（交通信息工程及控制专业论文）客运专线列控仿真系统控制中心的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第i 页 摘要 c t c s 是中国特色的铁路智能运输系统，担负着保证列车行车安 全、提高运输效率的重要责任。c t c s 分为5 级，本文主要研究的是 基于轨道传输信息的c t c s 2 级列车运行控制系统，是目前国内铁路 既有线改造和新建客运专线正在积极推广的列控系统。 由于c t c s 2 级列控系统是现在推广的新系统，所以有很多不足 之处还有待改进完善。目前列控系统的信号工程设计是通过不断的 试验进行完善，这样不仅实验周期长，又给铁路运输带来不便，容 易造成安全隐患，同时又消耗大量人力和物力，对c t c s 2 级列控系 统的完善极为不利。仿真作为一门综合性学科已有多年历史，仿真 用模型代替实体，具有经济、安全和试验周期短等特点。因此，研 究与c t c s 2 级配套的，能模拟列车运行、线路设备动作、车站及调 度指挥条件，并在试验后对数据进行分析的仿真系统具有非常重要 的意义。 本文通过研究c t c s 2 级列车运行控制系统的技术规范和功能， 进行了c t c s 2 级列控仿真系统结构设计和功能需求分析，完成了控 制中心子系统的设计与实现。讨论了控制中心的结构及功能需求分 析，并在此基础上讨论了利用v c 编写控制中心子系统具体的设计与 实现。重点讨论了控制中心的基本功能模块：全线显示、仿真控制 的具体设计与实现方法，如读取配置文件快速生成全线显示、排列 进路、故障设置、临时限速的下达等。并对控制中心子系统的高级 功能模块：自动化运行与统计分析也进行了详细的分析。对如何实 现自动运行、自动排列进路与t - s 曲线、v s 曲线、间隔距离曲线分 析报告的生成做了具体的讨论。最后，对整个仿真系统进行联调， 对仿真结果进行分析，指出存在的问题。 关键词：c t c s 2 ；列控仿真系统；控制中心子系统；v o ；仿真 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 a b s tr - a c t c h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m ( c t c s ) i sap a r to ft h er a i l w a y i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m so fc h i n e s ec h a r a c t e r i s t i c s i t s h o u l d e r st h ei m p o r t a n tm i s s i o no fe n s u r i n gt r a i n ss a f eo p e r a t i o na n d i n c r e a s i n gt h ec o n v e y i n ge f f i c i e n c y c t c sh a sf i v el e v e l s ，a n dt h i s e s s a ym a i n l yg i v e sr e s e a r c ho nc t c sl e v e l2 ( c t c s 2 ) ，at r a i nc o n t r o l s y s t e mb a s e do nt r a c kc i r c u i t s c t c s 2i sa c t i v e l ye m p l o y e di nt h e n e w l y b u i l tp a s s e n g e rl i n e sa n dt h er e c o n s t r u c t i o no fe x i s t i n gr a i l w a y s c t c s 2i san e ws y s t e m ，a n di th a ss o m ed e f e c t s s oi ts h o u l db e i m p r o v e dc o n t i n u o u s l y t h es i g n a le n g i n e e r i n gd e s i g no fc t c s 2i s i m p r o v e dv i a as e r i e so ft r i a l sw h i c hw i l lt a k e al o n ge x p e r i m e n t a l p e r i o d ；i n c o n v e n i e n c er a i l w a ys e r v i c e s ；e a s i l yc a u s es e c u r i t yt h r e a d ； a n dc o n s u m eh u g eh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e s t h e r e f o r e ，i td o e s h a r mt ot h ei m p r o v e m e n to fc t c s 2 a sac o m p r e h e n s i v es u b j e c tw