（交通信息工程及控制专业论文）运行干扰条件下的列车追踪运行仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 准移动闭塞信号系统研究的追踪列车间的安全间隔距离与旧的信号系 统下相比较短，缩短了列车的追踪间隔时间，有利于提高铁路通过能力。但 列车在运行途中要遇到大量令其偏离运输计划的各种随机和突发情况，且随 着列车运行距离的延长，列车运行受到随机干扰的可能性将增大，导致列车 频繁偏离运行计划，其直观表现为列车运行延误。此时，就需要行车人员根 据需要对列车运行进行实时调整，即实施列车运行调整。 本论文根据列车牵引计算规程，建立了列车运行计算模型，分析了列车 在运行过程中的各种工况处理。并通过对准移动闭塞方式的剖析，建立了列 车追踪运行间隔的数学模型，分析了列车行车密度的瓶颈问题。深入讨论各 种因素对列车追踪间隔的影响，尤其是咽喉区设计对追踪间隔的影响，并开 发了基于准移动闭塞方式的列车追踪运行实时模拟系统。该软件可完成按设 定情况下不同线路环境，不同列车及其不同追踪组合情况下列车从启动出 站、到进入区间运行、直至进站停车的全程追踪运行模拟。 根据恶劣条件下列车运行调整的需要，对列车采用非正常追踪的列车运 行特性进行仿真研究。分析了由于防护点前移速度降低时后行追踪列车的运 行曲线，并对不同运行干扰程度、不同列车性能、不同闭塞分区长度、不同 的发车间隔时间等情况进行了对比研究。得到的研究结论能为特殊情况下列 车运行及行车指挥提供一定的参考。 关键字：准移动闭塞；追踪间隔；追踪运行仿真： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t ht h eo l ds i g n a ls y s t e m ，t h e ( s i g n a ls y s t e mo f ) q u a s i m o v i n g b l o c ks h o r t e n st h es a f ed i s t a n c eo fi n t e r - t r a i nt r a c k i n gi n t e r v a la n di m p r o v e s r a i l w a yp a s s i n gc a p a b i l i t y h o w e v e r , t h et r a i nm o v e m e n t so nt h e i rp a t h s e n c o u n t e ral a r g en u m b e ro fr a n d o ma n du n e x p e c t e di n c i d e n t sd e v i a t e df r o mt h e v a r i o u st r a n s p o r ts c h e m e s ，a n dm o r e o v e r , f o rt h et r a i nr u n n i n g ，t h ep o s s i b i l i t i e s o ft h es t o c h a s t i ci n t e r f e r e n c ew i l li n c r e a s ew i t ht h ee x t e n s i o no ft h er u n n i n g d i s t a n c eo ft h et r a i n ，r e s u l t i n gi nt r a i n sf r e q u e n t l yd e v i a t e df r o mt h eo p e r a t i n g p l a n ，w h i c hm e a n st h ed e l a y sa st h ei n t u i t i v ep e r f o r m a n c ef o rt h et r a i nr u n n i n g a tt h i sp o i n t ，r e a l - t i m ea d j u s t m e n tb a s e do nt h en e e d so ft h et r a f f i ci sn e c e s s a r y f o rt h ed i s p a t c h e r s ，t h a ti s ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft r a i no p e r a t i o na d j u s t m e n t a c c o r d i n gt o t h ec o m p u t a t i o nr e g u l a t i o n so ft r a i nh a u l i n g ，t h et h e s i s e s t a b l i s h e st h ec o m p u t a t i o nm o d e lo ft r a i nm o v e m e n t ，a n a l y z i n ge v e r yk i n do f w o r kc o n d i t i o n sd u r i n gt h et r a i nm o v e m e n t b yt a k i n ga n a l y s i so ft r a i nc o n