（交通信息工程及控制专业论文）CTCS3级列控系统仿真软件包的设计和实现.pdf

中文摘要 摘要：中国铁路正处于一个高速发展的时期，而当今先进的计算机技术，通信技 术和控制技术的发展为中国铁路的发展提供了必备的技术条件在这种情况下 c t c s 3 级作为一种先进的列车控制技术必将成为中国铁路列车控制的发展方向 中国在c t c s 3 方面的研究才刚刚起步，欧洲对e 盯峪眦s 系统的研究已经比较成 熟，有系统的技术规范和制订的有效经验，这样向欧洲的e r t m s e t c s 系统的先进 经验和技术规范学习就很有必要，一定会有助于c t c s 3 的研发。 本文重点研究c t c s 3 级列车控制系统的仿真软件包的设计和实现，主要做了以 下工作： 1 、研究分析了e t c s 列控系统的技术规范，深入研究了e t c s 2 级列控系统的 工作机理。 2 、重点研究了c t c s 3 级列控系统的系统结构框架和工作机理，分析了r b c 、 车载设备，应答器和联锁设备等关键模块的功能 3 、提出了c t c s 3 级仿真软件包的总体框架，设计了主要子模块r b c 模块、车 载设备模块、应答器模块和联锁设备模块在系统中的功能和彼此之问的信息流程 分析了仿真系统的工作机理。 4 、在c + + b u i l d e r6 0 环境下对c t c s 3 仿真软件包进行了软件设计，实现了 部分功能。 关键词tc t c s 3 ；软件仿真包；r b c ；车载设备；轨旁设备；联锁设备 分类号：u 2 8 4 9 1 a b s t r a c t b s t r a c f ：c h i m e s r a i l w a yi sb e i n g a p e r i o do f h i g hs p e e d d e v e l o p m e n t , a n dt h ea d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n o l o s y , c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d c o n t r o lt e c h n o l o g yp r o v i d et h er e q u i r e dt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n to fc h i n m e r a i l w a y i nt h i ss i t u a t i o n , c t c s 3 a sa na d v a n c e dc h i n e s ec o n t r o lt e c h n o l o g y , w i l lb e t h ed e v e l o p m e n td i r e a ：t i o no f w a i nc o n t r o ls y s t e mi nf u t u r e ，i tw i l lb ea l o n gw a yt o s t u d ya n dd e s i g nc t c s 3o fc h i n e s er a i l w a y ，a n de r t m s e t c sh a sb e e nw e l l m a s t e r e di ne u r o p , a n di th a sm o r ea d v a n c e de x p c r i c ca b o u tt e c h n i cc r i t e r i o n , a n di s n e c e s s a r yt ol e a nf r o mt h et e c h n i cc r i t e r i o nf o ru s w h i c hw i l lb eh e l p f u lt ou st o d e v e l o pt h ec f c s 3 o fc h i n e s e r a i l w a y t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e st h es o l h v a l es i m u l a t i o no fc t c s 3t r a i nc o n t r o ls y s t e mo f c h i n c $ cr a i l w a y , s u c hw o r kh a sb e e n d o n ea sf o n o w ： 1 、s t u d ya n da n a l y s t h et e c h n i cc r i t e r i o no fe r c s 2t r a i nc o n t r o ls y s t e ma n d e s p e c a i l l yt h et h ew o r kt h e o r yo f e t c s 2 t r a i nc o n t r o ls y s t e m 2 、m a i n l ys t u d y t h es y t e ms t r u c t u r e f l a r f l e a n d w o r k i n g t h e o r y o f c t c s 3 t