1、.轨道交通信号处理课程考核报告CBTC 系统列车追踪间隔计算系 部： 电子与信息工程系专业班级： 通信工程 09 秋 2 班姓 名： 郑庭春学 号： 09032230指导教师： 邱欣寅2012.12 上海师范大学天华学院电子与信息工程系 轨道交通信号处理 1完 成 日 期 2012 年 12 月目录1 引言 .12 列车最小追踪间隔模型的建立 .22.1 坡道处理模型 .22.2 安全制动距离模型 .32.3 ATO 列车运行控制仿真模型 .42.3.1 ATO 速度控制过程 .42.3.2 列车任意点最小追踪间隔求算 .43 列车追踪间隔算法组成 .73.1 数据库组成 .73.2 ATO
2、速度曲线计算模块组成 .73.3 ATP 紧急制动距离最小追踪间隔计算模块 .74 列车追踪间隔 .84.1 区间追踪间隔 .84.2 站台区域追踪间隔 .94.3 影响追踪间隔的主要因素 .105 安全制动距离 .115.1 安全制动距离类型 1.115.2 安全制动距离类型 2.115.3 安全制动距离类型 3.125.4 安全制动距离类型 4.136 列车运行仿真与安全间隔时间计算 .146.1 列车运行仿真 .146.2 列车运行安全间隔时间计算 .156.2.1 准移动闭塞列车运行安全间隔时间的计算 .167 结束语 .17参考文献 .182012.12 上海师范大学天华学院电子与信
3、息工程系 轨道交通信号处理 11 引言随着通信技术特别是无线电技术飞速发展，人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统，CBTC 系统就是基于无线通信的 列车自动控制系统，它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC 的突出优点是可以实现车地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在 CBTC 中不仅可以实现列车运行控制
4、，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用 CBTC 既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在 CBTC 应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用 GSM-R 系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。在城市轨道交通信号系统
5、的实施过程中，列车最小追踪间隔是衡量系统能力的关键指标之一，是最终用户考核和运营验收系统的关键参考依据。也是信号系统设计重点关注的内容。为此，在准确地分析 CBTC 条件下列车控制方式，确定影响列车追踪间隔的各种因素基础上建立切合实际的列车最小追踪间隔计算模型，并在计算机上以高效算法实现是本文研究重点，也是研发国产 MTC-I 型 CBTC系统的重要工作之一。2 郑庭春：CBTC 系统列车追踪间隔计算 2012.122 列车最小追踪间隔模型的建立前后两列车沿同一轨道、同一方向运行，列车的前端通过同一地点的时间之差称为该点的追踪间隔，最小追踪间隔是后车的速度不因前车的存在而受影响、以正常速度运行
6、至前车相同位置的时间间隔。最小追踪间隔受线路的限速、坡度及列车长度、列车运行模式、列车牵引制动性能、车站停车时间等因素的影响，在线路的不同地点有着不同的最小追踪间隔。线路的通过能力受线路上最小追踪间隔最大点的限制，整条线路的最小追踪间隔是线路上各点最小追踪间隔的最大值，通过计算线路上各点的最小追踪间隔，取其最大值就得到了该线路的最小追踪间隔。最小追踪距离是指后车的速度不因前车的存在而受影响、与前车保持的最小距离。在 ATC 控制下，最小追踪距离是 ATP 安全制动距离与安全保护距离之和。如果两车间距不小于最小追踪距离，后车的运行就不会因前车的存在而受影响，同时能够保证后车的运行安全 1。在 C
7、BTC 列控模式下，前车的位置是实时更新的，后车可以实时获得前车的位置信息并将移动授权实时向前延伸，因此，最小追踪间隔不受固定闭塞模式下轨道电路长度的限制，线路上各点的最小追踪间隔是连续的。2.1 坡道处理模型根据能量守恒定律，列车从 A 点运行到 B 点的能量是守恒的，即：（1）BA动 能势 能外 力 功动 能势 能 （2）21121 Bpp vMghsavMgh式（2）中： 为列车的静态质量，单位为 k g； 为列车的动态或p i惯性质量，单位为 kg；g 为重力加速度，单位为 ； 为制动曲线 A2/smAv点的速度，单位为 ； 为沿着制动曲线在 A 点前方 处 B 点的速度，sm/Bv单
8、位为 ； 为 A 点的高程，单位为 ； 为 B 点的高程，单位为 ；s/hhm2012.12 上海师范大学天华学院电子与信息工程系 轨道交通信号处理 3为列车在平直轨道的加速或制动的加速度，单位为 。根据式(2)推a 2/sm导出如下公式：（3）hgMsavpAB12式（3）中： 为与 对应 B 点与 A 点之间的高度差，单位为 。m式（3）对于坡道的处理适用于 ATO 运行的全过程。与式（3）对应的有以下公式：（4）tGradeMgvpAB12式（4）中： 为 B 点与 A 点之间的坡度，上坡为负值，下坡为正值； 为列车从 A 点与运行到 B 点之间的时间，单位为 。t s式（4）对于坡道的