i t ha l o n gh i s t o r y ，s i m u l a t i o nu s e ss i m u l a t i o nm o d e l st od of o re n t i t i e s ， w h i c hh i g h l i g h t se c o n o m i c a le f f i c i e n c y ，s a f e t ya n ds h o r te x p e r i m e n t a l p e r i o d t h e r e f o r e ，i th a se x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c et o s t u d yt h e s i m u l a t i o ns y s t e mw h i c hi s c o m p a t i b l ew i t hc t c s 2a n dc a ns i m u l a t e t h et r a i no p e r a t i o n ，t h ea c to ff a c i l i t yo fr a i ll i n e ，r a i l w a ys t a t i o na n d t r a f f i cd i s p a t c hc o n d i t i o n ；a n da n a l y z et h ed a t ao ft h ee x p e r i m e n t s t h r o u g hr e s e a r c ho nt h e t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o na n df u n c t i o n o f c t c s 2 ，t h ee s s a ya n a l y z e st h es t r u c t u r a ld e s i g na n df u n c t i o n a l r e q u i r e m e n to fc t c s 2 ss i m u l a t i o ns y s t e ma n df u l f i l l st h ed e s i g no f c o n t r o lc e n t e rs u b s y s t e m w i t ha n a l y s i so ft h es t r u c t u r a la n df u n c t i o n a l r e q u i r e m e n to ft h e c o n t r o lc e n t e r ，t h ee s s a yi n v o l v e s d e s i g n i n gt h e c o n t r o lc e n t e r s u b s y s t e mb yv c t h ee s s a yl a y se m p h a s i so nt h e d e t a i l e dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o do ft h ec o n t r o lc e n t e r sb a s i c f u n c t i o nm o d u l e ss u c ha s “f u l l - l i n ed i s p l a y a n d “s i m u l a t i o nc o n t r o l ” f o re x a m p l e ，t h e “f u l l l i n ed i s p l a y ”，r o u t es e t t i n g ”，f a u l ts e t t i n g a n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第v 页 “t e m p o r a r ys p e e dr e s t r i c t i o n ”c a nb ea c h i e v e db yr e a d i n gc o n f i g u r a t i o n f i l e s b e s i d e s ，t h ee s s a yg i v e sd e t a i l e da n a l y s i so nt h ee o n t r o lc e n t e r s u b s y s t e m 7 ss e n i o rf u n c t i o nm o d u l e ss u c h a s “r u ns c h e d u l e ，a n d “s t a t i s t i c a la n a l y s i s ”f o rh o wt oa c h i e v ea u t o m a t i cs t a r t u p a u t o m a t i c r o u t es e t t i n g ，a n a l y s i sr e p o r t s o nt - sc u r v e ，v - sc u r v ea n dd i s t a n c e c u r v e ，t h ee s s a ya l s og i v e ss