城市軌道交通ATP 仿真系統(tǒng)的初步研究

1、城市軌道交通ATP 仿真系統(tǒng)的初步研究摘要:基于我國目前城市軌道交通開展的需求分析以及列車超速防護(hù)atp系統(tǒng)構(gòu)造分析,提出atp仿真系統(tǒng)的開發(fā)目的與指導(dǎo)原那么,以及atp仿真系統(tǒng)的構(gòu)造與功能.關(guān)鍵詞:城市軌道交通;列車超速防護(hù);近年來,隨著北京地鐵擴(kuò)建、上海和廣州地鐵的相繼建成投運(yùn)以及北京輕軌線路的即將開工,我國城市軌道交通的開展規(guī)模越來越大,然而我國的列車自動(dòng)控制at(autatitrainntrl)程度還處于起步階段,車地一體的成套系統(tǒng)設(shè)備尚需從國外引進(jìn).跟蹤國外at系統(tǒng)技術(shù)開展,研制國產(chǎn)化at系統(tǒng)的任務(wù)已迫在眉睫.城市交通at系統(tǒng)通常包括列車超速防護(hù)atp(autatitrainprte

2、tin)、列車自動(dòng)駕駛at(autatitrainperatin)和列車自動(dòng)監(jiān)控ats(autatitrainsupervisin)3個(gè)子系統(tǒng),其中atp子系統(tǒng)采用故障平安設(shè)計(jì),完成列車運(yùn)行的間隔控制、進(jìn)路控制和超速防護(hù)等功能,對(duì)于保證列車運(yùn)行平安和進(jìn)步行車效率起著很重要的作用1.與單項(xiàng)產(chǎn)品的開發(fā)不同,城市軌道交通atp是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),涉及機(jī)車車輛、地車通信、信號(hào)聯(lián)鎖、行車指揮以及司機(jī)駕駛等諸多因素,系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中的疏漏乃至錯(cuò)誤都在所難免,所研制設(shè)備的性能測(cè)試與改進(jìn)也不可能一蹴而就,應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、研究建立atp仿真系統(tǒng)是進(jìn)展atp系統(tǒng)開發(fā)的必要條件和必然選擇.1atp仿真系統(tǒng)目的與開發(fā)原

3、那么1.1系統(tǒng)目的(1)建立輔助開發(fā)平臺(tái)在atp系統(tǒng)研發(fā)期間,應(yīng)用數(shù)字仿真與半實(shí)物仿真相結(jié)合的手段,對(duì)所研制的atp設(shè)備進(jìn)展仿真測(cè)試,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)疏漏,縮短新產(chǎn)品的研制周期;同時(shí)還可以進(jìn)展設(shè)備參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).(2)建立自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)對(duì)atp系統(tǒng)的整體性能以及各個(gè)子系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)展測(cè)試,檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的atp系統(tǒng)的可靠性、可用性和可維護(hù)性指標(biāo),給出性能測(cè)試報(bào)告.(3)提供方案的評(píng)價(jià)手段應(yīng)用數(shù)字仿真對(duì)atp系統(tǒng)方案的可行性進(jìn)展預(yù)測(cè)和評(píng)估.(4)建立系統(tǒng)演示與人員培訓(xùn)環(huán)境利用多媒體手段對(duì)atp系統(tǒng)的原理、構(gòu)造、功能和運(yùn)行過程進(jìn)展生動(dòng)的展示,并提供atp仿真系統(tǒng)工作人員以及現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)工作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)環(huán)境

4、,包括設(shè)備的原理、構(gòu)造、安裝、調(diào)試和維護(hù)等.1.2系統(tǒng)開發(fā)原那么(1)通用性與開放性從適用范圍方面,考慮擴(kuò)展為地面鐵路atp仿真系統(tǒng)的需求;從系統(tǒng)功能方面,預(yù)留擴(kuò)展為ats與at仿真系統(tǒng)的接口.(2)數(shù)字仿真與半實(shí)物仿真相結(jié)合.(3)組態(tài)化建模適應(yīng)不同形式的atp系統(tǒng),保證仿真對(duì)象某一部分不同時(shí),僅通過組態(tài)將根本部分加以重新組合就可獲得新的仿真模型,而不必修改仿真的原程序.(4)優(yōu)越的人機(jī)交互性能.1.3仿真對(duì)象描繪城市軌道交通atp系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示,各部分的主要功能為:(1)區(qū)域控制中心是atp系統(tǒng)的核心.一方面,向ats系統(tǒng)提供由軌道電路子系統(tǒng)、進(jìn)路控制子系統(tǒng)采集來的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息;另一方

5、面,從ats系統(tǒng)接收調(diào)度命令,產(chǎn)生進(jìn)路控制命令并傳遞給進(jìn)路控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)路控制,同時(shí)產(chǎn)生軌道電路編碼信息,由軌道電路子系統(tǒng)傳遞給車載atp子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的實(shí)時(shí)控制.(2)平安數(shù)據(jù)網(wǎng)是指區(qū)域控制中心與其它atp子系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換信息的傳輸通道.(3)車載atp子系統(tǒng)接收軌道電路傳遞的各種信息,生成列車速度控制曲線,并與實(shí)測(cè)車速進(jìn)展比較,監(jiān)視列車運(yùn)行.當(dāng)列車運(yùn)圖1城市交通atp系統(tǒng)構(gòu)造圖行速度超過允許速度時(shí),對(duì)列車施行制動(dòng).(4)軌道電路子系統(tǒng)不僅向車載atp子系統(tǒng)提供列車控制信息、定位信息,同時(shí)還完成列車占用檢測(cè)、斷軌檢查等功能.(5)進(jìn)路控制子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域控制中心的命令,實(shí)時(shí)控制站內(nèi)信號(hào)機(jī)與

