列车运行系统论文（精选12篇）
列车运行系统论文 第1篇
7.23列车追尾事故发生后, 如何保证铁路安全运输引起了铁路各级领导和社会各界的高度重视, 如何避免类似事故的发生也成为铁路研究、设计和设备生产等单位的关注重点。
目前我国高速铁路采用GSM-R数字移动通信系统作为移动通信平台, 承载多种铁路调度业务, 主要包括CTCS-3级列控信息传送、调度通信、调度命令信息无线传送、列车无线车次号校核信息传送等应用业务。
铁路列车运行间隔追踪及预警系统利用机车发送的列车无线车次号校核信息, 能够连续计算所有在线机车的位置, 实时计算出列车的运行间隔。该系统不依赖于既有信号系统之外, 为铁路运输安全增加一道能够独立运行的新型防护技术手段。
2 系统概述
列车无线车次号校核信息传送系统主要实现车载机车综合无线通信设备 (CIR) 向GPRS接口服务器发送车次号校核信息的功能, 并向调度集中系统 (CTC) 提供列车当前实际的车次号、机车号、公里标、列车运行速度、经纬度等信息, 由CTC判断对运行图上相应列车的车次进行校核及处理, 并建立该列车的车次号与动车组或牵引机车机车号之间的一一对应关系。
系统通过CIR向GSM-R中心的GRIS服务器发送车次号校核信息, 包括车次、公里标、计长、速度、交路号等信息, GRIS服务器收到车次号校核信息后, 转发给列车运行间隔追踪及预警系统的服务器进行位置计算, 计算出铁路线上相邻列车的间隔距离, 当该距离 (距离和列出运行速度相关) 小于设定值后, 即发出预警信号, 提示司机采取必要的措施, 有效地防止或减少灾难事件的发生。
3 系统组成
铁路列车运行间隔跟踪及预警系统由跟踪及预警服务器、终端和车载显示终端组成, 系统组成如图1所示。
1) GSM-R:GSM-R (GSM for Railways) 系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能, 如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上, 加入了基于位置寻址和功能寻址等功能, 适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。
2) GRIS服务器:GPRS接口服务器, 是连接GSM-R/GPRS网络和外部分组数据网的核心设备, 实现了机车和地面之间各种分组数据信息的高效、和靠传输。
3) 机车综合无线通信设备 (CIR) :新一代的铁路无线通信车载设备, 不但具备既有铁路无线列调机车电台的全部业务功能, 还能够提供提速铁路无线调度命令接受、车次号校核、列尾风压查询等新业务功能。
4) 采集编码器:接收机车安全信息综合监测装置发送的车次号、机车号、公里标、列车运行速度、经纬度等信息, 并向CIR转发。
5) 跟踪及预警服务器:接收GRIS服务器转发的车次号校核信息, 计算上下行列车的位置、相邻列车的间隔距离;当该距离小于设定值后, 向终端和车载终端发出预警信息。
6) 终端:显示线路上的机车及位置, 有预警时显示。
7) 车载显示终端:显示本机车前后相邻机车位置, 当该距离小于设定值后, 向终端和车载终端发出预警信息。
4 系统流程
目前在线运行的CIR设备通过信号机时, 向GSM-R中心的GSM-R接口服务器发送车次号校核信息, GSM-R接口服务器收到车次号校核信息后向列车运行间隔跟踪及预警系统服务器转发, 并分别计算上下行列车的位置、相邻列车的间隔距离;并根据列车的运行速度进一步计算出相邻机车的间隔距离趋势, 当该距离 (距离和列出运行速度相关) 小于设定值后, 即发出预警信号, 向车载显示终端发出预警信息, 同时向机务段终端发出预警, 提醒相关人员注意。
列车运行间隔跟踪及预警系统终端从服务器读取列车位置及间隔信息, 并显示在终端屏幕上, 当列车运行间隔距离过小时, 接收服务器的预警, 并提示相关人员注意。
列车运行间隔跟踪及预警系统服务器向CIR发送该机车和前后列车的距离信息, CIR收到后向列车运行间隔跟踪及预警系统车载显示终端转发, 车载显示终端收到信息后显示在屏幕上, 当接收到服务器发送的预警信息时, 进行声音和屏幕显示提示乘务员注意。
5 系统优势
列车运行间隔跟踪及预警系统独立于铁路信号系统之外, 当信号系统发生故障时, 作为信号系统的补充, 为铁路运输安全增加一道能够独立运行的新型防护技术手段。
机车乘务员能通过列车运行间隔跟踪及预警系统随时了解该列车和前后列车的距离和距离趋势, 当和前后列车的距离过小时, 可以使机车乘务员提前采取相应措施, 为铁路安全运输提供了有力保证。
列车运行间隔跟踪及预警系统能使机务段随时了解机车的运行位置信息, 为机车调度提供数据保证。
摘要：本文介绍了利用机车发送的列车无线车次号校核信息, 连续计算所有在线机车的位置, 实时得到列车的运行间隔。该系统不依赖于既有信号系统之外, 为铁路运输安全增加一道能够独立运行的新型防护技术手段。
关于列车运行控制系统的分类 第2篇
列车运行控制（简称列控）系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。它是现代铁路保障行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。值得注意的是，各国铁路由于历史、传统术语、指示和原文意义不同等原因，对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同，列车超速防护系统（ATP）与列车运行自动控制系统（ATC）并没有严格的划分，在城市轨道交通的信号系统ATC系统中包括列车自动防护ATP、列车自动监督ATS和列车自动驾驶ATO。
在列控系统研究方面发达国家已有较长发展历史，比较成功的列控系统有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。这些列车控制系统都结合本国的特点、具有本身差别的技术前提和顺应规模，因此，列控系统可以分成许多类型。
如按照地车信息传道输送方式分类：一种为持续式列控系统，其车载设备可持续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数码ATC系统。采用持续式列车速度控制的日本新干线列车追踪距离为5min（分 min），法国TGV北部线区间能力甚或达到3min（分 min）。
另一种为点式列控系统，其接收地面信息不持续，但对列车运行与司机把持的监视其实不间断，因此也有较好的安全防护效能。如：瑞典EBICAB系统。
还有一种为点连着式列车运行控制系统，其轨道电路完成列车占用检测及完整性查抄，持续向列车传送控制信息。点点连着式信息设备传道输送定位信息、进路参数、路线参数、限速和停车信息。如：我国CTCS2级。
如按控制模式分为阶梯控制方式和曲线速率控制方式两类。其中阶梯速度控制方式，又分有出口速率查抄方式如：法国TVM300系统；有进口速率查抄方式如日本新干线传统ATC系统。
而按照速度-距离模式曲线控制模式，如：德国LZB系统，日本新干线数码ATC系统
如按照闭塞方式分：有固定闭塞、移动闭塞。如按照功效、人机分工和列车运行控制系统化程度分： 一有列车运行控制(Automatic Train Stop略称ATS)系统；ATS是一种只在停车信号(红灯)前实施列车速度控制的装备，是
在非速差式信号系统下的产品，归属列车速度控制的低级阶段。国外多种ATS系统补充了简略的速率监视功效，这种系统设备简单，历史悠长，在我国及世界各国铁路直到现在广泛采用。
二有列车超速防护(Automatic Train Protection略称ATP)系统；列车自动防护系统（ATP）可对列车运行速度进行实时监督，当列车运行速度超过最大允许速度时，自动控制列车实施常用全制动或紧急制动，使列车停在显示禁止信号的信号机或停车标前方。ATP系统的车载设备以仪表或数字指示方式（车内信号方式）向司机给出列车最大允许速度、目标距离和目标速度等信息，司机只要按允许速度操纵机车，就能可靠保证列车安全运行，不冒进信号。通俗地说，一般ATP系统不包含列车的自动加速和自动减速，只是起到超速防护的目的，在国内也将ATP系统叫成列车超速防护系统。ATP是根据速差式信号系统的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车浮现超速时设备才发生效力，并以最大经常使用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机鉴定和操作制动缓解。系统要求符合故障-安全原则。这是一种以人(司机)控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上遍及采用。三有列车运行控制(Automatic Train Control略称ATC)系统；铁路列车运行自动控制系统（ATC）可根据行车指挥命令、线路参数、列车参数等实时监督列车运行速度，通过控制列车多级常用制动，自动降低列车运行速度，保证行车安全。列车运行自动控制系统是比列车超速防护系统高一级的列车自动控制系统，它可替代司机的部分操作。通俗地说，铁路的ATC系统可以包含列车的自动减速，该系统在日本应用较为广泛，这种控制模式可以有效降低司机的劳动强度，并且能够提高运输效率，不会因为司机的水平不一样而造成效率的降低，目前我国 200km/h的动车组引进的ATP设备可以理解为日本方式的ATC系统，即在传统的ATP系统上加上一个设备优先控制列车制动的操作模式。ATC又称列车运行控制系统减速系统。当列车运行超过限定速度时，列车运行控制实施正常制动，使列车降至低于限定速度的一定值后，制动阀缓解，列车接续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统一样要求故障-安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。
四有列车运行(Automatic Train Operation略称ATO)系统。ATO(又称列控驾驶系统)。按系统预先输入的程序，按照列车运行图的要求，由设备代替司机举行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般环境下，司机除对列车开始工作操作外，只对设备的动作举行监视，它归属一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。该系统已在城市地铁中较广泛采用，在庞大的铁路干线上，由于运输环境、运输组织比较复杂、恶劣，一般只是注重ATP系统的发展和应用，关于ATS和ATO在铁路运输中应用难度较大，目前很少采用。