t r o l s t y l eo nq u a s i m o v i n gb l o c k ，w ef i n do u tt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft r a i n t r a c k i n gi n t e r v a l ，a n da n a l y z et h eb o t t l e n e c kp r o b l e mo ft r a f f i cd e n s i t y t h i s t h e s i si n c l u d e sf u r t h e rr e s e a r c h e so nt h eo t h e rf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h et r a i n t r a c k i n gi n t e r v a l ，e s p e c i a l l y f o rt h ee f f e c to ft r a c k i n gi n t e r v a li nt h es t a t i o n t h r o a td e s i g n w ed e v e l o par e a l t i m es i m u l a t i o n s y s t e mb a s e d o nt h e q u a s i m o v i n gb l o c k t h es o f t w a r ec a nc o m p l e t et h ew h o l et r a c k i n gs i m u l a t i o n o ft r a i nf r o ms t a r t i n g ，m o v i n gt os e c t i o n ，a n df i n a l l ys t o p p i n gi ns t a t i o no n d i f f e r e n tl i n e s ，i nc o n d i t i o no fd i f f e r e n tt r a i n sa n dd i f f e r e n t t r a c k i n g c o m b i n a t i o n so r d e r e db yt h eu s e r a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft r a i nm o v e m e n ta d ju s t m e n tu n d e rw i c k e d c o n d i t i o n s ，t h es i m u l a t i o nr e s e a r c ha p p l y i n gt h et r a i nm o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c s o fa b n o r m a lt r a c k i n gi si n d e e d t h et h e s i sa l s oa n a l y z e st h em o v e m e n tc u r v eo f b a c k r u n n i n gt r a c k i n gt r a i n a tt h et i m eo ft h ef o r w a r d m o v e m e n ts p e e do f p r o t e c t i o nf a l l i n g ，a n dm a k e st h ec o n t r a s tr e s e a r c h e su n d e rd i f f e r e n ti n t e r f e r e n c e d e g r e e s ，d i f f e r e n t t r a i np e r f o r m a n c e s ，d i f f e r e n to c c l u s i o ns e c t i o nl e n g t h ， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i i 页 d i f f e r e n ts t a r ti n t e r v a l st i m ea n ds o t h ec o n c l u s i o no b t a i n e dc a np r o v i d ec e r t a i n r e f e r e n c ef o rt r a i nm o v e m e n t sa n dt r a f f i cc o m m a n d su n d e rs p e c i a lc o n d i t i o n s k e yw o r d s ： s i m u l a t i o n q u a s i m o v i n gb l o c k ；t r a c k i n gi n t e r v a l ；t r a c k i n g m o v e m e n