p e c i f i cd i s c u s s i o n s f u r t h e r m o r e ，t h ee s s a y p o i n t so u tt h ep r o b l e m so nt h es i m u l a t i o n s y s t e mo nt h eb a s iso f a n a l y z i n gs i m u l a t i o nr e s u l t k e yw o r d s ：c t c s 2 ；s i m u l a t i o ns y s t e mo ft r a i nc o n t r o ls y s t e m ；c o n t r o l c e n t e rs u b s y s t e m ；v c ；s 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，在年解密后适用本授权书； 2 不保密d ，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 日期：q 2 口q 7 ， | 刍i 7 艮指导老师签名： 多二6 日期： 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： 研究了与c t c s 2 级客运专线配套的，能模拟列车运行、线路设 备动作、车站及调度指挥条件、简单运行计划等，并且在仿真过后， 能够对仿真结果进行统计分析的仿真系统，根据具体线路设计技术 条件，实现对列车运行控制系统的各个部分的功能、性能、技术条 件的数字化仿真与测试。对于保证设计方案正确性，测试设备适应 性，减少试验周期与试验成本，保证高速铁路建设质量具有非常重 要的作用。着重对列控仿真系统的结构及功能需求、控制中心的结 构和功能进行分析和设计，实现对控制中心的全线显示、仿真控制 和统计分析模块的设计和实现，构建了c t c s 2 级客运专线的仿真环 境，为c t c s 2 级客运专线的研究提供了平台。 酐杉 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 高速铁路建设是集铁路线路、桥、隧、机车车辆、通信信号、 牵引供电以及运输组织等多学科为一体的综合性现代化的系统工 程，其中列车运行控制技术是最重要的技术之一。列车运行控制技 术将铁路信号技术与信息技术相互融合，集成计算机、通信、控制 技术与信号技术，实现列车运行自动控制。这个自动化水平很高的 列车运行自动控制系统简称列控系统。 列控系统涉及运输组织、控车模式、车一地通信、运行线路、 地面设施等多种因素的复杂系统，同一线路可能运行多辆不同速度 的列车，必须实现精确控制与故障导向安全。我国在欧洲列控系统 e t c s 基础上，自主制定了中国列控系统c t c s 技术标准m ，。c t c s 根 据功能要求和设备设置划分为0 到4 级，其中c t c s 一2 级基于轨道传输 信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，采用车地一 体化设计，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 0 0 4 年底，铁道部组织研究并决策，在我国铁路既有线第六次 提速2 0 0 - 2 5 0 k m h 时采用c t c s - 2 级列控系统，在动车组列车上装备 c t c s - 2 级列控车载设备，在提速至2 0 0 2 5 0 k m h 线路区段进行 c t c s - 2 级列控地面设备改造。 2 0 0 6 年10 月中下旬，铁道部运输局牵头检查了京沪线、浙赣线、 京广线北京至汉口段、京哈线北京至沈阳段、陇海线郑徐段，采用 c t c s 。- 2 0 0 h 型列控车载设备、c r h 2 型动车组，列车最高运行速度 l8 0 k m h 。检查中的突出问题是应答器数据和报文的错误较多，应 答器安装应进一步规范。 随着客运专线的大量建设，将会投入大量的人力和物力对列控 系统的系统功能、硬件和软件、应答器报文等进行大量的跑车验证， 以保证列控系统安全可靠的运行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 随着计算机技术高度发展，计算机在各个行业应用越来越广 泛，极大程度上促进了生产力的发展。其中，计算机仿真技术为我 们解决上述难题提供了行之有效的手段。目前，我国在列车运行仿 真的研究方面已做出不少成果，根据仿真研究成果，提升了铁路运 输的整体运输能力和管理水平。但在c t c s 2 方面的仿真研究都只局 限于设备测试，而没有建立起一个完全模拟c t c s 2 的功能性仿真， 本文在此背景下根据客运专线一一合宁线2 5 0 k m h 设计过程中的线路 基础数据、车站进路数据、应答器数据及相关动车组技术参数，应 用计算机技术、数据库技术以及虚拟现实技术研制了c t c s 2 级客运 专线列车运行控制仿真系统，可应用于线路设计方案测试和a t p 实 体设备调试。 1 2 国内外研究现状 国外铁路部门对仿真技术非常重视，已开发出具有模拟调度、 列车运行和站内闭塞监视等功能的“全铁路仿真系统 。