列车运行系统论文 第3篇
【关键词】信号工 讲训辅行 教学模式
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0144-02
培养高素质技术技能型人才是高等职业院校的办学使命。开展校企合作、培养高素质技术技能型人才是高职院校教育具有的独特优势，这为高职院校提供了一个良好的发展机遇和广阔的发展空间，同时也带来了挑战。原有的模式不是重理论、少实训实践，就是偏实践、缺理论，前一种模式导致理论知识得不到有效的验证与实践，后一种模式导致学生只是一个“熟练工”。而没有理论知识指导，不管是哪一种教学模式，都不利于理论与实践有机的结合，偏离认知的基本规律而影响学生整体素质提高，达不到培养实用人才的目的和要求。而我院的目标是把学生培养成高技术技能型人才，具备高素质要求，为铁路及相关行业的发展做出贡献。
列车运行控制系统维护课程是铁路高职院校铁道通信信号专业核心课程，通过开展“讲训辅行”的教学模式，加强理论教学与技能教学、个别辅导与全体辅导、学校实习与生产实训的有机结合，改变现有的纯理论讲授教学组织模式，突破原有课程体系的局限，构建“讲训辅行”教学模式和对应课程体系，结合实际需要改进职业教育教学工作，在每个实训项目中融入模块化的职业技术理论知识，达到理论指导实践，实践强化理论，通过实训将理论升华到新的认识，为推动技术创新和实现科技成果做出贡献。
一、教学模式实践
“讲训辅行”是指以“能力本位”为指导，坚持“理论必需、够用”原则，通过工学结合、校企合作等方式，整合课程教学内容，将理论讲授、技能实验实训、个体或群组辅导及能力体现融为一体，构筑起一个教师引导、学生主动参与，在讲、训、辅、行相融的教学环境中完成课程学习的教学形式。
（一）“讲”：针对学生从事的专业技能，有针对性地进行理论讲授，结合案例引入、视频动画、模拟仿真及多媒体信息技术等方法。如项目“机车信号设备维护”，在学习时，以2006年“4·11铁路重大交通事故”引入，主讲铁路机车信号系统构成与机车信号功能。按照铁路机车信号工职业标准，对系统中的主机、机车信号机、接线盒、双路接收线圈分别进行讲解，并结合检测或检修标准、步骤、方法，讲授所需要的职业理论知识。
（二）“训”：每学完一个环节或一个项目，有针对性地开展实验、实训或仿真实验等。比如，在学完“列车运行监控装置”后，铁路车载信号工职业标准要求：能够对列车运行监控装置进行安装与调试。为了达到该职业标准所定的目标，开设了“LKJ监控装置安装与维护”实验，分别进行了主机箱、屏幕显示器、传感器及事故状态记录器的安装。安装完毕，进行通电前的检查等工作，最后通电进行LKJ调试。实验实训过程中，通过设置一些故障，让学生结合所学知识，观察故障现象，定位故障，从而解决故障。
（三）“辅”：对学生存在疑问开展一对一重点辅导和跟踪训练。在相关知识学习过程中，老师要时刻关注每位学生是否能够在规定时间内接受知识。对于个别学生达不到要求时，老师与学生面对面、一对一进行讲解，对共同的问题，老师可以把这些学生集中起来，进行跟踪指导。在实验实训中，有问题时，老师可以有针对性地指导，达到教学目的。
（四）“行”：通过自我践行，强化辅导、训练成果，实现知识内化。还可以通过设置相关故障、设计课题，要求每位学生独立思考、独立解决。对于理论知识，坚持“理论必需、够用”的原则，课后布置练习作业，培养学生独立解决问题的能力。对于技能实践，通过在实验实训过程中，设置铁路现场常见故障，引导学生分析故障原因，进而排除故障。通过这样的自我践行，实现知识内化、技能融通。
该教学模式适合我院学生特点的列车运行控制系统维护课程教学模式，能够提高课程教学质量，在满足“理论必需、够用”的前提下，有效提高实践技能。通过“讲训辅行”教学模式实践，构建了针对讲解、及时实践、个别辅导与跟踪及自我践行的新的教学形式，以全面提高学生整理素质，培养现代化高素质技术技能型人才，适应社会和市场的人才需要。
二、教学效果
通过“讲训辅行”教学模式的实践教学，在课堂教学实践中，以学生为主体，教师为引导，使学生自主学习、主动参与、积极探究，不断构建新知。在针对性的实践训练中，提高技能，强化理论。教师通过个别辅导与跟踪，及时了解与解决在学习中存在的问题，课后布置相关作业，使学生自我践行，提高学生技能。“讲训辅行”教学模式，有效改变了学生传统的单纯接受式学习方式，完成了自主学习、自主探究学习方式的转变，提高了学生的综合能力。通过“讲训辅行”教学的实施，解决技术理论和技能操作的问题，培养高素质技术技能型人才，拓宽服务社会、服务企业的途径。具体效果有：
（一）丰富了教学方法。列车运行控制系统维护课程具有理论性强、知识点多、内容抽象等特点，在教学中，以优化教学效果为核心，促进学生学习能力提高为宗旨，改革传统的、旧的教学方法，大力推行先进的教学方法和手段。课堂中，充分发挥学生的主体地位，培养学生自主性学习、创造性学习的能力，提高教学质量，力求建立一个能够引起学生兴趣，唤起学生学习热情的教学方法体系。
（二）明确了教学目的。比较系统、具体地阐述了列车运行控制系统维护在高职铁路信号专业中的地位，并从学生参与铁路信号设备维护与建设、意识的养成及个人分析和解决问题能力的提高等几个方面，回答了我们为什么要开设这么一门理论性、应用性都很强的学科，从根本上解决了广大高职学生厌烦理论学习的陋习，全面提高了学生学习的积极性与主动性。
（三）优化了教学内容体系。从列车运行控制系统维护课程教学内容的内在关系出发，兼顾学生的特点、专业需求以及课时安排，较好地解决了列车运行控制系统维护课程内容多，课时少，学生学习吃力等诸多教学问题，并比较成功地化解了高职理论教学与实践技能之间的矛盾。
（四）从学生对教学目的的认识、学习态度、学习过程中的表现、学习内容与结果的作用评价以及教师评价等几个方面，在学生中作了一个抽样问卷调查，调查表明：与以往教学模式相比，学生学习列车运行控制系统维护课程的目的更加明确，自觉性、主动性更高，学习感觉更轻松，学习感觉收获更大，对授课老师满意度更高。
“讲训辅行”教学理念是一种全新、开放式思路，是实现理论讲授、实践讲练的有机结合的一种教学模式，针对性地对个别或群组进行实际辅导，以学生为中心，充分发挥学生的主体地位，培养学生自主性学习、创造性学习的能力，在此基础上提高该课程教学质量。
【参考文献】
[1]张国侯.高职《列车运行控制系统维护》课程项目化教学模式探讨[J].职业时空，2011（12）
[2]张铁增.列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2011
[3]姬瑞海，李存霞，潘荣江.“教学做赛融合”培养数控高端技能型人才[J].高等工程教育研究，2014（1）
试论轨道交通列车运行控制系统 第4篇
列车运行控制系统 (以下简称列控系统) 是轨道交通信号系统最重要的组成部分。该系统结合了通信、计算机、自动控制、传感及信息传输等技术, 应用于列车运行的智能化控制, 在确保安全的前提下, 实现列车快速和高密度运行, 缩短列车运行时间间隔, 提高运输效率, 最大能力的发挥轨道交通的运输能力。
2 列控系统关键技术
2.1 列车定位技术
列控系统需要实时了解列车在线路上的精确位置, 其目的是对运行中的所有列车进行统一的调度和管理。确保各列车之间安全运行的最小间隔, 保证列车运行的安全, 同时最大限度地提高轨道交通的效率, 为乘客提供最佳的服务。列车定位技术可以分为固定定位技术和移动定位技术两大类。
2.1.1 固定定位技术
固定定位技术是一种被动的定位方式, 其定位原理是将线路划分为若干不同的闭塞分区, 列车定位是以固定闭塞分区的长度作为为最小定位单元, 一个闭塞分区同时只能被一辆列车占用, 但列车在闭塞分区内更加详细的位置信息无法获得, 定位精度较差。列车的定位功能常利用轨道电路方式或计轴点的方式来实现。
2.1.2 移动定位技术
移动定位技术是一种主动的定位方式, 其定位原理是列车根据线路上预先设置的轨旁信息点, 来推算出自身的实际地理位置, 最小定位单元可以根据设置的轨旁信息点的精度来实现。列车的定位功能常利用测速定位加校正方式或外部参照定位方式等来实现。
测速定位加校正方式是利用查询应答器、信标、电缆环线等技术手段对车载里程计由于车轮滑行或空转、轮缘磨损等原因产生的测距误差进行修正, 来实现列车的定位;而外部参照定位方式就是列车根据预设的外部参照物来确定自身位置的方式, 主要包括利用电缆环线、裂缝波导、无线扩频通信以及GPS等技术手段, 外部参照定位方式从定位原理来说分为以下两类:一是利用延线路敷设外部介质特性在线路上形成标尺的功能, 列车通过数刻度的方式实现自身的定位。如:裂缝波导管定位和电缆环线定位就是采用这种原理。二是列车通过综合多个距预设定位校正设备的距离的数据来获取列车所处的具体位置。如:无线扩频通信定位和GPS定位就是采用这种原理。需要说明的是具体系统中采用何种定位技术, 取决于对线路运输能力的要求。通常, 城市轨道交通系统中需要综合运用多种定位技术。由于每一种定位的方法总有其固有的缺点, 单一的定位方法无法在定位的精度、可靠性和代价之间作到很好的平衡, 而多种定位技术集成的优势在于能通过冗余、互补和多种的信息为系统提供更为精确的信息, 使整个轨道交通和指挥系统中的安全性、测量精度、可靠性、造价等方面作到一定的平衡。
2.2 车地通信技术
2.2.1 车地通信内容
车地通信的内容主要是速度信息和距离信息两类, 根据这个分类可将列控系统分作速度码系统和距离码系统。
速度码系统通常使用频分制方法, 即用不同的频率代表不同的允许速度, 从地面传递给列车的允许速度是阶梯分级的, 在轨道电路区段分界处的限速值是跳跃式的。
而在距离码系统中, 由于信息电码的多样性和复杂性, 所以必须使用时分制数字电码方式, 按协议来组成各种信息。其特点是:根据地面传至车上的各种信息 (包括区间的最大限速、目标点的距离、目标点的允许速度、区间线路的坡度等) 以及列车自身的固有数据 (如:列车长度、常用制动及紧急制动的制动率、测速机测距信息等) , 由车载计算机实时计算得出允许速度曲线, 并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。由于数据传输以及实时计算, 列车车速监控都是连续的。
2.2.2 车地通信方式
车地通信技由于是固定物与移动体之间的信息交换, 所以必须采用无线的方式进行。实际上经常所说的是根据信息传输介质的不同, 可分为有线和无线两大类, 而有线类又可分为利用轨间电缆、利用模拟轨道电路和利用数字编码轨道电路技术三类。