r a i n c o n t r o ls y s t e m , a n da n a l y s y s e st h ef m l c t i o no f b ys u b - s y s t e m ，s u c ha s r b c ，t r a i n _ c a r r i e de q u i p m e n t ，b a l i s ea n di n t e r l o c k i n g 3 、i tp r e s e n t st h es y s t e ms i m u l a t i o ns t r u c t u r ef 哦d m eo fc f c s 3s i m u l a t i o ns o f t w a r e p a c k a g e ，a n dd e s i g n e st h ek e ys u b - s y s t e m ，r b c t r a i nc a r r i e de q u i p m e n t , b a l i s ea n d i n t e r l o c k i n g i ta l s oa n a l y st h ew o r k i n gt h e o r yo f t h es i m u l a t i o ns y s t e m 4 、d e s i g nt h es o f t w a r eo fc t c s 3c o m p u t e rs i m u l a t i o ns o f t w a r ep a c k a g ea n d i m p l e m e n ts o m ef u n c t i o no fc t c s 3 k e y w o r d s ：c t c s 3 ；s o f t w a r es i m u l a t i o n ；r b c ；w a i n _ c a r r i e de q u i p m e n t ；b a l i s e ； i n t e r l o c k i n g 致谢 在整个硕士的学习和研究过程中，导师张勇副教授在学习和生活上都给予了 我无微不至的关怀，由于作者本科时学习的是机械专业，对信号领域知识欠缺， 辛得张老师的耐心而细致地指点，才使自己很快踏入了铁路信号控制这个充满无 限前途的领域。在研究过程中，因为c t c s 3 级在国内只是起步阶段，导师为我提供 了大量的第一手资料，为了我的研究工作提供了极大的帮助在论文的写作过程。 中，无论从论文的选题还是论文的最后定稿，都倾注了导师无数的心血。而且导 师在提供良好工作条件、环境等方面给予了无条件的支持正是由于导师的精心 指导和严格要求，使我顺利地完成了论文两年多来，导师严谨的学术作风，渊 博的知识，敏锐的思维能力和敢于创新的精神，都深深地影响和教育了我，并将 使我终身受益，在此，表示衷心的感谢! 在实验室工作及撰写论文期间，韩胤、张维维、孙玉鹏、崔莺莺、王春花 等多位同学对我的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情 在求学阶段，得到了多位研究生同学和大学同班同学的支持和帮助，在这 里深表谢意l 借此机会向辛勤养育我，激励我在漫漫求学之路上不断进取的的父母表示感 谢! 最后向所有给于我关心，支持和帮助的人表示衷心的感谢l 1 引言 e r t m s 是欧洲铁路运输管理系统( e u r o p e a nr a i lt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的缩写，是欧洲各信号厂商在欧洲共同体的支持下，为克服欧洲各国信号制式互 不兼容，保证高速列车在欧洲铁路网内互通运行，联合制订的一种列车运行控制 系统技术规范欧盟已通过立法( d i r e c t i v e9 6 4 8 e c ) ，不仅高速铁路要强制实 行e l 硼临e t c s 技术规范，而且普通铁路也要实施该标准 e r t k s 包括三个组成部分：欧洲列车控制系统册c s 、无线通信系统g s m _ r 和 欧洲运输管理系统e t 峪。 e r t m s 中的e t c s 部分涉及列车控制与信号方向，包括了所有的信号技术，是 一个先进的列车自动防护( a t p ) 和机车信号技术规范e t c s 部分是我们研究和借 鉴的主要对象 g s m _ r 是基于成熟的公共网络的g s t l 的技术，为铁路专用的通信网络g s m - r 可以覆盖地面设备和车载设备，为它们提供连续、双向的信息传输通道。 e t 峪是一个最优化的铁路运输系统，通过e t c s 接受列车的实时信息，向司机 报告列车的实时位置，根据列车的实时信息和运行计划优化列车的调度，并管理 列车( 特别是国际列车) 的运行路径，从而提高欧洲铁路的客货运输能力。 