6、道岔.2仿真系統(tǒng)構(gòu)造與功能2.1atp仿真系統(tǒng)總體構(gòu)造atp仿真系統(tǒng)的總體構(gòu)造如圖2所示.atp仿真系統(tǒng)是一個(gè)分布式仿真大系統(tǒng),系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)效勞器向各個(gè)仿真子系統(tǒng)提供大量共享的數(shù)據(jù),例如:線路數(shù)據(jù)庫、車站數(shù)據(jù)庫、列車牽引制動(dòng)模型、列車運(yùn)行圖等,以及各種硬件共享設(shè)備,如打印機(jī)、大屏幕投影等.區(qū)域控制中心仿真子系統(tǒng)、車載atp仿真子系統(tǒng)、進(jìn)路控制仿真子系統(tǒng)和軌道電路仿真子系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)效勞器連接,共享網(wǎng)絡(luò)資源.圖2城市軌道交通atp仿真系統(tǒng)的總體構(gòu)造圖2.2區(qū)域控制中心仿真子系統(tǒng)區(qū)域控制中心仿真子系統(tǒng)的構(gòu)造如圖3所示.圖3中,區(qū)域控制中心仿真主機(jī)的功能是:(1)模擬生成各種ats信息;(2)

7、設(shè)置各通信鏈路模擬器的參數(shù);(3)接收被測(cè)設(shè)備輸出的軌道電路編碼信息與進(jìn)路控制信息,并對(duì)這些信息正確性、實(shí)時(shí)性、抗干擾性等進(jìn)展評(píng)價(jià),給出評(píng)價(jià)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)信息;(4)通過局域網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、大屏幕投影等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能演示與系統(tǒng)培訓(xùn).圖3中的輸入、輸出接口可能是模擬量接口,也可能是數(shù)字量的;各通信鏈路模擬器可程控設(shè)置其模擬通信鏈路的類型(如串行或并行)、鏈路長度、參數(shù)、故障形式等;被測(cè)區(qū)域控制中心機(jī)接收ats控制信息,輸出軌道電路編碼與進(jìn)路控制信息.圖3區(qū)域控制中心仿真子系統(tǒng)的構(gòu)造圖2.3進(jìn)路控制仿真子系統(tǒng)如圖4所示2,進(jìn)路控制仿真主機(jī)的功能是:(1)自動(dòng)生成測(cè)試方案,模擬生成一系列的操作命

8、令與當(dāng)前狀態(tài)輸出;(2)通過局域網(wǎng)獲取站場(chǎng)數(shù)據(jù),并動(dòng)態(tài)顯示站場(chǎng)情況的變化;(3)接收被測(cè)設(shè)備輸出的表示信息與控制信息,并對(duì)這些信息正確性、實(shí)時(shí)性等進(jìn)展評(píng)價(jià);(4)通過局域網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能演示與培訓(xùn).圖4進(jìn)路控制仿真子系統(tǒng)構(gòu)造圖2.4車載atp仿真子系統(tǒng)車載atp仿真子系統(tǒng)的構(gòu)造如圖5所示3,4.圖5中,車載atp仿真子系統(tǒng)仿真主機(jī)的功能是:(1)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)以及通過局域網(wǎng)查詢線路數(shù)據(jù)、列車運(yùn)行模型、列車制動(dòng)模型等,生成測(cè)試方案;(2)通過與駕駛仿真微機(jī)的通信,獲取列車操縱與狀態(tài)信息;在脫離駕駛仿真系統(tǒng)時(shí),也可自行生成這些信息;(3)根據(jù)仿真要求,直接生成未經(jīng)調(diào)制的地面軌道電路信息

9、或點(diǎn)式信息;或者通過遠(yuǎn)程訪問軌道電路子系統(tǒng),由其提供原始信息;(4)根據(jù)仿真測(cè)試結(jié)果,進(jìn)展測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析、控制效率分析、平安性分析與評(píng)價(jià);(5)通過局域網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能演示與培訓(xùn).圖5車載atp仿真子系統(tǒng)的構(gòu)造圖2.5軌道電路仿真子系統(tǒng)如圖6所示5,軌道電路仿真主機(jī)的功能是:(1)根據(jù)仿真任務(wù)的需求,通過控制vxi總線測(cè)試子系統(tǒng)與臺(tái)式儀器子系統(tǒng),獲取仿真建模測(cè)試數(shù)據(jù)、信號(hào)分析數(shù)據(jù)等;(2)提供軌道電路工作特性分析、工作狀態(tài)仿真、軌道電路參數(shù)優(yōu)化、測(cè)試數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)等的軟件平臺(tái);(3)通過局域網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能演示與培訓(xùn).圖6軌道電路仿真子系統(tǒng)的構(gòu)造圖3結(jié)論(1)由于城市軌道交通具有與地面鐵路相區(qū)別的一些顯著特征,城市軌道交通atp系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)設(shè)備的自動(dòng)化、系統(tǒng)化程度以及車地信息傳輸與設(shè)備的在線監(jiān)控和維修的重要性.在atp仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對(duì)這些區(qū)別給予充分考慮.(2)城市交通atp仿真系統(tǒng)構(gòu)造與功能較復(fù)雜,各仿真子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)有待于進(jìn)一步研究.參考文獻(xiàn):1趙明,張建明.我國地鐵信號(hào)技術(shù)開展研究j.北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,23(5):41-44.2屠海瀅,吳芳美.鐵路車站通用信號(hào)仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)j.鐵道學(xué)報(bào),1999,21(5):47-50.3郜春海,唐濤,張