模拟轨道电路用代表不同速度信息的低频对载频进行调制, 该调制信号是模拟量, 以实现对列车速度的控制;它只能传输速度信息, 因此只能实现阶梯式控制模式的固定闭塞;数字编码轨道电路则用报文形式, 通过数字编码对载频实行数字调频, 该调制信号是数字量, 以实现列车控制用各种信息 (包括目标速度、目标距离、线路坡度、区间限制、轨道电路长度等信息) 的传输, 通过这种轨道电路可是实现曲线式控制模式的准移动自动闭塞。
无线通信的传输方式较多, 主要采用基于感应环线传输方式、基于波导管传输方式、基于WLAN无线网络传输方式和基于GSM-R传输方式, 目前国内城市轨道主要采用前3种无线传输方式, 国铁CTCS-3级列控系统采用基于GSM-R的传输方式。
需要说明的是利用轨道电路进行车地间信息传输只是车对地单向的信息传递, 而利用无线通信进行车地间的信息传输是车和地之间双向的信息交互。
3 轨道交通列控系统分析
根据闭塞方式的不同, 列控系统可分为固定闭塞式列控系统、准移动闭塞式列控系统和移动闭塞式列控系统。三种制式列控系统在关键技术的应用方面有着明显的区别, 主要内容见表1。
3.1 固定闭塞制式的列控系统
固定闭塞制式列控系统属于速度码系统, 前、后列车定位方式均采用固定定位技术, 车地信息传输多采用利用轨道电路的传输方式, 传输的信息为模拟信息。固定闭塞的速度控制模式为阶梯性的, 信息传输为单向的, 多为地对车进行信息传输, 难以实现车对地的信息传输, 无法实现闭环控制, 由于采用固定定位技术, 系统无法知道列车在分区内的具体位置, 因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界, 为充分保证安全, 必须在两列车间增加一个防护区段, 这使得列车间的安全间隔较大, 影响了线路的使用效率。
3.2 准移动闭塞制式的列控系统
准移动闭塞制式的列控系统属于距离码系统, 前、后车的定位方式是不同的, 前行列车的定位采用固定定位技术, 而后续列车的定位则采用移动定位技术, 车地信息传输可采用利用轨道电路传输方式或利用无线传输方式, 由于准移动闭塞同时采用移动和固定两种定位技术, 所以它的速度控制模式既具有无极连续的特点, 又具有分级阶梯的性质。若前行列车不动而后续列车前进时, 其最大允许速度是连续变化的;而当前行列车前进, 其尾部越过固定区段的分界点时, 后续列车的最大允许速度将按阶梯跳跃上升。
准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞前进了一步, 它采用数字信息的方式告知后续列车继续前行的距离, 后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动, 列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点, 从而可改善列车速度控制, 缩小列车安全间隔, 提高线路利用效率, 但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须是先行列车占用分区的外方, 因此他并没有完全突破轨道电路的限制。
3.3 移动闭塞制式的列控系统
移动闭塞制式的列控系统是一种区间不分割, 根据连续检测先行列车位置和速度进行列车运行控制的列控系统, 其也属于距离码系统, 前、后车的定位方式均采用移动定位技术, 车地信息传输利用无线传输方式。在移动闭塞系统中, 后续列车的速度曲线随着目标点的移动而事实计算。移动闭塞是一种新型的闭塞制式, 由于基于无线通信, 实现车地间双向、大容量的信息传输, 达到连续通信的目的, 在真正意义上实现了列车运行的闭环控制。移动闭塞可以根据列车的实际速度和相对速度来调整前后车的距离, 最大可能缩小列车运行间隔, 提高行车密度进而提高运输能力。如:城市轨道交通中使用的基于移动定位技术的CBTC系统及国铁青藏线ITCS系统均属于移动闭塞制式的列控系统。
4 结束语
通过以上对轨道交通列控系统关键技术的介绍和对基于三种不同闭塞制式列控系统的对比分析可以看出, 当前轨道交通列控系统的研究重点依旧在列车定位和车地通信技术, 整个轨道交通列控系统发展的过程就是列车定位和车地通信技术进步的过程, 而基于无线通信的列车运行控制系统是今后技术发展的方向。
摘要：本文介绍了应用于轨道交通列车运行控制系统中的列车定位和车地通信等关键技术;分析了目前列车运行控制系统的特点;总结出列车运行控制系统发展的目标和方向。
关键词：列车运行控制系统,定位技术,车地通信
参考文献
[1]城市轨道交通信号设备/林瑜筠主编.-北京:中国铁道出版社, 2006.5ISBN:7-113-05419-6.
[2]国外铁路信号新技术/吴汶麒编著.-北京:中国铁道出版社, 2000.8ISBN:7-113-03792-5.
列车运行系统论文 第5篇
西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
一、单选题（共 15 道试题，共 30 分。）
1.下列关于移频信号与信息说法错误的是（）
.移频信号的调制方式是使载频信号的频率随低频控制信号的频率产生一定的变化.移频信号的变化规律是以载频信号为中心，做高低频率偏移.移频信号抗干扰能力弱
.移频自动闭塞的中心频载设计为4种。正确答案：
2.下列关于TS2-200 TP系统说法正确的是（）.TS2-200动车组TP系统是指车载设备
.地面设备包括列控中心、轨道电路、应答器等.车载设备就是TP.LKJ-2000不能起着防止超速的功能 正确答案：
3.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路的室内部分的说法正确的有（）.模拟网络盘设在室内，按3段设计.发送器产生信号精度较低
.接收器只是接受本主轨道电路频率信号
.衰耗盘用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整 正确答案：
4.下列选项中，不属于LKJ-2000型监控装置的监控功能的是（）.防止列车越过关闭的信号机
.防止雷池超过线路允许速度以及机车、车辆的构造速度.在列车停车情况下，防止列车溜逸.记录参数项目 正确答案：
5.下列有关LKJ-2000的系统构成说法正确是（）
.主机箱是系统控制中心，其内部有、2组完全不同的控制单元组成.屏幕显示器不具有语音提示功能
.事故状态记录器将记录30min以内的最新列车运行状态数据.转出器将车载记录数据转录至车载中心机房系统供分析记录 正确答案：
6.下列关于移频自动闭塞说法错误的是（）.移频自动闭塞是一种频率调制式的自动闭塞.移频自动闭塞以轨道电路微信号通道.采用移频信号的形式传送高频控制信息
.移频自动闭塞实现对区间通过信号机显示的自动控制 正确答案：
7.下列关于TS-2系统的概述说法错误的是（）.基于轨道电路和应答器进行车地间信息传输
.采用目标距离的控制模式，实现一次连续制动方式
.能在既有提速线路上叠加，但是不能与同一线路上的既有信号系统的兼容.采用具有自主知识产权的ZPW-2000型无绝缘轨道电路
谋学网
正确答案：
8.下列说法中，关于ZLSK型准高速客车速度分级控制系统说法错误的是().其原理和TVM300型超速防护系统不同
.根据闭塞分区的长度、平直坡道，通过不同的低频信息将列车监控速度进行分级.要求列车到出口处将速度降至低于规定的出口速度.下一区段的入口速度就是本区段的出口速度 正确答案：
9.下列选项中，关于LKJ-2000型监控装置的记录功能说法错误的是（）.一次性记录项目包括开机时间、输入参数、限制速度
.运行参数记录包括时间、线路公里标、距前方信号机种类等.当实际速度变化2KM/h时产生一次参数记录
.机车走行距离每变化5m将上述“运行参数记录项目”内容纪录一次 正确答案：
10.下列关于UM71无绝缘轨道电路说法错误的是（）.发送器输出的频移信号经过电缆通道直接传送到接收器.无绝缘轨道电路不需要特别设置变压器
.无绝缘轨道电路相比有绝缘轨道电路的钢轨故障率低.接收器对移频键控信号进行限幅 正确答案：
11.新一代分散自律调度集中系统的行车调度功能实现了行车指挥自动化，调度命令的形式不包括（）
.调度中心各工种之间的调度命令.行车调度员给车站值班员的调度命令.行车调度员给车站值班员的命令
.车站值班员给行车调度员的调度命令请求 正确答案：
12.下列选项中，关于LKJ-2000型监控装置的声音提示内容说法错误的是（）.机车信号灯状况
.前方信号灯处限速值变化.前面线路坡度.装置允许缓解 正确答案：
13.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路的说法错误的是（）.满足了主体化机车和列车超速防护对轨道电路的高安全的要求.在轨道传输性、传输长度、系统可靠性等提高技术性能价格比.价格相对昂贵
.满足单线半自动提速区段的特殊要求 正确答案：
14.下列关于ZPW-2000型无绝缘轨道电路主要技术规范说法错误的是（）.TS-2列车运行控制系统区间自动闭塞采用ZPW-2000(UM)系列无绝缘轨道电路.各区间闭塞分区分界点、出站信号机两侧应采用不同轨道电路载频.车站相邻故道电码化采用相同频载
.车站电码化轨道同一载频区段及区间轨道电路最小长度，应满足列车以最高运行速度运行
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时车载轨道电路信息接收器可正常接收信息。正确答案：
15.TS2-200H TP系统的描述中错误的是（）
.控制中心在地面，它以地面控制中心的信息作为列车运行指令的信息源.TP车载设备运行于TS-0级和TS-2级线路时，只作为机车信号功能使用.TP地面控制中心与T或TS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制.动车组需要安装一套独立的TP车载设备 正确答案：
西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
二、多选题（共 10 道试题，共 40 分。）1.UM2000型轨道电路特性包括（）
.UM2000型轨道电路共传递27it连续信息，其中有效信息20it.循环冗余校验码共6it.坡度信息共6it.速度信息，共8it，最多256种速度码 E.预留信息，共3it。正确答案：E 2.下列几种轨道电路安全性、可靠性、抗干扰性对比中正确的是().UM71类型抗干扰能力为7：1.UM71-98的安全性为0.06Ω分路灵敏度.WG-21的安全性高于UM71.ZPW-2000的抗干扰能力是7：1 E.UM71是单机可靠性 正确答案：E 3.以4信息三显示为例，下列属于移频自动闭塞设备的有().电源设备.发送设备.接收设备
.通过信号机及轨道电路 E.执行单元 正确答案：E 4.下列关于LKJ-2000型监控装置的特点说法，正确的是（）.LKJ-2000型监控装置将列车全部线路设施资料预先储存于主机中，不用再地面增设附加设备