1 1 2e r t m s e t c s 系统的应用等级 等级0 ：装备了e 硎s e r c s 的列车可以在没有装备e r t m s 眦s 轨旁设备、 或者本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的e i 硼峪e t c s 线路中运 行； 等级s t l l ：装备e r 删s 眦s 的列车，在装备国有( 本地) 信号系统的线路 上运行，它们之阿通过s t m 进行接口； 等级1 ( 带注入或不带注入信息) ；装备了e r t m s 哦s 的列车，在装备有 e u r o b a l i s e 的线路上运行，线路上可选用欧洲环线或无线注意入单元： 等级2 ；装备了e i h m s 既c s 的列车，在由无线闭塞中心r b c 控制的、并且 装备了e u r o b a l i s e 和e u r o r a d i o 的线路上运行，由轨旁设备提供列车定位 功能和列车完整性检测； 等级3 ：与等级2 类似，但是列车定位和列车完整性检测根据从列车接收 的信息。 1 2 中国列车运行控制系统( c t c s ) 介绍 为提高中国铁路运输的安全性，满足互通运营，规范系统设计，适应发展需 求，中国铁路提出了中国列车运行控制系统( c t c s ) 发展战略 1 2 1c t c s 的体系结构 c t c s 的体系结构按铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层和车载设备层 配置 铁路运输管理层 网络传输层 地面设备车载设备 层层 图1 1c t c s 的体系结构 铁路传输管理系统是列车行车指挥中心，以c t c s 为行车安全保障基础，通过 通信网络实现对列车运行的控制和管理。 网络传输层分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。 地面设备层主要包括列控中心、轨道电路、查询应答器、接口单元、无线通 信模块等。列控中心是地面设备的核心，根据行车命令、列车进路、列车运行状 况和设备状况，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对列车的控制。 车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适 应轨道电路、查询应答器和无线传输方式车载设备层主要包括车载安全计算机、 连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和 记录单元等。 1 2 2c t c s 系统的分级 c t c s 为了保证列车安全运行，以分解形式满足不同的线路运输需求。根据系 统配置按功能划分为5 级o 。 2 c t c s o 级为既有线路的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成； c r c s l 级由主体机车信号加强型运行监控记录装置组成它主要面向1 6 0 k m h 以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，并增加查 询应答器，实现列车运行安全监控功能。 c t c s 2 级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，只要面向提速干线和高速 新线，采用车一地一体化设计它适用于各种提速区段，地面可不设通过信号杌， 机车乘务员凭车载信号行车 c t c s 3 级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运 行控制系统主要面向提速干线和高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭 塞或虚拟自动闭塞。它适用于各种提速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务 员凭车载信号行车。第三级在第二级的基础上，地面设备中采用r b c 通过无线通 信手段对地面列车进行问隔控制，根据列车占用情况及进路状态向所管辖的列车 发出行车许可和列车控制信息；点式信息设备只提供列车定位信息 c t c s 4 级是基于无线传输信息的列车运行控制系统。主要面向高速新线或特殊 设备，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞它由r b c 和车载验 证系统共同完成列车定位和列车完整性检查，地面可不设通过信号机，机车乘务 员凭车载信号行车 c t c s 各级之间存在如下关系： 符合c t c s 规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制 的运用要求；系统车载设备向下兼容； 系统级间转换应自动完成； 系统地面、车载配置如具备条件，在系统故障条件下应允许降级使用； 系统级间转换应不影响列车正常运行。 系统各级状态应有清晰的表示。 1 3c t c s 3 级仿真软件包的设计目的和意义 “十一五”期f 可是中国铁路高速发展的时期，干线铁路将第六次大提速，为 确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运 行控制系统。 中国列车控制系统( c r c s ) 设备智能化、模块化、规范化，能适应更高的安 全需求、快速需求和服务需求而c t c s 3 级列车运行控制系统是中国列车控制系 统( c t 岱) 的重要组成部分之一，在未来中国铁路的发展中占据非常重要的地位 对这种先进的列控技术进行研究已经势在必行。