提升整个现场作业的质量,从而确保货物在装载过程中的安全性。
2.2 提高货物装载过程中的技术含量,从而提高列车运行安全。例如可以在煤炭等能源货运过程中采用固定剂喷洒等手段来防止在运输过程中每块掉落引发的危险等。
2.3 强调不同部门之间的协调工作,加强军事监督管理。
在货运的运输股从横中可以使用循环使用的捆绑式器材和三角挡,将原有的牵引方式加以改变,从而满足军事运输过程中对低成本、高反应速度以及安全性的要求。同时在军事运输单位对货运铁路工作人员的安全常识教育要做到位。
2.4 发展新型包装物和集装化运输,发展专业运输车辆,改变目前大量车种代用的局面。
2.5 强化运输途中监控和货检作业质量。
首先推进货检站安全集中监控系统建设和管理,加强超偏载检测装置的日常维护,并实现超偏载检测监控系统和TPDS的互连互通、信息共享,有效分析、比对超偏载检测数据。将既有货运计量安全检测设备和安全管理信息系统整合集成为一个管理系统,完善集中监控、实时监测报警、到达列车语音自动提示、数据综合处理等功能,实现从列车进站预检到列车出发的全程视频监控管理。其次要提高货检工作质量,货检站要严格落实货检作业标准,对问题车必须及时处理,做到车车跟踪、处理、消号,不能在列整理时,必须甩车整理,彻底消除安全隐患,确保安全。另外要在货检站形成一定规模的整理能力,避免因整理能力影响货车运用周转,造成人力物力的浪费。
2.6 研发能够检测集装箱超偏载的特殊仪器装置,防止集装箱运输中货车超偏重、偏载问题的发生。
2.7 强化钢材装载加固控制。
首先落实钢材类货物按方案装车,确保装载加固质量。其次钢厂站要对厂矿企业交接线实行车车检查,对发现的问题及时梳理、逐月分析,对倾向性问题要切实找出解决问题的办法,立即整改。另外要经常对钢材装载进行检查、调研,发现问题及时制定整改措施,认真梳理钢材类货物装载加固方案,装载加固方法应易于操作,更贴近现场实际工作。
2.8 在编组场、货场、专用线、专用铁路安设货运安全视频监控系统,建立信息技术交换平台,实现从站场作业到交接车全过程可视化实时监控、集中管理,及时发现问题并采取有效措施,确保行车安全。
结束语
货物运输在铁路运输中吸引各方面的高度重视,因此只有采用上述方式,提高货运装载加固的质量,提高列车运行安全,不仅能够进一步促进我国经济水平的发展,更能够提高我国的铁路运行安全。
参考文献
[1]寇雪峰.列车运行中货物装载加固的重要性[J].内蒙古科技与经济,2010(3):103.
[2]刘铁石.货物装载加固对列车运行安全的影响[J].铁道货运,2009(2):29-30.
城市有轨列车运行阻力的再思考 篇8
列车运行阻力作为选择配置列车牵引力的基本参数, 直接影响列车的运行速度与列车质量优化, 并且与列车能耗有密切相关。在实际测量中, 基本阻力带宽可达到2N/k N以上, 具有复杂的随机性。本文根据某出口城际动车组运行具体情况, 根据车辆基本信息, 分析车基本运行阻力, 计算车辆所在点受到基本阻力和附加阻力, 阻力结果, 对传统车辆运行阻力公式进行对比, 确定运行阻力特性。
1 现状
由于城市有轨列车基本阻力具有较大的复杂随机性, 一般需要通过线路实验进行确定, 在车辆牵引控制设计中, 车辆都要是通过型式试验结果, 对基本阻力进行调整。而由于线路情况, 运行阻力测试结果往往由于实际测量的不准确性, 导致牵引与制动的性能不满足标准。
2 实验方法
列车为9 编组形式, 列车载荷为AW4M, 列车头拖车44t、动车46t、拖车42t, 根据线路状况, 速度范围为0~60km/h, 列车以最大速度 (60km/h) 驶入该区间, 然后执行惰行操作, 手柄回零, 列车速度自然减速直至完全停止。记录列车惰行过程中速度, 加速度的变化。由于直线线路区间不够长, 采用速度分段的方式进行。分段测试的方法如图1 所示, 列车以最大速度驶入选定的线路区间, 当列车完全处于该区间时切除列车牵引, 使列车在不施加制动的情况下减速, 记录列出准备驶出区间时的车速, 返回出发点, 以高于前一次驶出速度的速度驶入该区间, 直至列车完全停下来。
列车速度采用安装在轴端的轴端速度传感器, 其旋转部件与车轴同步旋转。轴端速度传感器为光电编码脉冲式, 通过测取车轮的转速来实现车速的测量。 再通过NI数据采集器采集输入到PC机进行保存, PC中通过安装了配套DASYLab编辑采集程序, 对脉冲信号进行计数, 得到速度与加速度大小。
3 城际列车基本运行阻力
城际列车有许多外力作用车辆上, 基本运行阻力的组成包括轴承阻力、滚动阻力、滑动阻力, 冲击和震动阻力、空气阻力。运行单位基本阻力计算公式为列车运行速度的二次三项式, 一般为经验总结公式:
其中A、B、C为试验测定的常数。
一般定性地认为公式中的 (A+B|v) 项为机械阻力部分, 项为空气阻力部分。
研究表明基本阻力速度平方项与空气密度、车辆轴重、轴数、列车横断面面积存在一定关系, 与气动阻力系数关系为:
其中, M车重, F为列车横断面积 (m2) , Cx为气动阻力系数。
对于城际地铁车辆, 在进行测试时, 一般认为车辆是单质点运行, 则列车单位基本阻力
式中P为动车重量, 为动车基本阻力, G为拖车重量, 为拖车基本阻力, 由式 (1) 与式 (3) , 可以看出, 在挑选Cx时, 实际是动车与拖车的均值, 因此编组不同对Cx也有很大影响。
根据资料, 列车横断面积8.88m2, 九编组车辆车重取平均值45.1t。气动系数求平均值, 当Cx取最小值0.26 时, C速度平方系数为0.000247; 当Cx取最大值0.33 时, C速度平方系数为0.000313.