.采用非连续式平滑速度模式曲线控制.实时计算取得所得控制值
.装置注意控制过程全部采用计算机实现 E.采用了图形化屏幕显示器 正确答案：E 5.下列关于机车信号的说法正确的有是().U2S码在采用双红灯防护的自动闭塞区段，地面显示U灯.U2码在采用双红灯防护的自动闭塞区段，地面显示U灯.HU码向无码，机车信号显示红
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.非HU码向无码，机车信号显示白
E.低频信息27.9Hz，机车信号显示白。正确答案：E 6.下列关于TS-2系统的应答器/LEU技术要求描述正确的是（）.采用电气特征、编码，码规满足ETS技术规范要求的应答器设备.每个LEU可同时向4个地面有源应答器发送不同数据报文
.当车站列控中心通信故障时，发送存储在LEU中默认报文到有源应答器.区间设置有源应答器组是，最大间隔3个轨道区段 E.TS-2级与TS-0级分界处设置级间转化应答器 正确答案：E 7.TS-2系统的车载设备技术条件说法错误的是（）
.车载设备的人机界面应为机车乘务员提供列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离的显示
.人机界面只能查看数据不能输入数据.车载设备实施常用制动后，人工不能操作
.车载设备的测速模块具有判别列车运行方向的功能 E.车载设备的主机柜应临近驾驶室 正确答案：
8.自动闭塞系统按照运营和技术上的特征，可以进行分类，一下分类错误的是().按行车组织方式分，可以分为单项自动闭塞和双向自动闭塞.按通过信号机的显示方式分为有线自动闭塞和无线路自动闭塞.按信号传递方式分三显示自动闭塞和四显示自动闭塞.按设备放置方式分为分散式自动闭塞和集中式自动闭塞
E.按传递信息的特征分交流计数自动闭塞、极频自动闭塞和移频自动闭塞 正确答案：
9.TS2-200H TP系统中，速度监控原则的描述，说法是正确的是（）.我国列控车载设备性能要求默认值中，调车模式下允许速度值为40km/h.制动模式曲线基于3方面的数据包括列车制动性能参数、线路坡度数据和线路数据.制动模式曲线的计算从LM前一定距离开始，至少直到列车的当前位置，由SM区构成.对紧急制动产生距离轨道电路末端为终点的制动模式，对常用制动产生以距离轨道电路末端为终点的制动模式
E.报警速度WSP=SSP+2km/h 正确答案：
10.新一代分散自律调度集中系统的系统软件结构包括（）.通信服务子系统.自律控制系统
.控制计划编制子系统.列车控制子系统 E.调车控制子系统 正确答案：E 西南交大《列车运行控制系统》在线作业二
三、判断题（共 15 道试题，共 30 分。）
1.电气分隔接头对相邻两轨道电路的信号传输起到了电气绝缘的作用
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.错误.正确 正确答案： 2.TS2-200 TP系统车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行.错误.正确 正确答案：
3.按照一定规律组织列车在区间（闭塞分区）内运行的方法，称为列车闭塞法，简称闭塞。组织区间行车的基本方法，有时间间隔法和空间间隔法。.错误.正确 正确答案：
4.当区间有限速时，调度应将限速信息同时下发到相邻的两个车站.错误.正确 正确答案：
5.自动闭塞区段通过信号机在显示红灯时，列车禁止越过红色显示。.错误.正确 正确答案： 6.“机车信号主体化”能否实现的根本关键在于地面轨道电路自身的安全性和地-车信息传递和安全性及可靠性.错误.正确 正确答案：
7.在我国的TVM300系统中，车上设备可处理18种连续信号，5种点式信号。.错误.正确 正确答案：
8.TS2-200H TP系统在隔离模式下，列控车载设备不输出任何制动，不进行速度监控；临时限速控制无效；设备优先控制和司机制动优先相同；不对应答器链接进行处理.错误.正确 正确答案：
9.分散自律调度集中系统的系统维护监视具备可视化的维护环境，可对系统进行全面监视，全面记录管理系统报警和内部时间，但是不能记录操作员和维护人员部分临时性操作.错误.正确 正确答案：
10.TS2-200 TP系统的允许速度是允许司机驾驶列车的最大速度，列车实际速度低于最大速度时无语音报警或制动动作.错误
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.正确 正确答案： 11.TS2-200H TP系统，应答器信息缺失时的部分监控模式下，列控车载设备无法识别自身的位置，也不能检测到相对于轨道电路边界走行的距离.错误.正确 正确答案：
12.分级制动是目前最能合理控制列车运行速度的制动模式，是列车自动控制技术的发展方向。.错误.正确 正确答案：
13.UM71、W-
21、UM71-98、ZPW-2000这几种轨道电路都可以在1.05Ω·km分路灵敏度的使用条件。.错误.正确 正确答案：
列车运行系统论文 第6篇
关键词：单线区段列车；运行图铺划；运行调整优化
中图分类号： U292.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-44-2
0 引言
计算机编制列车运行图具有很大的难度，因此受到了很多相关专家学者的关注。单线区段列车运行图因为受到运行线相互约束和相互影响的作用具有更加复杂的问题和更多的冲突化解方案，因此其属于超大规模优化的问题。为此，本文针对单线区段列车运行图铺划与运行调整优化方法进行了分析和介绍。
1 单线区段列车运行图铺划问题分析
在某一时间范围内单线区段列车运行图的某一闭塞区间一般只能被一列列车所占用，而且只能够在车站进行列车的越行和交会作业。所谓的单线区段列车运行图铺划问题主要就是对区间、车站和列车之间的关系进行处理，将列车的作业时刻和运行次序等在众多条件的约束下合理的确定下来，并且对在车站列车的越行与交会进行合理安排，最终使列车的旅行速度得以有效提升。作为一个超大规模的优化问题，整体优化24小时运行图具有太大的组合方案而很难进行求解。作为一种闭合圆筒，区段运行图是以24h为周期的，因此能够对其进行划分，使其形成若干个小的时间段，每次优化都是在一个时间段中进行的，这样就可以将该阶段的优化解很快的求出来。并且以阶段优化化解作为基础，最终以时间循环迭代的方式将列车的运行图整体优化解计算出来。
2 单线区段列车运行图的阶段优化模型分析
优化与运行调整某一阶段的运行图具有一致的优化方法。在这里可以对运行调整方法和手段进行借鉴，通常将[t0，t1]这一时间段确定为3—4小时，然后分解优化模型，使其成为[t0，t1]阶段优化模型，同时设定已经铺划完成t0时刻以前的运行图工作，以此为基础，在优化本阶段运行图的时候采用最早冲突优化方法[1]。
2.1 单线区段列车运行图的优化模型
在这里我们必须要注意的是最小旅行时间和最大旅行速度在一个时间段内并不是等价的，所以在该时间段内不同列车具有不一定相等的运行里程。基于此，在目标函数中需要对旅行里程最小和旅行时间最小进行同时谋求，也就是划分等待铺划的货车，使其成为两类，其中一类就是在[t0，t1]这一时间段内被铺划到终点站区段的；而其中的另一类就是在时刻t1前在起点区段站到达，在时刻t1后在终点区段站到达，随其进行分别求和，最终将旅行的时间得出：
其中时刻t0以前的部分常量包含在了旅行时间中，将在本区段于时刻t1第i列上行列车行驶的列车确定为DS（i，t1），在本区段于时刻t1第j列下行列车行驶的列车确定为DX（j，t1），从而能够将旅行里程得出：
其中时刻t0以前的部分常量包含在了旅行里程中，这里按照货车的平均旅行速度B将旅行里程折算成为旅行时间，并且对其进行优化，这时候就可以转化目标函数，使其成为：
这样就能够计算出区间运行时分约束、列车停站时分约束、连发间隔时间约束、不同时到发间隔时间约束、不同时发到间隔时间约束、会车间隔时间约束、不同时到达间隔时间约束、不同时发车间隔时间约束[2]。
2.2 最早冲突优化方法分析
在优化阶段运行图的时候，本文将最早冲突优化方法设计了出来，在对货物列车运行线进行规划的时候，首先只是对旅客列车运行线的约束进行考虑，而不会对各个货物列车间的约束予以考虑。将基准时刻作为某一时刻t0，假设已经铺划好此时刻以前的运行图，在此基础之上，彼此独立的上下行货物列车沿着各自的方向推进，这样就能够对区段的货物列车运行线进行铺划。在初始的时候将货物列车初始布点和客车框架在任意选取基准时刻t0的情况下作为基础进行优化[3]。
3 时间循环迭代法在列车运行图铺划中的具体应用
在完成一个阶段的运行图优化工作之后，应该具体的比较该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果。如果该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果能够吻合，就说明运行图的优化工作完成。如果该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果不吻合，那么应该使用优化之后的结果来对优化前一个周期的运行图进行替代。由于优化工作的时间段是[t0，t1]，不以t1为边界进行优化和以t1为边界进行优化，可能会出现不同的优化结果。因此在对原图进行替换时，应该重新优化t1前一小时的运行图，不对其进行替换，尽可能使优化结果能够保持一致。这样一来，循环迭代优化的周期是24小时，优化基础是前一阶段的优化结果。通过这种周而复始的优化，最终将完整的运行图优化出来，这个过程也就是时间循环迭代优化法在列车运行图铺划中的具体应用过程[4]。
在这个过程中，货物列车运行线在优化的初始阶段并不存在，这是因为其具有较快的旅行速度，受到旅客列车的制约较少。在逐个化解冲突并进行了一个周期的循环之后，前面已经铺划好的货物列车运行线和旅客列车运行线都会对后面的运行线进行约束，导致速度减慢。随着速度的趋稳，完整的闭合运行图也能够被优化出来。完成一个周期优化之后，时间循环迭代优化还会继续循环滚动，这样就不需要特意处理过表问题。
4 结语
本文立足于单线铁路列车运行图本身的特点，并对运行调整方法、运行图周期性特点进行了综合考虑，将运行图铺划模型建立了起来，并对其进行了阶段性分解，使用最早冲突优化方法来对每个阶段对运行图进行优化，效果十分明显。以此为基础，又使用了时间循环迭代优化，当运行线趋于平稳时，就能够使运行图获得整体最优的效果。
参 考 文 献
[1] 孟学雷，徐杰，贾利民.列车运行图稳定性研究综述[J]. 铁道科学与工程学报，2013（02）.
