高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位
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高速铁路信号控制技术随着科技的发展和人们对高速交通工具的需求不断增长,高速铁路系统成为现代社会的重要交通基础设施。
而高速铁路的安全性和可靠性则离不开高效的信号控制技术的支持。
本文将介绍高速铁路信号控制技术的原理和应用。
一、高速铁路信号控制技术概述高速铁路信号控制技术是指通过信号设备和相关系统,对高速铁路列车的运行状态进行监控和控制,确保列车的安全运行。
它包括列车位置检测、信号灯控制、列车间隔控制等多个方面的技术。
1. 列车位置检测技术高速铁路信号控制系统需要准确获得列车的位置信息,以便及时采取控制措施。
列车位置检测技术通常采用轴旋转编码器、轴位传感器等装置,通过检测车轮周围的信号变化来确定列车的位置。
2. 信号灯控制技术高速铁路信号灯控制技术是确保列车通行安全的重要手段之一。
通过设置信号灯,在不同的区段和交叉口进行信号的显示和控制,以指示列车运行状态和允许/禁止通行的信息。
3. 列车间隔控制技术高速铁路的列车间隔控制技术是实现列车安全运行和保证列车运行效率的关键技术之一。
它通过调整列车间的时间和距离,确保列车之间的安全间隔。
二、高速铁路信号控制技术的应用高速铁路信号控制技术在实际运营中发挥着重要作用,可以提高铁路运输的效率和安全性。
以下是几个常见的高速铁路信号控制技术应用的示例。
1. 自动驾驶列车控制系统自动驾驶列车控制系统是将高速铁路信号控制技术与自动驾驶技术相结合的应用。
通过利用先进的传感器和控制系统,实现列车的自动驾驶和运行控制,减少人为操作的风险,提高列车的运行效率。
2. 高速列车防护控制系统高速列车防护控制系统是通过信号控制技术和列车位置检测技术来保护列车和乘客的安全。
当列车接近隧道或桥梁等特殊区域时,系统将发送警示信号,提醒列车减速或采取其他必要措施,以防止事故发生。
3. 信号优化控制系统信号优化控制系统是利用高速铁路信号控制技术对列车运行进行优化和调度的应用。
通过分析列车运行数据和客流需求,系统可以合理设定信号灯状态和列车间隔,以提高运行效率和减少拥堵。
列控系统定义: 由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。
传输方式:连续式列控系统:车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息,是列控技术发展的主流。
点式列控系统:接收地面信息不连续,但对列车运行与司机操纵的监督并不间断。
点-连式列车运行控制系统:轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,连续向列车传送控制信息速度曲线:ATC:列车运行控制系统ATO:列车自动运行功能:(1)停车点的目标制动(2)打开车门(3)列车从车站出发(4)列车加速(5)区间内临时停车(6)限速区间(7)司机手动驾驶及由ATO系统驾驶之间可在任何时候转换(8)记录运行信息ATS:列车自动监控功能:(1)集中控制功能(2)集中显示功能(3)列车运行时刻表管理功能(4)运行数据记录与统计功能(5)仿真功能(6)监测与报警功能ATP:列车自动防护功能:(1)停车点防护(2)速度监督与超速防护(3)列车间隔控制(4)测速与测距(5)车门控制(6)其他功能:紧急停车、给出发车命令、列车倒退控制测速方法:测速电机方式、脉冲转速传感器方式、雷达测速方式等测速电机方式:测速电机包括1个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。
齿轮固定在机车轮轴上,随车轮转动。
线圈固定在轴箱上。
轮轴转动,带动齿轮切割磁力线,在线圈上产生感生电动势,其频率与列车速度(齿轮的转速)成正比。
这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。
经过频率—电压变化后,把列车实际运行的速度变换为电压值,通过测量电压的幅度得到速度值。
脉冲转速传感器方式:脉冲转速传感器安装在轮轴上,轮轴每转动一周,传感器输出一定数目的脉冲,这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。
输出脉冲经过隔离和整形后,直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。
雷达测速方式:由于这类方法不由轮旋转获得信息,因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差,但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。