现在对于c t c s 3 级列车运行控制 系统的研究还只是一个初级阶段，所以有必要先在实验室中对系统进行仿真，这 样才能更熟悉c t c s 3 级的工作机理 c t c s 3 级仿真软件包按照c t 岱3 级的操作规范仿真了c t c s 3 级的基本功能，、 演示了c t c $ 3 级系统的概念、功能以及工作机理，使我们能够在较短的时间内对 c t c s 3 级有个比较系统的了解而且通过研究c t c s 3 级仿真软件包，发现问题，解 决问题，有助于进一步研究c t c s 3 级系统的列车运行控制 1 4 论文的主要内容 本论文基于c t c s 3 级列车控制系统，设计了c t c s 3 级列控系统仿真软件包， 并实现了部分功能各章的主要内容安摔如下： 第一章分析了欧洲e t c s 系统的产生和发展，c t c s 3 级产生的背景以及国内的 研究和发展状况，说明了设计实现c t c s 3 级列控系统仿真软件包的目的和意义 第二章重点介绍了c t c s 3 级列控系统的系统结构，各个子模块的功能，并 详细分析了c t c s 3 级整个系统的工作机理 第三章设计了c t c s 3 级仿真软件包的系统结构框架和仿真实现的整个工作流 程，并对c t c s 3 级中的r b c 模块、车载设备模块、应答器模块和联锁设备的功能 进行了分析设计 第四章根据仿真软件包的结构框架和各个子模块的功能，在c + + b u i l d c r 6 0 环境下对c t c s 3 仿真软件包的各个子模块进行了设计，实现了部分功能。 4 2c 承器3 级列车控制系统分析 2 1c t c s 3 级列车控制系统的介绍 c t c s 3 级列车运行控制系统是中国列车控制系统( c t c s ) 的重要组成部分之一， 它采用无线通信系统( 如g s m - r ) 实现地面一列车问连续、双向的信息传输，即 c t c s 3 级是基于无线通信的列车运行控制系统。 c t c s 3 级中列车的间隔控制采用固定闭塞方式，列车速度控制采用目标距离模 式控制( d i s t a n c et og o ) 方式，轨道电路仅用于列车占用检查和列车完整性检查， 测距修正的定位基准及运行方向等信息由线路上安装的固定应答器提供。无线闭 塞中心(，以下简称 根据固定闭塞信息及进路信息产生_ r a d i o _ b l o c k c e n t e rr b c ) 行车许可通过g s m - r 传送到列控车载设备，其它与列车运行控制系统有关的信息 如临时限速及线路参数等也通过无线通信系统传输到列控车载设备 c t c s3 级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载 信号行车 2 2c t c s 3 级列车控制系统的结构 c t c s 3 级分为车载设备和地面设备两个主要部分 2 2 1c t c s 3 级地面设备包括： 1 ) 无线闭塞中心( r b c ) ，使用无线通信系统的列车间隔控制系统。它根据 列车占用情况及进路状态向所管辖列车生成行车许可，接收c t c 设备提供 的临时限速信息，并通过g s m - r 向列控车载设备传送行车许可、临时限速 及线路参数信息等； 2 ) 无线通信( g s m _ r ) 地面接口设备，主要负责与地面g s m - r 网络系统相连， 实现地一车间大容量的信息交换； 3 ) 应答器，主要提供列车运行方向及定位基准信息； 4 ) 轨道电路，主要用于列车占用检测及列车完整性检查。 5 ) 列控中心，向r b c 提供轨道占用信息。 6 ) 联锁设备，为列车安排进路 c t c s 3 级地面设备的基本功能包括： 1 ) 在地面r b c 控制区域内，r b c 通过列车的c t c s 识别码获得列车的信息； 5 2 ) r b c 通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车； 3 ) r b c 根据联锁、轨道电路等系统提供的信息，生成管辖内每一列车的行车 许可； 4 ) r b c 接收调度集中系统( c t c ) 提供的l i 缶时限速信息； 5 ) p , b c 向管辖内列车传送列车当前的行车许可、临时限速及线路参数； 6 ) 地面应答器负责提供列车定位基准信息及运行方向信息。 7 ) 轨道电路，主要用于列车占用检测及列车完整性检查 8 )联锁设备接收r b c 的进路请求，为列车安排进路 2 2 2c t c s 3 级车载设备包括： 1 ) 车载安全计算机，对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离 模式曲线，控制列车按命令运行； 2 ) 无线通信( g s m - r ) 车载接口设备，主要负责与车载g s m r 系统相连， 实现地一车间大容量的信息交换，接收地面r b c 传送的运行许可、临 6 时限速及线路参数等，向地面发送车次及列车的运行状态信息等； 3 ) 应答器接收模块( b 佩) ，完成应答器信息的接收与处理； 4 ) 测速模块，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离； 5 ) 记录单元，对接收信息、系统状态和控制动作进行记录； 6 ) 人机接口，车载设备与司机交互的接口； 7 ) 运行管理记录单元，规范司机驾驶，记录与运行管理相关的数据 c t c s3 级车载设备的基本功能包括： 1 ) 接收g s m - r 传送的行车许可、临时限速及线路参数等信息； 2 ) 向列控地面系统发送列车运行的动态信息； 3 ) 接收地面应答器提供的定位基准信息、列车运行方向信息等； 4 ) 实时测量列车的运行速度和走行距离等； 5 ) 实时计算目标距离模式控制曲线； 6 ) 列车超速时，自动实旌常用制动或紧急制动； 7 ) 显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等； 8 ) 以语音或声光报警方式显示工作状态： 9 ) 具有运行记录功能。 