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行車許可轉(zhuǎn)折點計算的合理性分析

運營許可證(以下簡稱ma)是指運營時的命令。此命令包含列車運行的距離、速度等信息,即:允許列車以多高的限速開多遠。在運營條件正常的情況下,MA是由無線閉塞中心(RadioBlockCenter,以下簡稱RBC)發(fā)送給車載信號設備,車載設備根據(jù)獲得的MA,計算列車運行防護曲線,監(jiān)控列車安全運行。MA終點受與本列車通信的RBC控制區(qū)域內(nèi)的線路參數(shù)、列車參數(shù)、閉塞方式,以及通信設備等的影響。如:移動閉塞系統(tǒng)和固定閉塞系統(tǒng)中的MA終點的計算依據(jù)不同;列車前方是否有道岔會影響MA終點的計算;不同的列車運行控制系統(tǒng)(ChineseTrainControSystem,以下間稱CTCS)級別MA終點的確定也不同等。因此分析在不同的條件下MA的獲取,以及在故障狀態(tài)下運行時正確獲取MA,對列車運行的安全性具有積極的意義。1列車位置信息當列車運行在CTCS-3系統(tǒng)中時,列車通過車載設備向RBC發(fā)送MA請求;RBC根據(jù)從聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得的信號授權(quán)(SignalAuthorization,以下簡稱SA),以及列車發(fā)送給RBC的列車位置信息,最終計算分析得到MA,并將生成的MA、線路參數(shù)等信息發(fā)送給列車車載設備。其中,SA包括進路類型、進路狀態(tài)、降級狀態(tài)、進路識別號、危險點、溜入危險等信息;列車位置信息包括本列車和前行列車發(fā)送的位置信息及列車數(shù)據(jù)等信息。列車控制車載設備根據(jù)獲得的MA終點位置、當前區(qū)間的閉塞方式、列車和線路的限速等信息,計算MA區(qū)域內(nèi)的列車防護曲線,監(jiān)控列車的安全運行。當列車正常運行時,車載設備循環(huán)從RBC獲得向前延伸的MA。若在當前MA范圍內(nèi)進路的某區(qū)段已被占用,則聯(lián)鎖設備向RBC發(fā)送占用消息,RBC根據(jù)該占用消息生成有條件緊急停車消息(CEM),并發(fā)送給車載設備;車載設備根據(jù)RBC和聯(lián)鎖發(fā)送的相關消息以及本列車的位置信息判斷生成CEM消息的原因,并作相應的操作。當車載設備發(fā)生故障致使列車緊急停車,或因其它原因RBC向列車控制車載設備發(fā)送緊急停車消息(UEM)或者縮短行車許可(SMA)的命令,原MA將被中止,并按新的MA安全行車。一般情況,MA一旦生成并且發(fā)送給列車后,列車根據(jù)該MA執(zhí)行相應的操作,直到MA結(jié)束或者超時。2列車所處的進路不同當列車獲得UEM信息后,需要根據(jù)列車當前所處的位置不同而采取不同的操作;而且雖然同是延伸許可,列車所處的進路不同,延伸許可也不同。因此以下分析列車在出站、區(qū)間運行、進站三個階段中接收延伸MA、UEM等消息后所需采取的操作。2.1rbc或軌道電路設備列車進入發(fā)車進路前,需經(jīng)過的過程有:上電、注冊到RBC、按壓“啟動”按鈕、車載設備正式投入工作、CTC(調(diào)度集中控制系統(tǒng))控制聯(lián)鎖辦理發(fā)車進路,從而使RBC或軌道電路向車載設備發(fā)送發(fā)車MA。2.1.1為“占用”狀態(tài)若在發(fā)車進路還未辦理時,發(fā)車進路中的道岔或其它站內(nèi)軌道區(qū)段發(fā)生故障,此時由于列車還未得到MA,需請示調(diào)度員,并得到調(diào)度員確認后方能發(fā)車進入發(fā)車進路。當列車接收到發(fā)車MA后,此時前方進路或道岔若發(fā)生故障,基于故障-安全原則,車站聯(lián)鎖將立即關閉出站信號機X3,并向RBC發(fā)送發(fā)車進路為“占用”狀態(tài);列車則接收到RBC發(fā)送的以X3信號機為目標點的CEM,并執(zhí)行如下操作:(1)通過列車的位置判斷列車前端是否已經(jīng)通過X3信號機:若未通過,則“占用”狀態(tài)信息是因前方軌道是處于故障狀態(tài)或者是被其他列車不正常占用,此時列車需立即進行制動并停車;如果列車前端已經(jīng)通過信號機X3,則表明這個“占用”狀態(tài)是本列車占用該段軌道引起的(如圖1中列車處于位置2時的狀態(tài)),列車將忽略該消息,繼續(xù)按原來的MA前進。