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高速铁路自动列车控制系统的建模随着高速铁路建设的不断推进，越来越多的人选择乘坐高速列车出行。
高速铁路的出现不仅大大缩短了旅行时间，提高了出行效率，同时还使得铁路运输更加安全、舒适。
其中，自动列车控制系统（ATP）是高速铁路系统中的重要组成部分，它可以对列车进行精准控制和调度，保证列车行驶的安全性和高效性。
本文将针对高速铁路自动列车控制系统的建模进行深入探讨。
一、ATP系统的基本原理自动列车控制系统是一个包括多个互相连接的子系统的集合体，其中最核心的是列车自动控制系统（ATS）和列车保护系统（ATP）。
ATS负责实现列车的自动驾驶，包括加速、减速和制动等行驶控制；而ATP的主要任务是保护列车在行车过程中的安全。
ATP根据列车的状态信息、设备状态信息和轨道情况等因素，实时判断列车行驶的安全性，当发现存在潜在的安全隐患时，ATP会自动采取措施，以确保列车的安全。
二、ATP系统的建模ATP系统的建模主要包括列车动力学、线路模型和安全策略等方面。
其中，列车动力学模型用于描述列车的运动状态，包括速度、加速度和位置等；而线路模型主要用于描述铁路轨道的几何形状和限制条件；安全策略则是根据列车动力学和线路模型，以及ATP算法等因素制定的列车安全控制策略。
1.列车动力学模型列车动力学模型是ATP系统中的核心模块之一，它描述了列车的运动状态和动力学特性。
列车的运动状态包括了位置、速度和加速度等参数，而动力学特性则包括了列车的牵引力、制动力和阻力等参数。
列车动力学模型需要考虑列车的整体结构、质量分布和零件耐久性等因素。
2.线路模型线路模型是对铁路轨道的几何形状和限制条件进行描述。
在ATP系统中，线路模型主要用于确定列车在铁路轨道上行驶的限制条件，例如曲线半径、坡度和限速等。
线路模型需要考虑各种因素，如轨道的高程、轮轨接触几何配合等。
3.安全策略安全策略是ATP系统中的最重要模块之一。
它是根据所建立的列车动力学模型和线路模型，以及防止与相邻车站的列车运动发生任何危险的防护数据，制定出的列车安全控制策略。
高速动车组列车超速防护 ATP系统分析摘要：截至2019年12月31日，国内累计有40座城市开通城市轨道交通线路，运营里程达到6730.27 km，运营里程最长的上海市已经达到801.34 km。
目前，国内城市轨道交通运营线路电客车均已装备ATP列车超速防护系统，且近年新建线路均采用基于无线车-地通信的列车自动控制系统（CBTC）。
但城市轨道交通工程车（简称工程车）由于考虑到建设及运维成本等原因，普遍未装备ATP 设备。
随着运营里程、线路设备的增多，对日常运营维护也提出了更高的要求，工程车作为线路快速维护的运输工具，使用也更为频繁。
为更好地保障运维作业的行车安全，避免人为因素导致的超速、闯红灯等危害安全的事件发生，新建线路时，各轨道交通运营公司均已在考虑加装CBTC车载ATP设备。
关键词：高速动车组；列车；运行控制；超速防护引言随着科学技术的发展，高速动车组列车技术水平大大提升，现在铁路信号已经是以车载信号为主的行车方式，可以大大提升列车控制系统的安全水平。
中国铁路速度不断地提升，为了保障列车运行控制需求，ATP系统应运而生，实现了不同速度级别线路控制的目标，现代高速铁路信号控制领域也在不断地拓展，普速铁路与高速铁路之间的互联互通已经实现，在未来将会取得更好的成绩。
1、系统结构分析列车自动防护系统即ATP（Automatic Train Protection）系统的总体结构可分为三大部分：第一部分是车载ATP速度监督与控制，主要实现ATP曲线的生成，然后实时监控列车速度的功能。
第二部分是车载ATP对相关信息的采集（列车参数、线路信息、ZC送来的信息等），主要为第一部分提供ATP曲线生成的重要信息。
第三部分是轨旁ZC的信息采集和计算，主要实现了对相应ZC所辖区域内的列车位置、障碍物位置、临时限速点、ATS控制中心的调度信息的采集，然后通过车地无线通信网传送给第一部分，为ATP曲线生成提供重要依据，除此之外，轨旁还与ATS控制站通信反馈轨旁设备的状态信息等。
