（交通信息工程及控制专业论文）基于移动闭塞原理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 i i 页 摘要 在城市轨道交通系统中，信号系统是保障运输安全与提高运营效率的 重要设备，具有十分重要的地位。 近几年来，我国轨道交通实行“小编组、高密度 的运输组织模式， 开始采用了先进的移动闭塞信号系统，例如武汉轨道交通1 号线、广州地 铁3 号线等等。在这种移动闭塞信号系统下，其追踪列车间的安全间隔距 离与其他信号系统下的比较起来为最小，缩短了列车的追踪间隔时间，最 大限度地提高了运输能力。 本论文主要研究移动闭塞条件下列车的追踪运行，对移动闭塞条件下 列车的追踪间隔时间进行剖析，建立了列车追踪运行间隔时间的数学模型， 分析了列车行车密度的瓶颈问题，并深入讨论各种因素对列车追踪间隔时 间的影响，根据工程设计的要求，保障列车在正常运行过程中，追踪列车 始终处于安全、合理的运行状态，科学的计算出列车的最小追踪间隔时间。 然后，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。最后，开发了列车追踪运行仿真系统， 模拟计算各个追踪间隔时间数据并进行分析，以广州4 m 编组列车为例，在 测试线路上模拟三辆列车的追踪运行过程，从而验证论文中所分析的列车 最小追踪间隔时间的合理性与科学性。 关键字：移动闭塞；模型与算法：追踪间隔：模拟计算；运行仿真； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 a bs t r a c t i nt h eu r b a nr a i lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m , t h es i g n a ls y s t e mi st h ei m p o r t a n te q u i p m e n t t h a ts a f e g u a r dt h et r a n s p o r t a t i o ns a f e t ya n dr a i s et h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c y i th a st h ev e r y i m p o r t a n ts t a t u si nt h eu r b a nr a i lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m i nr e c e n ty e a r s ，t h er a i l t r a n s p o r t i o n i no u rc o u n t r yi m p l e m e n t st h et r a n s p o r t o r g a n i z a t i o nm o d eo f “s m a l lg r o u p i n g ，t h eh i g hd e n s i t y ”，h a sa l s oi n t r o d u c e dt h ea d v a n c e d m o v i n gb l o c ks i g n a ls y s t e m , f o re x a m p l et h en o 1l i n eo f w u h a nr a i lt r a n s p o r t a t i o n ，t h e n o 3l i n eo fg u a n g z h o us u b w a ya n ds oo n c o m p a r e dw i t ho t h e rs i g n a l i n gs y s t e m , i nt h e m o v i n gb l o c ks i g n a ls y s t e m , t h es a f ei n t e r v a ld i s t a n c eo ft h et r a c k i n gt r a i n si ss m a l l e s t ，i t r e d u c e st h et r a c i n gi n t e r v a lt i m eo ft h et r a i n s ，a n dc o u l df u r t h e s te n h a n c et h el i n e s t r a n s p o r tc a p a c i t y t h i sp a p e rr e s e a r c ht h et r a c i n go p e r a t i o no ft r a i n sb a s e do nm o v i n ga u t o m a t i cb l o c k c o n d i t i o n s ，a n a l y s et h et r a c i n gi n t e r v