(2)當發(fā)生道岔失去表示故障時,列車接收到CEM后,返回給RBC一個確認消息;RBC收到車載設備的確認消息后,通知車站聯(lián)鎖發(fā)車進路的MA狀態(tài)為“無行車許可”。通過計算后,列車若可以在信號機X3前停車,則停在出站信號機X3前;若不能,則列車先越過出站信號機X3,然后,車載設備觸發(fā)緊急制動;列車停車后,司機取得調(diào)度員的允許,并通過按壓越行鍵,以目視行車(OnSight,簡為OS)模式繼續(xù)前進。2.1.2rbc信號轉(zhuǎn)換聯(lián)鎖向RBC發(fā)送發(fā)車進路(SA_121)“占用”狀態(tài)信息,RBC以出站信號機Sn為目標點,向列車發(fā)送CEM,此時列車因已通過信號機Sn而繼續(xù)前進,并接收到向區(qū)間延伸的MA。2.2前方有道岔的情況當列車出清發(fā)車進路并進入?yún)^(qū)間區(qū)段時,當前方無道岔則RBC循環(huán)向列車發(fā)送15個閉塞分區(qū)的MA,直到列車進站;若前方15個閉塞分區(qū)內(nèi)有道岔,則MA延伸到道岔處,當列車靠近道岔并距離道岔40s時,延伸MA到前方15個閉塞分區(qū)處,從而避免過早將道岔納入某列車的MA區(qū)域范圍而影響整條線路的運營效率;當列車前方下一個閉塞區(qū)間含有道岔時,將其視作站內(nèi)軌道區(qū)段處理。下面將分析MA的獲取,即RBC切換過程、等級轉(zhuǎn)換過程,以及區(qū)間軌道非正常占用時的狀態(tài)。2.2.1正常行駛距離自由當同一列車運行距離超出當前RBC的管轄范圍并進入下一個RBC管轄區(qū)域時,需進行RBC1/RBC2切換。為使列車安全且不減速越過RBC切換邊界,RBC1提供的MA將在RBC2管轄區(qū)域內(nèi)延長一個40s正常行駛距離(即車載設備與RBC1斷開連接,并與RBC2建立通信會話并獲得新的MA的時間內(nèi)的行駛距離)+完整制動距離的長度,并且在RBC1/RBC2切換邊界前的一段距離處設置一個預切換應答器組(LTA)。當列車經(jīng)過該應答器組時,車載設備向RBC1發(fā)送列車位置,RBC1則向車載發(fā)送RBC切換命令,同時向RBC2發(fā)送移交列車預告信息和包括MA終點距離的進路請求信息,從而提前獲得RBC2區(qū)域內(nèi)的MA。并且,此時盡管列車還未進入RBC2管轄范圍,只要RBC2管轄范圍內(nèi)進路發(fā)生變化,MA都需要發(fā)生變化,因此RBC2需及時將進路信息發(fā)送給RBC1,從而及時更新當前車載設備的MA,保護列車安全運行。2.2.2等級轉(zhuǎn)換應答器組工作在CTCS-3級列車需有CTCS-2級列車控制系統(tǒng)作為后備系統(tǒng),并且CTCS-3級列車控制系統(tǒng)與CTCS-2級系統(tǒng)同時運行;只是當CTCS-3級列車控制系統(tǒng)設備正常時,CTCS-2級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不參與任何系統(tǒng)控制。因此當某列車需進行等級切換動作時,MA需發(fā)生變化。為確保列車進入轉(zhuǎn)換后的CTCS等級系統(tǒng)運行時能獲取正確的MA,控制列車安全運行,列車在進行等級轉(zhuǎn)換前需保存線路信息、列車數(shù)據(jù)等信息。因此,在等級轉(zhuǎn)換邊界前設置一等級轉(zhuǎn)換預告應答器組LTA。一般該應答器設置在距離切換點前20s(車載設備與RBC通信時間+司機確認時間)列車走行的距離處。當列車前端通過預告應答器組LTA時,車載設備向RBC報告列車所處進路位置,RBC便可獲得準確的進路信息,并向車載設備發(fā)送MA及等級轉(zhuǎn)換命令。當列車通過CTCS-2/CTCS-3級邊界時,車載設備使用已保存的MA、前方進路相關線路數(shù)據(jù)和本列車信息,計算列車運行防護曲線,從而使列車運行在安全的狀態(tài)下。