2 3c t c s 3 级列车控制系统的工作机理 c t c s 3 级的研究刚刚起步，还只是处在一个研发阶段，目前的材料比较少， 作者主要参考了欧i i l | e t c s 2 的技术规范和其他一些资料， c t c s 3 列车控制系统是基于无线通信的列车控制系统，本身有很多的子系统， 可分为地面部分和车载部分两个大部分 c i c s 级列车控制系统的工作机理是个很复杂的过程，实现如下图所示： 7 c t c 调度指挥中心 l i i c l 车站自律分机l c 1 车站自律分机 l c t c 车站自律分机 车中申幸申申申申申 团回圃 图2 2c r c s 3 级的工作机理 下图是列车运行过程中各个主要子模块之间的信息流图 冀 列车 线 运行许可及临时 限速等信息 图2 3c t c s 3 级各子系统数据流图 8 临时 息 j e 塞銮亚太堂硒兰僮论塞g 匿墅级篮基丕统簋佳结控盈让塑釜位基搓 缝功 能途 让 3c t c s 3 级仿真系统总体结构设计和各仿真模块功能设计 c t c s 3 级软件仿真系统由地面部分和车载部分构成( 如图3 1 所示) 图3 1c t c s 3 级仿真基本机理 3 1 1c t c s 3 级地面设备包括： 1 ) r b c 仿真模块 2 ) 应答器仿真模块 3 ) 轨道电路仿真模块 4 ) 联锁设备仿真模块 地面设备的基本功能如下： 1 无线闭塞中心( r b c ) 仿真模块： a ) 在r b c 控制区域内，p , b c 通过列车的c t c s 识别码获得列车的信息 b ) p , b c 通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车 c ) r b c 根据联锁、轨道电路等系统提供的信息，生成管辖内每一列车的 9 j e 塞变通太堂亟兰僮论塞g 竖级值真丕统簋佳绮掏设让塑釜值裹搓 捷功能避 让 运行许可 d ) r b c 接收调度集中系统( c t c ) 提供的临时限速信息 e ) r b c 向管辖内列车传送列车当前的行车许可、临时限速及线路参数 2 地面应答器负责提供列车定位基准信息及运行方向信息 3 联锁设备主要用于为列车安捧进路 4 轨道电路负责检查列车占用和列车完整性检查 3 1 2 车载设备包括： 车载安全计算机模块。 车载安全计算机模块的主要功能是处理接收到的各种信息，接收到的信息主 要是r b c 发送来的运行许可和临时限速等信息。应答器发送来的列车定位，列车 运行方向以及线路数据等信息。车载安全计算机根据这些信息生成目标距离控制 曲线，监督列车列车运行，提供列车运行防护 3 1 3c t c s 3 级仿真软件包具体工作机理如下； 1 ) 首先c 亿调度控制中心生成列车运行计划表和临时限速信息，列车计划表 包括出发列车的数目、标示号、每辆列车的长度、最大运行速度、发车站 名、发车股道号，到站名、到站股道号、发车时间、到站时间等信息；临 时限速信息包括临时限速的标示号、速度值、开始位置、结束位置、开 始时间、结束时间，不过在本次仿真时，临时限速基本上贯穿于整个仿真 过程中，设置开始时间和仿真时间只是为了以后扩展的需要。 2 ) c t c 调度控制中心将列车运行计划表发送给c t c 车站自律分机。c i c 车站自 律分机根据列车运行计划表自动向联锁设别发送联锁设备发送进路设置 命令，联锁设备按照运行计划为每个列车的办理进路 3 ) c t c 调度控制中心同时向r b c 发送临时限速信息，p , b c 将临时限速存储，再 发送给控制区域内的每个装备有c 1 c s 3 级设备的列车 4 ) 每辆列车都有自己的运行时刻表，时间到以后车载设备就向p , b c 发送运行 许可请求，r b c 接收到车载设备的运行许可请求后，向联锁设备发送进路 请求。 5 ) 联锁设备根据c t c 车站自律分机的进路设置命令为列车办理进路，联锁设 备为列车安排进路，先检验此条进路中的道岔、股道以及信号机是否满足 条件，如果满足条件则进行进路锁闭，同时将信号机开放，如果不满足条 件就不能为列车安排进路 6 ) 到列车发车时间时，r b c 会向联锁发送进路请求。联锁设备向r b c 发送站场 状态，并将进路安排通知r b c 7 ) r b c 就根据进路安排情况为车载发送运行许可，并发送给车载设备；如果 j l 塞銮道太堂亟堂焦j 金奎g 酸缓伍基丕统蕴往绩拽逮让塑釜值真撼 缝功能遮 让 联锁没有为列车办理进路，那么r b c 只发送确认消息给车载设备，并给出 车载设备的重复请求周期。车载设备在规定时间后重新申请运行许可 8 ) 联锁设备安捧进路后，马上锁闭进路，并开放信号灯 9 ) 车载设备在接收到运行许可以后，开始发车 1 0 ) r b c 在向车载设备发送运行许可的同时发送静态速度曲线、临时限速信息， 车载设备再根据自身的最大运行速度计算得出最严格静态速度曲线车载 设备接收到运行许可后，根据最严格静态速度曲线和运行许可计算出动态 速度曲线。