CTC仿真列車運行模型研究

王興利

(1．卡斯柯信號有限公司, 上海 200071；2．上海市鐵路智能調度指揮系統工程研究中心，上海 200071)

1 概述

鐵路調度指揮人員在理論學習和技能訓練過程中,行車調度指揮是一個重要環節。CTC仿真實訓系統可以給調度指揮人員提供與實際運營行車環境相一致的模擬仿真CTC系統，作為調度指揮人員的培訓仿真平臺，進行正常和非正常行車條件下的應急演練和仿真培訓，可大大提高行車指揮人員對CTC系統掌握的熟練程度，同時可以提高行車指揮人員在突發情況下的應急處理能力，在實際發生突發事件時能做到規范、有序、合理、穩妥地處置。

CTC仿真實訓系統整體邏輯結構如圖1所示，其中列車運行模擬是其他接口系統的數據來源，列車仿真效果直接影響整個系統的使用效果，而模擬列車速度曲線的計算是列車仿真的核心。

圖1 CTC仿真實訓系統結構圖Fig.1 Framework of CTC simulation and training platform

2 仿真列車運行模型

仿真實訓系統需要實時計算仿真列車的速度和位置，也需要根據仿真現場信號條件變化進行運行模式切換，對信號機燈位變化、列控發碼的變化和限速光帶變化進行實時響應，通過運行模式制動或加速來達到和真實系統一致的效果。

2.1 CTC模擬列車數據結構

模擬列車數據定義如下：

2.2 速度和運行距離計算方法

模擬列車運行采用固定加速度啟動或制動，根據《鐵路技術管理規范》的規定，120 km/h列車緊急制動距離為800 m，140 km/h列車緊急制動距離為1 100 m，160 km/h列車緊急制動距離為1 400 m，200 km/h列車緊急制動距離為2 000 m，250 km/h列車緊急制動距離為3 200 m，300 km/h列車緊急制動距離為3 800 m，350 km/h列車緊急制動距離為6 500 m。

根據假定啟動/制動時間是速度的一次線性函數，如圖2所示，線性擬合后可得到經驗公式（1）。

其中Δt為從0到vexp速度的加速時間，或從速度vexp到速度為0的制動時間。

列車加速運行時，當前速度V，當前時間t，期望加速到最高速度vexp，前一時刻t0，前一時刻速度v0，如圖3所示，按照經驗公式（1）可得到當前速度v公式（2）：

圖2 制動時間和速度Fig.2 Curve of braking time with speed

圖3 勻加速和時間Fig.3 Curve of constant acceleration with time

也可得到當前時刻相對于前一時刻運行距離L：

列車制動時，制動距離△L和列車加速過程類似，如圖4所示，推導制動距離△L公式（4）:

其中v為當前速度。

對于前方有限速區段，從當前速度v運行到限速值為vtsr限速區段時，如圖5所示，所需要限速制動距離ΔLtsr：

圖4 制動時速度和時間Fig.4 Braking speed with time

圖5 限速制動速度和時間Fig.5 Limited speed braking mode and time

通過以上公式，可以依據前一時刻的速度計算出當前時刻的速度、運行距離，實時更新當前列車的位置和速度，而且可以計算出制動距離和運行到某一限速區段的運行距離，作為列車運行模式切換的依據，比如紅燈前停車或低于限速值進入限速區段。

2.3 列車運行模式邏輯

列車根據定義的4種運行模式運行，勻速、加速、制動和緊急制動。

如果當前列車距離前方授權信號點的距離Lma小于制動距離ΔL,則列車進入制動模式；如果當前列車距離前方限速區段的距離Ltsr小于限速制動距離ΔLtsr，列車則進入制動模式。

如果當前列車距離前方授權信號點的距離Lma小于緊急制動距離，則列車進入緊急制動模式 。如果當前列車距離前方限速區段的距離Ltsr小于緊急制動到前方限速值的運行距離，列車則進入緊急制動模式。

一般情況下，加速運行到設計最高速度后，保持勻速運行，具體列車運行模擬切換如圖6所示。

圖6 運行模式切換Fig.6 Operation mode switching

3 結束語

緊急制動模式下的一次制動計算模型是最基本的速度曲線模型，在實際使用中，采用二次或多次制動的方法會取得更好的模擬效果，使到開點更準確，更符合實際情況，目前這一方法已廣泛應用于CTC仿真實訓系統的列車運行模擬仿真，該系統已部署于上海局、南昌局、沈陽局、武漢局、濟南局和青藏公司調度所，包括多條高鐵線路和既有線線路，經過實際使用和驗證，列車運行參數與實際列車運行參數基本一致，給調度指揮人員提供了完全真實的仿真實訓系統，具有良好實用意義。