列车自动防护系统(ATP)列车自动防护系统(Automatic train pro—tectlon)，简单地说，是列车司机的辅助设备。
该设备监督信号显示和列车限制速度，并且与司机的操作进行比较，当运算的结果表明列车不捌动就不能安垒停车时，向司机发出警告，如果司机再不采取措施，列车将自动制动。
随凿廉价高性能微处理器的问世，ATP的研制工作取得巨大进展，功能日益增加。
车载设备做到故障一安垒并能进行自检。
便宜的存储器使存储进路及车辆性能的能力不再受到限制，这使ATP 系统所具备的“知识”达到了可以与司机媲美的水平。
速度反馈及防滑装置使ATP 系统能够调整粘着度ATP 系统定期计算距离，制动控制比人工操作更准确，重复性更好，理论更符合实际。
1．ATP系统的类型ATP系统主要分为连续式和点式两大类。
连续式系统在轨道与列车间连续进行有关信号显示的通信。
实现的主要手段是电码轨道电路或者是沿轨道铺设的感应电缆。
点式ATP 系统只在专用的信号点实现轨道与列车间的数据传输。
当列车通过该点时，车载设备可以从地面应答器或者感应环线取得数据，车上需要安装接收线圈或传感器，一旦传输中断或接收信号错误，安全系统保证使列车停车。
点式和连续式ATP 系统都有同样的安全标准。
连续式ATP 系统更接近司机操纵的灵活性，因此在繁忙的路网更受青睐。
装有连续式ATP系统的列车接近停车信号时，信号显示连续传给车载计算机，司机可以在某个适当距离开始制动，一旦司机发现信号转变为注意信号就可以缓解，甚至加载。
点式ATP 系统就不如连续式那么灵活。
例如列车接近信号时，信号点传送的是停车信号，车载计算机算出制动地点及所需制动率。
但当信号变为注意信号时，翠载计算机的数据能未更新，司机必须保持制动，直到通过下一个信号点接收到前方信号的新数据之后才能缓解。
显然这会影响繁忙区段的通过能力，西屋公司最早在19f~8年在伦敦地铁维多利亚线上使用了连续式列车自动控制系统。
高速列车控制系统的速度控制技巧随着科技的不断发展和交通运输的迅猛进步，高速列车已经成为现代城市间快速交通的重要组成部分。
高速列车的速度控制对于确保运行安全和提升运输效率至关重要。
本文将探讨高速列车控制系统中的速度控制技巧，并介绍一些相关的技术与方法。
一、高速列车速度控制系统的重要性高速列车的速度控制系统是整个列车运行过程中最关键的部分之一。
它不仅决定了列车的运行速度，也关系到列车的运行平稳性、能耗以及制动安全等方面。
合理的速度控制系统能够帮助列车实现高效运行，增强列车的稳定性和安全性。
二、高速列车速度控制技巧1. 制动控制技巧制动是高速列车速度控制的关键环节之一。
为了确保制动的平稳和有效，常见的技巧包括：- 采用智能化制动系统，通过传感器和控制器实时监测列车速度和制动力，实现自动调整；- 结合ABS防抱死系统，避免轮胎因制动而造成的打滑现象，提高制动效果；- 采用辅助制动装置，如电子牵引制动器和电磁制动器，提供额外的制动力。
2. 加速控制技巧在高速列车起动和加速过程中，合理的加速控制技巧可以提高列车运行效率和乘坐舒适度，一些常见的技巧包括：- 合理调整牵引力大小和施加速度梯度，避免过快或过慢的加速；- 利用反馈控制系统精确控制加速过程，确保列车始终保持合适的速度和平稳性。
3. 速度平衡控制技巧高速列车在运行过程中需要实现速度的灵活调整，以应对不同的路况和运输需求。
一些常见的速度平衡控制技巧包括：- 根据路线曲线半径和坡度等因素，合理调整速度和曲线半径的匹配，保证列车的平稳通过；- 利用GPS等导航技术，提前进行路线和速度的规划，减少速度变化对乘客的不适感。
4. 能耗优化技巧高速列车速度控制的另一个重要方面是能耗的优化。
一些常见的能耗优化技巧包括：- 采用先进的动力系统和轻量化设计，降低列车运行的能耗；- 把制动能量回馈到供电系统中，实现能量的再利用，提高能源利用效率；- 利用智能化调度系统，优化列车的运行计划，减少不必要的能源消耗。
高速铁路行车安全控制技术研究高速铁路的发展，不仅改变了人们出行的方式，也带来了更高的行车安全要求。
随着科技的进步和技术的不断改良，高速铁路行车安全控制技术也得到了极大的提高。