4 实验结果分析
根据惰性实验记录的列车速度信号数据, 在选取数据时, 尽量选取速度为10 的倍数的点, 根据列车运行基本阻力公式求出列车阻力 ω`。
其中 ωi近似等于坡度。ωr=600/ R, 实验路段无直线路段故认为转弯半径R认为无穷。
计算结果下表所示九编组车辆计算结果如表1所示。
采用最小二乘法对阻力拟合, 得出经验公式:
由拟合公式可以看出:在低速区, 列车机械阻力 (一次项) 占主要部分。主要是因为在低速区, 列车运动缓慢, 滚动轴承润滑不完全, 油温较低, 轴承处于干摩擦或半干摩擦状态, 故摩擦系数很大。随着速度增大, 由于钢轨接缝、轨道不平直、轮轨擦伤等原因会引起轮轨间的冲击和车辆振动加剧。这些都会消耗列车牵引力, 是运行阻力的一部分。高速时, 列车空气阻力占运行阻力主要部分, 机械阻力占次要部分。
5 意见与建议
(1) 试算结果与车辆进行试验结果, 列车速度对一次项拟合公式机械阻力影响因素不大。
(2) 车辆速度平方系数C接近理论计算最小值, 为了避免计算是测试结果基本阻力由于波动原因, 选择错误的拟合点, 应先进行理论速度平方项计算, 作为计算运行阻力测试的约束条件。
(3) 在单质点选Cx建议采用公式:
其中为头车气动阻力系数, 为拖车气动阻力系数, k为拖车数量。
参考文献
[1]黄问盈, 杨宁清, 黄民.列车基本阻力的思考.中国铁道科学, 2000.9, 44-57.
[2]袁修法, 林建辉.直线电机驱动地铁车辆运行阻力实验研究.佳木斯大学学报 (自然科学版) , 2014.5, 387-392.
移动闭塞系统列车运行模式 篇9
随着在城市轨道交通改造工程和新线建设中越来越多地采用先进的移动闭塞系统, 移动闭塞的应用也越来越多地引起人们的关注。移动闭塞是一种新型的闭塞制式, 是指当列车车载设备发生故障或列车前方出现障碍物时, 列车和旅客能够置身于一个受到保护的区域内, 即列车紧急制动后, 在这个区域内能够安全地停车, 一定不会与任何阻碍物 ( 包括其他列车) 相撞, 也不会由于道岔位置没有调整到位而发生脱轨事故。这个安全区间会随着列车的移动而移动, 故称移动闭塞。
2 SelTrac MB移动闭塞系统的基本原理
移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞是在区间设置固定的闭塞分区和相应的防护信号, 而移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区, 但其闭塞区间是移动的, 是随着后续列车和前方列车的实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度、弯道等列车参数和线路参数的变化而改变, 随着列车运行而移动。
SelTrac MB是基于感应环线通信的移动闭塞系统, 车辆控制中心 (VCC) 通过敷设于轨道上的交叉感应环线电缆与车载控制设备 (VOBC) 进行数据通信, 某列车与前一列车之间的安全间隔是根据列车当前运行速度、制动曲线以及列车在线路上的位置而动态计算得出。由于 SelTrac MB系统列车定位精度更高, 后续列车在保证安全制动距离的前提下, 能够以该线路区段最大允许的速度安全的接近前一列车最后一次确认的尾部位置。SelTrac MB系统通过提高列车的定位精度和允许列车移动指令更新的频率, 更进一步缩短了列车运行间隔, 提高了系统的通过能力。另外, 由于感应环线通信不受列车运行方向的限制, 该系统支持全线列车双向运行。
SelTrac MB系统采用移动闭塞原理。根据这一原理, 与前一列车之间的安全间隔是根据列车当前运行速度、制动曲线以及列车在线路上的位置而动态计算出来的。由于列车位置定位精度高, 因此后续列车可以该线路区段最大允许速度安全地接近前一列车最后一次确认的尾部位置, 并与之保持安全制动距离。相对于固定闭塞系统而言, 移动闭塞系统的运行间隔可以显著缩短, 因为列车不需要在被占用的固定闭塞分区的入口处的前方停车。
传统信号系统的一个主要设计目标是通过地面信号机、列车停车以及司机确保列车不得进入其它列车已占用的闭塞分区, 从而实现列车的绝对分隔。而移动闭塞系统的主要设计目标除保证列车安全外, 还通过提高列车定位的精度和允许列车移动指令的更新频率增加系统的通过能力并缩短列车间隔距离。在移动闭塞系统中上述功能是通过与车载控制器进行数据通信实现的。另外, 阿尔卡特的移动闭塞系统允许多列车安全占用相同的区段, 而这在传统的固定闭塞方案中是不可能做到的。
列车之间始终保持一个“安全距离”。安全距离是指后续列车的指令停车点与前车尾部位置之间的一个固定距离。该距离的计算是在最不利情况发生时, 仍能保证安全间隔为前提。
对安全列车间隔的安全监督是通过向车载子系统提供最大允许车速及当前停车点等信息来实现的。通信被周期性更新, 保证了列车可以连续地收到更新信息。