t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本入授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩微或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于： 1 保密口，在年解密后使用本授权书； 2 不保密d ，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：癞i 象 日期：刈9 、f ：7 破 眵纠 ：上一一 名九 签彤 师 砂 教： 导期揩日 西南交通大学学位论文创新性声明 本认证重申明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 所得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本文不包括任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本申睨的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 根据恶劣条件下列车运行调整的需要，对列车采用非正常追踪的列车运 行特性进行仿真研究。分析了由于防护点前移速度降低时后行追踪列车的运 行曲线，并对不同运行干扰程度、不同列车性能、不同闭塞分区长度、不同 的发车间隔时间等情况进行了对比研究。得到的研究结论能为特殊情况下列 车运行及行车指挥提供一定的参考。 学位论文作者签名：影澍身泵 日期：7 年妇乡日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 铁路运输的主要任务就是在保证行车安全的基础上，高效运送货物和旅 客，并满足货主和旅客的服务要求。随着社会的发展和国民经济的增长，以 及其他运输形式的迅速发展，要求铁路运输更加高效、快捷、可靠。因此， 提高铁路运输能力是保证我国国民经济快速发展的重要因素。 为了提高运输能力，在车辆容量一定的基础上措旌之一是提高列车的运 行速度；措施之二是缩短行车间隔，从而提高线路的行车密度。基于此，我 国铁路开始采用新的闭塞技术，在新的信号系统下，列车的行车间隔相对缩 小，能最大限度地提高运输能力。但在实际运输生产过程中，列车运行受到 多种因素的影响，列车运行时分将偏离运输计划，在我国铁路列车在区间的 运行时分最大偏离可达2 6 ，雨平均偏离为1 2 r 。前行列车发生运行延迟， 后行列车的运行也受其影响而发生延迟，从而形成通过能力损失，这种影响 随着列车追踪间隔的缩短而增加。 2 0 0 8 年初的南方大雪灾，致使南方路网几近瘫痪，列车秩序大面积紊 乱。铁道部采用车站紧密发车、区间限速运行、列车以满足安全制动距离紧 密行车等措施进行列车运行调整，以尽量增大线路及车站通过能力，尽可能 多的发车，使列车运行秩序尽快恢复。先进的闭塞方式和列控系统将有利于 改善列车运行性能，增强列车运行的鲁棒性，准移动闭塞方式就是其中种。 但当列车运行受到严重影响时，准移动闭塞方式下列车如何运行才能增强列 车对列车运行干扰的适应性，尽快使列车恢复正常运行秩序是一个值得深入 研究的问题。 基于此，本文对准移动闭塞非正常追踪的列车运行情况进行探索性研 究，重点分析了非正常追踪情况下后行追踪列车的运行曲线特性，以期为路 网列车在非正常情况下的列车运行控制提供指导。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外技术现状 国际上，特别是铁路比较发达的国家，列车的运行仿真系统已经做得比 较成熟。在建设模式和运输组织模式上已形成了比较完整的理论体系，并把 它们在长期实际建设和运营组织中积累起来的技术和研究经验移植到仿真 系统中，使仿真系统更能真实的反映列车运行的相关情况。国内对计算机模 拟仿真的应用研究开展的相对较晚，但是随着计算机的科学与技术的发展， 计算机仿真的应用研究得到了较快的发展。近年来我国列车运行仿真的研究 几乎涉及到该领域的各个方面，在列车牵引计算、单列车运行、多列车的追 踪运行等方面的仿真都取得了一定的成果。 在牵引计算方面的研究：主要经历了从牵引计算理论基础数据【2 儿j j 的研 究到计算机牵引计算对列车模型的研究，对列车模型的研究主要包括单质点 【4 6 】模型和多质点【7 9 】模型，对于列车的受力分析，分析的越来越通彻。 单列车运行仿真研究【m ”】：单列车运行的研究是在牵引计算的基础上， 验证列车在不同条件下，如限制速度、运行时分、道岔限速、车站信号等因 素变化的情况下，动态调整列车运行的工况，以及在最大牵引重量、安全性 方面对列车的最优操纵( 节能、节时) 方法，从而为研究列车运行的可调整 度以及行车运营管理等作参考。 多列车的追踪运行仿真研究e 1 6 2 6 ：建立在单列车运行仿真基础之上，列 车在相互作用条件下的运行轨迹，如验证列车在一定时刻表下运行的可行性 和安全性，模拟列车在不同牵引类型、不同牵引重量、不同闭塞方式下保证 列车运行安全的最小间隔，检验并确定区段运输通过能力。对于列车的追踪 运行分为两种情况： ( 1 ) 对于正常追踪情况下的列车运行分析：文献 2 2 剖析了在一次制动 模式和速度分级模式列控方式下的模型及相关算法，对列车追踪运行的各种 时间间隔进行了检算。文献 2 3 探讨了多列车共线运行时各列车之间的相互 影响，提出影响列车避让位置和列车总运行时分的因素有待避策略、停站位 置以及发车密度等。