本文将就高速铁路行车安全控制技术的现状、发展和应用进行探讨。
一、高速铁路行车安全控制技术现状铁路行车安全问题一直是铁路系统管理面临的重要问题。
针对高速铁路行车安全控制，各国铁路部门都进行了大量的研究。
其中，欧洲的ETCS（European Train Control System）系统、中国的CTCS（China Train Control System）系统以及日本的ATP （Automatic Train Protection）系统都是目前比较成熟、广泛应用的高速铁路行车安全控制系统。
ETCS系统是欧洲铁路的标准系统，它采用了最新的铁路通信技术、计算机技术、自动控制技术和地面监测技术，实现了对列车的实时监测、跟踪和控制。
CTCS系统是中华人民共和国铁道部为适应中国高速铁路建设需求，研制的高速铁路列车监控系统。
ATP系统是日本早期进入高速铁路发展的先进技术，该系统实现了列车的自动保护、自动监控和自动控制。
这些高速铁路行车安全控制系统在提高列车行车安全、缩短列车间距、提高运行效率等方面都发挥了重要作用。
以ETCS为例，它不仅对列车的位置精确定位，还能提前预警，并通过列车制动系统、ACSES（Advanced Civil Speed Enforcement System）系统等手段进行控制。
二、高速铁路行车安全控制技术发展高速铁路行车安全控制技术的不断发展，离不开技术创新和应用推广。
近年来，不断涌现出新的技术和新的应用。
1. 无线电开放式列车自动控制系统（ATO）ATO采用微机、无线电和传感器等多种技术，实现高速铁路列车的自动驾驶，同时满足行车控制和列车运行要求。
这样就能够减少人为干预，提高行车运营效率，也能减少事故发生的概率。
列车自动防护的方法和装置随着铁路运输的不断发展和完善，安全问题也成为了人们关注的重点。
列车在高速运行中，一旦出现事故后果将不堪设想。
因此，列车自动防护技术的应用变得至关重要。
列车自动防护技术是指通过各种装置和系统，自动监测和控制列车行驶过程中的各种情况，保障列车和乘客的安全。
下面，我们将从列车自动防护的方法和装置两个方面来进行阐述。
一、列车自动防护的方法1. ATP自动列车保护系统ATP（Automatic Train Protection）系统是一种列车自动防护技术。
它通过在铁路线路上布设设备和信号，实现对列车行驶速度的自动控制。
如果列车超速或未遵守信号要求，ATP系统会自动刹车，保障列车和乘客的安全。
2. ATO自动列车驾驶技术ATO（Automatic Train Operation）技术是一种列车自动防护技术。
它通过预设好的行车方案和设备，实现列车的自动驾驶。
ATO技术可以减少人为驾驶带来的安全隐患，提高列车的运行效率。
3. CBTC列车自动控制系统CBTC（Communication-Based Train Control）系统是一种列车自动防护技术。
它通过在列车和铁路线路之间的无线通信，实现对列车行驶速度和位置的自动控制。
CBTC系统可以实现列车的智能调度和管理，提高列车的安全性和运行效率。
二、列车自动防护的装置1. 车载ATP设备车载ATP设备是列车自动防护技术的核心装置之一。
它通过与地面设备进行通信，实现对列车的速度和位置的自动控制。
车载ATP设备通常由计算机、传感器、制动器等组成。
2. 信号灯信号灯是列车自动防护技术中常用的装置。
它通过不同颜色的灯光、不同的闪烁方式和位置，向列车驾驶员传递不同的指令。
信号灯的使用可以有效避免列车的相撞和超速等安全问题。
3. 无线通信设备无线通信设备是列车自动防护技术中必不可少的装置之一。
它通过与列车和地面设备之间的无线通信，实现对列车的位置和速度的监测和控制。
动车组ATP装置简析摘要：动车组在正线运营时，在列车与线路设备，线路设备与轨道电路，区控中心与线路设备，车载设备与列车之间通信，进行车辆监控，信号传输，保证列车的正常运行。
现针对动车组ATP的使用特性，下面针对动车组ATP装置进行简要分析。
关键词：列车运行；控制；信号；一、轨道交通信号系统介绍轨道交通信号系统是保证列车运行安全,实现行车指挥和列车运行现代化,提高运输效率的关键系统设备。