3 列车管理模式
ATC列车运行控制系统主要有6种列车管理模式:ATO无人驾驶模式、ATO自动模式、ATP防护人工驾驶模式、ATP限制人工模式和非限制模式。
3.1 ATO无人驾驶模式
无人驾驶模式是指在没有人工干预的情况下, 列车从一个停车点移动到下一个停车点。除关门以外的所有列车功能都由VOBC完成。在启用该模式后, 不需要调度员的进一步干预。正常情况下, 司机关闭列车门后, 在离开驾驶室前启动该模式。列车在到达下个车站后将退出无人驾驶模式。
3.2 ATO自动模式
系统日常运行时, 所有列车都应用自动模式。自动模式中, 列车自动进行加速、惰行、减速、停站和开门。在自动模式中, 车门关闭由司机操作。对自动模式运营的监控和调整可以通过中央调度员输入信号命令进行, 或者由SMC、VCC和VOBC等子系统执行的系统自动功能进行。
在自动模式中, 司机显示屏上的“自动”表示灯点亮, 表明由VOBC控制列车功能。在列车完全停车并停在正确的位置后, 列车靠近站台一侧的车门自动打开。停站时间结束后, 会有声响提醒列车准备发车。列车收到车门关闭状态立即发车。
自动模式列车会不断加速, 直到到达预定的惰行速度级, 或者达到了制动抛物线速度。当VCC要求列车制动至某限速或完全停车时, VCC将不向VOBC发送进一步的目标点命令, 这导致列车采用常用制动降到要求的速度。
3.3 ATP防护人工模式
此模式与自动模式非常相似。ATC系统仍然提供列车进路自动设置。司机根据司机驾驶盘指示控制列车运行。对列车提供所有的ATP保护。
ATP防护人工驾驶模式提供全部ATP功能, 但列车运行由司机控制。列车加速、惰行、减速、停车和开门都由司机直接人工控制, 并由ATP监控。
门的控制由司机进行, 并可在列车停稳在站台, 并且“到位”灯点亮的任何时候, 由司机启动。车门关闭后, 只有在预定发车时刻到达、或列车进路设置好后才能发车。这一点由司机驾驶盘上的“列车发车就绪”指示灯表明。
在ATP防护人工驾驶模式下, 司机驾驶盘上显示当前列车速度和当前目标速度。当列车接近速度限制时, 司机驾驶盘上显示“目标距离”。
列车到达为达到新目标速度而必须开始制动点的3秒钟之前, 目标速度显示表将下降, 显示新的目标速度;
列车到达为达到当前目标点而必须开始制动点的3秒钟之前, 目标速度显示表下降到0km/h, 除非目标点是车站停车;
列车到达为车站服务停车而必须开始制动点的3秒钟之前, 列车速度显示表下降到5km/h。一旦列车到达了停车点, 则目标速度显示表显示0km/h。
3.4 ATP限制人工模式
ATP限制人工模式提供很有限的ATP功能。ATP系统提供的唯一功能是超速防护。这由车载ATC系统VOBC提供, 确保在ATP限制人工模式中, 车速不能超过25km/h。如果车速超过了速度限制极限, 则VOBC采取紧急制动。超速防护功能在列车离开ATC控制区时仍然有效。当列车以ATP限制人工模式进入人工车辆段时, 车速仍由VOBC控制在25km/h。
ATP限制人工模式运营必须在由严格的运营规章控制, 在保持中央调度员与司机的连续通话下进行, 并且所有的列车移动都需要中央调度员授权。中央调度员还必须为ATP限制人工模式列车设置人工进路预留。ATC系统将不允许自动模式或ATP防护人工模式列车越过预留进路的SD安全距离边界。另外, 预留进路上的道岔在人工预留进路未取消之前不能为自动列车进路或由中央调度员转动。
3.5 非限制人工模式
ATC系统支持非限制人工模式列车的运营。ATC区域的非限制人工模式运行可用于无通信能力的列车和无配备的列车。
为更好地保护非限制人工模式列车通过自动线路, 人工进路预留必须由中央调度员输入。
在非限制人工模式中, 所有列车功能包括列车运行和门控制都由司机人工控制。列车运行安全由司机和中央调度员全面负责。列车运行的“非限制性”仅体现在ATC系统不, 且不能对非限制人工模式运行的列车施加任何限制。列车运行将受限于运营规章。任何非限制人工模式运营必须由严格的运营规章保障, 其中包括司机与中央调度员的通话。所有列车移动必须由中央调度员授权。
VOBC的电源在非限制人工模式中关闭。ATC系统不对非限制人工模式下的列车提供任何ATP功能, 例如速度限制。因为列车不与VCC通信, 所以ATC系统不跟踪列车运行。但是, 只要列车不超出调度员为之设置的人工进路预留的范围, 则人工进路预留就可以为自动模式和ATP防护人工模式列车提供防护。
4 结束语
移动闭塞系统采用先进的通信、计算机技术对列车连续控制, 能够实现90s的列车运行间隔要求, 提高运营效率, 可以取消传统的地面信号机、轨道电路等设备, 有效降低系统的安装维护费用, 移动闭塞车底之间可以实现双向信息传输, 信息传递量大, 便于实现无人驾驶。移动闭塞系统是城市轨道交通信号控制系统的主要发展方向。
参考文献