文献 2 4 探讨了移动闭塞条件下列车追踪情况，分析了 列车个各种追踪时间间隔模型，阐述了各种追踪间隔时间模型的计算方法。 ( 2 ) 对于列车的非正常追踪的情况下列车的运行分析：前行列车的运 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 行延误给后行列车带来的影响，文献 2 5 1 分析了在双线自动闭塞列车运行延 误的传递特性极其传递过程中的延迟性，并建立模型，分析了前行车运行延 误所造成的通过能力损失及其后行车的影响，并给出了不同追踪间隔时分条 件下列车运行延误极其传递的有关数量指标。文献 2 6 1 ：乖1 j 用交通流回波理论 分析了移动闭塞系统下列车的延迟及其传播，建立了移动闭塞列车运行仿真 系统，对列车延迟进行了仿真分析 2 7 】。文献 2 8 1 着重研究了移动闭塞条件 下发生列车区间运行延误时的系统性能，并通过计算机进行了定量分析。分 析比较在m a s 条件下和f a s 条件下列车运行延误给后行车带来的不同的影 响。 从国内外研究和技术发展现状可以看出，列车的仿真研究都是追踪间隔 模型基础上的正常情况下的追踪运行，或者是运行延误后对于列车群的一个 宏观的运行延误的研究，而发生列车运行延误后，当后行车的运行受到影响 时，后行列车的微观运行状态的研究是一个提高通过能力迫切解决的问题， 而这就需要在仿真情况下对后行列车的运行进行迸一步研究。 1 3 研究的基本内容 本文主要研究的是在准移动闭塞条件下列车的追踪运行，对准移动闭塞 的基本原理和列车的追踪间隔模型作了归纳总结，深入分析影响列车追踪间 隔的相关因素，建立了列车追踪运行系统的仿真模型，并对列车在非正常追 踪情况下，由于前车出现运行干扰，导致防护点的移动缓慢对后行列车的影 响做了深入分析。 本文的研究工作分4 章进行了讨论。 第l 章描述了本文的研究背景，确定了本文的研究对象以及研究的基 本内容。 第2 章对描述了列车的整个运行的过程，介绍了准移动闭塞系统的基本 原理，对列车各种追踪间隔模型进行了分析，并分析了影响列车追踪间隔的 主要因素。 第3 章对列车的运行干扰进行了分析，描述了在准移动闭塞条件下由列 车运行干扰引起的运行延误，给后行车带来的影响，同时分析了不同情况下， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 运行干扰给后行列车带来影响的规律特点。 第4 章对列车追踪运行仿真系统进行了系统结构设计，阐述了系统功 能设计和性能指标。动态地仿真了两列车在整条线路上的运行情况，得出整 条线路的列车的运行轨迹。 结论部分总结了本论文所完成的工作，提出今后需要进一步改进的问题 和展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章列车运行分析 2 1 列车的运行的模型分析与设计 在建立运行模型【2 9 州1 【4 2 1 之前，首先要明确运行控制策略的含义。牵引 策略就是在牵引计算算法的基础上，根据计算的实际需要对列车区段运行的 操纵方法进行假定而建立的自动化牵引计算模型。典型的牵引策略主要有 三种：最快牵引策略，最经济牵引策略、混合优化策略。既有研究己对此问 题分析得很透彻( 参考文献 2 9 1 ) ，对此我们不再详细阐述。 对列车的运行过程进行合并建模，将列车运行过程分为起动牵引加速过 程、中间运行过程以及进站制动过程。 1 、起动与加速过程 列车牵引过程中用最大加速度加速运行，因此牵引加速过程控制比较简 单，牵引加速的过程中，只要运行速度不超过惰行运行控制速度，就保持牵 引加速，否则转惰性运行。牵引加速控制流程图如图2 1 所示。 图2 一l 牵引加速过程 2 、中间运行过程 列车运行速度保持在一个低限速和高限速之间上下波动运行。运行工况 主要采用无动力的惰行与牵引加速更替的方式，若遇到长大坡度采用调速制 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 动与无动力惰行交替进行，直至进入制动与进站过程。在中间过程中列车主 要采用的是牵引加速、惰行工况和调速制动工况，中间运行过程控制流程图 如图2 2 所示。 图2 - 2 中间过程控制流程图 3 、制动与进站过程 进站制动阶段是列车运行的最后阶段，列车采用最大常用制动力来减速 制动迸站。制动与进站过程的难点在于制动点的选取。本论文主要采用反向 递推试凑【2 9 】的方法来解决制动点的选取问题。对于制动点的选取如图2 3 所示。其中曲线a b 为列车采取惰性运行到车站的曲线，而曲线c d 为列车 反向递推的曲线，两者的交点e 即为列车进站的工况转换点。即曲线a e d 为列车进站的运行曲线。制动与进站过程控制流程如图2 4 所示。 c - - - - - - p _ d 么 弋 一丘 7 - g hn 忒 f 乡 图2 3 制动点搜寻过程 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 - 4 进站制动过程控制 2 2 列车追踪间隔基础模型的推导与分析 保证列车运行安全取决于两个因素：是列车运行速度在允许的范围 内；二是列车运行间隔符合规定的安全距离。列车间隔靠闭塞保证，闭塞模 式就是如何设置闭塞分界点并怎样用信号保证列车按照空间间隔运行的技 术方法3 0 1 。 准移动闭塞【3 1 l ，指列控系统采取目标距离控制模式。