1、列车自动监控子系统(ATS)ATS系统由控制中心,车站、车场以及车载设备组成。
ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能：(1)采集轨道旁及车载ATP提供的列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。
(2)设置列车进路、控制列车停站时分。
(3)列车识别跟踪,传递和显示功能。
(4)自动调整列车停站时分,控制发车时间。
(5)ATS中央故障情况下的降级处理。
(6)向车辆段管理及行车人员提供必要的信息,以便编制车辆运用计划和行车计划。
(7)列车运行显示屏及调度台显示器,能对轨道区段、道岔,信号机和在线运行列车等进行监视,能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。
(8)能在中央专用设备上提供模拟和演示功能,用于培训及参观。
能自动进行运行报表统计,并根据要求进行显示打印。
(9)能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合,将部分或所有信号机置于自动模式状态。
(10)向通信无线,广播、旅客向导系统提供必要的信息。
2、列车自动防护子系统(ATP)ATP系统由地面设备、车载设备组成,监督列车在安全速度下运行,确保列车一旦超过规定速度,立即施行制动,主要实现以下功能:(1)检测列车位置,并向列车发送速度、距离、线路条件等信息,以确定列车运行的最大安全速度。
提供列车速度保护,在列车超速时提供常用制动或紧急制动,保证前行与后续列车之间的安全间隔,满足正向行车时的设计行车间隔和折返间隔。
对反向运行列车能进行ATP防护。
列车自动保护系统（ATP）的简介（西南交通大学交通运输与物流学院，四川省成都市 610031）摘要：在高速铁路列车自动控制系统(ATC)中，列车自动防护(ATP)系统担负着列车运行间隔控制、进路控制、超速防护的重要作用，是列车运行自动控制的基础。
其中，ATP车载设备是ATP系统中保证行车安全的关键设备，它根据地面信息和机车信息生成列车速度控制曲线，并与列车实际速度进行比较，监督列车运行，实现超速防护、零速检测、无意识移动防护、制动确认和车门防护等功能。
本文在详细阐述ATP设备功能及构成的基础上，阐述了高速铁路ATP设备的不足，为后续研究提供参考。
关键词：列车自动保护系统；高速铁路；安全；不足；中图分类号：U238 文献标识码：AIntroduction of Automatic Train Protection (ATP) System and the Current ResearchQIU Qian-qian（School of transportation and logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031）Abstract：Serving as the basis of Automatic Train Control (ATC) system of high-speed railway, Automatic Train Protection (ATP) system plays an important role in interval control, route control and over-speed protection. The onboard ATP, however, is the key component of ATP system to insure the train safety. It calculates the train speed-control curve based on the railway information stored in the host computer and the data received from wayside. It constantly compares the velocity calculated