9、处理适用于 ATP 紧急制动停车的全过程 2。2.2 安全制动距离模型在列车施加紧急制动停车的过程中需要考虑各种最不利的情况，以保证列车在极端情况下的运行安全。图 2.1 描述了最不利情况下的列车紧急制动过程的 4 个阶段。即时间上分别对应 T1牵引切除延迟，T2牵引切除到制动施加的延迟，T3制动建立时间（制动率从 0 到最大的时间），T4 以最大制动率减速到停车的时间，列车运行对应距离分别为 S1、S2 、S3、S4。T 1 T 2 T 3 T 4S 1牵引切除延迟阶段S 2制动延时阶段S 3制动建立阶段时间速度S 4最大制动停车阶段图 2.1 列车紧急制动过程示意图4 郑庭春：CBTC 系
10、统列车追踪间隔计算 2012.12T1 阶段列车速度的增加是考虑在最不利情况下，牵引力切除之前，车辆仍在执行牵引命令，导致列车以最大故障加速度加速运行；T2 阶段是牵引已经切除、制动尚未施加的过程，在该阶段列车既没有施加牵引也没有实施制动，在此也不考虑运行阻力的影响，因为从安全性角度来说，运行阻力对于制动距离来说只会缩短而不会增加；T3 阶段制动力从无到有，直至增加到最大值，体现了车辆制动力变化的特性；T4 阶段列车以最大制动减速度减速直至停车 3。根据以上安全制动距离模型，紧急制动停车距离 S 可以通过下式进行计算：（5）4321sss2.3 ATO 列车运行控制仿真模型2.3.1 ATO
11、速度控制过程ATO 列车控制分为加速、匀速、减速、停车 4 个阶段，最小追踪间隔按 ATO 最快运行模式下的速度曲线进行计算，即列车在加速阶段按ATO 最大加速度加速、匀速阶段保持最高允许速度、减速阶段按 ATO 最大可控制动率减速，从而获得最短的运行时间，达到最快的旅行速度。（1）加速阶段。当列车速度低于当前限速时，列车以最大加速度加速到限制速度。列车的加速度是与速度相关的变量，在不同运行速度下需按不同的加速度进行计算，以使计算结果尽量贴合列车实际运行情况。（2）匀速阶段。当列车的速度达到最高限速时，ATO 控制列车保持一定的牵引力以弥补运行阻力和坡度的影响，控制列车基本按照匀速运行。（3）
12、减速阶段。列车以 ATO 最大可控制动力减速乃至停车，保证尽可能缩短运行时间。（4）停站阶段。ATO 控制列车实现站台精确停车，在规定的停站时间结束后发车驶向下一车站 4。2.3.2 列车任意点最小追踪间隔求算2012.12 上海师范大学天华学院电子与信息工程系 轨道交通信号处理 5ATO 控制下的列车运行速度、距离、旅行时间曲线如图 2.2 所示。速度限速曲线 速度曲线旅行时间曲线车站 1 车站 2位置图 2.2 ATO 运行速度、距离、旅行时间示意图如图 2.3 描绘了线路上任意点最小追踪间隔的求算方法。用公式描述如下：（6）21PLPTB（7）122 PTraveltimraveltiH
13、eadwy式中： 为线路上的任一点（最小追踪间隔的求算点对应的限制点），1为列车在 点以当前速度实施紧急制动停车的距离， 为安全保护距BLPPL离， 为列车长度， 为最小追踪间隔的求算点。 为 点的最T2 2Headwy小追踪间隔， 、 分别为列车以ATO正常运行曲线2Praveltim1PTravelti从线路起点运行到 、 点的累计旅行时间。1速度位置紧急制动停车距离P 1 P 2安全保护距离列车长度P 2 列车最小追踪间隔6 郑庭春：CBTC 系统列车追踪间隔计算 2012.12图 2.3 最小追踪间隔求算示意图在列车超速防护实施安全停车控制时，为防止停车位置离散性有可能造成的危险，而设
14、置了自预定停车位置至目标地点的一段安全保护距离。在CBTC条件下，安全保护距离的大小与列车位置的不确定性的上限（由测速误差、空转/打滑的影响、系统处理延迟等因素决定）、通信周期（前车位置对于后车更新的周期）、系统允许最大的通信延迟时间等因素有关 5。2012.12 上海师范大学天华学院电子与信息工程系 轨道交通信号处理 73 列车追踪间隔算法组成3.1 数据库组成数据库分为车站数据表、坡度数据表、限速数据表（以上3个表包括土建及运营的各种基础数据及限制），速度、加速度、故障加速度表（包括车辆的不同速度下加速度及故障加速度参数）和结果数据表（保存线路各点的速度、旅行时间、制动距离、最小追踪间隔等
15、计算结果） 6。3.2 ATO 速度曲线计算模块组成（1）计算线路限速子模块。根据列车当前位置和列车长度，在限速数据表中查找列车所受到的最严格的限速，就是当前列车的线路限速，同时记录线路限速终点位置。（2）计算限速点位置、限速、及减速点位置子模块。根据列车所在位置，以列车中点为参考点，从前方限速点减去半个列车长度开始，根据坡道处理模型逐个坡段从坡段终点反算坡段起点速度，直至达到或超过当前的线路限速，如果超过当前线路速度，则根据当前线路速度及最近一个坡段的起点的速度计算减速点位置。在算法中比较列车当前位置前方连续3个限速点中最严格的限速点，得到限速点位置、限速及减速点位置。（3）计算限速子模块。根据当前列车位置及前方限速点的位置及限速，根据坡道处理模型一次求算列车当前限速。3.3 ATP 紧急制动距离最小追踪间隔计算模块对于线路的每一点，按照牵引切除延迟、制动延迟、制动建立、最大制动停车4个阶段，根据ATP坡道处理模型以时间为步长（计算机运算时推进的固定数值）求算各阶段的运行距离，根据公式（5）计算紧急制动停车距离。然后根据公式（6）、（7）计算求算点最小追踪间隔 7。