目标距离控制模 式根据目标距离、目标速度、及列车制动性能确定列车的制动曲线，追踪目 标点是前行列车所占闭塞分区的始端，后行列车开始制动的起始点是根据目 标距离、目标速度及列车的制动性能计算确定的。这种闭塞控制方式的特 征是计算目标固定( 以闭塞分区为目标而不是以列车尾部为目标) 、制动起 始点精确计算、列车间距距离随当前线路条件变化。准移动闭塞的闭塞分区 不按速度分级，列车制动是连续完成的；但当前行列车驶离一个闭塞分区后， 后行列车的目标距离突然变化，制动曲线需要重新计算，速度曲线会发生跳 变。 2 2 1 列车区间追踪间隔模型 要保证在区间内后行车一直在最高速度下运行，即满足列车能按照设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 速度在最不利情况下保证列车能够在目标点之前停车，两者之间的最小追踪 间隔【3 2 3 4 】至少包括五部分：有效制动距离、空走距离、安全防护距离、附 加时间内走行距离以及列车长度。 1 、空走距离 列车在制动实施有效前，将按照原有的初速度运行一段时间，这段时间 内所走走过的距离即为空走距离，运行的时间为空走的时间。 2 、有效制动距离 列车从制动有效时刻起，到达目标速度的时间内所走行的距离，即为制 动的有效距离。不同的动车车型，有效制动距离不同。其具体值参看动车制 动曲线进行计算。 3 、安全防护距离 安全防护距离由测速误差、测距误差共同构成。要保证在最不利的情况 下，列车能以紧急制动方式控制列车在目标点前停车，再确定追踪间隔地时 候，必须规定停车点和目标点之间设置一段距离，这段距离叫做防护距离 3 5 1 。误差防护距离的最终设置长度以下两者中的较大者： ( 1 ) 列车从开口速度实施紧急制动时所走行的距离匕； ( 2 ) 最不利条件下测速、测距误差之和。其计算公式表示如下： ，= m a x ( i 。j + 乞，乙) ( 2 - 1 ) 式中： ，一误差防护距离，m ； ，。一列车从开口速度启动纯空气制动需要的距离，m ； t ，一测距引起的误差，m ； t 一测速允许误差，m 。 按照最不利情况处理，测速误差由以下几部分组成： 1 ) 在最不利情况下，列车从运行初速度按紧急制动到设计初速度的过 程中所走型的距离。 2 ) 列车接受信号时间、列车空走时间、车载设备启动时间中，由于列 车的初速度不周引起的误差距离。 4 、附加时间内走行的距离 所有附加时分与列车制动初速度的乘积。 5 、列车长度 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 由上面的分析我们可以知道，列车追踪间隔可以表示为下面的形式： 1 9 = t + 0 + 乞+ ( t ，+ + f ，+ t ) 幸k 哪 ( 2 2 ) l 。一区间追踪间隔距离，m ； t 一列车的有效制动距离，m ； z ，一误差防护区段，m ； t 一列车长度，m ； f ，一确定信号时司机的反应时闻，s ； 气一列车制动空走时间，s ； t ，一其他附加时间，s ； f 。一设备反应时间，s ； 一列车的最高速度，m s 。 对一次模式曲线列车方式而言，追踪间隔的定位精度体现在轨道分区长 度确定上，故必须首先确定初轨道分区的合理长度。 本设计确定轨道分区长度应遵循以下原则： l 、当列控信息基于无线传输时，每一段轨道分区只用来检查列车占用和 出清，且轨道分区长短是影响列车追踪间隔长短的因素之一。 2 、考虑轨道分区的合理长度，避免信号的互串或衰减。 当无线传输故障时，考虑系统能降级到分级速度模式曲线控制，列车依 靠轨道分区传输信息实现分级速度控制，所以，轨道分区的长度应该能够适 应系统降级的需要。 所以列车的追踪距离有以下两种边界情况： ( 1 ) 前行车尾部与轨道分区分界点恰和重合，如图2 5 所示。 图中的追踪不存在浪费距离，其理论追踪间隔与实际追踪间隔相等，其 追踪距离为： 1 9 = 之+ 0 + 乇+ ( f ，+ 气+ 0 + f ，) v ，墩 ( 2 3 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 空走距离 卜o ，吕k r 一 卜争卜- 辟二叶防十 图2 - 5 列车尾部与轨道分区入口重合时追踪间隔示意图 ( 2 ) 上面所描述出来的只是一种最理想状况列车最小的追踪状况，列车 的实际运行过程中，前行车的尾部与轨道分区分界点重合的情况几乎是不可 能的，由于列车是按照轨道分区定位的，后行车只能接受到前行车所占用分 区的轨道信息，按照最不利的情况考虑，即前车尾部离开轨道分区的瞬时， 后行车头部已经进入下一个轨道分区，此时，浪费的追踪间隔最大，为1 个轨道分区的长度，区间追踪间隔如图2 4 所示，这时的区间追踪间隔： l 。= 乞+ ，r + 乞+ ，口+ ( t ，+ + 7 r + ) 宰u 。 ( 2 - 4 ) z 。一轨道分区长度，m 。 前面所说的是区间列车追踪间隔的两个边界值，实际的值介于两者之 间，( 在程序的设计中，我们需要判断了列车的尾部所在的闭塞分区的始端， 且闭塞分区设置为等长) 即为列车的尾部所在闭塞分区到该闭塞分区的值与 公式2 2 得值之和。 