（交通信息工程及控制专业论文）单线铁路调度员信息系统中的动态定位问题.pdf

西南交通大学研究生学位论文 6 2 8 0 8 2 第1 页 摘要 全球定位技术( g 1 0 b a lp o s i t i o n in gs y s t e m ) 的h 渐成熟和智能交通的 兴起，对铁路技术设备的改进、铁路运输能力的提高提供了有效的解决方案。 如何将全球定位技术用于铁路运输，越束越得到铁路工作者的关注。本论文 尝试把以全球定位技术为主的多种定位技术应用于单线铁路调度工作中，以 解决单线铁路调度员信息系统中的列车定位问题，从而达到减少运能损耗、 提高运输效率的目的。 目前，我国的单线铁路的列车定位问题没有得到很好的鹪决，调度员不能 准确知道列车在某一区间内的具体位置，从而不能对列车调度最优化，产生 运能损耗。针对铁路运输的特殊环境，把全球定位系统应用于这1 一领域，有 可能解决这一问题。 本系统立足于采用现有比较成熟的技术作有针对性的改进，以加强系统的 可靠性和可行性。 关键词 全球定位系统列车定位移动信息传输地图匹配 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 a b s t r a c t t h em a t u r i t yo fg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mt e c h n o l o g y ，t o g e t h e rw i t ht h er i s eo ft h e i n t e l l i g e n c et r a n s p o r t a t i o n ，p r o v i d e st h ei m p r o v e m e n to fr a i l r o a df a c i l i t i e s e q u i p m e n ta n dt h e c a p a c i t yo ft h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nw i t he f f e c t i v es o l u t i o n s h o wt ou s e t h eg p st e c h n o l o g y t os e r v et h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nd r a w sm o r ea n dm o r ec o n c e r n sa n da t t e n t i o n sf r o mt h e r a i l r o a dp r o f e s s i o n a l s t h i sp a p e ra t t e m p t st oa p p l yv a r i o u sp o s i t i o n i n gt e c h n i q u e s e c h n o l o 画e sw i t ht h em a i n f o c u so nt h eg p si nt h es i n g l e l i n er a i l w a yd i s p a t c hw o r kt os o l v et h ep r o b l e mo ft r a i n p o s i t i o n i n gi nt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mo fs i n g l e l i n er a i l w a yf o rd i s p a t c h e r s ，r e s u l t i n gi nt h e d e c r e a s eo f e n e r g yc o n s u m p t i o na n dt h ei n c r e a s eo f t h et r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c y a tp r e s e n t ，t h et r a i np o s i t i o n i n gp r o b l e mo nt h es i n g l e l i n er a i l w a ys t i l lh a sn og o o d s o l u t i o n si no u rc o u n t r y ；d i s p a t c h e r sc a n n o ta c c u r a t e l yk n o wat r a i n sp o s i t i o na tc e r t a i n r e g i o n ( s ) ，w h i c hl e a d st ot h ed i s a b i l i t yo fo p t i m i z i n gt h er a i l w a yd i s p a t c h i n g a n dt h e l o s s i n e f f i c i e n c yo ft h et r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y a i m i n ga tt h es p e c i a le n v i r o n m e n ti nw h i c h r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o no p e r a t e s ，w em a yr e s o l v et h i sp r o b l e mb ya