其中主要 集中在铁路路网能力仿真，其中比较成功的有英国in c o n t r o l 研究 所和r a i1n e d 等铁路部门合作研究的s im o n e 铁路路网能力仿真系 统、s y s t r a 公司开发的r a i l si m 铁路线路能力优化仿真系统、 a e a - t e c h n 0 1o g yr a il 公司开发的v a m p i r e 轮轨关系仿真系统等，。 我国在这方面的工作起步较晚，陆续出现了一些针对具体问题 的仿真软件，如用于研究列车调度算法的仿真系统。 在高速铁路方面，有a t p 铁路运行仿真系统。该系统由地面列 控中心和模拟列车组成，可以按照高速铁路系统的实际运行机制动 态实时的仿真各种a t p 策略。 高速列车运行状态仿真系统，以线路参数( 坡道、线路限速等) 和列车参数为基础，对列车进行动态仿真和故障模拟，给出高速列 车动态运行的全部过程及运行时的速度一时间曲线。 但这些仿真系统中列车收到的地面信息只限于轨道电路的低 频信息，列车上直接存有线路全部参数。而以轨道电路叠加应答器 给列车传输控车信息的列控仿真系统，目前一直没有出现。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 3c t c s - 2 级列控仿真系统的提出和意义 近年来，我国铁路建设飞速发展，为了进一步适应铁路跨越式 发展战略，传统的以地面信号为主体信号的信号系统已不能满足运 输要求和保证行车安全，必须采用列车运行控制系统。铁道部已经 制定了客运专线c t c s - 2 级列控系统列控中心技术规范( 暂行) ，和相应c t c s 技术条件13 “，以保证我国铁路运输安全，满足互通 运营的需求，并适应提速战略的实施。西南交通大学交通信息工程 及控制实验室根据合宁线2 5 0 k m h 设计过程中的线路基础数据、车 站进路数据、应答器数据及相关动车组技术参数，应用计算机技术、 数据库技术以及虚拟现实技术研制了c t c s 2 级客运专线列控仿真 系统，取得了初步成效。 1 3 1 计算机仿真技术在铁路上的应用 计算机仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术等为基础， 以计算机为工具，根据系统实验的目的，建立系统的模型，并在不 同的条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。计算机仿真技 术有着巨大的优越性，利用它可以求解许多复杂而无法用数学手段 解析的问题，利用它可以预演或再现系统的运动规律或运动过程， 利用它可以对无法直接进行实验的系统进行仿真实验研究，从而可 以节省大量的资源和费用。由于计算机仿真技术的优越性，它的应 用领域非常广泛，己在国防、制造业、能源、交通等许多领域获得 广泛的应用，而且也越来越受到普遍的重视。 铁路运输以运量大、成本低、速度快、安全可靠、能全天候运 输等优势，承担着全国客货总周转量的6 0 7 0 ，在我国国民经 济中发挥着重要的作用。而随着计算机技术的飞跃发展，铁路的通 信、信号和列车运行控制正在发生革命性的变革，如何使运行更加 安全，如何提高运行效率、通过铁路信号自动控制技术减少列车间 隔时间，如何提高列车运行的可靠性和设备运用率，如何降低生存 期成本等都需要通过计算机仿真来起到日益广泛的作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 2c t c s - 2 级列控仿真系统的意义 c t c s 一2 级列控系统是一个基于通信的列车控制系统。目前国 内铁路既有线改造和新建客运专线正在积极推广c t c s 一2 级系统， 在高速线路设计、建设过程中的任何疏忽都可能造成重大的经济损 失和严重的社会影响。因此，研究与c t c s 一2 级配套的，能模拟列 车运行、线路设备动作、车站及调度指挥条件的仿真系统，根据具 体线路设计技术条件，实现对列控系统的各个部分的功能、性能、 技术条件的数字化仿真与测试，对于保证设计方案正确性，测试设 备适应性，减少试验周期与试验成本，提高效率，保证高速铁路建 设质量是十分必要的，列控仿真系统控制中心作为整个仿真系统的 重要组成部分，发挥着非常重要的作用。 1 4 论文的主要工作 本论文以客运专线c t c s - 2 级相关技术条件，根据中铁二院通 号院信号所投提供的合宁线2 5 0 k m h 设计过程中的线路基础数据、 车站进路数据、应答器数据及相关动车组技术参数，应用计算机技 术、数据库技术，使用v i s u a lc + + 6 0 设计了c t c s 一2 级列控仿真 系统控制中心。 论文的安排如下： 第一章概述了列车控制系统在国内外的发展与现状，提出采用 计算机仿真技术，研究c t c s - 2 级列控仿真系统的必要性。 第二章对列控仿真系统功能进行分析，设计了系统结构，并对 各子系统进行了功能需求分析。 第三章对控制中心的系统结构、功能和接口进行了详细的分 析。 第四章对控制中心的基本功能模块全线显示与仿真控制进行 了详细的分析，完成各子模块的设计与实现。 第五章对控制中心的仿真控制高级功能模块自动化运行与统 计分析进行了详细的分析，完成各子模块的设计与实现。 第六章对整个仿真系统进行联调，对仿真结果进行分析，指出 存在的问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 论文的结论部分对所做工作进行了总结，并对论文的不足之处 以及对后续工作进行了说明。