2.2.3號點的防護區(qū)段如圖2所示,列車在35信號點防護區(qū)段運行,MA已延伸至41信號點。此時,車載設備將忽略接收到的CEM消息,繼續(xù)按原來的MA前進;即使35G軌道電路故障,列車仍按原MA運行。但當出現(xiàn)以下兩種情況的非正常占用時,該列車的MA將發(fā)生變化。(1)若39信號點的防護區(qū)段被另一列車非正常闖入或者軌道電路故障而導致39G進路區(qū)段為“占用”狀態(tài)的情況,按照在MA范圍內(nèi)的進路上只允許包含一列車的原則,此時RBC將向列車發(fā)送一個以39信號點為目標點的CEM。車載設備接收到該消息后新生成一個以39信號點為目標點的SMA,從而確保列車的安全運行。(2)當列車在39信號點前停車后,根據(jù)運行規(guī)則,列車在信號防護點前停車2min,司機通過按壓“越行”按鈕,使列車自動轉(zhuǎn)入OS模式,并按固定限速40km/h監(jiān)控列車運行。列車以OS模式越過39信號點進入39G故障軌道區(qū)段。當列車經(jīng)過參考位置應答器并到達工作正常且鎖閉的41G軌道區(qū)段時,向RBC報告有效的位置。當新的進路占用與列車報告位置的時間間隔在6s以內(nèi)時,并且RBC通過判斷前方無其它列車后,向列車發(fā)送新的完全監(jiān)控MA,MA的終點向前延伸;否則列車將繼續(xù)以OS模式駛向前方軌道區(qū)段。2.3列車的位置分布列車在進站過程中,接車進路中軌道區(qū)段隨列車的順序占用和出清逐段解鎖,因此列車處于如圖3中的4個不同的位置時所接收到的MA不同。當列車停穩(wěn)計時結(jié)束后,接車進路狀態(tài)無效,MA縮短到列車前端位置。2.3.1u2009列車停穩(wěn)如圖3所示,當列車在位置1時,列車已得到以出站信號機X3為終點的MA,并繼續(xù)前進。當列車行至位置2時,RBC以進站信號機X為目標點,向列車發(fā)送CEM。但經(jīng)過判斷,該CEM消息乃是由于本列車進入X_S3區(qū)段引起的,因此列車忽略該CEM繼續(xù)前行。當列車進入到位置3處時,聯(lián)鎖又向RBC發(fā)送進路被占用的狀態(tài)信息,并且啟動股道判斷列車停穩(wěn)計時,直到列車進入位置4,列車停車后,RBC向聯(lián)鎖報告列車速度為零的信息;等到計時40s后判斷列車停穩(wěn),接車股道進路被解鎖,聯(lián)鎖向RBC發(fā)送接車進路“無進路(NoRoute)”信息;RBC收到該“無進路”信號后,向列車發(fā)送到列車前端的MA,于是列車將MA縮短至列車前端,使列車保持停車狀態(tài)。2.3.2接車過程中站內(nèi)軌道黨對列車ma的獲得當站內(nèi)軌道發(fā)生故障時,由于在接發(fā)車過程中所采取的方法一致,因此,經(jīng)過分析,概括了接車過程中站內(nèi)軌道非正常占用和道岔失去表示情況下列車MA的獲得,并歸納如表1所示。3evc仿真模型根據(jù)分析,利用UPPAAL軟件對列車在不同的狀態(tài)下獲得的MA,以及獲得MA后的對應操作進行仿真。設計包含以下3個仿真模型的自動機網(wǎng)絡:圖4、圖5、圖6分別是列車車載(EVC)模型、RBC模型、聯(lián)鎖(iLock)模型,表2為EVC模型的位置、通道、函數(shù)及變量定義。通過對該自動機網(wǎng)絡仿真得出當列車按以上原則進行操作后,列車能安全發(fā)車到進站停車。為使系統(tǒng)能遍歷全部的結(jié)點,在設計激勵條件時采用一些變量。如圖4中變量signal_out是用來區(qū)分當列車獲得CEM后是否能在信號機或道岔前制動停車:當signal_out為奇數(shù)時,認為其可以直接制動停車;當signal_out為偶數(shù)時,認為列車不能在信號機或道岔前制動停車,需繼續(xù)前行越過信號機或道岔并制動停車。4不同狀態(tài)下列車運行密度maMA的正確獲取在列車防護曲線的正確計算以及保證列車安全運行方面發(fā)揮著重要的作用。因此,列車無論在接車、發(fā)車以及區(qū)間段中運行,都必須獲得正確的MA,確認本列車的MA范圍內(nèi)無其它列車且能正常接收到下一下區(qū)段的M

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