p p l y i n gt h eg p st e c h n o l o g y i n t ot h i sr e a l m ， i no r d e rt oe n h a n c et h es y s t e m sd e p e n d a b i l i t ya n df e a s i b i l i t y ，t h es y s t e mi sb a s e do nt h e a d o p t i o no f t h ec u r r e n t l ym a t u r et e c h n o l o g i e st om a k et h ep e r t i n e n ti m p r o v e m e n t s k e yw o r d s ：g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，t r a i l qp o s i t i o n i n g ，m o b 订e in f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o h ，m a pm a t c h i n g 西南交通大学研究生学位论文第5 页 第一章引言 当前，我国正在进行西部大开发。西部的特点是，经济丰h 对落后，能源、矿产非常 丰富，劳动力充足。同时，地形以山地、丘陵为主，交通闭塞。对于铁路来说，就是铁 路以单线为主，运能低下但是运量巨大，尤其是潜在的运量巨大，运能与运量的矛盾 尤为尖锐。 要想提高铁路的运输能力，不外乎硬件和软件两个方面。一、硬件方面。就是加大 投入，修建尽可能多的铁道线路，改单线为双线，进行电气化改造等等。这是晟为彻底 的办法，能从根本上解决运能与运量的矛盾，但是，需要十分巨大的资金，并且周期很 长，我国是世界上最大的发展中国家，资金相对匮乏，需要进行建设的项目非常多，不 可能抽出足够的资金投入铁路建设，只能是循序渐进，逐渐进行建设。二、软件方面。 即加强管理，提高决策的科学性，向管理要效益，同时利用高科技手段，充分挖掘现有 线路的潜能，减少损耗。这种方法的最大特点是，投资小，见效快，最为适合我国的国 情。总之，要走科技的道路，走智能化的道路。 调度工作是铁路运输生产的中心环节，装备先进的技术设备将有助于减轻工作负荷， 提高调度质量，从而达到减少运能损耗，提高运输效率的目的。 本论文尝试从调度工作入手，利用现有的高科技手段，解决单线铁路调度员信息系 统中的列车定位问题，实现调度工作智能化，提高调车工作的科学性，从而达到提高生 产效率的目的。 西南交通大学研究生学位论文 第6 页 第二章解决单线铁路调度员信息系统中的列车定位问 题的必要性和可能性 2 1 调度工作概述 铁路运输工作有高度集中、统一指挥、分级管理的特点，在铁路内部建立了一套严 密的管理体系，包括组织管理、技术管理、计划管理，保证铁路生产像一架庞人的联动 机一样环环相扣，有节奏的运行。组织管理是指铁路运输实行铁道部一铁路局一铁路分 局一站段的四级管理，各级建立相应的组织机构，实行统一领导，分级管理。技术管理 是通过严格执行铁路技术管理规程、 铁路行车组织规则和车站行车工作组织细则 等法规来体现。计划管理包括编制和执行长期和日常运输计划、车流组织、列车运行图、 机车车辆运用计划等来完成运输任务。因此，铁路运输工作是以运行图为核心，一切按 照计划有条不紊的运行。 在日常运输工作中，货源、货流的变化和突发事件必然会引起车流、列流的变化。 因而，必须对变化了的情况，采取必要的措施。对日常的装车、卸车、交接车、列车的 编组运行及机车的运用等作出具体的安排。因此，建立了以调度所( 中心) 为核心的调 度机构，对日常运输生产计划统一调度指挥，合理组织日常运输生产活动，保证完成国 家规定的生产任务。 我国运输调度机构实行分级管理，建立了四级调度机构。铁道部设调度处，铁路局 设调度科，铁路分局设调度所，车站设调度室。各级调度员必须在卜级调度的指挥下进 行工作。各级调度机构中，按照业务分工，配备若干不同职名的调度员，对复杂的运输 生产活动进行全面的指挥和监督。其中，负责行车调度的调度员叫列车调度员。 一个铁路分局管辖若干个牵引区段，通常一个牵引区段就是一个调度区段。在一一个 调度区段内，由一个调度台的值班列车调度员负责组织和指挥本区段的甜车工作。儿与 行车有关人员必须严格执行列车调度员的命令和口头指示，服从其指挥。j i 要上作是： 西南交通大学研究生学位论文第7 页 榆查各站执行列车编组计划和列车运俐纠的情况，如发现叫题及时纠j l ：处州。 严格按列车运行阁指挥行年，随时掌握列车远行情况，遇到列车运行秩序系乱时 应积极采取措施，捌定运行酾帮方案，变更列车突会地点、组织列车加速运行、缔；减列 车停站时间，恢复列车正常运衍； 注意列车在车站到发及区间运行情况，防止列车运行事故，确保行车安全。 正确纪录列车运行轨迹。 实现区段站内各种建站的装卸任务，加速重空车流输送。 配合有关部门，完成施工，维修任务。 2 2 解决单线铁路调度员信息系统中的列车定位问题的必要性 为保证完成调度任务，列车调度员必须熟悉与行车有关的生产人员( 如车站值班员、 运转车长、机车司机等) 和技术设备( 如线路平、纵断面、车站到发线数量及其固定使 用办法，机车质量、机务整各设备以及信号、联锁、闭塞设备等) ，熟悉列车运行图、行 车编组计划、车站行车工作细则等技术文件和有关的规章制度，掌握气候变化对列车运 行影响的一般规律，善于针对不同的条件和列车运行情况，灵活应用各种列车运行调整 方法，充分调动有关员工的积极性，组织他们按照列车运行图的要求进行工作。 可见，调度工作是整个行车工作中最重要的环节，是铁路运输日常管理的指挥中心， 需要大量的人为因素的介入，同时对调度人员的素质要求非常高。