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章列控仿真系统整体结构及功能需求 c t c s2 级列车运行控制系统简称c t cs2 级列控系统，是我 国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全、提高列车运行 效率的重要技术设备。c t c s2 级列控系统通过技术手段实现了 列车运行速度、运行间隔实时监控、超速防护，是具有中国特 色的技术创新。 2 1 列控仿真系统需求分析 c t c s 系统是我国客运专线、高速铁路建设的关键系统，是我 国铁路建设的新技术。在高速线路设计、建设过程中的任何疏忽都 可能造成重大的经济损失和严重的社会影响。因此，研究与c t c s 配套的，能模拟列车运行、线路设备动作、车站及调度指挥条件的 仿真、分析平台，根据具体线路设计技术条件，实现对列控系统的 各个部分的功能、性能、技术条件的数字化仿真与测试，对于保证 设计方案正确性，测试设备适应性，减少试验周期与试验成本，保 证高速铁路建设质量是十分必要的。 本文提到的c t c s - 2 级列车运行控制仿真系统基于c t c s 一2 级列 控系统工作原理和相应技术文件”，主要包括：总体控制功能( 控 制中心) ，车载设备功能，地面设备功能( 轨道电路、应答器，列 控中心，联锁等) ，各主要实体之间的信息流程( 包括控制中心， 车载设备，应答器，列控中心等之间的信息交互) 。该仿真能模拟 列车运行、线路设备动作、车站及调度指挥条件，能根据具体线路 设计技术条件，实现对列控系统的各个部分的功能、性能、技术条 件的数字化仿真与测试，保证设计方案正确性，减少试验周期与试 验成本。 2 1 1 显示功能模块 为了更为直观地显示整个列控系统的运行状况以及线路变换 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 时，能够快速转换线路的显示，并且能够按照不同人的功能需求， 显示所需的图形界面。就需要通过显示功能模块来完成整条线路的 信号设备的状态显示、车载设备的显示以及相关信息的显示，并且 能够读取规定格式的配置文件快速绘制线路，而且要求显示功能模 块应该设计成分层的模式以满足不同人的功能需求。这就需要列控 仿真系统的各子系统来实现相关的功能。为实现各项仿真控制功能 打下基础。应具有以下功能： 线路显示：能够快速读取规定格式的配置文件，生成不同 的线路，让仿真系统具有更好的扩展性；同时能够根据需 要显示全线或局部列车运行状态( 曲线) 及信号设备动作 状态；能够按照操作人员关心功能不同显示不同的界面。 车载列控显示：根据c t c s 2 级车载a t p 人机界面标准设计 d m i ，提供司机模拟驾驶平台，。 信息查询：在控制中心可手动查询并图形化显示静态数据 如应答器报文、信号机、轨道区段，动态数据如当前列车 速度、速度防护曲线。 2 1 2 仿真功能模块 以设计院提供的实际线路数据为依据，根据信号系统技术条件 和各种技术规范，完成区间及站内信号设备模拟、列车运行及操纵 模拟、车载a t p 功能仿真、车地通信模拟、列控中心仿真、c t c 控 制中心仿真。应具有以下功能： 区间及站内信号设备模拟：以合宁线线路数据为依据，根 据信号系统技术条件，使用数据库技术建立合宁线线路模 型，模拟信号机、轨道电路、应答器设备动作及状态。 列车运行及操纵模拟：根据牵规、时速2 0 0 和3 0 0 公里 动车组主要技术条件提供的普通客货列车及动车组动力 学参数及牵引、制动特性，建立列车运行的动力学模型， 模拟列车在牵引、巡航、惰行、制动各工况下的运行状态 【2 0 】o 车载a t p 功能仿真：以客运专线2 5 0 k m h 动车组a t p 车载 和地面设备配置及运用技术原则( 暂行) 、和利时车载 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 列控显示装置显示、提示音及按键规范为依据设计车载 a t p 功能仿真软件，完成c t c s 2 级车载a t p 各种控制模式并 兼顾c 3 标准，d m i 显示功能要求”。 车地通信模拟：地面设备仿真子系统根据列车运行位置， 通过网络向车载仿真子系统模拟发送轨道电路码和应答 器数据，提供车载速度防护曲线计算的基础数据。 列控中心仿真：参照客运专线c t c s - 2 级列控系统列控中 心技术规范( 暂行) 结合进路和临时限速数据编写有源应 答器信息”。 c t c 控制中心仿真：为了便于控制人员操作以及特定人员 的要求，对全线显示做了功能集成，实现各站接发车进路 办理和临时限速的功能3 ，。 2 1 3 测试功能模块 通过故障试验、a t p 试验、设计方案试验等来完成检验列控系 统的工作性能、设计缺陷，为设计方案的确定打下良好的基础。应 具有以下功能： 故障试验：设置信号设备故障，如：轨道故障、应答器数 据丢失等，检验故障情况下的列控仿真系统运行情况，为 真实的列控系统设计提供参考。 a t p 试验：通过预留的测试接口，与轨道电路、应答器、 无线设备等地面设备控制器相连接，完成a t p 实物测试与 试验。 