根据加速度的不同可分为常用制动曲线和紧急制动曲线两种限 制曲线。 1 1 ) 列车在自身过程中要连续计算列车的速度和位置，为列车防护提供依据。 1 2 ) 列车在运行过程中时刻受到动态速度曲线的监督，如果列车撞上常用制动 曲线就采取常用制动，如果撞上紧急制动曲线就采取紧急制动一般情况 下应该尽力避免采取制动 1 3 ) 列车在运行过程中，不但连续监测列车的速度，还有列车的位置。防止列 车越界 1 4 ) 系统如果列车撞上运行许可请求曲线时，车载设备就向r b c 发出运行许可 请求，r b c 接收到请求后，首先判断自身是否繁忙，如果是就发送一个确 认消息给车载设备，并通知车载设备在规定时间后重新申请运行许可；否 则r b c 向联锁设备发送进路请求，轨道电路监测前方轨道是否占用，如果 是，r b c 就不能向车载设备发送运彳亍许可，同样发送一个重发周期时间， 如果前方轨道空闲，r b c 向车载设备发送运行许可 1 5 ) 车载设备接收到新运行许可后，马上替换旧运行许可 1 6 ) 如果列车到达l o a 时，列车还未收到新的运行许可，列车就要减速到直到 停车。 1 7 ) 应答器监测到列车驶过时，就主动发送应答器的位置报告，向列车提供定 位和列车的运行方向 1 8 ) 车载接收到应答器发送来的定位信息时，马上校正自身计算得出的绝对位 置。 1 9 ) 当车载设备接收到的运行许可包含r b c r b c 交换边界时，让与r b c 会让与 r b c 同时向车载和接收r b c 通告交接消息，让与r b c 会将列车的信息通知接 收r b c ，当列车的最大安全前端抵达r b c r b c 边界时，车载设备同时向让与 r b c 和接收r b c 发送位置报告。当列车的最大安全前端通过边界应答器时， 车载设备便接受接收p , b c 的监督，使用来自接收r b c 的消息。 2 0 ) 在进站边界同样有一个应答器组，当列车到达应答器组时，应答器组会给 1 1 j e 塞銮适太堂亟堂位论窑g 匹蔓3 级值真丕绮簋佳绪掏邀让麴釜值墓基 缝盐熊途让 出列车位置报告，向列车提供定位功能，当车载设备接收到来自r b c 的运 行许可包含此应答器组时，且行驶到此应答器组时，就向r b c 发送运行许 可请求，r b c 向联锁设备发送进站请求，联锁设备根据轨道占用情况来安 捧进路，如果股道占用，就监测轨道占用状态，当轨道空闲时就为r b c 安 排进路，并将进路锁闭，r b c 生成运行许可并发送给车载设备，车载按照 运行许可进站。 3 1c t c s 3 级仿真系统总体结构设计 3 2c r c 模块功能设计 3 2 1c t c 模块的功能分析 调度集中控制系统( c t c ) 是高速铁路运营管理和列车运行控制的中枢系统，它 是根据机车车辆配备和动力特性、车站配线及车站作业、沿线线路状态、人员的 配备及相邻线路列车运行的状态、统一指挥列车运行和协调铁路运输的各种工作 的系统。 调度集中控制系统( c t c ) 由c r c 调度指挥中心和c t c 车站自律分机构成 c t c 调度指挥中心负责生成列车的运行计划，并发送给下面的各一i c t c 车站自律分 机。c t c 调度指挥中心下面通常会有许多个c t c 车站自律分机； c t c 车站自律分机接收调度中心下达的列车运行计划，依据列车运行计划自动生 成列车进路指令并适时执行。 图3 3c i 的结构图 3 2 2c t c 模块发送临时限速 j e 塞变盈太堂亟堂僮逾塞g 匿酸级篮墓丕蕴盟篷绪翅遨让麴釜值真燕 基功能 邈让 临时限速是c t c 仿真管理的一个内容，由c t c 仿真管理窗口输入目的就是 为了使正在运行的列车在一些特殊地段来降低列车行驶允许速度，满足在特殊地 段要求较低的运行要求，比如，正在进行的一些轨道作业等 临时限速有自己的技术要求，具体如下； 1 )所有的临时限速应相互独立，互不影响。 2 )当两个或更多的临时限速相互重叠时，应使用重叠区域内的的最限制的 速度值。 3 ) 每一个l 临时限速都应具有一个识别号，以便可利用该识别号撤销临时限 速。 4 ) 当收到从c t c 管理中心发出的撤销( 命令) 时，应立即撤销速度限制，而不 考虑列车长度的延迟 5 ) 如果受到新的临时限速则应判断是否具有相同识别号： a ) 没有相同识别号，不应取代以前的临时限速； 有同样识别号，应取代以前的临时限速。 3 2 3c 】r c 管理列车运行计划表 列车计划运行图是一个列车运行的依据，由列车记录组成，每个列车记录包 含一系列的列车的信息 列车计划运行表是由c t c 调度指挥中心生成的，再发送到各个子模块 列车运行计划表如下图所示： 车辆标示发车到站运行始发终点管辖列车 数号时间时间方向 站站r b c 标进路 示号 表3 4 列车运行计划表格式 列车进路包括列车在a 站几股道发车，到b 站几股道停车 3 2 4a 陀模块和i m c 模块的接口 1 ) c t c 模块向r b c 模块提供临时限速信息。 2 ) r 1 3 c 模块向c t c 模块提供列车状态信息。 