a lt i m eo ft h et r a i n si nt h em o v i n gb l o c ks y s t e m , e s t a b l i s h e st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h es e c t i o nt r a c k i n gi n t e r v a l ，s t a t i o nt r a c k i n gi n t e r v a l a n dt u m a r o u n di n t e r v a l ，p r o p o s e st h eb o t t l e n e c ko fe n h a n c i n gt h et r a f f i cd e n s i t yo ft h e t r a i n si nt h eu r b a nr a i lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m , a n dd e e p l yd i s c u s s e so t h e rf a c t o r st h a t i n f l u e n c et h et r a i nt r a c i n gi n t e r v a l ，a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to ft h ee n g i n e e r i n gd e s i g n ， s a f e g u a r d st h a tt h et r a i ni nf r o n tc a n n o ta f f e c tt h er u n n i n gs t a t u so ft h et r a c k i n gt r a i n si nt h e n o r m a lo p e r a t i o np r o c e s s ，a n dr e a s o n a b l yc o u n t st h es m a l l e s tt r a c i n gi n t e r v a lt h a ti st h e s t a r t i n go u tt i m e t h e n , a c c o r d i n gt o t h e h a u l i n gc o m p u t a t i o nr e g u l a t i o n s ，e s t a b l i s h e s t h e t r a i n m o v e m e n tc o m p u t a t i o nm o d e l ，a n da n a l y z e se a c h k i n do f o p e r a t i n gm o d ep r o c e s s i n gi nt h e m o v e m e n tp r o c e s so ft h et r a i n s f i n a l l y , d e v e l o p st r a i nt r a c k i n gm o v e m e n ts i m u l a t i o n s y s t e m , c o u n t se a c ht r a c i n gi n t e r v a l ，a n dt a k eg u a n g z h o u4 mg r o u p i n g t r a i na st h e e x a m p l e ，s i m u l a t e st r a c k i n gm o v e m e n tp r o c e s s e so ft h r e et r a i n so nt h et e s tl i n e ，a n a l y z e s a n do b t a i n st h e ym o v e m e n tp a t h s ，t h u sc o n f i r m st h er a t i o n a l i t ya n ds c i e n t i f i c a l n e s so ft h e t r a i ns m a l l e s tt m c i n gi n t e r v a lp r o p o s e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：m o v i n gb l o c k ；m o d e la n da r i t h m e t i c ；t r a c k i n gi n t e r v a l ；i n t e r v a lc a l c u l a t i o n ； t r a c k i n gm o v e m e n ts i m u l a t i o n ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 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。