高校城軌列車追蹤仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

金麗麗

摘要：在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究中，真實(shí)移動閉塞方式的列車追蹤系統(tǒng)由于造價(jià)高、安裝難度大、直觀性差等原因并不適合應(yīng)用在高職鐵路院校的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)中，同時(shí)一些復(fù)雜情況難以在實(shí)際中做到，所以移動閉塞方式下城軌列車追蹤仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，無論從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)方面，還是培養(yǎng)軌道交通行業(yè)人才的高校，還是軌道交通企業(yè)進(jìn)行員工培訓(xùn)都需要一套技術(shù)上先進(jìn)，功能上與行業(yè)技術(shù)水平一致的列車追蹤與仿真教學(xué)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：移動閉塞；列車追蹤；仿真系統(tǒng)

列車追蹤技術(shù)是列車自動控制系統(tǒng)中的重要技術(shù)之一。移動閉塞是目前利用效率最高的信號閉塞方式，與固定閉塞方式相比，移動閉塞沒有固定劃分的閉塞分區(qū)，它通過先進(jìn)的通信手段來提高列車的定位精度，實(shí)現(xiàn)車地間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。由于移動閉塞系統(tǒng)能夠比固定閉塞、準(zhǔn)移動閉塞更好地確定列車的位置和傳輸列車信息，所以移動閉塞系統(tǒng)可以根據(jù)列車的動態(tài)運(yùn)行確定更小的列車間隔，這符合繁忙的城市軌道交通的需求，代表著城市軌道交通信號技術(shù)的主要發(fā)展方向。列車追蹤定位在現(xiàn)代軌道交通控制信號系統(tǒng)中是非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，所以掌握列車追蹤的原理與以及相關(guān)設(shè)備的維護(hù)方法，是軌道交通控制專業(yè)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)。

一、城市軌道交通應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著鐵道通信信號、計(jì)算機(jī)網(wǎng)技術(shù)與控制技術(shù)的飛速發(fā)展，基于移動閉塞方式的列車自動控制系統(tǒng)能夠縮小列車的行車間隔，提高行車密度，車一地之間的信息交換采用感應(yīng)環(huán)線或者無線通信，不再依賴于傳統(tǒng)的軌道電路，列車位置由列車本身測定，列車與控制中心之間保持連續(xù)地雙向通信，提供列車安全間隔保證和超速防護(hù)，使列車以最高的密度，運(yùn)行于同一線路。從以硬件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，演變?yōu)橐攒浖A(chǔ)的系統(tǒng)，是全球鐵路及軌道交通信號界公認(rèn)的最先進(jìn)的信號產(chǎn)品。

列車追蹤從根本上制約著列車自動控制系統(tǒng)的控制精度。列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)要求列車能實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前的實(shí)際速度和位置，才能保證列車的運(yùn)行安全和準(zhǔn)點(diǎn)率。作為列車自動控制系統(tǒng)的一部分，測速測距的精度太低，不僅會使列車運(yùn)行不安全，而且會造成系統(tǒng)自動生成的安全防護(hù)距離過大，從而影響運(yùn)輸效率。所以，列車追蹤在軌道交通信號系統(tǒng)中都處于非常重要的地位，所以列車追蹤原理與設(shè)備維護(hù)方法的掌握，是鐵路高職院校人才培養(yǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)。但是在學(xué)校實(shí)訓(xùn)環(huán)境中采用真實(shí)計(jì)軸設(shè)備，存在以下幾個(gè)問題：

（1）真實(shí)移動閉塞列車控制系統(tǒng)造價(jià)太高，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不太現(xiàn)實(shí)。

（2）在學(xué)校環(huán)境中，多采用將真實(shí)站場模擬至沙盤上的模式，線路與列車運(yùn)行狀況并不是真實(shí)的，所以安裝真實(shí)設(shè)備比較困難。

（3）真實(shí)設(shè)備計(jì)算機(jī)處理過程為內(nèi)部運(yùn)算，運(yùn)算過程對于學(xué)生來說不夠直觀。

（4）在全國的范圍內(nèi)，多數(shù)鐵路院校并沒有適合高職院校教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的仿真設(shè)備。

綜上所述，適合高職院校教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的仿真設(shè)備的開發(fā)與研制迫在眉睫。