[2] 冉锋，陈瑞金，王文浩，孟令云.列车运行图冗余时间布局优化方法[J].科技与企业，2013（19）.
[3] 陈军华，张星臣，徐彬，褚文君.高速铁路列车运行图稳定性及其影响因素分析[J].物流技术，2011（15）.
列车运行系统论文 第7篇
城市轨道交通在运行过程中受到众多因素的影响, 比如, 轨道上的列车会经常出现列车晚点, 甚至多趟列车连带晚点等意外情况, 所以在实际运行过程中不可避免的会发生偏离原定计划的现象。因此, 调整修改运行图的功能是一个设计良好的运行图铺画编制系统的必备模块。
本文详细阐述了一个基于MFC的文档编码结构, 使用面向对象的编程方式, 实现了城市轨道交通列车运行图的铺画和调整的程序。最后给出了本程序在上海轨道交通八号线上的仿真实现结果。
1 列车运行图编制模拟系统体系结构
总体结构采用模块化设计, 便于系统的维护, 也有利于系统以后的功能扩展。在系统中, 车站计划员和工作站操作员要实时了解列车的运行情况, 并在需要的时候对运行进行调整操作, 因此运行图部分关键技术包括列车运行图编制、列车运行图调整、列车运行图输出及数据管理四部分[3]。整体结构如图1所示。
软件采用MVC三层架构, 分为数据层、控制层和视图层。其中数据层和数据库、XML文件的交互, 为控制层提供数据。控制层负责接受用户的控制信息并对数据层提供的数据进行整合。视图层负责运行图的铺画和展示工作。
其中视图层是整个系统的核心, 列车运行图涉及许多方面的编图数据 (列车信息、车站信息、线路信息、车库信息、列车时刻表信息和图形显示信息等) 的处理和结果输出的处理 (编调图数据库管理、运行图人工调整、运行图输出、列车时刻表输出以及指标统计) , 这些都在控制层中完成[5,8]。
2 系统框架和数据结构设计
(1) 系统框架设计。本系统采用了MFC的文档/视图结构为框架进行开发。主要图形数据放在CGraph Doc类 (从CDocument派生的文档类) 中;在CDisplay View视图 (运行图显示与调图视图) 中用图形数据对象提供的接口对图形数据进行显示输出, 即显示/打印运行图, 并在调图操作时对数据对象进行修改;在CGraph View视图 (站名与区间信息视图) 中, 同样调用图形数据对象接口显示车站和区间信息。由于车站信息也是运行图的一部分, 两视图显示的位置必须一致, 二者就依赖于文档类中的图形数据进行统一。
(2) 运行图调整子系统的模块设计。一般来说调整系统包含这样一些功能:运行图图形显示和操作, 运行线的调整, 周转关系的调整, 调整约束检测, 和其他一些辅助功能[4]。
图2描述了运行图调整子系统的模块框架以及各个子模块之间的相互关系, 图中细箭头标示控制流, 粗箭头表示数据流。该调图子系统与主系统之间只有数据信息的关联, 是松耦合结构, 因此只要数据通讯接口统一, 该调图子系统完全可以整合到任何编图系统框架之下。在调整系统内部, 分为显示和调整两大模块, 显示模块完成运行图图形显示和操作, 调整模块完成运行线的调整, 周转关系的调整, 这两个个模块均以运行图对象为数据基础, 而数据对象则根据Time Table生成。显示与调整模块两者互不干涉的完成显示和人工干预的功能, 但两者常常需要通信, 因为调整常基于运行图显示。
(3) 运行图数据结构。由运行图的组成元素可以将运行图作为一个大的对象 (Train Graph) , 其内部包含了运行图网格 (Grid) 、运行线 (Train Line) 、周转线 (Circulation) 、到发时刻点等对象。运行图的所有相关操作都要通过运行图对象来完成。因此可设计各对象的关系如下图3。
(实箭头为从属关系, 虚箭头为关联)
这个结构是符合一般运行图编制软件的普遍要求的, 运行图中的元素是可增加的, 而且具有较好的可扩展性, 不论是用面向对象或非面向对象的语言都可以很容易实现。
实际实现时, 运行图在接收参数Time Table后, 就由Time Table产生了运行线集合并保存在链表中。其内部到发时刻保存在数组中, 周转线没有独立成为一个对象, 而是作为运行线的一个属性。
所以设计时所有显示及调图操作基本上都围绕这两个类:
Ctrain Graph类:负责整幅运行图的操作, 包括建立运行图对象、格式设置、显示比例设置、绘制整幅图、车站及区间信息显示等操作。
Ctrain Line类:其对象表示运行图中各段线路。该类负责线路的绘制、擦除, 提供调图操作所需的必要接口。
(4) 运行图的输出与调整。 (1) 运行图信息。本设计利用XML文件保存运行图显示和运行图调整的内容, 在主系统与子系统交互的数据和信息是由参数Time Table来关联的, Time Table是从XML读取的一种保存了运行图显示和运行图调整内容的数据结构。XML文件存储的数据如下所示:
(2) 运行图显示。图3描述了运行图数据结构的从属关系, 运行图的显示模块是建立在运行图对象结构的基础之上的, 首先对各对象实现各自的On Draw () 函数, 运行图显示则通过运行图对象的On Draw () 函数调用其内部各对象的On Draw () 来完成。
实现时, 在运行图对象 (CTrain Graph) 中实现运行图显示的方法。通过运行图坐标原点在设备坐标系中的坐标 (CTrain Graph的属性m_Org Point) 就可以完成设备坐标系与运行图坐标系的映射。Time2Point () 与Point2Time () 函数完成了时间到运行图横坐标的映射。
(3) 运行图调整。运行图的调整模块是运行图系统另一重要的模块。目前, 人机交互方式在图形界面下仍然以鼠标+键盘为主[11]。虽然很多新人机交互技术层出不穷, 像手写笔或触摸屏的发展, 然而鼠标+键盘+图形界面元素 (菜单、按钮等) 完全可以对运行图精确调整[9,10]。所以每个调整图行的操作, 包括运行图的缩放, 添加、删除和移动运行线, 增加和删减停站, 变更区间运行时分等等, 都可以分解为一系列连续或独立键盘或鼠标的操作。拿平移运行线举例来说, 它可以是下面一系列鼠标操作:按下左键选定运行线->拖动运行线->放开完成拖动, 也可以是键盘操作:选择运行线->输入平移位移量->确定完成修改。运行图调整模块的设计如下图4所示:
其中Graph Command类提供了鼠标按下、移动, 键盘等操作的通用接口, 子类继承、实现这些接口。
另一个重要的类是Memory, 它记录了操作之前的运行图状态, 是为了完成撤销及恢复的操作。
实现时, 调整操作对象均从Graph Command对象继承, 子操作具体实现Graph Command的接口, 调用时只需通过Graph Command指针完成, 例如鼠标移动消息响应函数On Mouse Move () :
调用前只需确定m_p Graph Command的具体操作, 如m_p Graph Command=&Delete Line;则调用平移运行线操作的On Mouse Delete () 。
3 实现结果
为了证实上述程序的有效性, 我们选择上海轨道交通8号线2008年列车运行时刻表的计划数据, 并将其保存为结构如表1、表2、表3所示的Time Table。使用前述程序对其进行处理, 得到图5所示的列车运行图。
图5所显示的列车运行图中, 横坐标代表时间, 纵坐标代表列车所经过的具体车站, 红色代表上行计划线, 蓝色代表下行计划线, 粉红色表示实际上行线, 浅绿色表示实际下行线。在时间轴上的水平线是周转线。从图中可以看出, 通过自动调整模块调整后实际运行线与计划运行线之间还是有一定偏差, 这时可以运用调整模块进行适当的手动调整包括跳停、扣车、调整运行时分等方法。
从图中可以看出, 此种方式能够绘制出表达清晰的列车运行图。
上海地铁8号线用于以上系统后所显示的部分运行图如图8所示。
参考文献
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[10]Dai Baoqian, Wang Tong, Qin Yueping.“Subway Station Evacuation Simulation System”, International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, vol 2, 2009, pp.396-399.