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列车运行的耳目 篇10
1 Petri网基本理论及CPN Tools简介
Petri网是一种系统的数学和图形描述工具, 以事件及其发生的概率为基础进行建模。对于具有并发、异步、并行和随机性的信息系统都可以利用该工具来构造出要开发的Petri网模型, 然后进行分析, 得到有关系统结构和动态行为方面的信息, 从而对将要开发的系统进行评价和改进。Petri网的应用是通过模拟实现的。在模拟的过程中, 其基本术语和约定如下:①资源是与系统变化有关的因素, 如工具、设备、数据及信息等;②变迁是资源的消耗或产生, 对应于位置的变化 (用矩形表示) ;③库所是资源按其在系统中的作用分类, 每一类存放一处 (用圆圈表示) ;④容量是位置对存储资源的数量限制。
CPN Tools 是丹麦奥胡根大学和美国宇航局联合推出的基于CPN (Colored Petri Nets) 的仿真软件。CPN Tools具有先进的人机界面, 采用工具镜及标记菜单, 同时利用多个输入设备进行交互操作。它提供了上、下文关联的出错反馈信息, 能指示各网络元素之间的关系。该工具的一大特点是能够生成部分或者全部的空间并进行分析, 标准的状态空间报告工具能够提供边界特性和活性等信息。它的出现突破了采用Petri 网建立的仿真模型仅限于理论研究的局面。
2 CTCS2列车控制系统
中国列车运行控制系统规定了5个应用等级, 其中CTCS2级列控系统是基于轨道电路和点式设备传输信息的列车运行控制系统, 主要用于客运专线、提速干线, 适用于各种限速区段。
2.1 CTCS2控制模式
CTCS2级采用目标距离-速度控制模式, 即连续式一次制动速度控制方式, 车载信号设备根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线。该模式其追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端, 后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标速度、目标距离及列车本身的性能决定的。目标距离控制曲线的目标点为停车点时, 目标速度为零, 当目标点为进站道岔侧向时, 则道岔侧向限速为目标速度值。
2.2 CTCS2-200列控系统
车载子系统由CTCS车载设备和无线系统车载模块组成, 前者是基于安全计算机的控制系统, 通过与地面子系统交换信息来控制列车运行;后者用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。
(1) 地面设备。
主要包括车站列控中心、轨道电路和应答器。列控中心根据列车占用及进路情况, 通过轨道电路及应答器信息产生行车许可及相关的线路静态速度曲线, 并传送给列车。轨道电路完成列车占用检测及列车完整性检查, 连续传送允许移动控制信息。固定应答器设于各闭塞分区的入口处, 用于向车载设备传输定位信息、进路和线路参数、限速和停车信息等;可变应答器设于进站口, 当列车通过该应答器进站停车时, 应答器向列车提供地面应答器编号、至出站点的链接信息、接车进路线路参数。
(2) 车载设备。
主要有车载主机、STM连续信息接收模块、测速测距模块及列车运行记录装置等。车载主机根据地面连续式和点式传输的移动授权及线路数据, 生成连续式速度监督曲线, 监控运行, 超速时发出制动控制指令;STM模块接收轨道电路信息, 并将该信息提供给车载安全计算机和列车运行监控记录装置LKJ;应答器车载单元接收处理应答器信息, 并将该信息提供给车载安全计算机;测速测距模块有两种形式的传感器, 轴端速度传感器适合低速, 雷达则适合高速, 两者结合可保证测速测距的最高精度;LKJ用于驾驶事件及ATP控制事件的记录。
2.3 轨道电路连续式信息传输
CTCS2列控系统中的轨道电路不仅用于列车的占用检查, 同时也是地面对车载连续信息的传输媒介, 通过它将地面控制中心下达的列车运行许可信息实时传送给列车。轨道电路基本码序应为:
停车序列:L5→L5→L4→L3→L2→L→LU→U→HU
45km/h接车进路序列:L5→L5→L4→L3→L2→L→LU→U2→UU
80km/h接车进路序列:L5→L5→L4→L3→L2→L→LU→U2S→UUS
CTCS2-200的速度监控模式如表1所示。
3 基于Petri网的列车运行控制系统建模
用Petri网建立列车控制系统模型, 必须满足列车从车站发车开始, 进入区间后, 通过车-地通信的数据采集情况, 综合处理各种因素, 始终按照“故障-安全”的原则, 调整或控制列车的运行方式, 使之达到安全行车和提高行车效率的目的。结合这些理论, 可建立CTCS2-200列控系统模型 (见图1) , 模型变量说明见表2所示。
3.1 模型分析