铁路列车运行控制系统(CTCS)列车运行控制系统(简称列控)是铁路运输极重要的环节。
随着对铁路运输要求的提高,如何改进列车控制系统,实现列车安全、快速、高效的运行是目前的主要问题。
随着计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得无线通信传递车地大容量信息成为可能。
传统的列车运行控制系统是利用地面发送设备向运行中的列车传送各种信息,使司机了解地面线路状态并控制列车速度的设备,用以保证行车安全,同时也能适度提高行车效率。
它是一种功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术。
它包括机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等。
依据不同的要求安装不同的设备。
机车信号和自动停车装置都可单独使用,也可以同时安装。
新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。
从技术发展的趋势看是向着数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。
它是列车运营的大脑神经系统,直接关系保证着行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。
发展中的列控系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。
列车运行控制系统的内容是随着技术发展而提高的,从初级阶段的机车信号与自动停车装置,发展到列车速度监督系统与列车自动操纵系统。
随着列车速度的不断提高,随着计算机、通信和控制的等前沿科学技术发展,为通信信号一体化提供了理论和技术基础。
尤其,其所依托的新技术,如网络技术与通信技术的技术标准与国外是一致的,可属于技术上借鉴。
近年来,欧洲铁路公司在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下,为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准,其中包括欧洲列车运行控制系统———ETCS 标准。
在世界各国经验的基础上,从2002 年开始,结合我国国情、路情,已制定了统一的中国列车运行控制系统为ChineseTrainControlSystem 的缩写——CTCS (暂行)技术标准。
第一章列车运行控制系统在国内外发展现状近年来随着人工智能技术,计算机及其相关技术的飞速发展,世界各国都开始了用高新技术改造传统铁路运输模式的研究,目的在于提高铁路运输效率,增强铁路运营安全,提高服务质量,减少环境污染。
如作为欧洲21世纪干线铁路总统解决方案的欧洲铁路运输管理系统ERTMS,法国铁路的连续实时追踪自动化系统ASTREE,日本新干线的列车运营管理系统COMTRAC和COSMOS,北美的先进列车控制系统A TCS,列车间隔控制系统PTS和PTC,美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系统AATC,日本的新一代列车控制系统ATACS 及计算机和无线电辅助列车控制系统CARA T等。
其中代表世界先进水平的高速铁路列控系统的如德国LZB系统:采用轨道环线电缆传送列控信息;日本DS-ATC系统:采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息;法国UM2000+TVM430系统:采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息(分级控制);但以上三种高速列控系统均采用大量专有技术,相互间不兼容,技术平台不开放。
欧洲ETCS系统:为实现欧洲铁路互联互通,欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系,技术平台开放;基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统,技术先进,并已投入商业运营;欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统,是未来高速列车控制系统的发展方向。
我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一,同为绿灯却有多种速度含义。
另外,我国铁路行车主要特点是客货混跑、高低速列车共线运行,这样必然要求客货列车均需装备ATP,从而使得我国发展ATP的难度明显大于国外。
我国铁路实行以地面信号为主、以机车信号为辅的行车方式,对列车运行实行开环控制,依靠司机严守信号保证行车安全。
因此,习惯于现有机车信号+监控装置的控车模式。
目前,机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平。