列车运行系统论文 第8篇
铁路列车监控装置俗称“列车黑匣子”, LKJ2000型是目前各种列车上普遍使用的列车运行监控记录装置, 作为列车运行安全防护装置, 它不仅可以有效防止“两冒一超”等事故的发生、记录列车运行及乘务员操作等状况, 并且通过屏幕显示器, 以图形、曲线、文字等方式显示前方线路状况、机车运行情况等重要信息, 在确保列车运行安全方面起着极为重要的作用。列车运行监控装置已经成为运用机车不可缺少的安全设备, 充分发挥监控装置的安全保障作用十分重要。为了保障安全生产, 监控装置监控程序不断升级, 地面监控数据不断扩展, 对此监控数据的核实、监控程序的模拟试验工作之繁重, 一直困扰着监控技术人员现场实际工作。当地面设施、限制速度、信号机发生位移等线路数据发生变化时, 产生跨交路机车运行, 监控装置地面监控数据扩展时, 监控装置地面监控数据必须及时进行相应修改, 监控装置专业技术人员, 在监控数据修改后要进行地面数据核对工作, 上万条几十万个数据, 要在有限的时间里完全一一核对, 工作量是十分巨大的, 修改过程中可能造成监控数据丢失等意想不到的错误, 而在有限的时间里进行地面数据核实时根本无法发现, 这样势必造成新数据上车后, 列车运行途中错区误控, 监控装置失控的严重后果。类似的问题随着直达列车的开行, 换乘站只换司乘人员不换机车跨区段运行列车的开行, 监控数据的不断累加, 使该矛盾愈加突出。本监控装置复核系统提供所有LKJ2000型监控装置的模拟操作功能和数据自动复核、测试诊断功能。在测试监控装置时, 不仅能精确地模拟各种机车的不同运行条件、设置各种参数, 还采用了闭环控制方法, 数据复核诊断系统可向监控装置发送各种信号, 同时获得监控装置的相应反馈信号, 不仅实现了对监控装置的自动测试及故障诊断功能, 而且能够对任意两条交路地面数据进行有效、快速的比对, 实现地面数据修改后的快速、准确复核, 防止错误数据上车, 确保监控装置为列车安全运行保驾护航作用的充分发挥。
2 系统的结构和组成
2.1 数据复核诊断系统的结构和组成
本系统主要由LKJ-2000监控装置、工控计算机主板、底板、频率量板 (P L L) 、开关量输入输出板 (D I O) 、模拟量输入输出板 (A I O) 、直流1 1 0 V开关电源、系统电源、读卡器等组成;计算机主板、开关量输入输出板、模拟量输入输出板主要通过底板进行并口连接;计算机主板、频率量板通过RS485总线进行连接。
2.2 系统的控制原理
2.2.1 监控装置数据复核诊断系统硬件实现原理及框图
(1) 通讯模块原理 (在模拟量A I O板上) :将P C机主板I S A总线转换为CAN总线与监控装置通讯。双路CAN总线:实现监控装置与地面数据复核系统的通信。
(2) 频率量板上的CPU控制机车速度信号, 柴速信号, 轨道信号, 原边电流信号;开关量板上的CPU控制程控电源;这两个CPU通过RS485总线与工业P C主板进行通信。
开关量信号输入输出、实际速度、限速信号输入输出, 色灯信号、手柄信号输出、里程信号输入输出通过ISA总线与工业PC进行通信。
(3) 程控电源模块
50V电压经过降压分别输出两路电源。5V电压为单片机提供工作电源。15V电压为运放提供电源。司机手柄程控电源电路:把110V变为30V～110V输出, 可以测试手柄通道的电压门限。色灯程控电源电路把50V变为12V～50V输出, 可以测试色灯通道的电压门限。
(4) 开关量输入输出
开关量信号 (卸载, 减压, 关风, 备0, 备1, 备2) 输入经过限流、限压、光电隔离后, 再经74HC245缓冲, 通过ISA总线传输给主板CPU进行处理。
主板CPU通过ISA总线将色灯, 手柄信息经三态触发器74HC574缓冲再经过光电隔离输出色灯, 手柄信号。
监控装置送来的紧急信号, 分压后由单片机P87LPC768的A/D采集电压判断紧急是否有效并将该信息通过RS485总线上传给工业P C机。
(5) 模拟量输入输出模块
实速输入, 限速输入信号为0～20mA电流信号, 经过转换后变为电压信号, 缓冲隔离放大滤波处理后, 送入1 2位串行A/D转换器转换为数字信号再经74HC245缓冲, 通过ISA总线传输给主板CPU进行处理。主板CPU通过ISA总线将实速输出, 限速输出信息送入12位D/A转换器转换为模拟信号, 经电压跟随器输出管压信号。经电压转换为电流后输出实速、限速信号。主板CPU通过ISA总线将里程信号输出。
(6) 频率量输出
频率量板输出速度, 柴速, 轨道, 原边信号。频率量通过485总线与CPU2通讯, CPU2直接控制频率合成芯片产生频率信号。频率合成芯片产生方波, 经分频器控制波形存储芯片经D/A芯片输出相应的轨道波形和柴速信号。
2.2.2 系统软件
整个软件系统包括:系统管理软件、监控装置地面数据比对软件、监控装置监控模式复核软件、监控装置运行达示复核软件、监控装置记录文件回放软件。
系统管理程序是整个软件的核心, 分为界面模块和键盘模块。界面模块包括开始界面, 运行界面, 平调界面, 自动测试 (选择文件) 界面, 自动测试 (硬件) 界面, 自动测试 (软件) 界面等五大界面。键盘模块包括功能键区, 多功能键区和显示数字键区三大块。
3 数据复核系统的主要应用与功能
3.1 在监控装置地面数据管理中的应用
3.2 在监控装置控制模式管理中的应用
3.3 在监控装置达示编辑管理中的应用
3.4 在安全分析管理中的应用
3.5 在监控装置训练培训工作中应用
3.6 对监控装置的自动测试与故障诊断
4. 数据复核诊断系统系统应用效果
本系统严格按照要求设计开发, 电子器件大部分选用工业级标准的器件。系统经过多次测试验证和实际试用, 均能可靠工作, 无故障发生。本系统自2006年10月通过科研成果鉴定以来, 在济南铁路局徐州机务段、柳州铁路局监控中心、柳州机务段、南宁机务段、太原铁路局湖东机务段、郑州铁路局郑州机务段、西安铁路局新丰镇机务段、神华集团肃宁机辆段等单位推广应用, 铁路行业运输一线单位应用这套数据复核系统, 有效地解决了列车监控装置地面数据复核、比对、分析、控制模式、训练培训及诊断建档的难题, 在监控装置实际应用中发挥了重要作用。
摘要：文章介绍了铁路列车监控记录装置数据复核系统的基本结构、组成和主要功能, 阐述了系统硬件实现原理和软件模块。本系统实现了对LKJ2000型监控记录装置的测试、地面数据的比对复核、地面数据的曲线显示;监控模式的自动复核;运行达示控制自动验证;监控装置运行记录文件的自动回放等功能, 很好地解决了监控模式复核、达示验证及地面数据开发中的繁琐、易错等问题, 极大减轻了现场工程技术工作人员的工作量, 同时为准确地进行安全分析提供了良好的平台。
列车运行系统论文 第9篇
近年来, 不断地出现运用计算机仿真技术来研究AT O系统, 而其角度不同对ATO的分析侧重点也不同[1～3]。鉴于从控制基础理论角度的分析软件还不多见, 为此, 设计了列车运行控制子系统辅助分析软件A TO A A S。
A TO A AS软件开发由需求开始, 按照总体设计阶段、详细设计阶段、编码阶段、测试等几个阶段完成, 遵循瀑布模型。
1 ATOAAS总体设计
A TO A A S平台基于MA TL A B进行设计, 主要是为了依托MATLAB环境提供的基本科学计算, 减少开发周期, 更为重要的是MATLAB开发环境提供了创建用户界面的捷径, 有Windows基本控件的支持, 并且有良好事件的驱动机制, 同时还提供数学库的接口, 还可以方便地创建各种图形句柄对象, 实现仿真平台的用户界面[4]。
ATOA AS软件总体设计包含了系统的基本功能, 含有10个模块, 总体结构采用自上而下的开发方法, 顶层由5个子模块构成, 其中3个主要模块分别为时域分析模块、频域分析模块、根轨迹分析模块, 它们有由相应的子模块构成。通过单击主界面上子模块相应的菜单即可弹出相应的子菜单, 单击子菜单可启动相应的子窗体模块。各功能子模块均为MATLAB系统的应用程序, 以图形文件和相应的M文件的形式出现。
2 ATOAAS详细设计与实现
2.1 ATOAAS主界面设计与实现
各界面的设计主要采用了静态文本框、列表框、可编辑文本框、触控按钮、面板和坐标轴等控件来实现一些功能。各个控件的功能通过编写其相应的回调函数来实现。
主界面是ATOAAS开始运行时的主要界面, 也是进入ATOAAS的各个子界面的接口, 主要分为系统模型、频域分析、时域分析和根轨迹分析三部分内容。
2.2 ATOAAS子界面设计与实现
ATOAAS在各子模块中的内容和分析过程虽有不同, 但其设计的思想基本类似, 下面以每个分析中的一项为例进行介绍。
A TO A AS时域分析子界面, 分连续系统时域分析, 离散连续时域分析。连续与离散是分析系统最基本的两种重要的方向, 区别在于连续系统中的控制信号、反馈信号以及偏差信号都是连续型的时间函数, 而在离散系统中则不然。
控制系统最常用的时域分析法是:当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时, 求出系统的输出响应分别称为单位阶跃的单位冲激响应, 在MATLAB自动控制工具箱中为我们提供了绘制单位阶跃和单位冲激响应曲线的函数, 通过曲线我们可以直观地分析系统的性能, 既系统的稳定性、快速性、准确性。
以其中单位阶跃响应为例说明如下:许多高阶系统在很多情况下可近似为二阶系统进行分析, 阶跃信号往往可以代表实际中最不利的输入信号, 且阶跃信号较易获得, 便于研究。
常用动态性能指标主要有: (1) 超调量σ%, 为最大动态偏差与稳态值的百分比, 其大小直接反映系统动态过程的平稳性; (2) 上升时间Tr, 定义为单位阶跃响应曲线从稳态值10%上升到稳态值的90%所需要的时间; (3) 调整时间Ts, 是单位阶跃响应曲线达到允许稳态误差范围所需最小时间; (4) 峰值时间Tp, 定义为单位阶跃响应曲线从零上升到第一个峰值点所需时间。Tr、Ts、Tp是反映系统响应速度即动态性能快速性的指标。对现有系统进行品质评估即通过上述指标来衡量。实现时域分析的程序流程图详细的说明算法实现。首先需要输入传递函数的每项分子分母, 然后输入时间向量并调用step函数计算系统输出响应, 若系统稳定则计算系统的时域性能参数并绘制系统的单位阶跃响应最后输出系统性能参数, 反之则直接结束。
A T O A A S频域分析子界面与时域类似, 分连续系统频域分析和离散系统频域分析。进入功能界面, 主要实现波特图、奈奎斯特图、nichols图的绘制以及获得频域性能参数等组成。
控制系统的频率特性函数为正弦输出信号的相量与正弦输入信号的相量之比, 频率特性函数的一个重要优点就是可以用图形来表示。从频率特性图形上可以很方便地得到关于系统稳定性和动态特性的一些信息, 因此, 频域分析法是研究控制系统的一个重要工具。对一个稳定的线性系统输入正弦信号, 通过绘制系统的对数频率特性图分析系统对全频率范围的正弦信号所产生的响应, 即可以对一个控制系统进行完整的描述。系统的对数频率特性图包括对数幅频特性图和相频特性图, 画对数频率特性图时横坐标的单位为十倍频率lgω, 为了便于读取实际角频率值, 坐标轴上所表示的仍然是∞值。采用对数频率特性图可以展宽频率范围, 并且曲线形状简单, 容易绘制。
其频域分析流程图详细的说明算法实现。首先需要输入传递函数的每项分子分母, 然后输入时间向量并调用波特函数和奈奎斯特函数, 若系统稳定则输出其波特图及奈奎斯特图, 并输出其性能指标, 反之则直接结束。
根轨迹法是分析与设计反馈控制系统的一种有效的图解方法, 是经典控制理论中对系统进行分析和综合的基本方法之一, 它根据系统的开环零极点分布, 进而对系统的特性进行定性分析和定量计算, 本软件实现了系统的根轨迹分析, 其设计思路同于其他方法这里不再多述。
最后, 给出ATOAAS的模型及界面, 如图1图2所示。
3 ATOAAS模型的建立
A TO A AS开发前需要进行建模, 本软件的模型是依据上海地铁一号线为例, 采用机理法进行的建模。
列车在运行过程中受到来自机车牵引力运动引起的阻力和其它阻力例如启动阻力, 曲线附加阻力和坡道附加阻力。在不同的线路其它阻力也不同, 总的阻力为:假设只考虑基本阻力, 则:
其中ω0=m (26.69+13.2v2) , v为列车运行速度。
设列车轮周牵引力为F, 由牛顿第二定律得:
列车运行时, 车轮的阻力作用应用经验公式为:
考虑实际消耗得到的经验公式有:
编程时先采用数值仿真, 在调用转换函数获取传递函数。
4 结语
其实, ATO是一个复杂的控制系统, 而从现存的软件平台, 大都也是针对列车运行过程控制的复杂性和不确定性出发, 采用基于模糊预测控制策略来进行ATO仿真, 从而比较逼真地实现比较理想的控制效果。这些模拟ATO运行的仿真平台, 使得复杂的列车模型的实现和修改变得非常容易。而本软件是出于对系统分析与校正提供参考的目的而设计的, 因此简化了系统模型, 在从控制理论角度出发, 实现了系统分析, 其图形化的特点契合了工程设计的需求, 也可为工程技术人员在不熟悉编程的情况下, 获得系统的性能。
参考文献
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[3]范莹, 梁艳, 张强, 等.基于d SPACE的ATO仿真测试平台的开发[J].铁路计算机应用, 2011, 20 (7) :45～49.