空走距高 卜旬 褂 彤i _ r 一l 糌砷舫扣j 一i ， 卜一 卜一l - 1 图2 - 6 列车区间间隔示意图 所以列车的区间追踪间隔的距离公式为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 1 9 = 乞+ l + 乞十乙+ ( f ，+ t k + 0 + t ) 木t r n a x ( 2 - 5 ) 乙一前行列车尾部所在的闭塞分区道闭塞分区始端的距离，m 。 2 2 2 车站发车追踪间隔模型 列车从车站发车必须满足一定的追踪条件，首先是后行列车启动后应处 于连续加速状态，应保证至少有1 个闭塞分区空闲使之实现加速；其二是当 后行列车连续加速1 个闭塞分区后，前方应有足够的空间分区满足其制动到 停车的距离，也就是说，当前行列车突然发生故障时，后行列车采用常用制 动下不会发生冒进信号。同时，也应考虑车站办理发车进路、发车作业、司 机启动和判定信号的时间。 如果两列车之间仅有1 个空闲分区，则后行列车将很快进入停车区段， 不具备连续加速条件，这种情况是不可行的；如果两列车之间有2 个及以上 空闲闭塞分区时，后行列车可以连续加速，进入咽喉区的速度满足过岔速度 要求，如果需要停车，般需要制动距离3 8 0 m ( 从8 0 k m h 制动到停车) ，远 小于一个闭塞分区的长度( 1 0 0 0 2 0 0 0 ) ；由于前行列车的速度大于后行列车， 因此，随着列车走行时间的增加，列车之间的间隔越来越大，直到两列车的 运行速度达到相等。 车站发车的追踪间隔示意图如图2 7 所示： 出站信号机 卜。 离抄l p 岳矗p fl 昏鬲i 图2 7 发车追踪间隔示意图 ( 1 ) 如果前行列车出清出站岔区后，车站预办后行列车发车进路时间内。 列车走行距离小于等于车站离区长度的条件下，列车的发车间隔为： 发= + 岛喉+ 名区+ 岛o + k 作 ( 2 - 6 ) k 一列车发车距离间隔，m ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 k 一列车的防护距离，m ； 0 瓦一咽喉区的长度，m ； k 区一咽喉区外的第一个闭塞分区长度，m ； 乙一列车的长度，m ； k 惟一列车办理发车时间所走行的距离，i t 。 ( 2 ) 前行列车在出清出站岔区后，车站预办后行列车发车进路时间内，列 车走行距离大于车站离区长度的条件下，列车的发车间隔为： k = + 喉+ 岛办+ 岛+ k 作 ( 2 - 7 ) 岛抒一列车预办后行列车发车进路时间内前车走行的距离； 2 2 3 列车到站的追踪间隔模型 当列车进站时，前行列车尾部正好处于进路后端绝缘节上，咽喉区闭塞 分区被占用，进路信号机显示红灯时，后行列车闻隔必须满足在常用制动方 式下在进站信号机前停车的要求。 出站信号机 图2 - 8 前行列车尾部在咽喉区进路后端绝缘节上列车净间距示意图 列车到站的追踪间隔间隔示意图如图2 8 所示： 到= 4 - f2 制+ 喉+ 锄车+ 作+ z 确认 ( 2 8 ) 厶i 一两列车均进站停车时追踪间隔距离，1 t i ； 红一动车组制动前空走距离( 空走时间幸运行速度) ，1 t l ； 屯。一动车组常用制动距离， m ； 七喉一车站的咽喉区长度，m ； 生一列车的长度，m ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 白作一到达作业时间列车走行距离，m ； 认一司机确认时间内列车走行的距离，m 。 2 3 影响列车追踪间隔的因素 列车追踪运行是一个十分复杂的问题，在实际的工程应用当中，会综合 考虑运营需求、线路情况、车辆条件等以及一些其他因素来规定列车追踪间 隔时间。下面分析对列车追踪间隔影响较大的几个主要因素。 2 3 1 运营需求 运营需求主要考虑两方面因素：其一是对于任何线路的开通，通常都是 由这个地区的经济发展水平和客流量的大小决定，在开通之前，需要对其做 近期、中期以及远期的运营规划。在开通的初期，由于客流量比较小，车流 量比较小，所以间隔发车的时间比较长，随着地区经济的发展，客流数量增 加，车流量增加，必须缩短列车的追踪间隔时间。其二是当列车的运行进入 高峰小时，必须缩短列车的发车间隔，如广深线在高峰小时发车间隔为3 分钟。所以运营需求也是影响列车追踪间隔的主要因素之一。 2 3 2 列车性能 列车的性能对追踪间隔的影响，严格的说比较复杂，我们可以分3 个方 面去研究： 1 、列车起停附加时间的影响。这种影响一般是最显而易见的，高性 能的车辆起停快，那么耽误的时间( 附加时间) 减少，平均速度增大。 2 、列车起停方式的可信性和灵活性带来的影响。这个影响非常重要， 但是容易被忽略。实际上，高性能的动力分散车都采用频繁缓解制动的直 通类制动机( 充风制动) ，这就大幅度增加了操作的敏感性( 空费时间) 、 灵活性、可信性( 制动二次失效) 。一个简单的例子，长大货物列车进站 停车需要二次甚至三次过标，也就是停下来后再发生车尾过标，不许一把 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 闸；这实际上就是就是制动方式的灵活性带来的问题，但是这带来的实际 起停附加时间的延长确是大幅度的和不确定的，为运输组织高效化带来很 大的障碍。 3 、列车通过性能带来的影响，也就是说高性能分散动车组一般都比较 轻量化，等速轮轨作用力降低加上车内布局一般比较舒适，可以在不增加 工务负担和乘客不适的前提下适当提高车速( 一般幅度5 1 0 k m h ) ，特别 是曲线和道岔侧向限速，这就相当于提高了平均速度，和咽喉能力，当然 能减少列车时间间隔。 