1 3 j e 塞銮道太堂毯兰位i 金室g 匿坠级值塞丕统簋佳结控盈让塑釜值裹攘 基功能遨让 c t c 仿真模块 栖时限速信息 r b c 模块 临时限速输入 提供运行许可 列车计划表 等信息 进路安捧 列车状态 图3 5c r c 模块和r b c 模块的接口 3 2 5a r c 模块和联锁设备模块的接口 1 ) c t c 模块向联锁设备进路设置命令。 2 ) 联锁设备向c t c 模块提供站场状态信息 c t c 仿真模块 进路设置命令 联锁设备模块 临时限速输入 列车计划表 迸路安捧 进路安排 站场状态信息 图3 6c t l c 模块和连锁设备模块的接口 3 3车载设备模块功能设计 由于仿真的需要，c r c s 3 级车载设备只包含车载安全计算机( e v c ) 模块，主 要功能是对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车 按照命令运行，防止列车越过运行许可 车载设备具体实现功能如下； 1 ) 接r b c 发送的运行许可等信息 2 ) 接收c t c 发送的临时限速及线路参数等信息； 3 ) 接收地面应答器提供的定位基准信息、列车运行方向信息等； 4 ) 实时测量列车的运行速度和走行距离等； 5 ) 实时计算目标距离模式控制曲线； 6 ) 列车超速时，自动实施常用制动或紧急制动 3 3 1最严格的静态速度曲线 1 4 j 塞銮益太整亟堂熊i 幺奎g 蔓盟级值墓丕统簋篷结控速吐塑釜值裹搓 基功 能 盈盐 最严格的静态速度曲线由下面一些数据计算： 1 ) 静态速度曲线 2 ) 临时限速 列车最大运行速度 静态速度曲线来自于线路数据库中，是对某一段轨道的固定速度限制描述 它是由最大线路速度、曲线、道岔、隧道轮廓、桥梁等线路因素决定的对于每 一辆列车在相同的线路都有相同的静态速度曲线。整个线路设置好以后，列车的 静态速度曲线也固定下来。 临时限速由c t c 仿真管理模块发送给r b c ，再由p , b c 发送给车载设备。每个临 时限速相互独立，如果有多个临时限速重叠，取其中最小值。 列车最大运行速度是列车的静态属性，在输入列车运行计划表时输入 实现原理如下图所示； 速度限制分类- ，列车长度 最严格的速度曲线 图3 7 最严格的速度曲线 3 3 2列车动态速度曲线 动态速度曲线即目标距离控制曲线，是对给定的一段轨道上列车应服从的最 限制的速度限制的一种描述，是速度限制中的最小值，也就是所有速度限制中最 限制的部分。在构成最严格速度曲线的任何一个部分发生变化时，都应对它进行 重新计算 计算动态速度曲线主要是依据下列数据： 1 ) 最严格的静态速度曲线 2 ) 列车运行许可 j e 塞銮通太堂亟兰崖i 幺塞g 匿酸缓伍塞丞统簋佳绪控盈让狸釜值甚撞 基 功 能途盐 3 3 3速度监督 速度监测是监督列车相对于它的位置的速度，目的是为了使列车遵守最严格 的限制速度曲线和限制性许可，许可终点 方法：车载设备连续监测列车的位置和速度，同时比较在同一位置列车当前 速度和目标控制曲线对应的速度制，如果前者小于后者，列车正常行驶，否则列 车需要采取适当措施制动 主要有三种速度监控： 1 ) 顶棚速度监督： 2 ) 目标速度监督： 3 ) 开口速度监督 1 、顶棚速度监督：监督恒定速度曲线，而此曲线决定于最严格速度曲线的当 前值。 2 、目标速度监督：监督制动以使列车速度降低或达到e o a l o a 。 有两种类型的目标速度监控： 1 ) 当列车制动到目标速度； 2 ) 当列车制动到e o a 区段。 3 、开口速度监督 开口速度( r s ) 监督视应用于接近e o a 的区段，此处以固定的速度值行 驶，即开口速度监控列车速度 3 3 4列车运行防护 列车运行过程中，时刻受到速度的监控，在有些情况下列车在运行过程中不 可避免会超出限制速度，此时列车根据当前速度和速度限制的情况，采取不同的 制动措施，主要有两种防护措施； 1 ) 常用制动干预限制 2 ) 紧急制动干预限制 l ，常用制动干预限制( s b i ) ： 常用制动应作为系统干预的第一条线，被认为是非安全的，如果列车速度超 过了常用制动干预限制，系统应命令实施常用制动。常用制动触发后，当列车速 度等于或低于允许速度限制时，应撤销制动命令 2 、紧急制动干预限制( 即i ) ： 因为常用制动的不安全性，所以应把紧急制动作为第二条干预线进行备份， i 塞銮盈太堂臻兰僮j 幺奎。g 匮墅级笾裹丕统簋佳绮控盈让塑釜笾真攫 基功能 途盐 这通过紧急制动干预限制来确保若列车的速度超过紧急制动干预限制，系统应 命令实施紧急制动紧急制动当列车速度等于或低于允许速度限制时或列车处于 静止时，它应该被缓解 图3 8 列车运行防护 3 3 5车载设备模块和r b c 模块的接口 1 ) 车载设备向r b c 发送位置报告，其中包括列车标识号、列车位置、列车当 前速度、列车最大加速度等信息； 2 ) r b c 向车载设备提供运行许可、临时限速和静态速度曲线等信息 运行许可 临时限速 车载设备模块 静态速度曲线 剐虻黻 计算动态速度曲线 提供列车定位 列车运行防护 位置报告 7 列车运行方向 等信息 包括列生动赛 和静态信息 图3 9 车载设备模块和r b c 模块的接口 3 3 6车载设备模块和应答器模块的接口 列车定位主要是应答器将自身的绝对位置发送给车载设备，车载设备将其与 自身计算的位置比较，从而纠正列车里程计计算的误差 应答器组自身有方向，它根据列车驶来的方向即可知道列车的运行方向，从 而可以将列车的运行方向信息传送给车载设备 应答器向车载设备提供列车定位、列车运行方向信息 