①出站。当列车准备出站时, p5中有一托肯 (token, 圆圈中的黑点叫做令牌或托肯, 它反映着库所代表的局部状态的动态实现情况) , 当车站给出发车命令, 则p5、p6同时具有托肯, 此时t5使能并激发, 列车可以出站。
②列车从站内出发后, 出站口的有源应答器向车载设备提供前方区间的静态数据, 同时列车改变状态, 从站内运行至区间。p3具有托肯, 就表示区间运行的过程中, 列车根据轨道电路和应答器传送来的信息, 不时地对列车运行状态进行判定。
③若经过判定, 列车将继续在区间运行, t2将被激发, 同时向p7、p2各输送一个托肯, 一是表示列车继续保持在区间运行的状态, 二是继续通过应答器等采用前方区间的信息。
④若经过判定, 列车将进站运行, 此时t3将被激发, 同时向p4输入一个托肯。这就表示列车的运行状态, 已由区间运行状态改为进站运行状态。列车发车后, 向p7、p2各送去一个托肯, 表示列车的运行状态己由站内运行改为区间运行, 同时在出站时通过有源应答器获得了前方区间的信息, 使得t1使能可激发, 依此循环往复。
3.2 用CPN Tools的仿真过程
借助仿真工具可以在建模过程中对模型不断修正, 并进行最终的校验, 获得模型的关键工作过程。根据列控系统总体的Petri网模型, 以及分层次建模的思想, 可以绘出列车在区间运行的Petri网模型 (见图2) , 模型变量说明见表3所示。
3.2.1 区间运行模型分析
(1) 当列车进入区间进行状态时, p2内有一个托肯。若此时设备状态良好, t7使能并能被激发, 向p9输入一个托肯。在区间运行时, 可能遇到以下3种情况:一是追踪运行;二是线路要求限速;三是在运行的过程中, 车载设备显示禁止信号。这3种情况反映到模型中, 就是当p9中有一个托肯时, 使得t14, t15, t16同时使能并可能被激发。
(2) 在上述3种情况中, 追踪运行时, t14被激发, 列车通过采集到的轨道电路信息和应答器信息, 自动生成目标距离控制曲线在区间运行;当运行中遇到区间限速时, t15被激发, 此时列车应减速, 按照区间限速要求运行, 使得p13中有一个托肯。这样也就可以激发t17, 从而使得列车按线路规定的速度运行;当运行出现禁止信号时, t16激发向p14输入一个托肯, 使得列车进入目视行车模式。由于p14中具有一个托肯, 使得t18使能并被激发, 从而使得列车按最高不超过20 km/h速度运行。
(3) 当列车处于区间运行状态而设备出现故障时, t6使能并被激发, 也就使得p8中有一个托肯, 表示设备处于故障状态。根据实际情况可能性有3种:轨道电路故障;应答器故障或ATP故障。当t8被激发时, 列车进入目视行车状态, 使得p10中有一个托肯, t11使能并被激发, 表示在目视行车状态下, 列车将按照最高不超过20 km/h的速度运行。当t9被激发, 应答器出现故障时, p11中出现一个托肯, 即列车进入ATP部分监控模式, 使得t12被激发, 即列车按照最高不超过120 km/h速度运行。当t10被激发时, 即ATP出现故障时, p12中出现一个托肯, 列车进入隔离模式状态, 并使得t13被激发, 即列车按照车站调度命令行车。
3.2.2 仿真结果
用CPN Tools仿真的关键仿真过程如图3所示, 其状态空间分析报告共有部分如下:
据此可以得出以下结论:
①该模型没有死结点, 标识具有回归性, 模型可循环;
②模型中所有的标识均完全可达, 表示系统的任一工作状态都能实现;
③该模型没有死变迁, 每个变迁至少发生了一次。所有的变迁都是活的, 表示整个网络是活的;
④对于任何u′∈R (C, u′) , 都有u′ (pi) ≤1, 所以Petri网是安全的;
⑤Petri网的每个位置都是关于k=1有界的, 所以该Petri网是有界的。
4 结束语
在铁路信号新技术的发展趋势和我国铁路提速的背景下, 进行列控的研究与分析具有十分重要的意义, 采用Petri网对列控系统建模并用相关工具进行仿真, 确保了模型的正确性。下一步将考虑多台车、双向行驶等复杂性问题, 并在模型中引入时间的概念, 使其更符合实际的需要。
摘要：介绍了Petri网建模理论和CPN-TOOLS仿真工具, 并采用Petri网对中国列车运行控制系统进行了建模, 通过仿真验证了模型的正确性。
列车运行的耳目 篇11
[关键词]LKJ-2000；监控记录装置；文件丢失；措施
[中图分类号]F530.32 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0248-01
