数学建模-列车自动防护系统.doc

摘要 列车运行控制系统中的列车自动防护系统（ATP） ，是信号控制系统非常重 要的组成部分，它为列车提供安全保障；首先采用数据采样可以得到 ATP 自动防护曲线 V-S 推导过程见附录 1， 列车根据 APT 自动防护曲线可以应对前方紧急事故而对行驶速度作出调整，然 后建立三显示自动闭塞区间模型，证明了自动防护系统车载设备在正常工作下 （牵引和制动系统和信号接收系统均正常）可以保证不会发生追尾事故，结合 给出的两列车实际运作情况表可以得出结论：列车按调度授权，人工结合信号 行车，故事故的主要原因是：前行列车向后列车发送了错误信息，该错误信息 可能是由雷击引起的；其次相对于自动闭塞建立了移动闭塞区间模型，可以得到列车两种运行方 式：一种是自由运行，后车不受前车位置的限制（因为这时前车与后车的间隔 大于最近小追踪距离） ；另一种是由于前车的延时或下路的原因后车要进行追踪 运行，后车的运行受到前车位置的限制。其最小追踪距离为： T S r r z L L L L L L L       1 1 2 2  最后向铁道部门以新闻报道的方式提出了可行性建议问题重述011年 7月 23日晚上 20点 30分左右，甬温线永嘉站至温州南站间，北京 南至福州 D301 次列车与杭州至福州南 D3115 次列车发生追尾事故，事故原因 是温州南的信号指示灯遭雷劈，导致本来应该是显示红灯，而错误升级显示为 绿灯。截至 7月 29日，事故已造成 40人死亡（有数名外籍人士） ，200多人受 伤。在国内外造成很大的影响。 列车的运行完全由信号系统控制。先查找现有的信号系统控制的模型与方 法，分析其优缺点，并建立列车运行的信号控制模型，分析 7·23甬温线特别 重大铁路交通事故的主要原因，与应对此类事故的对策与措施。问题分析 目前动车之间信号传达需要用信号控制系统，我国采用的称为：中国列车运行 控制系统（Chinese Train Control System）。本次事故的列车属于跨线运行 的列车，其中D301在京沪高铁段、沪宁、沪杭段采用CTCS3系统（这是基于时 速300及以上的高铁信号控制系统）行车，然后在杭州到福州段切换至CTCS2 系统（基于时速200公里的动车信号控制系统）行车。基于事故区间，两列列 车均使用CTCS2系统。 首先通过采样得到ATP自动防护系统曲线：V-S曲线见人控优先示意图；其推 导过程见附录 根据附录的算法步骤生成的自动防护曲线：然后引用我国广泛使用的自动闭塞区间模型结合实际情况来分析温州动车事故 发生的原因； 最后把自动闭塞区间改为移动闭塞区间模型结合实际情况来分析温州动车事故 发生的原因，并给向铁道部门提出了可行建议； 模型假设 1、自动闭塞区间满足相关的技术要求； 2、自动闭塞的通过信号机采用经常点灯方式，并能连续反映所防护闭塞分区的 空闲和占用情况。 3、在自动闭塞区段，当闭塞分区被占用或有关轨道电路设备失效时，防护该闭 塞分区的通过信号机应自动关闭。 4、自动闭塞分区长度固定，其值为 2000m 5、永嘉到温州（距离 18km）划为 9个自动（固定）闭塞区间 6、一般情况下列车遇到危险障碍总采用最大制动模式符号说明 1、I：列车追踪间隔时间； 2、 1 L ：自动闭塞分区长度,其值为 2000m； 3、 2 L ：列车的长度； 4、 ：黄灯运行下的列车平均速度； V 5、 ：司机确认信号变换显示的时间，一般为 0.25min； 1 t 6、 ：车站为第二列列车准备进路的时间 2 t 7、 ：站台岔口到最近信号机的距离，此处 = ; 3 L 3 L 1 L8、 :前行列车与后续列车的最小间隔; z L 9、 :前行列车与后续列车的速度，加速度以及空走时间； 2 1 2 1 2 1     、 、 、 、 、V V 10、 :列车长度; :停车安全距离； T L s L 11、a:列车的最大加速度； 12、B 列车最大制动加速度； 13、 后续列车以 行驶的时间，包括列车司机、列车设备的反应时间； : R T max V 14、 后续列车以 开始制动到停稳的时间，其值为 ； : B T max V b V max 15、 后续列车停车时间。 : D T 16、 ：列车的车站追踪间隔时间 z TATP 列控系统下的自动闭塞分区建模 1、自动闭塞分区双线单方向自动闭塞如图 2—1所示，它将一个区间划分为若干小段，即闭 塞分区，在每个闭塞分区的起点装设通过信号机(如图 2—1中的 1、3、5、7和 2、4、6、8信号机均为通过信号机)，用以防护该闭塞分区。每个闭塞分区内都 装设轨道电路(或计轴器等列车检测设备)，通过轨道电路将列车和通过信号机 的显示联系起来，根据列车运行及有关闭塞分区的状态使通过信号机的显示自 动变换。 。图 2—1 双线单方向自动闭塞示意图 2、自动闭塞的基本原理 自动闭塞通过轨道电路(或计轴器等列车检测设备)自动地检查闭塞分区的占用情况，根据轨道电路的占用和空闲状态，通过信号机自动地变换 其显示，以指示列车运行。图 2—2所示为三显示自动闭塞原理图。通过信号机的不同显示是调整列车 运行的命令。三显示自动闭塞通过信号机的显示意义是：一个绿色灯光——准许列车按规定速度运行，表示运行前方至少有两个 闭塞分区空闲。一个黄色灯光——要求列车注意运行，表示运行前方只有一个闭塞分区 空闲。一个红色灯光——列车应在该信号机前停车。 通过信号机平时显示绿灯，即“定位开放式”，只有当列车占用该信号机所防 护的闭塞分区或线路发生断轨等故障时，才显示红灯——停车信号。 每架通过信号机处为一个信号点，信号点的名称以通过信号机命名。例如，通 过信号机“1“处就称为“1”信号点 总结： 通过信号机的显示是随着列车运行的位置而自动改变的。当显示黄灯时，列车 运行前方只有一个闭塞分区空闲；当显示绿灯时，列车运行前方至少有两个闭 塞分区空闲。 列车追踪间隔时间的计算（以三显示闭塞分区为例） 列车间隔三个闭塞分区 ，在绿灯下运行如图 2-6（a）追踪列车 2可以经常 地在绿灯下运行。若先行列车 1稍慢一点引起追踪间隔缩短，则列车 2也有可 能会遇到黄灯，但只要列车 2稍调整一些速度，此现象很快就会过去。所以， 对追踪列车来说，可以保证它大部分时间内是可以按该线路所允许地最高速度 运行地。这说明三显示自动闭塞列车追踪要间隔三个闭塞分区是最理想地办法。 列车间隔两个闭塞分区，在黄灯下运行，如图 2-6(b) ，I=0.06(2 + )/ 1 L 2 L + V 1 t式中 ——司机确认信号变换显示的时间，一般为 0.25min； 1 t——黄灯运行下的列车平均速度，km／h。 V 接近车站的间隔时间：