运行计划的测试：按照运行计划图运行列车群，完成后对 运行结果分析，为运行计划提供参考依据。 设计方案试验：在线路设计阶段，对各种信号设计方案进 行仿真试验及设计方案比选。 2 1 4 统计分析功能模块 统计分析模块主要通过存储各信号设备的状态参数、列车运行 参数等数据，对试验数据进行统计、分析，完成对线路的运输能力 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 分析、限制运能分析、运行策略分析、投资分析，能为系统方案评 估、信号设计提供更为可靠的依据。应具有以下功能： 运行计划执行情况分析。当控制中心选择自动化运行后，控制 中心就设定了按照运行计划服务器传递命令的方式运行。根据 列车运行情况实时更改运行计划。事后，应该对运行计划的执 行情况进行统计分析。 线路通过能力分析。通过仿真试验得到列车最小追踪间隔时间 和线路的最大运行的列车对数，完成对具体线路的运能的分析： 限制运能分析。通过对线路通过能力分析，查找限制运输能力 的具体原因，如：瓶颈区段、不合理信号机布置等，找出原因 后再通过调整区段和信号机等，再验算方案的合理性和评估运 输能力； 投资分析。由于我国的列控系统是基于应答器的，应答器的投 资比重占相当大的比重，如何合理设置应答器数量，在保证信 息安全传输的前提下，控制投资的投入，为应答器的合理布置 进行验算，提供科学依据； 列车运行策略分析。分析如何编制不同类型和车速的列车计划， 在保证安全的前提下，通过列车群仿真采用节能或节时等不同 运行策略，完成运行策略的分析，为方案评估提供科学依据； 2 2 列控仿真系统结构及其子系统功能分析 2 2 1 列车运行控制仿真系统结构 c t c s 一2 级列车运行控制仿真系统主要模拟仿真c t c s 一2 级列控 系统功能，实现车载设备和地面设备的模拟仿真，由控制中心，车 载仿真子系统，地面设备仿真子系统和数据库管理子系统四个部分 组成，其总体结构框图如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 1c t c s - 2 级列车运行控制仿真系统总体结构框图 控制中心由控制中心仿真机组成，主要有全程显示及监控作 用、仿真控制、自动化运行、统计分析等组成。控制中心完成整 个站场的图形显示和设备状态显示，完成列车运行显示、故障设置、 临时限速、进路操作、自动化运行、统计分析、回放等功能，帮助 设计人员进行方案评估。 地面设备仿真子系统根据车载仿真子系统的位置信息，通过以 太网络向车载发送模拟的轨道电路码序和应答器数据，提供车载防 护曲线计算的基础数据。并根据控制中心的进路办理和临时限速信 息向车载设备发送对应的车站有源应答器信息n ”。 车载仿真子系统根据轨道电路码序和应答器数据生成a t p 超速 防护曲线监控列车运行，并实时向控制中心发送a t p 曲线和列车运 行信息，供控制中心监控。 数据库管理子系统主要负责管理和存储线路信息、地面设备状 态信息、列车运行实迹信息，完成与控制中心和地面设备仿真子系 统的数据交互，为统计分析子系统提供列车运行各种数据。 c t c s - 2 级列车运行控制仿真系统拓扑结构图如图2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 露雾，p n 。 e 翟= ! = = = j 塑蟹! = ! 至= 皿 攀 糍 ”q m m m * #* # ”8 q “b “憋 ，、 划 图2 2c t c s 一2 级列车运行控制仿真系统拓扑结构图 在图22 的c t c s 一2 级列车运行控制仿真系统拓扑结构图中，控 制中心提供多屏的全线运行显示的功能，通过局域网与运行计划服 务器、地面设备仿真子系统、车载仿真终端进行数据交互，完成仿 真控制的仿真功能：在线路静态数据库服务器中存放线路基本的数 据，完成全线显示的区间站场的绘制功能；在线路动态数据库服务 器中存放线路信号设备的状态信息和列车运行的动态信息；在仿真 完成后，分析统计服务器完成线路通过能力、限制运能、投资、列 车运行策略等分析，为方案评估、决策提供可靠的依据：通过预留 a t p 实体设备接口，与轨道电路、应答器、无线设备等地面设各控 制器相连接，完成a t p 实物测试与试验。 222 各子系统的功能需求分析 根据实际情况，分析各子系统及其功能如下： 1 ) 控制中心： 地面设备布置及站场平面图显示，铺画并显示整条线路图， 为操作人员提供可视化的直观显示界面； 实时显示列车运行的状态，包括列车运行的车次号、里程、 速度等参数； 。舯 镍 1j。搀m 始& ；p 黼 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 实时显示列车运行的紧急制动曲线； 仿真轨道电路、应答器等设备故障的设置，检验列车的反应： 临时限速命令的拟定及下发： 车站人工控制进路来排列进路并显示； 根据运行计划下发运行命令，实现列车按照运行计划自动发 车，完成列车群模拟。 下发列车运行计划来自动排列进路方式来排列进路并显示； 对试验数据进行统计、分析，并可回放，辅助设计人员进行 方案评估。 2 1 地面设备仿真子系统： 轨道电路控制； 区间轨道电路状态和编码控制，站内轨道电路状态和编码 控制； 信号机控制：区间通过信号机控制，站内信号机控制，； 应答器控制：区间无源应答器用户数据生成，车站有源应 答器用户数据生成，应答器用户数据发送控制，； 故障设置：轨道电路故障设置处理，应答器故障设置处理。 