列车运行监控装置（LKJ）采用先进的32位微处理器技术，是新一代的超速防护设备，不仅可以有效防止“两冒一超”等事故的发生、记录列车运行机乘务员操作等状况，而且采用双机热备冗余，工作性能非常可靠，它的使用正在为列车的安全运行起着越来越重要的作用。该装置通过采集列车运行中的各种状态信息，结合车载存储线路参数，进行分析处理，以控制列车的运行，实现列车安全速度的控制。同时把列车运行过程中采集到的数据记录下来，通过转储装置把记录的数据记录下来，得到有关机车运用状态的相应数据。监控记录所记录的列车运行数据，正常情况下芯片可存放十年的数据。然而，由于人为的操作错误或是人为的破坏，亦或是设备质量问题而造成列车运行文件丢失的现象时有发生。这必然会给安全分析工作带来困难，使地面分析失去了依据，不能及时发现事故隐患，行车安全无法卡控。现分析如下：
1 原因分析：
1.1 监控装置设备质量问题
（1）监控装置主机记录插件故障：监控记录插件是整个系统的核心部件，模块以32位微处理器MC68332为CPU，主要完成地面线路数据的存储与调用、运行状态数据的记录与同步、控制模式曲线的计算，实时时钟的产生，通过双路CAN串行总线或VM巳总线对系统其他模块的控制与管理。当主机插件中的晶振频率和其两边的电容参数不符合规定要求时，将直接影响记录插件记录文件转储传送数据的准确性和完整性，从而造成列车运行文件的异常丢失。
（2）记录插件电池不良，达不到RAM芯片中正常保存的要求，从而导致文件异常或丢失。记录插件中的RAM芯片工作电路中，是靠Ni-Cd电池维持正常工作电压的，由于电池在正常工作中处于充电状态，RAM由电源板提供的电源电压，以保证数据准确可靠。当设备突然是失电或机车入库突然关机后，则由Ni-Cd电池负责提供维持数据存在的3.6V电压。由于电池常处于充电状态，内阻增大，容量下降，造成监控设备入库关机时，Ni-Cd电池不能提供保持数据的最低电压，造成数据文件的丢失。
1.2 机车电路电压波动对监控装置的影响
（1）电路干扰对监控装置造成的影响，从而引起数据文件的丢失或者不完整；机车启动，电路中会产生很大的电压波峰，进而对监控装置产生较大干扰，可能会造成监控装置出现系统故障，严重的还可能烧毁监控主机板。当监控装置的主机板受到干扰时，容易造成程序混乱，最终导致数据文件的异常或丢失。
（2）监控程序芯片（U3＼U4）和数据程序芯片（US＼U6）的管脚与主板连接，在运用过程中因线路数据改造或监控模式更新等，要对芯片重新进行换装，芯片经常拔插，容易造成插座与芯片虚接，发生干扰时，出现电压波动，易出现数据文件的异常或丢失。
（3）监控主机与屏幕显示器的通信采用RS485标准串行通信，显示器与主机相互交换传输信号，显示器将指令传输给CPU，同时主机将采集的数据信息传递给显示器，乘务员根据显示器显示的距离，速度进行操作，实现列车的监控功能。在信息传递过程中，主机板受到机车干扰冲击时，就会出现工作状态的不稳定，反映到监控装置上显示复位，出现丢失数据甚至烧坏主机的现象。
1.3 监控装置记录的文件过多将RAM芯片中存放的数据挤出或者IC卡使用不当造成数据文件的丢失
（1）因监控装置记录的文件过多，将芯片存储的数据挤出，从而致使文件丢失的现象也有可能发生。芯片存储的数据结构是按照目录和数据循环存放的，当记录数据的指针达到数据存放的地步时，指针便自动回到数据存储区的顶部，将原先记录的数据覆盖。由于形成运行文件全程记录条件的变化，如列车制动管压力、柴油机转速、工况条件接触不良就会连续产生相应的记录。当记录产生的过多，使得文件在高度超过内存后，其他文件就会被覆盖，从而产生文件丢失的现象。
（2）IC卡在使用过程由于使用不当而人为造成文件丢失的现象，也是造成列车运行文件丢失的重要因素。IC卡存储文件是以二进制格式存放的，具有铁磁性，使用过程中严禁与强磁场接触。而我们有的乘务员或工作人员易将IC卡放在操作台上，造成IC卡被磁化。在转储文件时，造成文件写不进去或文件异常。另外，由于IC卡长时间使用，IC卡的存储芯片上留下划痕，人不及时清洗，造成接触不良，也容易造成文件写不进去或读不出来。
（3）乘务员为掩盖操作上的失误，逃避考核，人为的将问题文件混掉的现象也会存在。
1.4 转储软件的不完善和IC卡本身的质量问题而造成文件的丢失。
1.5 电务工作人员对工作的疏忽致使文件缺失。
（1）电务车载检测人员在对出入库机车运行文件进行上车转储时漏选文件，而电务数据分析人员对录回的列车运行文件又未进行认真核对，造成文件缺失；
（2）电务车载重数据检索分析人员漏将录回的运行文件转储到相应的网络分析上，从而造成文件的缺失或异常；
（3）运行文件分析软件使用或设置的不当，也会使运行文件显示不全。
2 解决措施
（1）加强监控装置检修的质量管理，严格标准化作业，最好对进行监控装置实名制检修，尽量减少检修人员的更换率，确保监控装置测试质量良好。
（2）检修完成后必须经过相关的检测，由检修工区在综合测试台上逐一进行检测并记录相应的数据，对不合乎标准的配件，一律不许在监控装置上使用。
（3）加强对工况引出线的检查，小辅修要次次检查，对工况触指解体打磨，保证接触良好。