二、研究目標(biāo)和研究內(nèi)容

通過設(shè)計(jì)和開發(fā)移動閉塞方式下城軌列車追蹤仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軌道交通控制領(lǐng)域中列車定位的功能。本仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用移動閉塞的算法，根據(jù)前行列車的尾部和安全距離得到目標(biāo)計(jì)算點(diǎn)， 然后反推列車的制動曲線，后續(xù)列車在運(yùn)行的過程中以當(dāng)前工況為基礎(chǔ)判斷是否超過限速，以確定其操縱方式。實(shí)現(xiàn)與真實(shí)現(xiàn)場工作情況的模擬對接。

對軌道交通企業(yè)的已經(jīng)使用的列車控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和開發(fā)一套城軌列車追蹤仿真系統(tǒng)，使其完成在移動閉塞區(qū)段理想的鐵路軌道區(qū)段的空閑檢查。

根據(jù)線路、列車的數(shù)據(jù)，以確定列車運(yùn)行過程中的受力情況。然后采用移動閉塞方式的算法計(jì)算列車的限速曲線， 之后利用前推算法通過判斷列車是否超過限速以確定列車的工況，同時(shí)根據(jù)新確定的工況計(jì)算下一個(gè)時(shí)間步長的列車速度、時(shí)分和運(yùn)行距離等數(shù)據(jù)，如果列車到達(dá)終點(diǎn)站則運(yùn)行結(jié)束，否則需要根據(jù)列車的位置再次計(jì)算，直到到達(dá)終點(diǎn)站為止。

三、發(fā)展趨勢分析

通過對列車追蹤的仿真，教學(xué)上可達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）可以將列車追蹤的原理、相關(guān)設(shè)備的工作過程完整、直觀的體現(xiàn)出來，讓學(xué)生透徹的掌握移動閉塞的原理、列車追蹤的原理以及相關(guān)設(shè)備的維護(hù)方法。

（2）仿真軟件可安裝在站場沙盤旁的計(jì)算機(jī)，直觀展示原理性的內(nèi)容。

（3）仿真系統(tǒng)可模擬故障，可以設(shè)計(jì)不同的故障培養(yǎng)學(xué)生對故障的分析、處理能力。

（4）此套設(shè)備能較好的與現(xiàn)場設(shè)備接軌，學(xué)生通過對此設(shè)備的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練后，可基本滿足現(xiàn)場工作的需要。

（5）設(shè)備造價(jià)低廉，并具有較好的可復(fù)制性，不受外部條件限制，可在鐵路院校內(nèi)大范圍推廣。

（6）為承接軌道交通企業(yè)的技術(shù)研究、員工培訓(xùn)提供平臺支持。

四、結(jié)論

（1）此套設(shè)備能較好的與現(xiàn)場設(shè)備接軌，學(xué)生通過對此設(shè)備的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練后，可基本滿足現(xiàn)場工作的需要。

（2）設(shè)備造價(jià)低廉，并具有較好的可復(fù)制性，不受外部條件限制，可在鐵路院校內(nèi)大范圍推廣。

（3）該系統(tǒng)可以為高校、鐵路員工等進(jìn)行城市軌道交通列車安全間隔及通過能力等方面的學(xué)習(xí)和研究提供便利條件和平臺支持.

參考文獻(xiàn)：

[1]王晶.城市軌道交通列車自動防護(hù)系統(tǒng)建模與仿真實(shí)現(xiàn).

[2]鄭曉龍，寧濱.移動閉塞系統(tǒng)的有關(guān)分析.

[3]李本剛.CBTC移動閉塞和準(zhǔn)移動閉塞列車運(yùn)行安全間隔時(shí)間的計(jì)算.鐵路通信信號工程技術(shù)，2008（6）.

[4]劉海東，毛保華，何天健，丁勇，王璇.不同閉塞方式下城軌列車追蹤運(yùn)行過程及其仿真系統(tǒng)的研究.鐵道學(xué)報(bào)，2005（2）.

[5]紀(jì)開權(quán).基于蘇州軌道交通一號線移動閉塞系統(tǒng)的分析.科技信息，2011（1）.

項(xiàng)目：2017年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目：移動閉塞方式下城軌列車追蹤仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) （項(xiàng)目編號：2017KY1247）