机车信号基于轨道电路和站内电码化,但轨道电路制式繁多,有的根本不能满足“主体化”的要求,将面临淘汰。
铁路技术中的列车运行监测系统一、介绍列车运行监测系统是一种整合多种技术的系统,可以对列车进行实时监测和评估。
它采用传感器和计算机技术,对列车速度、位置、加速度、振动、电能、轮轨力等多种参数进行数据采集和处理,从而提高列车的安全性和运行效率。
本文将从防止事故、提高效率和保障乘客舒适度三个方面阐述列车运行监测系统的重要性,并探讨列车运行监测系统的应用和发展。
二、防止事故列车事故往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。
列车运行监测系统可以帮助减少这些事故的发生率。
例如,它可以监测制动系统的性能,及时警告运营员制动系统出现异常,如供气压力下降、制动失灵等。
列车运行监测系统还可以检测轮轨间的摩擦系数,判断列车是否正常行驶,提高行驶的安全性。
此外,列车运行监测系统可以帮助除霜装置的控制。
在寒冷的地区,列车可能会出现结冰的情况。
为了消除这种情况,列车上配备了一些除霜装置。
列车运行监测系统可以检测这些装置的性能,以确保它们可以正常工作,并提供关于它们是否需要维修的信息。
三、提高效率列车运行监测系统可以提高列车的运行效率。
例如,它可以监测列车的速度和位置,并提供详细的行驶数据。
这可以让列车调度员更好地组织列车的运输,减少列车运行中的空转,降低能源消耗。
此外,列车运行监测系统可以提高列车的维护效率。
它可以检测列车上所有组件的性能,包括动力系统、转向架、制动系统等。
运营员可以根据维护所需的信息制定维护计划,以确保列车始终保持在最佳状态。
这会减少不必要的维修和保养,降低维护成本。
四、保障乘客舒适度列车运行监测系统可以帮助保障乘客舒适度。
例如,它可以监测列车的振动情况。
如果列车出现过大的振动,列车运行监测系统可以自动发出警报,运营员可以立即采取措施。
这可以减少乘客的不适。
此外,列车运行监测系统还可以检测列车空调、灯光和音响的性能。
如果有故障,运营员可以及时维修或更换设备,以提高乘客的舒适度。
五、应用和发展列车运行监测系统已经广泛应用于铁路、地铁和城市轨交系统等运输场所。
第八章列车运行控制系统列车运行控制系统是铁路运输的基础设施,是保证列车运行安全、提高运输效率、实现铁路统一指挥调度的关键技术设备,也是铁路信息化技术的重要技术领域。
列车运行控制系统是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制,使列车能够安全运行并且提高运行效率的系统,在我国铁路领域中,目前主要采用列车超速防护系统ATP,以下简称“列控系统”。
列车运行控制系统是随着列车技术的发展以及列车与地面信息传输系统发展而发展的轨道交通信号系统,将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统,是保证行车安全、提高运输效率的核心。
第一节列控系统概述一、列车运行控制系统概述(一)高速铁路采用列控系统的必要性传统的行车方式是司机按照地面信号驾驶列车,要正确识别、理解信号并及时正确执行,行车安全由司机保证。
铁路沿线设置的闭塞分区长1.5~2km,当列车运行速度超过200 km/h时,司机每20s 就须辨认一次信号,辨识信号的频率和数量增加会使司机疲劳,识别信号的错误概率会显著增加,为防止司机失误影响行车安全,将区间通过信号从简单的“红灯停、绿灯行”转变为速度信号是高速铁路必须采取的措施。
为此,需要使车载信号设备把地面传送上来的信号命令直接转变为对列车制动系统的控制,指令由高可靠、高安全的智能设备来保证列车安全运行,实现人控到机控的转变。
(二)列控系统发展概况当今世界各国已投入使用的高速列车(时速超过250km/h)运行控制系统主要有法国的U/T系统、日本新干线ATC系统、德国和西班牙高速铁路使用的LZB系统,意大利高速铁路的9码列车自动控制系统、瑞典铁路的EBICA900系统等。
这些系统都可以实现自动连续监督列车运行速度,可靠地防止人为错误操作所造成的恶性事故的发生,保证列车的高速安全运行。
主要区别体现在对高速列车超速后的控制方式以及车-地间信息传输方式有所不同。
高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位:
2008年在世界高速铁路大会上,与会代表在最后讨论中,达成一个新的共识。
就是把高速铁路定义为:必须新建的专用铁路并在这个线路上开行运营时速达到250公里以上的动车组和采用了专用的列车控制系统的铁路。
也就是说高速铁路有了三个标准。
一是新建的专用铁路。
所谓的“专用”含义就是新建客运的专用铁路。
既有的铁路线跑的客车速度达到也不能算。
当然也没必要、没可能在铁路线上要开行超高速度的货运列车。
二是开行250公里以上的动车组列车。
