高校城轨列车追踪仿真系统的研究与实现

金丽丽

摘要：在列车运行控制系统的研究中，真实移动闭塞方式的列车追踪系统由于造价高、安装难度大、直观性差等原因并不适合应用在高职铁路院校的教学与实训中，同时一些复杂情况难以在实际中做到，所以移动闭塞方式下城轨列车追踪仿真系统的研究与实现，无论从时间和经济方面，还是培养轨道交通行业人才的高校，还是轨道交通企业进行员工培训都需要一套技术上先进，功能上与行业技术水平一致的列车追踪与仿真教学系统。

关键词：移动闭塞；列车追踪；仿真系统

列车追踪技术是列车自动控制系统中的重要技术之一。移动闭塞是目前利用效率最高的信号闭塞方式，与固定闭塞方式相比，移动闭塞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。由于移动闭塞系统能够比固定闭塞、准移动闭塞更好地确定列车的位置和传输列车信息，所以移动闭塞系统可以根据列车的动态运行确定更小的列车间隔，这符合繁忙的城市轨道交通的需求，代表着城市轨道交通信号技术的主要发展方向。列车追踪定位在现代轨道交通控制信号系统中是非常重要的一项技术，所以掌握列车追踪的原理与以及相关设备的维护方法，是轨道交通控制专业人才培养的一个重要目标。

一、城市轨道交通应用现状

随着铁道通信信号、计算机网技术与控制技术的飞速发展，基于移动闭塞方式的列车自动控制系统能够缩小列车的行车间隔，提高行车密度，车一地之间的信息交换采用感应环线或者无线通信，不再依赖于传统的轨道电路，列车位置由列车本身测定，列车与控制中心之间保持连续地双向通信，提供列车安全间隔保证和超速防护，使列车以最高的密度，运行于同一线路。从以硬件为基础的系统，演变为以软件基础的系统，是全球铁路及轨道交通信号界公认的最先进的信号产品。

列车追踪从根本上制约着列车自动控制系统的控制精度。列车运行自动控制系统要求列车能实时获得当前的实际速度和位置，才能保证列车的运行安全和准点率。作为列车自动控制系统的一部分，测速测距的精度太低，不仅会使列车运行不安全，而且会造成系统自动生成的安全防护距离过大，从而影响运输效率。所以，列车追踪在轨道交通信号系统中都处于非常重要的地位，所以列车追踪原理与设备维护方法的掌握，是铁路高职院校人才培养的一个重要目标。但是在学校实训环境中采用真实计轴设备，存在以下几个问题：

（1）真实移动闭塞列车控制系统造价太高，从经济角度考虑不太现实。

（2）在学校环境中，多采用将真实站场模拟至沙盘上的模式，线路与列车运行状况并不是真实的，所以安装真实设备比较困难。

（3）真实设备计算机处理过程为内部运算，运算过程对于学生来说不够直观。

（4）在全国的范围内，多数铁路院校并没有适合高职院校教学与实训的仿真设备。

综上所述，适合高职院校教学与实训的仿真设备的开发与研制迫在眉睫。

二、研究目标和研究内容

通过设计和开发移动闭塞方式下城轨列车追踪仿真系统，实现轨道交通控制领域中列车定位的功能。本仿真系统设计使用移动闭塞的算法，根据前行列车的尾部和安全距离得到目标计算点， 然后反推列车的制动曲线，后续列车在运行的过程中以当前工况为基础判断是否超过限速，以确定其操纵方式。实现与真实现场工作情况的模拟对接。

对轨道交通企业的已经使用的列车控制系统进行分析，设计和开发一套城轨列车追踪仿真系统，使其完成在移动闭塞区段理想的铁路轨道区段的空闲检查。

根据线路、列车的数据，以确定列车运行过程中的受力情况。然后采用移动闭塞方式的算法计算列车的限速曲线， 之后利用前推算法通过判断列车是否超过限速以确定列车的工况，同时根据新确定的工况计算下一个时间步长的列车速度、时分和运行距离等数据，如果列车到达终点站则运行结束，否则需要根据列车的位置再次计算，直到到达终点站为止。

三、发展趋势分析

通过对列车追踪的仿真，教学上可达到以下目标：

（1）可以将列车追踪的原理、相关设備的工作过程完整、直观的体现出来，让学生透彻的掌握移动闭塞的原理、列车追踪的原理以及相关设备的维护方法。

（2）仿真软件可安装在站场沙盘旁的计算机，直观展示原理性的内容。

（3）仿真系统可模拟故障，可以设计不同的故障培养学生对故障的分析、处理能力。

（4）此套设备能较好的与现场设备接轨，学生通过对此设备的学习、训练后，可基本满足现场工作的需要。

（5）设备造价低廉，并具有较好的可复制性，不受外部条件限制，可在铁路院校内大范围推广。

（6）为承接轨道交通企业的技术研究、员工培训提供平台支持。

四、结论

（1）此套设备能较好的与现场设备接轨，学生通过对此设备的学习、训练后，可基本满足现场工作的需要。

（2）设备造价低廉，并具有较好的可复制性，不受外部条件限制，可在铁路院校内大范围推广。

（3）该系统可以为高校、铁路员工等进行城市轨道交通列车安全间隔及通过能力等方面的学习和研究提供便利条件和平台支持.

参考文献：

[1]王晶.城市轨道交通列车自动防护系统建模与仿真实现.

[2]郑晓龙，宁滨.移动闭塞系统的有关分析.

[3]李本刚.CBTC移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间的计算.铁路通信信号工程技术，2008（6）.

[4]刘海东，毛保华，何天健，丁勇，王璇.不同闭塞方式下城轨列车追踪运行过程及其仿真系统的研究.铁道学报，2005（2）.

[5]纪开权.基于苏州轨道交通一号线移动闭塞系统的分析.科技信息，2011（1）.

项目：2017年度广西高校中青年教师基础能力提升项目：移动闭塞方式下城轨列车追踪仿真系统的研究与实现 （项目编号：2017KY1247）