3 ) 车载仿真子系统： 司机驾驶d m i ： 根据司机牵引、制动手柄所在级位及列车的牵引、制动特 性计算列车运行速度及当前里程； 轨道电路低频信息、应答器报文的接收及处理； 目标距离模式曲线计算1 ； 司机操作及设备动作记录1 ； 4 ) 数据库管理子系统： 主要负责管理和存储线路信息、地面设备状态信息、列车 运行实迹信息： 完成与控制中心和地面设备仿真子系统的数据交互； 提供各种必要数据给控制中心完成场景回放功能； 提供统计分析的必要数据，完成统计分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 2 3 各子系统间信息流 c t c s 2 级列控仿真系统各子系统信息交互主要依靠数据库和网 络通信实现。 控制中心子系统与车载仿真子系统、控制中心子系统与地面设 备管理子系统、控制中心子系统与运行计划服务器、车载仿真子系 统与地面设备管理子系统通过局域网建立连接，实现控制信息的交 互及命令的传递。控制中心仿真子系统与地面设备管理子系统都须 建立与线路数据库的连接，实现设备状态的更新与读取。控制中心 子系统与列车群触发器以网络通信的形式联络，传递消息，控制列 车自动发车。各子系统间信息交互图2 3 所示。 图2 3 各子系统间信息流图 控制仿真子系统是这里的核心，掌管着各个子系统的协调工 作。控制系统获取静态数据库数据绘制整条线路；它连接公共数据 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 库，能够动态的显示设备的状态及码序变换；通过网络直接与地面 设备管理子系统、车载终端相连，给地面设备管理子系统发送命令， 同时获取车载终端信息，在线路上显示列车运行信息；它还与运行 计划服务器相连，获取运行计划，实时调节运行计划，实现自动发 车与排列进路，实现列车群模拟：同时向地面管理子系统发送控制 命令，如临时限速命令、车站进路操作命令等；连接统计分析数据 库，存储重要的统计信息及功能仿真过后的获取统计数据库的数据 进行分析。 车载仿真子系统启动后，司机需通过d m i 界面选择模拟车型并 输入列车基础参数；完成设置后建立与地面管理子系统及仿真控制 中心的连接，并向它们发送列车注册信息；列车运行阶段，司机手 动操作列车的牵引制动级位，车载仿真子系统计算列车速度、运行 里程，实时发送至地面管理子系统和仿真控制中心。 地面管理子系统根据列车位置报告，判断轨道电路占用情况， 计算各信号机显示和各轨道电路上的低频信息码，修改数据库中各 信号设备的状态；实时跟踪该条线路运行的列车，并向各车载仿真 平台发送其车头所在轨道区段的低频信息；如果列车车头位置到达 应答器，通过网络向其发送应答器报文。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 第3 章控制中心系统总体设计 控制中心由简化的c t c 模块及操作人员方便性而增加的功能模 块组成，主要完成全线路显示、仿真控制、统计分析、自动化运行 等功能。控制中心首先绘制整个站场的图形显示和设备状态的显示 及列车运行显示，为整个仿真系统提供仿真显示平台：并通过故障 设置、临时限速、进路控制、自动化运行等控制完成仿真控制功能， 实现列控仿真系统的各项仿真功能；最后通过统计分析模块，完成 对实际运行的列车群进行统计，并分析线路在增加临时限速等一些 条件后，实际的通过能力，对理论的通过能力的一个验证，为设计 人员或者调动控制中心的人员提供一个调整线路配置以及运行计 划的一个有力参考。 3 1 控制中心系统结构 控制中心作为列控仿真系统的重要组成部分，主要有以下功能 模块组成：全线显示、自动化运行、仿真控制、统计分析四个功能 模块，其功能框图如图3 1 所示，是列车运行、直接指挥和管理的 关键设备。 图3 1 控制中心功能框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 3 2 控制中心系统功能需求分析 3 2 1 全线显示子功能模块 全线显示的子功能图如图3 - 2 所示，主要由区间站场显示、显 示控制、列车运行显示和设备状态显示四部分组成。 图3 2 全线显示子功能图 其具体的完成主要功能有： 区间站场线显示。通过读取控制中心自己的静态数据库( 包括 车站信息表、上下行信号点轨道区段表、应答器里程表) ，完成 整条线路的绘制，显示在大屏上，这样做可以快速更换不同线 路，进行不同线路的仿真。 显示控制“。具有显示图的缩放功能，方便操作人员对细节的了 解。同时可以根据控制中心操作人员对功能要求的不同，选择 不同的功能显示在桌面上，实现对图的具体控制。 列车运行的状态显示。获得车载仿真子系统发来的列车里程参 数，实时显示列车的运行位置。 列车紧急制动曲线的显示。获得车载仿真子系统发来的列车紧 急制动曲线数据，显示列车当前的列车紧急制动曲线。 列车的速度和车次的显示。获得车载仿真子系统发来的列车实 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 时参数，显示列车当前的列车速度和车次。 实时显示信号机状态。读取公共数据库区间设备信息表和站内 设备信息表，实现信号机状态的实时显示。 应答器信息的显示。