以上三点在现实当中互相杂糅，实际问题的分析三者一般密不可分。 2 。3 3 咽喉区设计 列车在准移动闭塞条件下运行，可以推出追踪间隔时间只有两分多钟， 而在经过车站是，通过两端瞩喉道岔必须减至道岔允许速度且还要满足前行 列车在车站内停车后车站办理好后行列车的进路的时间。由于速度太低，列 车在车站内将消耗大量的时间，使得追踪时间急剧增大。从而使得车站的追 踪间隔已经成为了一个瓶颈。 本设计主要考虑了在最大常用制动的情况下列车的制动运行。在设计时 考虑了司机判定信号并操作制动的时间及空走距离，判别闭塞分区长度、咽 喉区长度、列车启动、制动距离等参数对列车追踪间隔的影响。 1 、咽喉区对发车间隔的影响 经过计算( 考虑办理发车和进路转换时间) ，满足列车发车追踪间隔时 间的咽喉区长度见表2 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 表2 1 动车组出站追踪间隔时间对咽喉区限制 动车组出站追踪间隔时间对咽喉区限制 动车组最高速过岔速初始间闭塞分区长度 类别度( k m h ) 度( k m h )隔( r a i n )1 5 0 0 m1 2 0 0 m1 0 0 0 m c r h l2 0 0 7 53 j 6 7 5 i8 3 81 9 5 2 2 0 0 7 542 9 2 53 0 8 83 2 0 2 2 0 04 539 8 21 0 8 41 1 5 8 2 0 04 5 417 3 2l8 3 51 9 0 7 18 0 7 531 6 7 518 3 81 9 5 2 18 07 5 4 2 9 2 53 0 8 83 2 0 2 l8 04 539 8 21 0 8 4 1 1 5 8 1 8 04 5 417 3 21 8 3 5 1 9 0 7 1 6 07 53 1 6 7 518 3 819 5 2 1 6 07 542 9 2 53 0 8 83 2 0 2 16 04 539 8 2 10 8 41 15 8 1 6 04 5 417 3 21 8 3 51 9 0 7 通过分析，可以得到以下结论： ( 1 ) 发车信号前方两个闭塞分区空闲实现3 m i n 发车追踪是可行的， 空闲闭塞分区包含咽喉区分区和一个区间闭塞分区； ( 2 ) 追踪间隔不变，咽喉区允许通过速度越高，咽喉区允许长度越长； ( 3 ) 追踪时间不变，列车出站后允许列车速度允许速度越高，咽喉区 允许长度越长； ( 4 ) 与车站相邻的闭塞分区长度越短，咽喉区允许长度越长： ( 5 ) 追踪间隔时间越大，咽喉区允许长度越长； 2 、咽喉区对于到站间隔的影响 经过计算( 考虑办理发车和进路转换时间) ，满足列车发车追踪间隔时 间的咽喉区长度见表2 ，2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 表2 2 动车组进站追踪间隔时间对咽喉区限制 动车组初始速闭塞分过岔速发车间咽喉区最 类型度k m h区( k m h )度k m h大长度 c r h l2 0 010 0 0 2 0 0 0 7 5 38 8 0 6 4 1 0 0 0 2 0 0 07 542 1 3 1 0 5 l8 010 0 0 2 0 0 0 7 531 2 7 4 8 10 0 0 2 0 0 07 542 5 4 5 6 2 0 010 0 0 2 0 0 04 534 3 2 2 5 10 0 0 2 0 0 0 4 5 4 1 1 9 7 9 1 8 010 0 0 2 0 0 0 4 5 36 8 4 1 5 10 0 0 2 0 0 0 4 5 41 4 4 6 6 5 通过分析，可以得到以下结论： ( 1 ) 列车追踪时间相同，咽喉区通过速度越高，咽喉区允许长度越长， 18 号道岔与1 2 号道岔相差约l 倍； ( 2 ) 列车追踪时间相同，列车进站速度较低，咽喉区允许长度越长； ( 3 ) 列车速度相同，追踪间隔时间越长，咽喉区允许长度越长： ( 4 ) 如果列车追踪间隔时间固定，设计的咽喉区长度超过临界值不能 缩短时，列车需要提前减速( 列车间已经相互影响) ，其后果是列车追踪时 间不变，区间技术速度降低，运行时间延长。 ( 5 ) 追踪间隔不变，出发列车追踪间隔允许的咽喉区长度大于到达列 车追踪间隔。 2 4 本章小结 本章主要描述了列车的整个运行的过程，介绍了准移动闭塞系统的基本 原理，对列车的发车，区间和进站追踪间隔模型进行了分析，并分析了影响 列车追踪间隔的主要因素。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 第3 章列车区间运行干扰分析 我国铁路长期处于运输能力供需矛盾紧张的局面，优化列车运行、充分 利用我国铁路能力是我国铁路运输组织优化需要重点解决的难题。列车运行 过程中存在大量不确定因素，各种不确定因素造成列车运行干扰，如临时限 速，列车制动特性恶化等，都可能造成列车区间运行的延误，引起后续列车的 连带延误和晚点，从而扰乱正常的运行秩序，导致列车偏离运行计划，造成通 过能力的损失。本章主要研究当列车运行受到不同干扰后，对后行追踪列车 运行状况的影响。 3 1 列车运行干扰分析 3 1 1 发生运行干扰因素分析 所有列车运行组织的外在因素( 例如铁路设备或机车、车辆、自然环 境等) 对列车运行发生影响的非正常情况统称为列车运行二1 ，扰f 3 引。 