with the train actual velocity to supervise the train operation. It executes over-speed protection, zero-speed check, unexpected movement protection, brake confirmation and door protection. The paper introduces the function and the formation of ATP system and describes the shortage of ATP in details. The paper aimed to make a guidance for future research. Key words：Automatic Train Protection system; high-speed railway; safety; shortage; CLC number: U292.4 Document code: A0 简介高速铁路是解决交通拥挤的有效手段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全、正点。
因此，必须采用具有行车间隔控制、连续速度显示监督和防护的列车自动防护系统，以确保行车安全，提高行车效率。
ATP，全称是自动超速保护、列车自动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，是应用于轨道交通装备领域，包括高速机车、动车组和地铁车辆的安全保护记录装置，被称为铁路领域的“黑匣子”，承担着保护铁路装备安全的重任。
其功能主要为列车超过规定速度时自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
ATP系统自动检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。
1 列车自动防护(ATP)系统的功能列车自动防护（ATP）子系统，即列车运行超速防护或列车运行速度监督，是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备，实现列车运行安全间隔防护和超速防护。
通过ATP子系统检测列车位置并向列车传送ATP信息（目标速度信息或目标距离信息），列车收到ATP信息，自动实现速度控制，确保列车在目标距离内不超过目标速度的前提下安全运行。
它的主要功能有：（1）列车定位定位任务确定列车在路网中地理位置通常ATP系统都是利用查询应答器及测速电机和雷达完成列车定位安装在线路上某些位置应答器用于列车物理位置检测每个应答器发送包括识别编号（ID）应答器报文由列车接收在ATP车载计算机单元线路数据库里存有应答器位置列车就知道它在线路上确切位置由测速电机和雷达执行列车位移测量列车定位误差来自应答器检测精度、应答器安装精度和位移测量精度。
（2）速度和距离测量列车实际运行速度是施行速度控制依据速度测量准确性直接影响到速度控制效果列车位置直接关系到列车运行安全通过确定列车实际位置才能保证列车之间运行间隔以及能够在抵达障碍物或限制区之前停下或减速。
（3）ATP监督功能ATP监督负责保证列车运行安全各监督功能管理列车安全并在它权限内产生紧急制动；所有监督功能在信号系统范围内提供了最大可能列车防护各种监督功能之间操作是独立且同时进行ATP监督包括速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等。
（4）超速防护高速铁路中速度限制分为两种：是固定速度限制如区间最大允许速度、列车最大允许速度；另是临时性速度限制例如线路在维修时临时设置速度限制固定限速是在设计阶段设置ATP车载设备中都储存着整条线路上固定限速区信息。
（5）停车点防护停车点有时危险点危险点在任何情况下都是越过这会导致危险情况例如站内有车时车站起点即是必须停车点在停车点前方通常还设置一段防护段ATP系统通过计算得出紧急制动曲线即以该防护区段入口点为基础保证列车不超越入口点，有时也可在入口点处设置列车滑行速度值（如5km/h）一旦需要列车可在此基础上加速或者停在危险点前方。