（4）加固LKJ监控装置中主机箱、记录板螺丝的紧固并注意除尘。
（5）加大乘务员正确使用IC卡的教育，并加大对乘务员的考核力度，消除侥幸心理。将IC卡定期用无水酒精擦洗和鉴定，及时更换不良的IC卡。
（6）电务车载工作人提高业务技能，数据检索分析人员对每一趟回来的文件做到认真分析，发现问题及时反馈相关部门，检测作业人员严格标准化作业认真测试车载设备质量并按要求用IC卡转存数据，确保文件齐全。
（7）为保证系统时钟的正常运行，对于Ni-cd需要进行电压测试，对于低于3V的电池要进行更换，同时对于使用三年已上的电池也要进行定期更换，以免影响时钟的正常运行。
以上对列车运行文件的异常和丢失原因进行了简单的分析，并对每一种情况提出了相应的措施。通过实践取得了良好的效果，监控装置的维修和使用质量大幅度提高，IC卡的使用也进一步规范，使监控装置对列车运行真正起到保驾护航的作用
参考文献
[1]张东育，监控记录装置故障原因分析及解决措施[J]，内燃机车2004（02）
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[4]武新杰、邵嘉林、李长生，LKJ2000型列车运行监控记录装置模拟设备开发及应用[J]，中国科技信息，2011年第17期
列车运行的耳目 篇12
目前, 许多计算模型和智能算法逐步被应用到解决列车运行调整问题的研究上来[1,2,3,4,5]。文献[1]构建了多目标优化列车运行调整的数学模型, 并设计分解协调计算模型来求解。文献[2]运用大系统理论将列车进行分层分级, 从而将待解的原始问题分解成若干个子问题, 形成了层次模型。具有较强的理论意义。在智能算法方面主要采用了遗传算法 (Genetic Algorithm, GA) [3,4,5], 该算法虽具有全局搜索能力强、计算效果较好的优点, 但其操作相对复杂, 运算过程繁琐, 寻优过程耗时多, 求解速度慢。文献[3]在列车调整的问题的求解过程中, 运用遗传算法在解空间中寻优, 但计算的复杂度较大, 列车调整问题的解的最优性也受到影响。
本文针列车运行调整问题, 创造性地将粒子群算法应用于列车运行调整问题, 保证了算法实现的效率和适应度函数值的收敛, 运用该算法建立列车运行调整模型, 以总晚点时间最少为最优目标, 同时照顾线路的使用效率, 结合实际数据进行计算模拟, 得到了较好的解决办法。
1 粒子群算法
在鸟和昆虫自然群聚和觅食行为的启发下, Eberhart和Kennedy (1995) 创造出了最早的粒子群算法 (Particle Swarm Optimization, PSO) [6]。该算法基于群体智能的优化技巧, 运用无质量无体积的粒子作为种群的一个个体, 粒子在维搜索空间中以一定的速度飞行, 粒子根据自身的飞行经历和同伴的飞行经历进行动态调整, 通过群体内粒子间的协作使群体达到最优。具体形式如下:
设: 目标函数f (x) 为最小化函数
Xi= (xi1, xi2……, xim) 为粒子i的当前位置;
Vi= (vi1, vi2……, vim) 为粒子i的当前飞行速度;
Pi= (pi1, pi2……, pim) 为粒子i所经历的最好位置, 称为个体最好位置;
Pg= (pg1, pg2……, pgm) 为群体中所有微粒所经历过的最好位置。
运动方程为:
vink+1=ωink+c1r1 (pmk-xmk) +c2r2 (pgnk-xink) (1)
xink+1=xink+xink (2)
式中, c1, c2为非负学习因子, r1, r2是两个介于[0, 1]之间的随机数, ω为惯性因子, 它保持了粒子运动的惯性, 使其具有扩展搜索空间的趋势, 有能力搜索新的区域, 通过调整ω, 可以维持算法对全局和局部搜索能力的平衡。为了减少在进化过程中粒子离开搜索空间的可能性, 限定vink∈ [-vmax, vmax]。
式子中第一部分是粒子先前的速度。第二部分引入了该粒子所经历的最好位置变量, 考虑了粒子本身的经验, 表示粒子本身的思考。第三部分引入了群体中所有微粒所经历过的最好位置变量, 表示粒子间进行经验信息共享。若缺少了第三部分, 那么粒子之间没有经验交流, 使得一个规模为M的群体等价于M个独立的粒子单独运动, 很难得到最优解。同理, 若缺少了第二部分, 虽然粒子在相互作用下能够得到新的搜索空间并且比基本的粒子群算法更快, 但是容易陷入局部最优[7,8,9]。
2 运行调整模型
当列车运行受到干扰, 产生列车晚点时, 通过适当地调整列车的运行计划, 即改变各列车在车站的到、停时分及在区间的运行时间, 使列车的运行最终回到计划运行图上去, 是列车运行调整的目的。因为列车在站停站时间与最小停车时间、在区间计划运行时间与最小运行时间之间都存在一定的差距, 这就使得进行列车运行调整成为可能。设研究的区段内共有N列车, M个车站, 所谓车计划就是指某列车在区段内从始站到终站的各站的到发时分及作业性质。可以用列车运行情况到达矩阵A={aik}N×M 、出发矩阵D={dik}N×M 来表征[10]。