1 7 j e 夏銮通太堂壅堂位垃塞竖3 级值真丕蕴盛链结拽篮让塑釜值惠搓 基 功能 遮让 车载设备模块 列车定位 应答器模块 一列车运行方向 计算动态速度曲线 提供列车定位 列车运行防护 列车运行方向 等信息 图3 1 0 车载设备模块和应答器模块的接口 3 4r b c 模块功能设计 p , b c 仿真模块从c t c 仿真管理模块和外部轨旁设备模块得到的基本信息及由从 车载予系统得到的信息产生运行许可姒，再传输给车载子系统这些信息的主要 目的是提供运行许可，使列车在r b c 的管辖范围内线路上安全运行 3 a 1r b c 模块详细功能分析 1 ) 根据列车标识号识别在r b c 区域内每个装备c t c s 3 车载设备并在c t c s 3 系统 控制下运行的列车； 2 ) 跟踪在一个r b c 控制区域的受c t c s 3 控制列车的位置； 3 ) 为每辆列车确定运行许可( m a ) ； 4 ) 向每一辆列车分别传送运行许可( 砒) ； 5 ) 在p , b c r b c 的交界处完成不同髓c 间的列车控制权限的交接； 3 4 2 运行许g ( m a ) 设计 列车的运行是基于r b c 生成并发送给车载设备的运行许可姒。运行许可由r b c 根据既有得到的外部和自身信息为每辆列车提供，它能向列车提供连续速度监督， 有防止列车越过运行许可的作用； 3 3 2 1 运行许可的结构及特征 运行许可到许可终点( e o a ) 的距离可由几个区段组成，最后一个区段称为末 区段。如果运行许可只有一个区段，这一个区段就被认为是末区段。运行许可的 每一区段主要包括下列信息( 图1 2 所示) ： 1起始点 2 区段长度 3 运行许可末区段( 信息) 包括： j e 塞銮亟太堂亟堂位j 幺塞g 噬级值墓丕统簋佳结控选盐塑叠篮基搓 缝毡能途 让 a ) 危险点信息 b ) 保护区段的信息 危险点信息主要有： 1 ) 从区段终点到危险点间的距离 2 ) 与危险点相关的开口速度 保护区段的信息 1 ) 从末区段终点到保护区段终点间的距离 2 ) 超时时问 3 ) 保护区段超时计时开始位置到保护区段终点间的距离 4 ) 与保护区段相关的开口速度 区段( 1 )区段( 2 ) - - 末区段 图3 1 1 运行许可的结构 运行许可( 姒) 具有下列特征( 参见图3 8 ) ： 1 ) 许可终点( e o a ) 是允许列车行驶的位置。 2 ) 在e o a 处的目标速度是指在e o a 处的允许速度；当目标速度不为零时， e o a 被称为限制性许可( l o a ) 。 3 ) 如果没有保护区段存在，e o a 在危险点内的位置，列车前端可以到达 e o a 处而没有处于危险情况下的风险。 有两种运行许可，只能取其一 1 ) 许可终点( e o a e n do fa u t h o r i t y ) ，目标速度为零 2 ) 限制性许可( l o a l i m i to fa u t h o r i t y ，) ，目标速度不为零。 3 3 2 2 运行许可的请求 j e 塞銮通太堂亟堂位j 幺奎9 0 s 3 级伍真丞统簋焦结控邈让麴盔笾真燕 基功能盈 盐 在司机选择出发前车载设备应给r b c 发送一个运行许可请求当列车运行时， 车载设备可请求一个新的运行许可，请求的新的运行许可的参数应由r b c 给出在 列车运行过程中r b c 给出运行许可的时间条件：； 1 ) 假设列车正以警告速度行驶，在到达髓 l o a 的指示限制前的规定时间 内。 2 ) 运行许可的任何区段的定时终止前的规定时间内 我们在设计时也可以采用空间条件，选取一个点作为车载设备请求运行许可 的空间条件 由于链接或r b c 繁忙等原因，r b c 可能无法及时给出运行许可，那么r b c 会发 送一个接收确认标志，通知车载设备在一个规定的时间后重新申请运行许可，以 及给出请求重复周期。 在r b c 给出了新的运行许可参数前，所给的旧参数仍然有效，列车在旧的运 行许可的监督下运行 3 3 2 3 运行许可的生成 r b c 在接收到车载设备的请求后，如果允许，就会给车载设备发送新的运行许 可当车载设备接收到新的运行许可时，新的运行许可代替以前接收到的运行许 可，所有包含在先前运行许可中的数据将被新的数据所替代。 仿真系统生成运行许可步骤如下： 1 ) 车载向r b c 申请运行许可请求 2 ) 联锁设备检查轨道占用，并通知髓c ， 3 ) 前方轨道空闲，且r b c 空用，则r b c 生成运行许可并发送给车载设备， 否则只发送确认消息给车载设备，并通知车载在规定时间后重新申请 运行许可。 3 4 3r b c 对列车的控制 r b c 对列车的控制是通过列车的识别号来控制的。r b c 接收到生成的列车注 册表。通过不断监测列车注册表中各个列车的各种动态和静态信息，就可以得知 车载设备的动作。从而有效地控制列车的运行。 在无线机车信号系统中，车站无线闭塞中心都有一定的控制范围，列车从一 个闭塞中心控制范围进入到另一个车站闭塞中心控制范围内时，必需在两个车站 2 0 j t 塞奎亚太堂亟兰位j 幺玄璺竖3 级值真丕统簋佳绪控运让麴盔值裹搓 缝功能途 荭 闭塞中心之间进行控制权的切换，也就是列车的控制权的交接问题 r b c 的控制范围是用交换应答器来分割的，也就是说在两个r b c 控制范围的分 界点处安装应答器，当机车通过