列车运行系统论文 第10篇
关键词：轨道交通,移动闭塞,追踪间隔,模拟仿真
模拟仿真技术, 最初只是作为对实际系统进行试验的辅助工具, 但随着计算机技术的发展与生产力发展的需要, 该技术已经被应用到与国民经济相关的各个重要领域。
我国从20世纪以来就已经在利用计算机仿真技术, 模拟出与实际铁路运输相近似的虚拟现实环境, 预演未来实际行车的运营情况, 分析模拟数据结果, 及时做出相应的决策和调整, 从而避免现实运营中发生问题。如今, 我国的轨道交通事业飞速发展, 这就需要加大新设备新技术的投入。计算机仿真技术应用于轨道交通领域, 将具有积极的意义。
1 问题的提出
移动自动闭塞系统 (MAS) 是一种智能化的先进列车运行间隔控制系统。采用先进的通讯技术、列车定位技术和计算机技术, 实现在移动自动闭塞条件下的列车运行控制系统是当今世界铁路运输发展的趋势之一。欧洲、美国、日本等发达国家都在积极进行这一技术及相关领域的研究。利用计算机技术模拟高速列车在移动自动闭塞条件下的运行, 就是其中的一个重要方面。
目前, 我国的轨道交通系统中, 以固定闭塞为主, 部分地区或线路实现准移动闭塞 (CTCS-2/CTCS-3) 。这一方式的应用, 对生产力的发展具有积极作用。由此推定, 优于准移动闭塞的移动自动闭塞可以进一步加大行车密度, 提高运输能力并降低运输成本。但是, 轨道交通的运营情况复杂, 影响因素很多, 对于如何利用移动闭塞, 除进行理论研究外, 非常有必要搭建一个综合的计算机仿真平台, 对模型、算法进行验证和比较, 为移动闭塞系统的实际应用结果提供预测性的分析研究。
2 系统设计
本系统针对轨道交通领域, 其仿真的范围:在自定义线路 (既有线路) 移动闭塞条件下的列车运行仿真;在自定义机车 (现有机车) 条件下的列车运行仿真。
仿真的内容:在移动闭塞条件下, 分析追踪列车运行的间隔距离和线路通过能力。
2.1 系统的数据结构设计
仿真系统采用面向对象的程序设计方法, 将列车、线路、信号等实体归类处理, 针对每个类别的不同属性, 定义各个类的成员变量与成员函数, 主要类如图1所示。
2.2系统的模块设计
1) 基础数据模块。 设计本模块时, 考虑到系统的通用性, 使该模块具有一个较完整的、可扩充的基础数据库体系, 可以让用户根据需要, 设置并调用各类列车运行模拟时所需数据。这些数据包括坡道数据、曲线数据、隧道数据、桥梁数据、信号机数据、区段属性数据、列车数据及信号闭塞方式定义。
2) 模拟参数定义模块。 该模块让用户在实行列车模拟运行前, 将所描述的所需模拟环境具体化、数字化。应该包括线路和列车参数的控制以及闭塞方式与追踪时间的控制。
3) 系统运行模块。 在参数定义完毕并确认无误后, 系统将根据输入参数进行列车在移动闭塞条件下的模拟运行。
2.3系统的计算模型
本系统在仿真过程中, 将以路程为步进, 动态计算并分析列车运行状态和列车间的追踪间隔, 主要计算模型如下:
1) 列车的运动方程为
式中:ΔS是在每个速度间隔内的运行距离;ζ为加速度系数;cp为每个速度间隔内的平均速度下的单位合力;v1, v2为每个速度间隔的初速度与末速度, km/h。
2) 阻力方程为
式中:w0为单位基本阻力;v为列车运行速度, km/h;常数A、B、C由试验确定, 随机车车辆类型而异。
3) 制动距离方程为
其中空走距离为
有效制动距离为
式中:Sb为制动距离, m;Sk为空走距离, m;Se为有效制动距离, m;v0为制动初速度, km /h;tk为空走时间, s;b为单位制动力, N/kN;w0为单位基本阻力, N/kN。
4) 移动闭塞方式下追踪列车间隔时间为
式中:t信为司机确认信号及反应时间, min;t制为列车以最大速度制动停车时间, min;t安为列车在安全距离内走行的时间, min;t列为1个列车长度距离内走行的时间, min。
3 系统工作流程
系统工作流程如图2所示。
4 追踪间隔控制
追踪列车之间的最小间隔称为追踪间隔, 其主要决定因素为列车本身的制动能力。但在模拟列车运行的过程中, 除前后车的制动距离间隔外, 还要充分考虑线路条件、列车条件、以及其他一些不可忽视的因素, 从而做出对追踪间隔的相应调整。
4.1制动距离
移动自动闭塞条件下, 列车追踪运行制动通常有2种方式, 即绝对制动距离方式和相对制动距离方式。在绝对制动距离方式下, 不考虑前行列车的运行速度, 只考虑其位置, 减速度无穷大, 追踪列车采用常用制动方式制动。
在相对制动距离方式下, 考虑前行车制动距离, 但要分2种情况, 即紧急制动停止和常用制动停止。当前行车以紧急制动方式停止时, 与后行追踪列车的运行间隔可以将前行车的制动距离纳入其中, 缩短了列车运行间隔。
4.2线路条件
线路因素将直接影响列车的制动能力, 从而使列车的制动距离产生偏差, 但可以通过根据具体情况人为设置参数, 改变机车的牵引力得以解决。
4.3列车条件
当列车编组确定以后, 其加速能力和制动能力也基本确定。所以当列车在行驶过程中, 应充分考虑自身性能, 结合线路条件调整其运行状态。
4.4其他因素
除以上因素外, 还要考虑到雨雪、大风等自然因素对于行驶列车的影响, 在系统中人为设置阻力因素进行干扰。然后通过改变相应的列车性能加以模拟。
5 结束语
随着高速铁路与城市轨道交通的发展, 对计算机仿真提出了新的要求。对于仿真技术如何应用于轨道交通这一领域, 应该做到与时俱进, 不断开拓进取。
系统针对轨道交通领域, 模拟列车在移动闭塞条件下的追踪运行, 为高速铁路以及地铁运用移动自动闭塞系统提供预测性理论结果。
参考文献
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[3]吕永红, 刘红燕.移动闭塞系统列车运行模式[J].甘肃科技, 2008, 24 (1) :102-104.
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[7]潘登, 郑应平.铁路移动闭塞系统列车追踪运行的安全间隔[J].同济大学学报, 2008, 36 (9) :1220-1225.