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇 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：厂习飞 日期：湘8 岁右 指导老师签名：要告球 日期：工。8 4 - 订 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 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。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 对移动闭塞条件下列车的追踪间隔时间进行了全面的分析，在建立列 车追踪运行间隔时间的数学模型的基础上，分析了列车行车密度的瓶颈问 题，根据自己的分析比较全面的总结出对列车追踪间隔时间造成影响的各 种因素，并开发了名为列车追踪运行仿真系统的应用软件，实现在移动闭 塞条件下对列车追踪运行时的各种间隔时间进行模拟计算，并根据理论需 要对某些结果进行修正，以便能够最大限度的取得较优的结果，并对列车 群追踪运行进行了全程仿真。在进行系统设计时充分考虑了系统的开放性、 兼容性、扩展性和维护性，尽量提高了系统结构的独立性、系统数据的共 享性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 城市轨道交通的特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全、正 点。随着工业化程度的提高，世界城市人口的急剧膨胀，从而对城市轨道 交通的载客能力提出了越来越高的要求。为了提高载客能力，措施之一是 增加每列车的车辆数目及增加车辆的空间容量；措施之二是缩短行车间隔， 从而提高线路的行车密度。基于这一思想，我国在城市轨道交通领域中也 开始采用新的闭塞技术，在这种新的信号系统下，追踪列车间的安全间隔 距离与其他信号系统下的比较起来为最小，列车的行车间隔时间相对缩小， 能最大限度地提高运输能力。 行车密度是以列车制动距离为核心因素的各种制约因素的综合反映， 并最终表现为一定的追踪间隔，有着实质性的影响。提高行车密度实际上 是一个优化系统运行的问题，城市轨道交通的列车追踪间隔又主要通过列 车的区间追踪间隔、车站追踪间隔以及折返站的折返间隔三方面体现出来， 因此，就有赖于找出在移动闭塞条件下列车追踪间隔的瓶颈所在以及各种 影响因素的匹配关系，从而达到最终实现速度与密度的最优匹配，做到运 输能力和服务质量的双重优化。 1 2 国内外技术现状 从1 8 6 3 年1 月1 0 日在伦敦开通的一段6k m 长的地铁线路开始，世界 各国相继开始发展城市轨道交通来缓解城市交通压力。与普通铁路相同， 城市轨道交通也需要铁路列车运行控制技术( 简称，列控技术) 来保障列 车运行安全并提高运输效率。经历上百年的发展，城市轨道交通的列控技 术得到了长足的发展，且闭塞制式也同样经历了电话闭塞、路签闭塞、路 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 牌闭塞、半自动闭塞、自动闭塞，其中自动闭塞又分为固定闭塞、准移动 闭塞、虚拟闭塞和移动闭塞，本文讨论的移动闭塞是目前世界范围内最为 先进的闭塞制式。 采用移动闭塞制式的列控系统在上世纪9 0 年代开始投入工程应用，由 于其不但完美的保障了列车运行的安全，还最大限度的缩小了列车追踪运 行间隔，引起了当时世界铁路范围内的巨大轰动。随着城市轨道交通的蓬 勃发展，世界范围内有多家铁路信号公司，如s i e m e n s ( 西门子) 、a l c a t e ( 阿尔卡特) 、a l s t o m ( 阿尔斯通) 、b o m b a r d i e r ( 庞巴迪) 、u s & s ( 美国联合道岔信号国际有限公司) 、h i t a c h i ( 日立制作所) 等都致力于 基于移动闭塞制式的列控系统研发，并成功开发了许多成熟的基于移动闭 塞的列控系统，如法国的a s t r e e 系统、日本的c a r a t 系统等。 移动闭塞制式必须要求车地能够完成双向通信，所以一般采用波导管 传输、漏泄电缆、轨道交叉感应环线、无线通信等技术方式实现，a l c a t e l 公司的s e l t r a cm b 系统和a l s t o m 公司的u r b a l s3 0 0 系统就是比较典型的 代表。s e l t r a cm b 系统采用交叉感应电缆环线传输a t p a t o 信息，并利用 交叉环线的相位变化检测列车的占用。自加拿大温哥华的s k y w a y 移动闭塞 a t c 系统于1 9 8 5 年正式开通运营至今，相继有近1 0 条采用a l c a t e l 公司的 s e l t r a cm b 移动闭塞系统的线路投入商业运营。