又令SL={slk} (k=1, 2, ……M) 表示车站k的到发线的数量, TO={toik} (k=1, 2, ……M) 表示列车i在站k的技术作业时间。进入调整的每一列车都有一个最早接入时间hk, 最早发车时间fk和最晚开出区段或到达终点的时间gk, 对应列车在指定时间段[hk, gk]内, 应该结束在本调度区段内的运行。
那么, 根据以上约定, 以总晚点时间最少的列车运行调整问题的数学模型如下:
目标函数undefined
满足约束
dik+aik≥prik×toik i=1, 2, ……N
k=1, 2, ……M (4)
ai+1k>dik i=1, 2, ……N-1
k=1, 2, ……M (5)
(di+1k-dik) 2-I2≥0 i=1, 2, ……N-1
k=1, 2, ……M (6)
dik>aik i=1, 2, ……N
k=1, 2, ……M (7)
dik-ft≥0 i=1, 2, ……N
k=1, 2, ……M (8)
aik-ht≥0 i=1, 2, ……N
k=1, 2, ……M (9)
slk-N (aik+t停≤dik) ≥0 i=1, 2, ……N
k=1, 2, ……M (10)
ai+1k-aik>τ发到 i=1, 2, ……N-1
k=1, 2, ……M (11)
di+1k+dik>τ到发 i=1, 2, ……N-1
k=1, 2, ……M (12)
式 (11) 表示列车i在站k的停车时间必须大于等于技术作业所需的时间;
式 (12) 表示追踪列车占用区间的开始时刻晚于前行列车占用同一区间的结束时刻;
式 (13) 列车运行的区间顺序约束, 表明列车必须按时间顺序依次通过各个区间, I为追踪列车间隔时间;
式 (14) 表示同一列车开始占用到发线的开始时刻早于结束时刻;
式 (15) 表示所有列车的发车时刻晚于最早发车时间;
式 (16) 表示所有列车占用某区间的开始时间晚于最早接入时间;
式 (17) 为车站到发线能力约束, 即该方向某种列车数和列车总数不能超过相应的车站线路数;式中N (aik+t停≤dik) 表示已到达车站k但并没有离开车站k的列车数;
式 (18) (19) 不能办理同时接发同方向列车的车站, 两车间隔应满足不同时发到间隔时间τ发到和不同时到发间隔时间τ到发。
3 收敛粒子群算法设计
3.1 适应度函数
结合列车运行调整问题, 根据粒子群算法原理, 迭代计算求适应度函数的最优解。这里, 列车运行调整的目标是总的晚点时间和最小, 所以设计本算法的适应度函数为:
undefined
即直接取列车运行调整模型的目标函数作为适应度函数。
3.2 编码思路
每个粒子由n×m段代码组成, 每一段代码可以分为L个部分, 每部分由四项组成, 分别是列车代号、列车到达某站的时刻、作业标志及离开某站的时刻。则粒子的编码由一个n×m阶矩阵构成。矩阵的每一行表示一列车通过该调整区段过程中的运行状况, 各元素根据其位置分别与相应列车形成映射关系[5]。
3.3 算例
选取某高速铁路双线自动闭塞线路内具有5个车站的下行方向, 运行64列列车, 时间从7:00～22:00内的列车运行数据, 应用粒子群算法法进行计算, 并将结果与遗传算法相对比。各代群体的最小适应度函数值的变化趋势如图1所示。
如图1所示, 粒子群算法和遗传算法在迭代计算80代之后适应度函数值都趋向稳定, 但粒子群算法的最终计算所得结果优于遗传算法, 表粒子群算法具有更强的全局搜索能力;在0代至80代之间, 粒子群算法比遗传算法有更快的收敛速度;在实际模拟运算中, 计算机基本配置是:CPU: AMD4000+, 内存: 1G, 在同样迭代80代时, 粒子群算法耗时35.54 秒, 遗传算法耗时26.73秒, 因为粒子群算法法适应度函数和运动方程比基本粒子群算法复杂, 而同样达到某一适应度函数值时, 如150, 粒子群算法耗时6.94秒, 而遗传算法耗时15.12秒, 所以, 粒子群算法有更快的搜索速度。根据粒子群算法计算结果还原形成的列车运行方案也更为合理。
4 结论
创造性地将粒子群算法应用于列车运行调整问题。发挥了粒子群算法对粒子间区域的搜索能力强大的优势, 又秉承了粒子算法中收敛速度快的特点, 分析了列车运行调整问题, 建立了以晚点时间最少为目标值的列车运行调整模型, 并将模型目标函数映射成适应度函数, 对列车运行调整问题提出了新的解决思路。以某准高速铁路列车实际运行数据为基础, 对算法的搜索能力进行了检验, 计算结果表明, 本算法收敛速度快, 全局搜索能力强, 在解决列车运行调整问题上十分有效。
参考文献
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