列车运行系统论文 第11篇
“一辆呼啸前行的列车，上面只有18名旅客，却有50多名工作人员。”是的，你没有听错！这说的是2016年2月7日，从九江开往昆明的K1235次列车。这天是除夕，其中一节车厢里，列车工作人员还和旅客合影，整节车厢只有8名旅客。中国春运，历年都人满为患，一座难求，而这次，连当了27年列车长的陈正芳也说是“第一次遇到”。此事一经报道即引发热议。一方面，很多网友点赞，另一方面，也受到部分网友拍砖。
M 媒体侃点
荆楚网：K1235次列车不可能从头到尾就只有18名旅客。这个旅客数量，只是在某一个时间点的取值。这个时候，更应该为那些服务旅客的50名列车人员之坚守，以及背后支撑几十亿人次的春运工作者们点赞。
《今日头条》：对于这种现象不能一味赞美。春运期间大多数车票都是预售的，铁路部门早就知道这辆列车在除夕这天“只有18名旅客”。难道就没有规避办法？一辆列车的运行成本是很高的。不为只有18名旅客而停运固然高尚，可是资源的浪费也显而易见。
W 网友歪评
@鹿鸣庄主：为什么不可以开一辆中巴送一下？就为了出新闻？
@lurker创意：春节期间的火车都是单向跑的，火车不开回昆明难道快递回去？
@xtsycbh：铁路不可修得太多，将来可能空置，维护成本过高，而且浪费大量土地，为节省土地支出，应该发展空运。
@美郝时代：社会上就是有这样一些人，他们以“无知而无畏”的浅薄去评论春运、去指责铁路，这些人在充当“正义天使”之时，他们又为春运做了什么实事？
【考场仿真试题】请结合该新闻，以“沟通”为话题写一篇800字左右的作文。
【范文片段示例】地上的距离再远，路都可以彼此沟通；社会成员间如果心有隔阂，就会成陌路天涯。列车，跨越千山万水，往返大江南北，曾经是多少人的梦想和期待啊！然而这次，却因只搭乘了18名旅客而饱受诟病，原因是什么？少了沟通呀！时代变了，人们对社会的关注越来越有话语权，掌握着公共资源的铁老大应该及时站出来与民众沟通，才是负责的态度。沉默塞听，必将被舆论的口水淹没。
列车运行系统论文 第12篇
(一)RFID系统基本原理
RFID(Radio Frequency Identification),即射频识别技术,是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。这项技术利用射频信号通过空间耦合实现无接触式双向通信交换数据,从而达到目标识别和远程监控管理的目的。其核心技术包括无线电射频通信、计算机软件硬件、编码学和大规模集成电路技术等多种现代高新科学技术,是多种跨门类科学技术的综合体,被广泛应用于身份识别、仓储物流、生产自动化、安全系统和交通系统,比如第二代身份证、门禁系统,自动收费系统、高速列车控制设备等。
最基本的RFID硬件系统包括标签(Tag)、读写器(Reader)和天线(Antenna)三部分。标签由耦合元件和芯片组成,存储着一个或多个数字信息序列。读写器的基本任务是触发作为数据载体的射频标签,接受标签发送的数据或向标签发送数据,并能通过标准接口(如RS232等)与计算机网络进行通信。RFID系统基本模型如图1所示。由此模型可以看出,RFID系统的工作流程为:读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号,等到标签进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频标签获得能量被激活;标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从标签发送来的载波信号,经天线调节器传送到读写器,读写器对接收的信号进行解调和解码后送到后台主系统进行相关处理;主系统判断该标签的合法性,针对不同的信息做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。
(二)RFID系统的分类和应用
通过对标签的不同方式的划分,可以把RFID系统分为以下几类:
1. 按供能方式
根据其供能方式可分为有源和无源标签两类。无源标签所需工作能量需要从读写器发出的射频波束中获取能量,经过整流、存储后提供电子标签所需的工作电压。与有源标签相比,具有成本低、不需要维护、使用寿命长等特点。其缺点是读写器要发射更大的射频功率、识别距离较近等。
2. 按载波频率分类
按标签载波频率分为低频射频系统、中频射频系统和高频射频系统。低频射频系统频率主要有125k Hz和132.4k Hz两种;中频射频系统主要为13.56MHz;高频射频系统主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需要大量数据交换的应用系统;高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合。其天线波束方向较窄且价格较高,应用于列车监控、高速公路收费等系统中。
3. 按调制方式的不同分类
按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器;被动式射频标签使用调制散射方式发射数据,它必须利用读写器的载波来调制自己的信号。该类技术适合在门禁或交通系统中,因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频标签。
RFID系统具有安全性高、数据信息量大、结构简单、维护方便等优点。随着轨道交通的发展,列车与地面之间需要交换大量固定信息和可变信息,仅依靠由轨道电路将闭塞信息送至列车的方式已不能满足要求,尤其在一些特殊的场合,比如:进出车站、区间信号点、弯道、坡度等。车载和地面之间需要其他传输信息的通道增加车载控制设备的参考数据以满足列车安全、舒适运营的要求。所以,RFID系统作为高速列车和地面之间传输信息的比较理想的方式,成为了轨道交通列车控制系统的重要组成部分,也是我国CTCS(中国列车运行控制系统)指定使用的设备。
二、RFID在列车控制系统的应用
(一)CTCS-2级列车控制系统中的RFID技术
目前,国内铁路地面与机车的信息传递大部分仍依靠轨道电路完成,我国自行研制开发的ZPW-2000(UM)系列轨道电路已在全路大面积装备,具有18个低频信息,但是单纯依靠轨道电路信息已无法满足进一步提速对信号系统的技术要求。随着第六次大提速的实施,速度将突破160km/h达到200~250km/h,铁路系统必须拥有与之相适应的列车控制设备。立足于我国的技术装备,参照欧盟ETCS相关标准,我国自主研发了完全拥有自主知识产权、符合我国技术政策和铁路运输需要的中国列车运行控制系统CTCS-2级实施方案:在我国ZPW-2000(UM)系列自动闭塞轨道电路的基础上,地面加装点式应答器、车站列控中心等,动车组上装备列控车载设备,并与车站联锁、行车指挥等有机结合的实施方案。
CTCS-2级列控系统包括列控车载设备和列控地面设备。其中列控车载设备中的应答器信息接受模块(BTM)和列控地面设备中的应答器设备之间的数据通信功能利用的就是RFID技术。
(二)应答器原理和结构
根据《CTCS技术规范总则》,从CTCS-1级到CTCS-4级都要用到应答器设备。因此,应答器是铁路既有线路提速改造和客运专线中不可缺少的设备。应答器设备向列控车载设备传送以下信息:
(1)线路基本参数:如线路坡度、轨道区段等参数;
(2)线路速度信息:如线路最大允许速度、列车最大允许速度等;
(3)临时限速信息:当由于施工等原因引起的对列车运行速度进行限制时,向列车提供临时限速信息;
(4)道岔信息:给出前方道岔侧向允许列车运行的速度;
(5)特殊定位信息:如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等;
(6)其他数据:固定障碍物信息、列车运行目标数据、链接数据等。
应答器地面设备由无源应答器、有源应答器、地面电子单元(LEU)组成:
无源应答器用于发送固定不变的数据,如设置在区间,发送线路坡度、最大允许运行速度、轨道电路参数、列控等级切换等信息。
有源应答器与LEU连接,用于发送来自于LEU的报文,在既有的提速区段,有源应答器设置在车站进站端和出站端,主要发送进路信息和临时限速信息。
LEU周期接受来自于车站列控中心(TCC)的报文,并传送给有源应答器。
列控地面设备的应答器安装于两根钢轨之间的枕木上,平时处于休眠状态,不要求外加电源。当列车驶过应答器时,列控车载设备首先通过电磁感应方式将能量传递给应答器,地面应答器从整流电路取电开始工作。首先检查与LEU之间的链接,将LEU传来的数据转换成应答传输报文循环发送应答器信息接受模块;在没有收到LEU的数据情况下,将存储的默认报文发送给应答器信息接受模块。
应答器与其他设备的连接主要由A接口和C接口完成。A接口是应答器与列控车载设备无线传输接口,C接口是LEU与有源应答器间报文传输接口。图2所示就是应答器的结构模块图。
(三)车载设备与应答器的通信过程
当车载天线接近应答器时,耦合线圈感应到27MHz的磁场,能量接收电路将其转化为电能,从而建立起应答器工作需要的电源,此时,应答器开始工作。应答器在向列控车载设备传输数据报文时,不间断地将1023位传输报文发出。它采用频移键控FSK方式:中心频率4.234MHz,频偏282.24k Hz,平均传输速率为564.48kbit/s。当要发送的数据是逻辑“0”时,对应发送频率为4.234MHz、282.24k Hz、3.951MHz;当要发送的是逻辑“1”时,对应的发送频率为4.234MHz、282.24k Hz、4.516MHz。
应答器控制模块是整个电路的控制核心,当电源建立后,它首先判断由C接口来的数据是否有效,若该数据无效或无数据,控制模块使用存储在报文存储器中的数据,将其进行FSK调制后,输出到数据收发模块,经功率放大后,由耦合线圈发出。只要电源存在,控制模块就不间断地发送,这意味着车载天线一直在应答器上方。
当控制模块上电时,判断出C接口的数据有效,则控制模块将发送C接口传来的数据。一旦控制模块作出报文选择(选择存储的数据还是C接口传来的数据),在这次上电的工作周期内,无论C接口数据有效与否,应答器都不会改变发送的数据。当车载天线离开应答器上方后,应答器失去了电源,便停止发送数据。C接口的工作电源仅用于该接口的电路部分,不给控制模块和数据收发供电。因此,有源应答器也只有在车载天线出现时才发送数据。有源应答器通过与LEU的连接,可实时改变传输的数据报文。当与LEU通信故障时(接口“C”故障),有源应答器可以自动切换到无源应答器的工作模式,发送预先存储在应答器中的默认报文。
此外,应答器还可以通过报文读写工具BEPT进行无线编程和维护,这一过程不需要任何电缆的插拔,这样就提高了安全等级。无线编程有两项主要功能,它可以读写和管理无源应答器存储的数据报文,也可以读取制造商信息,包括制造商认证、序列号等。
三、结语
“十一五”期间,我国计划建设京沪、京广、京哈、沈大、陇海等客运专线以及一大批城市、城际轨道交通系统等重大铁路建设项目。此外,为应对当前全球性金融危机的冲击,国家出台了强有力的扩大内需的举措,重中之中就是加强基础设施建设,我国的铁路建设将实现跨越式发展。因此,广阔的市场空间再加上日趋成熟的技术,将使得RFID系统在铁路建设以及国民经济的其他领域中扮演越来越重要的角色。
摘要：文章简要介绍射频识别技术(RFID)的原理、分类和应用,说明在我国CTCS-2级列车运行控制系统中,RFID技术被应用到实现列控车载设备和地面设备之间的通信。最后,详细阐述车地信息传输的主要设备地面应答器的结构、功能以及工作方式。
关键词：RFID,CTCS-2,应答器
参考文献
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