面对大量的、复杂的、 繁重的任务，如果没有现代化的辅助设备，发出的调度命令非常容易出现不合理的情况， 这在实际生产中累见不鲜。 列车的动态运行情况即在某一时刻，具体处在哪一个位置、以多大速度运行，对 行车调度工作来说是首要的、基本的。不能准确、及时地掌握运行情况，就不能很好的 完成工作任务。而准确的定位是了解运行情况的一个基本点。但是长期以来，单线铁 路没有准确的定位手段。 西南交通大学研究生学位论文第8 页 2 2 1 有关技术设备 往我1 q ，为保证区削行车安全，提高区州通过能力和仃乍速度，通过电t 集r 亿n ：单 线铁路采半自动闭塞和在双线铁路采用自动1 3 1 摩列列车1 ，| - 区段上的运行进行控制。h 区间把列车分隔开，规定在一区问内同时只能容许一趟列车运行。即空问间隔闭塞。 ( 1 )电气集中 电气集中是一种车站内的列车运行自动控制系统。它的所有控制对象一信号机、道 岔和进路都可以通过控制台上的按钮集中操纵，道岔的转换利用电动转辙机，线路 和道岔区段都设置有轨道电路，自动监视线路是否有车占用。信号机、道岔和进路之间 的联锁，则采用继电器联锁电路来实现。 电气联锁的主要设备有：继电器、轨道电路、电动转辙机。其中，轨道电路可用于 定位。为检查轨道上是否有列车占用或向列车传递信息利用轨道的两根钢轨作导体， 两端以钢轨绝缘分界，并利用导线连接信号源和接受设备而构成的电路，称为轨道电路。 轨道电路的工作原理如图所示： 钢轨绝缘接续线 工 凸限流电阻轨道继电器 _ 9 9 5 越区成功率 未测量 9 9 5 传输延迟 未测量 2 r ，三弃；如果l l 2 r ，则d i 被激活，同时读取第个点d 2 、第一i 个j _ d 3 说明列车已到该点附近。在显示器t ，用第一个点亮或改变颜色表示。起始点得以匹配。 继续读取g p s 接收机传米的数据。检查它到d 2 的距离上2 ，如果工2 2 r ，互弃 如果l 2 2 r ，则d 2 被激活。再检查它到的d ) 距离工3 ，如果厶 3 r t 继续读下一个 位置数据直到厶蔓3 r ，此时关闭d l ，激活d 3 ，再令d l 为d o td 2 为d 】，d 3 为d2 读取下一个线路数据为d 3 。 继续读取g p s 接收机传来的数据。检查它到d ，的距离l 3 和它到d o 的距离l o 如果l 3 3 r 且l o 3 r ，丢弃该数据，读取下一数据：如果l 3 3 r ，此时关闭d 激活d 3 ，再令d l 为d o ，d 2 为d l ，为d ：，读取下一个线路数据为d 3 ；如果l o 3 r 说明该列车已反向运行，关闭d 2 ，激活d o ，再令d 2 为d o ，d o 为d 2 ，将线路数据指 针后移两位，并且将指针反向，读取下一点为d 3 。 重复，直到结束。 该方法简单、适用、可靠，运行速度快，对g p s 接收机的取样时间没有具体要求 可随时查询列车的位置。并且精度也能满足铁路运输的要求。 6 4 显示 为调度员提供一个可视的、直观的位置信息，便于调度决策，是本系统的目的。因 此，把经过匹配过后的位置信息在大屏幕显示器上显示出来，是本系统的最后一步。 在显示器上采用计算机图形技术显示列车的动态位置，技术相对简单、成型。即根 据电子地图的数据，画出列车运行的线路，再把经匹配之后的列车动态位置在该线路上 西南交通大学研究生学位论文 第5 6 页 标明，并随时更新。在设计软件时主要注意捉高图形的易i = ! 别性，注意色调的搭配，采 用高对比等方案，使图形一目了然。 作为一个纯粹的监督系统，到此已经完成。为了充分利用该系统，可附加些辅助 功能。比如：根据运行图的安排。可以得到列车在每一点的时刻，。旦实际运行时刻与 规定时刻误差超出一定范围，即自动提示调度员和司机，应加速后减速。还可以在列车 占据某区间时显示该区间的弯道、坡度、限速、接近车站等信息，供调度决策和运行调 整应用。实现这些附加功能，没有技术难点，所需的数据都能得到。根据需要，把每一 功能做成一模块，可随时增加、修改。 西南交通大学研究生学位论文第5 7 页 第七章结论 单线铁路列车定位问题一直没有得到很好的解决，从而引起一系列的问题，导致产 生运能损耗。全球定位技术( g p s ) 的成熟与发展为这一问题的解决提供了一个有效的 解决方案。 在单线铁路区间根据各种定位方式的特点，在平原地区等条件较好的地区使用g p s 定位，在隧道等地形复杂地区结合使用行车监控仪定位，在车站使用现有的电气集中轨 道电路定位。在此基础上结合无线列车调度系统的数字化改造，实现列车动态位置数 据的无线传输。针对铁路的特点，采用一些简化的算法实现地图匹配，并在显示器上显 示出来，这样就能为调度员提供及时、充分、准确、直观的可视信息，成为正确指挥列 车运行的可靠依据。同时大大减少调度员、车站值班员、列车司机之间的语音通信量， 以便调度员腾出更多的时间和精力。优化调度决策。 该系统的特点： ( 1 ) 采用的各项技术，都是成熟可靠的或者是加以适当改造就能实现的。技术上 没有较大的难点，实施起来风险比较小。 ( 2 ) 投资小。所需设备主要是g p s 接收机和调度中心的主机。所需无线数据传输本 身就是无线列调数字化改造之后具有的功能，不属于本系统的投资。 ( 3 ) 见效快。一旦建成之后，就能有效的改善调度员的工作环境，从而提高调度工 作的效率和科学性，减少运能损耗。 西南交通大学研究生学位论文第5 8 页 致谢 衷心感谢导师顾炎教授对我在学术j ! = 的悉心指导和帮助。在整个研究学习期问，顾 炎教授一丝不苟、严谨治学的态度使我受益匪浅。 在论文的调研阶段，得到成都铁路局电务处、成都铁路分局调度所、峨眉机务段、 峨眉车务段等单位的支持和帮助，特此感谢。 最后，感谢我的爱人，没有她的支