这种系统采用中央集中式联 锁和a t p a t 0 高度集成方式，设备构成简单，可靠性高，调试容易，能够 实现灵活多变的运行，支持各种折返模式运行及线路故障情况下的穿梭往 返运行。列车检测采用2 5 m 交叉环线及车载测速传感器实现，最小的分辨 率可达到6 2 5 m ，而且车站停车除环线交叉点外，还使用接近传感器进一步 加强，可以满足正负o 2 5 m 的停车精度要求。但系统没有单独的联锁设备， 在正常运营情况下没有对道岔实施区段锁闭的功能。 a l s t o m 公司的u r b a l s3 0 0 系统采用波导管作为信息传输的媒介。它 采用安全和非安全功能分开的分散式结构方式，关键功能进行部分和全部 分散，可提高可用性。采用波导方式传输数据，传输速率较高，不仅能双 向传输控制信息，而且还能传输车载设备状态信息、视频、语音等信号。 车站采用信标实现精确停车，可满足正负o 2 5 m 的停车精度要求，并可利 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 用定位信标传输开门信号满足与屏蔽门的接口信号传输要求，轨旁设备多 采用无源的简单可靠设备，地面及车载设备的工作状态信息可由车载设备 实时传输至控制中心，维护工作量比较小。但这种系统也存在不足，波导 管需要在轨旁敷设，有严格的安装精度要求，它的连接和车载天线有严格 的距离限制，对安装位置要求高。通过叠加硬件设备方式来提高系统的安 全性和可靠性，造成设备数量、种类繁多，给维修带来不利【6 】。 但随着社会不断进步，随着通信、计算机技术的快速发展，经过长期 的工程实践，基于无线通信的列车控制系统备受青睐。其不但能够完成车 一地双向通信，还能大大增加了车一地通信传输的信息量，更能够减少轨 旁设备，减少硬件维护量。目前世界各国在修建城市轨道交通时，都会首 先选择基于无线通信的列控系统，而其也成为各家铁路信号公司技术研发 的重点，目前国际上内已有很多城市开通了基于无线通信的列控系统。在 北美，j f k 机场专线、旧金山m u n i 轻轨、底特律a p m 线、多伦多s c a r b o r o u g h 线、温哥华s k y t r a i n 、拉斯维加斯单轨轻轨、华盛顿杜勒斯机场线等在欧 洲，伦敦道克兰轻轨、伦敦j u b i l e e 线、巴黎1 3 号线等；在亚洲，马来西 亚吉隆坡p u t r a 线、香港九广铁路西线、安卡拉a r t s 线、香港竹篙湾线、 香港马鞍山线、韩国汉城国铁、阿联酋迪拜等。在国内，广州三号线、上 海地铁6 号线、上海地铁8 号线、北京地铁4 号线、成都地铁l 号线、沈 阳地铁l 号线等。 由上可以看出，以无线通信为手段的基于移动闭塞的列控系统已经在 世界范围内广泛应用。而我国的城市轨道列控技术正处于起步阶段，基于 移动闭塞的列车追踪间隔模型，列车优化控制算法，列车运行延误影响等 关键技术尚待研究。本论文针对基于移动闭塞的列车追踪运行间隔，在理 论上进行探讨，利用实际车辆、线路数据进行计算，仿真，得到一套适合 于城市轨道交通列车追踪运行间隔计算的方法。 1 3 研究的基本内容 本文主要研究的是城市轨道交通系统中，在移动闭塞条件下列车的追 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 踪运行，对移动闭塞的基本原理和列车的追踪间隔时间模型作了归纳总结， 深入分析影响列车追踪间隔时间的有关因素，建立了列车追踪间隔时间模 型的算法和列车追踪运行系统的仿真模型。 本文的研究工作分5 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 章介绍了移动闭塞系统的基本原理，描述了列车运行追踪间隔的 基本关系，分析影响列车追踪间隔的主要因素，剖析列车的各种追踪间隔 时间模型，阐述了列车各种追踪间隔时间的计算方法。 第3 章详细的对列车追踪运行仿真的模型进行了分析，描述了列车整 个运行的过程，并对其中的部分可预知的情况进行分析，并建立了相应的 计算模型。 第4 章对本文的列车追踪运行仿真系统进行了系统结构设计，阐述了 系统结构和功能以及数据结构和程序代码的设计。 第5 章列车的追踪运行仿真，在系统中计算各种追踪间隔时间，确定 了列车追踪运行的最小追踪间隔时间，从而动态的仿真了三列车在整条线 路上的运行情况，得出整条线路的列车运行轨迹。 结论部分总结了本论文所完成的工作，提出需要今后进一步改进的问 题和展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章基于移动闭塞条件下的追踪间隔时间 2 1 原理分析 移动闭塞是基于区间闭塞原理发展起来的一种新型闭塞技术。它与固 定闭塞相比，最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间。列车 间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定， 所以闭塞区间随着列车的行驶，不断地向前移动和调整，称为移动闭塞。 