三是高速铁路最核心、关键的技术是铁路信号设备的新功能——列车的运行控制系统。
我们知道,铁路信号原先比喻为是火车的眼睛,经过上百年的历史发展,为保证列车开行的安全和效率,铁路信号早已开始做到由机器控制和人控制相结合,已比喻成为是火车的神经系统了。
但这火车的神经系统,普速铁路仅是以人控为主,机器做辅助。
而高速铁路是一个电脑化的控制系统,与普速铁路相比是反过来了,机器控制优先为主,人是辅助。
只有高速铁路必须要用这样一个最先进的高速列
车运行控制系统,最后才能认定,这条线路是高速铁路。
列车运行控制技术关键技术之一是列车的测速与定位。
为确实保证列车距离与速度的安全控制,首要是及时获取列车运行中的速度与位置,测速和定位的正确程度从根本上制约着列车运行控制系统的控制正确程度,测速测距的正确程度过低,不仅会增加列车的不安全因素,并且会造成列控系统预留的安全防护距离过大,从而影响运输效率。
目前有多种列车测速方式。
按照速度信息获取的来历,可以把测速方式分成两大类,一类是利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法。
轮轴旋转测速方法又有机电测速方式和脉冲转速传感器方式之分。
有机电测速方式正处于被逐步淘汰过程中,不介绍了。
脉冲转速传感器方式,其脉冲转速传感器安装在轮轴上,轮轴每转一周,传感器输出一定目标的脉冲,保证脉冲的频率与轮轴的每转速度完成正比。
输出脉冲经过断绝和整形后,直接输入到微处置惩罚器进行频率测量并换算成速度和走行距离。
轮轴脉冲转速传感器将成为作为主要部件。
由于列车在运
行过程中存在空转、滑行现象,为此,以轮轴旋转推算速度必然会产生一定偏差。
二类是随着卫星测速、雷达测速等无线技术的发展和应用,开始提出的,并逐步受到重视。
由于无线测速与定位已不能分开并利用外加信号直接测量车体的速度和位置,因此又称为外部信号法。
目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。
由于这种方法不从车轮旋转中获取信息,因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的偏差,虽然其正确、精密程度还受到无线电波的传播特性等因素的一定影响,但比较利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法改进多了,将成为未来列车测速的首选。
雷达测速就是利用多普勒效应原理,向移动体上发射一定频率的电磁波,反射波与入射波之间会产生频差,这个频差与移动体的速度成正比,这就是多普勒效应。
在列车头上安装雷达,它始终向轨面发射电磁波,由于列车和轨面之间有相对运动,因此在发射波和反射波之间产生频差,通过测量频勉强可以以计较出列车的运行速度,并累计求出走行距离。
再说说列车定位,有许多方法可以使列车定位。
如:当了解了初始点,利用列车测速信息可以获取列车位置信息,采用GPS技术不仅可以获得列车速度也能够获取列车位置信息,通过地面设备向列车输送传播信息时,地面设备的位置也能够使列车获取位置信息。
GPS测速定位方式。
GPS(全球定位系统)是美军70年代在子午仪(Transit)系统上发展起来的全球性卫星导航系统,它是目前技术上最成熟并应用于现场的一种卫星导航和定位系统,能在全球规模内,在任何时刻、天气前提下为用户提供持续不断的高精度程度的三维位置、速度和时间信息。
列车定位还可以综合采用几种方法获取,并互相误正融合以计算出相对精确的列车位置信息。
前边所述的轮轴传感方法也可以获取列车位置信息,可是由于列车的车轮空转、滑行等因素,必然性的会产生累计偏差,因此,一般列控系统采用地面固定的设备来对累计偏差举行纠正,这些个地面固定安置的设备称为地面绝对信标,可以作为地面绝对信标的定位方法包括:有轨道电路绝缘节定位方法,是利用闭塞分区的分界点,即在线路上固定位置的绝缘节,其两边输送传道的信息差别,通过列车接收信息的变化相识过绝缘节的机会,把绝缘节的物理位置作为绝对信标来获取列车位置信息。
有计轴器定位方法,与轨道绝缘节设置相同,计轴传感器安置也是固定的,通过计轴器检测的列车占用或者出清对应计轴区段也能够获取列车位置信息。
有查询应答器方法,其不仅物理安装位置固定,它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。
还有轨道环线定位方法,轨道感应环线的两根电缆每隔1个轨道长度(100m)要相互交织一次,交织回线将交变电信号送到沿线路铺设的交织回线上,在回线上产生交变电磁力场,车载设备在经过每个交织时可以检测到信号相位的变化,当列车驶过1个交织点时,利用信号相位的变化引发地址码加1,由车载计算机按照地址码计较出列车的具体位置,就能够用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记载举行偏差修正,减少由于车轮滑行及空转造成的位置偏差。