列车运行干扰的出现在空间和时间上没有规律的，它的个重要特点 是它的出现具有任意性，即随机发生的。这不是说在个别情况下不存在在某 一原因和影响链里引起干扰结果的因果关系，但原因和影响仍然是不可能估 计的。 列车发生运行干扰的因素很多，现分析以下几种情况p 4 j ： 1 移动设备 机车损耗、燃轴损坏、机车零部件的损坏等移动设备出现故障，导致 列车运行性能受到一定影晌，从而引起列车区间运行时分增加或在站停留时 间延长从而使列车运行偏离运行计划。因此，机车车辆等移动设备的故障是 产生列车运行干扰的因素之一。 2 固定设备 钢轨切断、接触网及信号系统的故障，也要求列车以限速通过故障区 间或列车的短时间停留，也要导致列车运行偏离运行计划。固定设备的故障 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 也是产生列车运行干扰的重要来源。 3 自然条件 自然灾害如地震、水害、山体坍塌以及泥石流等这些都难以预测而且 影响很大，有时会造成长时间的列车运行中断。 3 1 2 运行干扰的影响分析 准移动闭塞列车运行状况是以列车本身的制动性能以及前行列车尾部 出清闭塞分区的时刻变化的。因此，前行列车发生运行运行干扰导致在运行 延误，运行延误在传递过程中有如下特性 3 9 】【5 4 】： 1 、制约性前行列车的运行制约着追踪目标点的变化，从而制约了后 续列车的运行及与前行列车的追踪间隔。 2 、传递性第l 列车的运行延误传递至第2 列车，第2 列车又作为新 的运行延误源传递至第3 列车，当第1 列车发生运行干扰时，会影响 到后几列列车，一列车接一列车的向后传递，其传递范围由前行列车运行延 误和传递过程中的延迟决定。 3 、后行列车速度变化的动态性并非以列车间的实际相对距离而变化， 而是由列车的本身的速度以及前行整个列车出清闭塞分区而变化的。因此， 当前行列车发生干扰时，在后行列车在大于区间的追踪间隔前，列车的速度 不会发生变化。同时，在后行列车速度变化的过程中，若前行列车出清所在 闭塞分区，则后行列车的追踪的目标点发生跳变，列车的速度可以得到一定 的恢复，具有动态性的特点。 4 、延迟性前行列车在t 时刻的延误，后行列车需要一定的延迟时间 t ，在时刻t + 瑶嘏才发生延误。同理，前行列车运行延误恢复时，后行列车 也需要一定的延迟时间方能恢复。 3 2 目标距离模式曲线仿真 在既有研究中，对准移动闭塞条件下列车运行追踪问题的研究均是正常 追踪的情况，即采用目标距离控制模式( 又称连续式一次速度控制) 。追踪 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离。当后行追 踪列车与前行列车的追踪间隔即将小于正常追踪间隔时，后行追踪列 车需要根据最限制曲线进行制动直至两列车之间的最小正常追踪间 隔。此时，两列车的正常追踪间隔始终不小于以最限制曲线计算得到 的安全防护距离。 列车正常追踪情况下，后行追踪列车从最高速度开始制动的计算 点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的，后行追 踪列车的最大目标制动点在先行列车占用分区的始端。目标点相对固 定，在同一闭塞分区内不依前行列车的运行而变化，只随列车闭塞分 区的跨越而变化。 非正常追踪情况下，后行列车仍然以先行列车占用分区的始端为 制动目标点，但此时后行追踪列车采用目标距离时的目标距离采用后 行追踪列车能在制动点内侧安全停车为制动距离。因此，非正常追踪 情况下两列车的行车间隔距离要小于正常追踪情况的追踪间隔距离。 3 2 。1 目标距离模式f h l 线仿真算法 目标距离模式曲线的算法f 4 0 】是建立在列车安全制动距离【3 7 3 9 1 计算的 基础上的。根据追踪目标点、线路参数以及列车本身制动特性，计算出列车 最大常用制动模式曲线和紧急制动模式曲线，并依据这些防护曲线来保证列 车的运行安全。考虑司机反应时间和从制动指令发出到开始产生制动作用的 刚间，把列车在这段空走时间内列车的走行距离计算在内。列车全制动距离 为空走距离和实制动距离之和。列车的全制动距离表示为下式： s 韦u = v o * t + 三木嚣嚣箬篇 b ， f 空走时间： r 一转动惯量系数； b 一列车的制动力，n k n ： 一单位基本阻力，n k n ； m 一单位坡道附加阻力，n k n ： 彬一单位曲线附加阻力，n k n ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 帆一单位隧道附加阻力，n k n ； 在末速度己知情况下，由运动学公式得到制动初速度的计算公式： = 焉等等+ u ( 3 - 2 ) 0 0 0弘= = 一+ v ” 1 事r 1 + 厂1 。 d s = - - ! 竺竺竺：! ! 塑：! 瑶二塑) = = lj jj 3 6 术g 车c 式中：d s 和d t 为分别有速度v 变化到的运行距离增量和运行时分增量； c 一单位合力，n k n ； 厂一回转质量系数，即列车回转质量与列车总质量之比； g 一重力加速度，9 8 1 m s 2 。 首先确定前方目标停车点或限速点，目标点的制动末速q 等于目 标速度。以等时间步长法，把目标速度代入公式( 3 2 ) 算出该区段的 制动初速v 。令相邻的第疗一1 个出时间段的制动末速为第刀个时间段的 制动初