在移动闭塞技术中，闭塞区间仅仅是保证列车安全运行的逻辑间隔， 与实际线路并无物理上的对应关系。因此，移动闭塞在设计和实现上与固 定闭塞有比较大的区别。其中列车定位( t r a i np o s i t i o n ) 、安全距离( s a f e t y d i s t a n c e ) 和目标点( t a r g e tp o i n t ) 是移动闭塞技术中最重要的3 个概念， 可以称之为移动闭塞的3 个基本要素p j 。 2 1 1 列车定位 列车定位是移动闭塞技术的基础。要实现闭塞区间的动态移动，首先 必须实时、准确地掌握列车的位置信息，确定列车间的相对距离。系统不 断地将该距离与所要求的运行间隔距离相比较，确定列车的安全运行速度。 所以说，没有准确的列车定位，就没有移动闭塞。 列车定位由地面设备和车载设备共同完成。通常在列车的轮轴上安装 有车轮转速计，确定列车的走行方向和距离。一旦列车运行的起始点确定 以后，根据车轮转速计所检测到的列车运行方向和走行距离，就可以精确 地确定列车在线路上的实际位置。但是，由于车载定位设备存在着测量误 差，特别是列车经过长距离运行后，这个误差就会不断的积累，直接影响 列车定位的精度，所以，在线路上每隔一段固定距离，就需要安装一个地 面定位设备。当列车经过这些地面定位设备时，由车载传感设备检测到该 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 定位点，获知列车的确定位置，从而消除车载定位设备所产生的累积定位 误差【9 1 。 2 1 2 安全距离 安全距离是基于列车安全制动模型计算得到的一个附加距离。它保证 追踪列车在最不利条件下能够安全地停止在前行列车的后方，不发生冲撞。 所以，安全距离是移动闭塞系统中的关键，是整个系统设计的理论基础和 安全依据。结合下图，说明安全距离的基本概念。 速度。 za常三制动二二二：曼j二三三。二二y萎三f 石 a 常片j 制动厨i 离 b 安令距离e 图2 1 安全距离示意图 如图2 1 所示，假定追踪列车正在a 点以线路允许的最高速度运行， 此时前方列车兀处于e 点。正常情况下，追踪列车开始进行常用制动，沿 制动曲线d ，停止在b 点。但是如果此时追踪列车z 发生故障，没有开始制 动，反而以最大加速度加速，直至车载控制器检测到列车速度超出了容许 范围，如曲线a 。此后，车载控制器启动列车紧急制动系统，在紧急制动生 效前，列车又沿曲线b 运行一段距离，然后制动力生效，列车沿曲线c 紧 急制动停止在c 点。考虑到列车的定位误差、速度测量误差等不确定因素， 列车停止的实际位置也有可能是e 点。因此，将b e 这段距离称作安全距离。 可以看出，安全距离是附加在列车常用制动距离上的一段安全富余量。 列车在行驶过程中，追踪列车和前行列车始终保持一个常用制动距离再加 上一个安全距离的移动闭塞间隔，确保在最不利条件下，追踪列车和前行 列车不发生碰撞。安全距离与线路状况、列车性能等因素有关。在系统设 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 计阶段，通常规定了系统能使用的最小安全距离，同时在满足运营时间间 隔的前提下，采用比理论计算值大的安全距离，提高系统运行的安全性9 1 。 2 1 3 目标点 目标点是列车移动的凭证，如同固定闭塞系统的允许信号，列车只有 获得了目标点，才能够向前移动。目标点通常是设在列车前方一定距离的 某个位置，一旦设定，即表明列车可以安全运行至该点，但不能超越该点。 移动闭塞系统正是通过不断前移列车的目标点，引导列车在线路上安全运 行。如图2 - - 2 所示，列车正、z 运行在线路无岔区段上，那么追踪列车互的 最远目标点可以设定在距离前行列车正尾部一个安全距离的地方。若前方 列车停车，那么追踪列车将停止在目标点咒上。如果前行列车乃继续向前 行驶，则追踪列车互的目标点咒也向前不断移动，从而在石、互之间形成 一个移动的闭塞区间。 歹lj 牟停i 卜在目标点后方 咒 图2 2 无岔区段f i 标点确定示意图 图2 - - 3 道岔区目标点确定示意图 对于道岔区段，目标点的确定如图2 - - 3 所示。当列车石需要通过道岔 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 s w 前，若该道岔没有锁闭在规定位置，则列车的目标点将停止在道岔前方 一个安全距离，见图2 - - 3 的珑。等到道岔转换并锁闭到规定位置后，目 标点就可以越过道岔区，移至道岔后方珲点。列车得到该目标点后，才可 以行驶通过道岔s w ，实现列车运行与道岔间的联锁，保证列车在道岔区域 内的安全行驶【9 1 。 2 2 列车追踪间隔时间 绪论中已经提到行车密度是各种制约因素的综合体现，并最终表现为 一定的追踪间隔，最大行车密度与列车追踪运行时前后两列车的间隔时间 及列车在折返站折返换向作业时折返间隔时间有关，分别叙述如下。 