读取公共数据库无源应答器信息表和有源 应答器信息表，实现应答器信息的实时显示。 实时显示轨道电路的状态。读取公共数据库区间设备信息表和 站内设备信息表，实现区间轨道电路状态显示和码序显示。 3 2 2 自动化运行子功能模块 自动化运行主要由运行计划、自动实现预存故障设置的下达和 自动实现预存临时限速下达组成。其中运行计划又主要由手动添加 与修改运行计划模块和从运行计划服务器中获得运行计划两个功 能模块组成。运行计划的子功能图如图3 - 3 所示。 图3 3 自动化运行子功能图 其具体的完成主要功能有： 控制中心能够修改运行计划的交互界面显示。通过该界面的交 互，可以手动修改和添加临时的运行计划，灵活操作运行计划。 更改运行计划。对交互界面传过来的数据，进行判断，没有冲 突的情况下，更改要求的运行计划。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 对修改或者添加的运行计划，能够记录下来，给统计分析提供 基础分析数据。 运行图显示功能。在运行计划服务器中有一个运行计划图。能 够给操作人员直观的了解整个线路的运行计划。 编制列车运行图。当得到线路的基础数据，及列车区间运行时 分，列车追踪间隔时间，车站间隔时间，列车起停车附加时分， 列车停站率及停车时间等数据后，进行列车运行图编制。 打印运行计划图。能够打印运行计划图，供相关人员分析。 3 2 3 仿真控制的子功能模块 仿真控制的子功能图如图3 - 4 所示。仿真控制主要由故障设 置、临时限速、列车进路控制等部分组成。 图3 4 仿真控制子功能图 其具体完成主要功能有： 模拟设置轨道电路故障。显示轨道电路、信号机、码序的变化 及列车的运行状态和紧急制动曲线的变化； 模拟设置应答器故障。显示列车的运行状态和紧急制动曲线的 变化； 临时限速命令。是仿真系统的一个重要的功能模块。设置好的 临时限速，需要根据客运专线的技术规范，进行归档处理，其 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 结果，发给地面设备。临时限速的设置攸关列车运行安全，因 此，通过仿真发现临时限速的设置正确性。 自动排列进路。在全自动运行的情况下，控制中心接收运行计 划服务器发送的列车运行计划的进路指令，在列车占用该站的 触发区段( 触发区段是指列车占用该区段时引起进路排列的区 段) 时自动排列计划中的进路指令“。 人工排列进路。根据作业情况，操作员直接按压进路始终端按钮 来人工排列进路。 敌对进路的判断”。对自动排列进路，和人工排列进路的命令 进行判断，看是否存在敌对进路，如果有，进行记录，并舍弃 该命令。给统计分析提供基础数据。 3 2 4 统计分析子模块 统计分析子模块图如图3 - 5 所示。统计分析主要有v s 曲线、t s 曲线、间隔距离曲线分析报告和统计数据打印及数据文本输出组 成。 图3 - 5 统计分析子功能图 其具体完成的主要的功能有： 性能分析报告图。在仿真系统中，我们根据实际情况的运行， 绘制了不同列车的v s 曲线、t s 曲线、间隔距离曲线。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 对故障情况，列车制动情况，以及运行计划执行情况进行统计、 存档。 统计数据的打印。对仿真的有用数据进行打印与存档。 3 3 控制中心系统信息流分析 控制中心作为列控仿真系统的主要组成部分，为整个仿真系统 提供全线显示、自动化运行( 主要是运行计划) 、仿真控制、统计 分析四个功能模块。控制中心内部以及与各仿真子系统间有复杂的 数据交换。图3 - 6 为控制仿真中心内部与各子系统间的数据流图。 图3 - 6 控制中心数据流图 具体数据流情况如下所述： 1 控制中心仿真子系统是这里的核心，掌管着各个子系统的 协调工作。控制中心在初始化的时候从e x c el 表中获取有用的工程 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 数据，主要是信号点里程表、应答器位置表和车站表，放入线路数 据库中。然后从线路数据库中取得静态线路数据，绘制全线视图。 2 当控制中心选择全自动运行时，控制中心从运行计划服务 器中获取运行计划的命令，然后按照运行计划发车、接车等操作。 3 控制中心在运行期间获得列车运行的相关信息和期间出现 的相关操作、故障信息等存入统计分析数据库中。在仿真结束后， 从统计分析数据库获取数据，进行运算，绘制出v - s 曲线、t - s 曲 线、间隔距离曲线等性能分析图。 4 控制中心在仿真期间通过与地面设备仿真子系统间设立接 口：发送故障设置、临时限速、进路控制命令等给地面设备仿真子 系统处理，并接收地面仿真子系统接收信息后的反应。 5 控制中心通过与数据库管理子系统间设立的接口：实时与 数据库管理子系统建立连接，读取区间和车站设备的信息，实时显 示区间和车站的信号机、轨道电路、码序、应答器等设备的显示， 并完成获取列车进路号，完成列车进路显示及故障设置后显示。 6 控制中心通过与群触发器设立的接口，发送列车初始化信 息，包括上下行，车次号，列车位置等信息，群触发器根据信息触 发列车上线运行；同时控制中心与每个列车都有接口，接收车载仿 真子系统发送的列车里程、车次、速度信息，完成列车运行的实时 显示；接收车载子系统发送的列车紧急制动曲线的速度值，完成列 车紧急制动曲线显示。 西南