高速列車追蹤運(yùn)行安全性分析

龍真真　王銳東

摘要：高速鐵路由于具有速度快、輸送能力大、準(zhǔn)點(diǎn)率高、能源消耗低、環(huán)境影響小、土地占用面積小等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)得到了大力發(fā)展。文章針對(duì)高速列車在移動(dòng)閉塞的追蹤運(yùn)行及各種復(fù)雜環(huán)境條件下，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取列車運(yùn)行速度、位置、臨時(shí)限速等信息，對(duì)高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程、線路特征進(jìn)行建模，完成對(duì)高速列車追蹤運(yùn)行安全、舒適性的分析。

關(guān)鍵詞：高速列車；移動(dòng)閉塞；追蹤運(yùn)行；安全性；舒適性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U284 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.042

1 概述

高速鐵路行車密度大、安全要求高，而移動(dòng)閉塞系統(tǒng)通過(guò)改善高速列車運(yùn)行速度和間隔距離控制，使高速列車能夠以較高的速度和較小的間隔運(yùn)行，提高鐵路運(yùn)營(yíng)效率和安全性，是高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向。因此，在移動(dòng)閉塞的各種環(huán)境條件下，對(duì)高速列車追蹤運(yùn)行的安全性和舒適性進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程多特征描述模型

高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程中，其操縱狀態(tài)與移動(dòng)閉塞下高速列車追蹤運(yùn)行特征（如前車信號(hào)影響）、線路特征等密切相關(guān)，因此，本文建立高速列車運(yùn)行追蹤特征模型，運(yùn)行線路特征描述模型為研究提供量化依據(jù)。

高速列車的運(yùn)動(dòng)方程如式（1）：

2.1 高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程描述模型

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)進(jìn)行高速列車追蹤運(yùn)行間隔控制。移動(dòng)閉塞下，高速列車相對(duì)追蹤運(yùn)行較絕對(duì)追蹤的運(yùn)營(yíng)效率更高，而且閉塞區(qū)間長(zhǎng)度隨前車與后車的速度、位置、制動(dòng)能力等運(yùn)行參數(shù)的變化而實(shí)時(shí)變化。因此，本文建立移動(dòng)閉塞下高速列車相對(duì)追蹤運(yùn)行過(guò)程描述模型如圖1所示：

圖1中，區(qū)間調(diào)度中心DCC（Dispatching Control Center）與車站調(diào)度中心SCC（Station Control Center）之間、SCC與SCC之間進(jìn)行雙向有線通信，SCC與車載設(shè)備OBC（On Board Computer）之間、OBC與OBC之間進(jìn)行雙向無(wú)線通信。為高速列車最小追蹤間隔安全距離，為判斷后車（代表追蹤列車）是否受前車（代表前行列車）信號(hào)影響的間隔距離閥值，為兩車停車后必須保證的間隔距離，為列車長(zhǎng)度，為的緊急制動(dòng)距離，為的常用制動(dòng)距離，為的當(dāng)前速度，為的當(dāng)前速度，為的減速度，為的減速度。

綜上，基于高速列車追蹤運(yùn)行特征描述模型，實(shí)時(shí)獲取、的限速、速度、位置等信息，從而計(jì)算得到變量的動(dòng)態(tài)數(shù)值，為本文優(yōu)化策略提供實(shí)時(shí)決策依據(jù)。

2.2 高速列車運(yùn)行線路特征模型

高速列車運(yùn)行操縱狀態(tài)與其運(yùn)行線路特征密切相關(guān)，線路特征模型的精確性直接影響高速列車操縱優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確、實(shí)用性。因此，要求該模型最大可能地保持線路固有屬性同時(shí)便于計(jì)算，以提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

本文建立的線路特征模型主要考慮了線路特性以及牽引供電。線路特性充分考慮了線路縱斷面、曲線、橋隧；牽引供電主要考慮電氣化鐵道牽引供電區(qū)之間的分相區(qū)，因?yàn)镃RH3動(dòng)車組在京滬高鐵上運(yùn)行時(shí)采用ATP過(guò)分相技術(shù)通過(guò)分相區(qū)，且惰行通過(guò)分相區(qū)得線路特征模型表達(dá)式如下：

3 安全性分析

高速列車追蹤運(yùn)行的行車安全主要體現(xiàn)為保持安全追蹤間隔距離、不超速運(yùn)行。本文通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化的運(yùn)行速度（）控制來(lái)保證行車安全性，以實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)。除了路況及其動(dòng)態(tài)信息以及線路允許速度、臨時(shí)限速等列控命令等因素外，還必須適應(yīng)前車的行為變化，始終與前車保持合理的動(dòng)態(tài)間距安全、高效運(yùn)行。

依據(jù)高速列車運(yùn)動(dòng)方程、上文2.1節(jié)建立的特征描述模型，建立高速列車超速運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如式（8）和式（9）所示；

當(dāng)后車在前車信號(hào)影響范圍內(nèi)時(shí)（即<），基于式（3）、式（5）可得高速列車追蹤間隔過(guò)小的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如下：

式中：為高速列車追蹤運(yùn)行安全評(píng)價(jià)指標(biāo)值。式（6）、式（9）中所示的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、越小，則相應(yīng)越小，即高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程全性越高。

4 舒適性分析

動(dòng)車組運(yùn)行速度快具有強(qiáng)大慣性，其操縱過(guò)程中的突然加/減速、加速過(guò)快都會(huì)嚴(yán)重影響乘客的舒適性，因此將動(dòng)車組的乘坐舒適性定義為縱向加速度變化的大小及其變化率。以加速度（>0表示牽引，<0表示制動(dòng)）以及牽引/制動(dòng)沖動(dòng)作為動(dòng)車組乘坐舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。我國(guó)對(duì)動(dòng)車組縱向加速度變化及其變化率的限制為≤、≤的參考舒適度要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)移動(dòng)閉塞下高速列車追蹤運(yùn)行的各種復(fù)雜情況，建立了高速列車追蹤運(yùn)行多特征描述模型，并通過(guò)實(shí)時(shí)獲取高速列車限速、速度、位置等信息，對(duì)高速列車追蹤運(yùn)行的安全性和舒適性進(jìn)行了分析。然而，本文還未對(duì)實(shí)際高速列車的追蹤運(yùn)行進(jìn)行仿真分析，因此在后續(xù)工作中，將在以上研究的基礎(chǔ)上，以實(shí)際高速列車的追蹤運(yùn)行為依據(jù)，進(jìn)行仿真計(jì)算，將更具現(xiàn)實(shí)

意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘登，鄭應(yīng)平.鐵路移動(dòng)閉塞系統(tǒng)列車追蹤運(yùn)行的安全間隔[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，30（9）.

[2] 周艷紅，唐金金.高速列車追蹤運(yùn)行過(guò)程仿真方法研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012，（8）.

[3] 楊輝，劉鴻恩，李中奇.動(dòng)車組追蹤運(yùn)行多目標(biāo)實(shí)時(shí)優(yōu)化策略[J].控制工程，2015，22（2）.

[4] 付印平.列車追蹤運(yùn)行與節(jié)能優(yōu)化建模及模擬研究

[D].北京交通大學(xué)，2009.

[5] 路飛，宋沐民，李曉磊.基于移動(dòng)閉塞原理的地鐵列車追蹤運(yùn)行控制研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17（8）.

作者簡(jiǎn)介：龍真真，女，湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向：鐵道信號(hào)自動(dòng)控制；王銳東，男，湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：小 燕）