2 2 1 列车追踪运行间隔时间 在城市轨道交通系统中，列车在折返站之间的线路上高密度地运行， 前后两列车之间必须具有一定的距离间隔以保证列车运行安全，并确保追 踪列车的正常运行不受前行列车影响，不产生非正常的制动和减速，此间 隔距离可换算为间隔时间，称为列车追踪运行时间，其中包含了列车的区 间追踪间隔时间和车站追踪间隔时间。列车群追踪运行间隔的基本关系如 下： l 、保证列车在正常情况下不会限速运行； 2 、保证全速运行的列车在制动减速时能在限速点或停车点前完成调 速任务；触发实施紧急制动时能在停车点前停车； 3 、保证追踪列车进行车站或折返作业时追踪列车不出现非正常减速 的情况； 列车追踪运行间隔时间受到多种因素的影响，对于移动闭塞条件下的 列车追踪运行，其追踪运行间隔时间的影响要素如下： l 、列车加速过程，制动减速过程，列车运行速度； 2 、列车性能、进站停车制动方式、停站时间、停站制动前速度、站台 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 限速； 3 、列车的长度和编组方式； 4 、安全防护距离。，由于在定位过程，设备和操作都不可避免的存在 误差，所以在确定追踪间隔的时候，需要把这些误差考虑进去，保证列车 在制定停车点位置之前安全停车。 5 、两列车设备的制动反应时间。 各种因素影响程度不同，其中停站时间直接加入到车站追踪间隔中， 影响较大，列车编组大小即列车长度及进站制动前列车速度对最小列车追 踪间隔有一定的影响。当这些因素都确定时，列车的区间追踪间隔和车站 追踪间隔就确定了，比较区间追踪间隔时间与车站间隔时间的大小，以两 者之间的最大间隔时间来计算城市轨道交通系统可能达到的最小列车追踪 运行间隔时间。 2 2 2 列车折返间隔时间 列车运行至线路终端站时需进行折返换向作业，根据折返作业中各项 作业时间，可计算出在折返站各个不同位置上前后两列车之间必须具有的 间隔时间，称之为列车折返间隔时间。 影响折返站折返间隔时间的因素错综复杂，与折返站的配线数量、折 返线的布置方式、信号系统布置、实施的工程数量和难易程度以及业务组 织方式等等都有着密切的联系。在同样折返线数量的条件下，布线形式的 不同，折返最小间隔时间也是不一样的，从而实现的折返能力的大小也各 有差异。折返间隔时间小是折返线布置追求的目标。 折返站的折返间隔时间受多种因素的影响，因此确定某个折返站的折 返线优化布置方案，实质上就是一个多目标问题的决策问题，为此，需要 通过建立一个综合评价指标体系，借助于现代数学工具，才有可能得到最 优化的布置方案。考虑到折返站的布置问题不是本论文重点探讨的内容， 因此，在论文中不再描述折返站布置方案的比选理论模型，而以基本的站 后折返为例来叙述最小折返间隔时间。站后折返的基本站形如图2 4 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 4 站后折返基本站形 最小站后折间隔时间为前后两列车分别从到达站台起进行站后折返作 业的最小间隔时间，列车在站后折返站作业时还影响列车接车间隔时间及 发车间隔时间，经计算后，其中最大的一个列车最小运行间隔时间起控制 作用，作为最小的站后折返间隔时间。 2 2 3 最小追踪间隔时间 由以上分析得知，列车的追踪间隔时间包含了两大部分，一个是列车 在起始站与终点站之间运行的追踪间隔( 包括区间追踪间隔和车站追踪间 隔) ，另一个是列车在起始站和终点站时的折返间隔时间，它们都与信号 系统制式、列车性能、进站停车制动方式、停站时间、停站制动前速度、 站台限速、列车长度及编组这些因素有关，当这些因素都确定时，列车的 追踪运行间隔和折返间隔都是确定的。在本论文中，设计的列车运行仿真 系统以环线形式运行的，因此，应计算列车运行时的追踪间隔时间( 区间 追踪间隔和车站追踪间隔) 和列车的折返间隔时间，以最大的间隔时间来 作为整个列车运行仿真系统的最小追踪间隔时间。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 3 列车追踪间隔模型 2 3 1 区间追踪间隔模型 制动模式曲线 附加距离 一有杂f 、 k r a 一 一 一7 ：r 1 - 声 图2 5 区i 司追踪i 司隔小恿图 在移动闭塞的条件下，没有固定划分的闭塞分区，它通过先进的通信 手段来提高列车的定位精度，实现车地间的双向数据传输，进行列车间隔 控制，同时列车不需要在被占用的轨道电路分区入口处的前方停车，因此 运行距离明显缩短。 设前行列车与后续列车的最小间隔距离为，两者的速度、加速度及 空走时间分别为k 、k 、届、殷、吒，列车的长度为岛，停车安全距 离为。，则： 之圳羞吲堋羞+ r i 心+ 岛 ( 2 _ 1 ) 式( 2 - 1 ) 等价于： 易= t ：+ 一r i 一匕+ 乓+ 厶 ( 2 2 ) 其中：t 为前行列车在司机或者车载设备反应时间五走过的距离；l 。为前 行列车的制动距离；l ，为后续列车在司机或者车载设备反应时间l 走过的 距离；三r 为后续列车的制动距离【2 j 。 