（6）列车间隔控制列车间隔控制是既能保证行车安全（防止两列车发生追尾事故）又能提高运行效率（使两列车间隔最短）信号概念在过去以划分闭塞分区、设立防护信号机为基础自动闭塞（固定闭塞）概念下列车间隔是靠自动闭塞系统来保证列车间隔以闭塞分区为单位；当采用准移动闭塞或移动闭塞时闭塞分区长度与位置均是不固定是随前方目标点（前行列车）位置、后续列车实际速度以及线路参数（如坡度）而不断改变。
（7）站台屏蔽门控制ATP轨旁设备连续监测屏蔽门状态只有在屏蔽门“关闭且锁闭”情况下才允许列车进入站台区域如果屏蔽门状态不再为“关闭且锁闭”则ATP轨旁设备将站台区域作为封锁来处理在封锁区域边界处设置防护点因此接近列车将从ATP 轨旁设备得到仅至该防护点移动许可如果此时列车已经进入了站台区域屏蔽门状态从“关闭且锁闭”发生了变化ATP车载设备将触发紧急制动。
（8）其他功能除上述主要功能外视具体用户要求ATP系统还可具有其他一些功能：紧急停车功能：在特殊紧急情况下按压设在车站上紧急停车按钮（平时加铅封）就可通过轨道电路将停车信息传递给区间上列车启动紧急制动使列车停止运行。
给出发车命令：ATP系统检查有关安全条件（如车门是否关闭、司机操作手柄是否置于零位、ATO系统是否处于正常工作状态）并确认符合安全后给ATO 系统信号在人工驾驶模式下司机在得到显示后即可进行人工发车；在自动驾驶模式下ATO系统得到ATP系统发车确认信息后却操纵列车自动启动。
列车倒退控制：根据不同用户协议可以实现各种列车倒退控制例如当列车退行超过一定距离或者越过轨道电路分界点立即启动紧急制动。
停稳监督：监控列车停稳是在站内打开车门和站台屏蔽门安全前提为了证实列车停稳要考虑来自雷达和测速电机信息ATP车载计算机单元将使用这些速度信息。
2 列车自动防护(ATP)系统的构成列车自动防护系统所包含的设备分别安装在列车上和地面上。
安装在列车上的设备，简称为车载设备；安装在地面的设备简称为地面设备。
2.1 车载设备的主要组成列车自动防护系统的车载设备主要包括有车载主机、驾驶员状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口电路、电源和辅助设备等，如图1所示。
下面分别介绍有关设备的情况。
图1 车载主要设备(1)车载主机。
列车自动防护系统的车载主机由各种印刷电路板、输人/输出接口板、安全继电器和电源等设备组成。
这些设备分层放在机柜中，利用机柜上的总线进行通信。
(2)状态显示单元。
状态显示单元是车载系统与列车驾驶人员之间的人机界面，可以显示列车当前运行速度、列车到达某点的目标速度、列车到达某点的走行距离、列车的驾驶模式和有关设备的运行状况等与行车直接相关的信息，如图2所示；还设置有一些按钮，用于驾驶员操作，控制列车运行。
图2 列车司机显示屏（人机界面）(3)速度传感器（如图3）。
信号系统通常在列车上装有一个或多个速度传感器，安装在列车的车轴上，用于计算列车的运行速度和列车运行距离及列车运行方向的判定。
列车的运行速度，还可以用雷达进行测定，但速度传感器技术成熟，测速精度高，安装使用简单方便，因此被广泛使用。
图3 速度传感器(4)列车地面信号接收器列车地面信号接收器（图4），安装在列车底部，用于接收从轨道上传来的信息，这些信息可以由地面轨道电路发送，或由安装在地面的专门设备如应答器发送给列车。
列车地面信号接收器，根据所接收的信息格式、容量和处理速度等因素，可以设计为感应线圈，或其他形式，以保证列车在一定的运行速度下能及时接收和处理所收到的信息。
列车地面信号接收器的性能要求：抗机械冲击能力强，有很好的抗电磁干扰能力，偏息接收误码率低，不丢失信息。
图4 典型的信号接收设备(5)列车接口电路。
列车自动防护系统的车载设备通过车载主机与列车进行接口，车载主机将控制信息通过接口电路传送给列车，同时车载主机通过接口电路从列车获得列车运行的状态信息。
列车接口电路使用的继电器，根据使用的环境，需要体积小、力学性能好的继电器，一般使用弹簧继电器。