在考虑两追踪列车区间的追踪间隔距离时，通常有两种方式【65 1 ，即绝 对制动距离和相对制动距离方式。 l 、绝对制动方式 绝对制动方式又简称为“撞硬墙模型”，这种方式不考虑前行列车的速 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 度，只考虑其位置，列车间隔如图2 - - 6 所示，这时( 2 1 ) 式中的屈无穷大， 为0 ，则两车之间的最小间隔距离是： 易= 云+ 乞) + 岛+ o ( 2 - 3 ) 列车追踪间隔时间为： 乏= 去 半 4 ， 图2 6 绝对制动方式 2 、相对制动方式 这种方式考虑了在追踪列车制动过程中前行列车走行的距离，列车间 隔如图2 7 所示( 图中假定两车的速度相等) 。 与 j 图2 7 相对制动方式 前行列车除了有上述的绝对制动方式情况或者以原有速度继续前进 外，还有下面两种情况： ( 1 ) 前行列车采用紧急制动停止； ( 2 ) 前行列车采用常用制动停止； 对于第一种情况，后续列车在考虑它和前行列车的间隔时，可以充分 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 利用前行列车的制动距离，和“撞硬墙相比，两车的距离可以进一步缩 短，故将这种情况称为“撞软墙”； 对于第二种情况，由于常规制动距离大于紧急制动距离，两车之间的 距离可以在“撞软墙的基础上进一步缩短，因此可以将这种情况称为“撞 大软墙； 2 3 2 车站追踪间隔模型 在移动闭塞条件下，前后两列车的最小安全间隔指的是：前行列车刚 刚出清车站，且驶过安全保护区段乓，后续列车以区间最大允许速度行驶， 并且距车站入口的距离正好等于列车列车制动距离加上制动反应时间内列 车驶过的距离【2 1 ，如图2 - - 8 所示： 图2 8 移动闭暴条件f 车站追踪i 司隔刀i 恿图 列车的追踪间隔时间乃可以分为4 部分，分别如下： ( 1 ) z ：前行列车出清车站并驶过安全防护区段l s ； r l 的计算又分为两种情况： ( a ) 当4 2 a ( l s + 厶) 时有 厶+ l t = 寺口石2 即前行列车以加速度日出清车站并驶过。，则有： t - - 2 ( l s + l r ) ( b ) 当 2 a ( 厶+ 0 ) 时有 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 y 2矿 岛+ 岛= ? 丛+ ( 石一超) k 眦 即前行列车以加速度a 运行达到，然后以速度匀速运行，共驶过 ，+ 0 ，则有： 丁一2 口( 厶+ 0 ) + k 孟 1 2 以 ( 2 ) 瓦：后续列车以行驶的时间，包括列车司机、列车设备反应时间； ( 3 ) 乃：后续列车以开始制动到停稳的时间，其值为b ； ( 4 ) t o ：后续列车的停车m f - j ； 所以，移动闭塞条件下，地铁列车的车站追踪间隔时间为： 乏=疋+ 等哪孥 品+ 等毋警 2 3 3 折返间隔时间模型 站后折返示意图如图2 9 所示： a b c ( 2 - 5 ) 图2 - 9 站后折返示意图 本站表示的是一个中间站折返站，对于该车站如果c ，f 点右端没有铺 设轨道，则可以看成终端站。因此，站后折返具有中间站和终端站的特点 和能力。图2 9 所示的站后折返有三种模式，即利用d d 轨进行折返、利 用e e 。轨进行折返和利用d d 轨和e e 。轨交替进行折返。下面分别说明这三 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 种折返方案的折返过程，并通过使用折返示意图直观表现出来。图中f 。为 列车x 的运行时间或站停时间；t 。为列车x 的等待时间，f ：为进路的解锁 及办理时间，其中包括道岔的转换时间；t 。，为列车x 的技术转换时间，其 中包括进路的办理与建立时间( f ，) 、列车前后驾驶室的转换时间和车载设 备的反应时蝌驯。 l 、利用d d 轨进行折返 列车利用d d 轨进行折返时，第一列列车站停时间中，办理进入d d 轨 的折返进路。在列车出清d 点后，c d 进路解锁，此时为第二列列车办理接 车进路，并设置c e 区段为保护进路。待第二列列车进入b c ，并停稳后， 保护进路c e 解锁。此时可以为第一列列车办理折返进路，轨道电路改变发 码方向，列车开始转换首尾的驾驶室，然后第一列列车进入f g ，再次完成 站停时间后出站。其列车占用、出清相应轨道电路时序如图2 1 0 所示： f ”。， 、 l 一 c c 1 d “ d d ， 5 g g 占k 气 、 e l 2 刊 cf ， f ”乙， d - “， d jd ” f ，。l s 6 6 8 。， c f 2 d ，1 - “ d d ” t ： n ，： ， 6 g 一 发车间隔 7 图2 一1 0 列车折返示意图( d d ) 根据图2 一l o 所示，采用本方案可得到： 列车达到间隔= t 2 l + f 。2 + f 2 2 + f ：+ t 3 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 其中t 。2 = t z + 4 + 3 - t 2 l ，因此，列车的到达间隔可替换为 t 2 0 + t 2 2 + t 2 3 + t 2 4 + 2 t ： 歹0 车发车间隔= 乞5 + f 2 4 + f 2 3 + f 。3 + 乞2 一f 1 5 + 乞= t 2 4 + 乞3 + f w 3 + 乞2 + f ： 其中t 。3 = t ：+ f 3 0 ，因此列车的发车间隔可替换为t 2 0 + f 2 2 + f 2 3 + f 2 4 + 2 t ：。 由此可以看出，影响列车到达间隔和发车间隔的主要因素是列车在各区段 的运行时间、列车技术转换时间和进路的解锁与办理时间t ，而与列车的站 停时间岛。无关例。 2 、利用e e 。轨进行折返 列车利用e e 轨进行折返时的模式与模式1 类似，其列车占用、出清相 应轨道电路时序如图2 一1 1 所示。本模式以e e 轨为折返轨，c d 为保护进 路，在第一列列车停在e e 进行转换以及转换完毕后进入f g 的时间内，第 二列列车可以进入b 点。即：第一列列车的折返作业与第- y i j y u 车进站作 用可以同时进行。 。十+ 占 b 斗c 站停时问 c _ + 转换时间 占斗g 蛄停时间 g + 蟹b 厅斗c 站停时问 c _ 转换时间 占斗g 站停时问 g h 奄8 b 斗c 站停时同 c l - e 转换时同 占 g 站停时同 蹦；。 t 1 i c ( ， t ；， ee 、岛 产f 1 5 g6、 o 毛 c c 1 2 ； f ， e 、1 4 p 岛5 g 0 b 。 ” 、【l ， cc 。 八， ej l 、lf s gg l 一 发车间隔 7 发车同隔 图2 1 1 列车折返示意图( e e ) 根据图2 1 l 所示，采用本方案可以得到： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 列车到达间隔= 。+ t i + ，+ f ： 歹i j 车发车间隔= t 2 5 + f 2 4 + 乞3 + f 2 2 + f 2 l + f 2 0 一3 + f ：一4 - t 1 5 = t 2 0 + 乞l + 乞2 + 乞 由此可以看出，影响列车到达间隔和发车间隔的主要因素时列车的运行时 间、站停时间以及进路的解锁和办理时间t ，而与列车技术转换时间无关。 3 、利用d d 和e e 轨交替进行折返 列车利用d d 和e e 轨交替进行折返时，第一列列车进站并经过站停时 间后进入e e ，在列车出清e 点并停稳后，c e 进路解锁，此时为第二列列 车办理接车进路，并设置c d 为保护进路。待第二列列车进入b c ，并且停 稳后，保护进路c d 解锁。此时第一列列车可以进入折返转换时间，同时， 第二列列车也可以经过站停时间后，进入d d 进行折返。在第- - n n 车出清 d 点后，c d 进路解锁后，可以为第三列车办理接车进路，并设置c e 为保 护进路。待第三列列车停稳后，第二列列车可以进入折返转换时间。第三 列列车必须等到( t 。：) 第二列列车出清f 点后，才能进入e e 进行折返。 丹y “ ，4 1 ( ( 、c 二 ，入，4 ， d 1 ) i t u ， ( j( 入 ”1 疗 r _ 。叫 ( 。 ( ” ，入尘 n i ，h ，1 i f j( 8r ，。 r 2 i ( r ( 1 f ，j 叫b， 叫t ，八“ f ，t 2 t ( j f 入 疗 n “ - ( f ： ，入， 岫，八j “ j i 八，：j ，- 一 ( j 发车间陋发车间睫 图2 1 2 列车折返示意图( 交替折返) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 根据图2 一1 2 所示，采用本方案可以得到： 列车到达间隔l = t 2 l + f 2 2 + f ：+ o 歹0 车至0 达间隔2 = t 3 l + f 。2 + 岛2 + f ：+ f 4 0 = t 3 0 + 岛2 + f 3 3 + 岛4 + 2 乞 ( t 。2 = 乞+ 乞4 + 乞3 一岛1 ) 列车发车间隔l = 乞+ 么+ 乞+ “+ 乞+ f 2 i + + 乞一f 1 3 一4 - t 1 5 = 0 + 乞+ f 2 l + + 乞 其中，t 。= 乞+ t 3 0 ，所以列车发车间隔1 可以替换为2 + 乞l + 乞+ 2 乞 列车发车间隔2 - - t 3 5 + f 3 4 + 岛3 + f 3 2 + f ，2 + 岛l 一乞5 一乞3 一乞4 = t 3 4 + f 3 3 + f ：+ 岛2 由以上可以看出：本方案所设计得到间隔是模式l 和模式2 的综合， 并且出现了追踪间隔不均衡现象。无论列车的到达间隔还是发车间隔，都 与列车各区段的运行时间、站停时间、技术转换时间以及进路解锁与办理 时间t 有关p