城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法

摘要

本发明公开了一种城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法，该方法包括：A、在以距离为横坐标，时间为纵坐标的坐标系中分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线；B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。并且可以进一步根据前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔判断预设发车间隔是否合理。本发明的分析方法不仅提高了城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析的科学性和准确性，而且降低了城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析的难度、复杂度以及开发成本。

权利要求

1.一种城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法，其特征在于，该方法包括：

A、在以距离为横坐标，时间为纵坐标的坐标系中分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线；

B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔；

C、根据前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔判断预设发车间隔是否合理；所述步骤C进一步包括：将前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值大于预设发车间隔，则确定预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线再重新分析；如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值小于预设发车间隔，则确定预设发车间隔合理，能够实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，步骤B具体包括：后车以前车车尾所在闭塞分区的入口为危险点，根据自身的制动性能实时计算后车车头所能达到的最小安全距离，并根据所述最小安全距离计算得到此闭塞分区对应的前车与后车的正线追踪间隔。

3.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述计算后车车头所能达到的最小安全距离，并据此计算得到此闭塞分区对应的前车与后车的正线追踪间隔具体包括：B1、将前车车尾出清的一个闭塞分区出口处所在横坐标对应的前车车尾时间-距离曲线上的点沿纵轴上移一个信号系统反应时间，并以该点为起点，沿横轴向列车运行相反方向作平行线，再以该闭塞分区入口处为危险点，计算后车车头的安全间距终点首次到达该危险点时后车车头所在的位置，即为平行线终点，该平行线终点为前车在该闭塞分区所对应的后车车头所能达到的最小安全距离；

B2、用与平行线终点具有同一横坐标的后车车头时间-距离曲线上的点所对应的时间值减去平行线终点所对应的时间值得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量；

B3、用预设发车间隔减去前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量即可得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

4.如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，步骤B3后，该分析方法进一步包括：

对所有闭塞分区重复执行步骤B1到B3，得到前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔，同时将各平行线终点沿平行于纵轴的方向依次与下方的平行线相连，形成正线追踪间隔分析阶梯线；如果后车车头的时间-距离曲线与所述正线追踪间隔分析阶梯线没有交点，则确定预设发车间隔合理，能够实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求；如果后车车头的时间-距离曲线与所述正线追踪间隔分析阶梯线有交点，则确定预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线再重新分析。

5.如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述闭塞分区出口为计轴点或轨道电路绝缘节。

说明书

城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通控制技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法。

背景技术

[0002] 准移动闭塞制式是指前行列车(以下简称前车)以闭塞分区为单位描述轨道占用，而后续列车(以下简称后车)则以前车尾部所在闭塞分区的入口为目标点，根据自身的制动性能实时计算列车间的安全间隔距离，以确保列车运行安全的一种闭塞方式。

[0003] 正线通过能力的衡量标准是正线追踪间隔，正线追踪间隔是指列车按规定的时间-距离曲线无障碍安全运行的最小时间间隔，是城市轨道交通最重要的指标之一。

[0004] 城市轨道交通线路一般采用双线，列车在区间实行追踪运行，并在每一个车站停车供乘客乘降。而为了降低车站造价，减小占地面积，城市轨道交通线路一般不设置车站配线，列车是在车站正线上办理客运作业。根据行车及客运作业和车站设备的这种特点，在计算固定设备的通过能力时，没有必要再分别去计算区间通过能力的和车站通过能力，而应把区间和车站看成是一个整体予以综合分析，计算线路的通过能力。

[0005] 正线通过能力的分析需要考虑的因素众多，它涉及到线路状况、线路设计、列车模型、所采用闭塞制式、列车控车模型、信号系统工作流程、以及运营、联锁要求等各方面因素。

[0006] 由于我国城市轨道交通在能力分析方面的研究还不够深入，现实情况是前期线路的设计往往限制了能力的提高，对能力造成了难以弥补的损失。目前通常所采用的正线通过能力分析的方法主要有两种：公式法和仿真验证方法。

[0007] 公式法进行正线通过能力分析计算主要存在以下问题：

[0008] 1)手工计算工作量大，只能根据经验对某个可能成为瓶颈的点进行计算，如果要对每个可能成为瓶颈的点都进行计算将会浪费分析者大量的工作量；

[0009] 2)没有考虑列车超速防护系统控车模型以及信号系统工作流程对正线通过能力的影响，导致计算结果不够科学和准确。

[0010] 因此公式法进行正线通过能力分析计算往往造成分析结果不够准确、实际运营难以达到该能力。针对公式法的上述不足，又提出了仿真验证方法，但采用仿真验证方法进行正线通过能力分析仍然具有如下缺点：

[0011] 1)仿真不仅要对列车模型进行建模，还需要根据实际信号系统的工作流程对联锁、列车自动监控系统、地面控制设备、轨旁设备以及车载设备等信号系统所涉及到的各子系统的工作流程进行精确建模，实现难度大、实现方法复杂、需要投入的开发成本也非常高；

[0012] 2)通过仿真输出结果可以看到是否满足仿真设定的正线追踪间隔(当输出的列车运行曲线均为不受前后列车干扰条件下的曲线时表明满足，当运行曲线受到干扰时则说明不满足)，而要想得到全线最小正线追踪间隔，只能通过多次仿真寻找恰好从不满足到满足正线追踪间隔的值，这种方法是很不经济的，更无法输出各瓶颈环节的时间裕量。

[0013] 虽然，就仿真本身而言，精确的建模对验证线路的实际运营间隔以及研究列车运营间隔调整策略是有意义的，然而对于分析计算线路的正线通过能力并不太合适。

发明内容

[0014] (一)要解决的技术问题

[0015] 针对目前城市轨道交通的线路正线通过能力分析方法不够科学和准确，并且所需工作量大和开发成本高的现状，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种可进行列车全程正线通过能力分析的城市轨道交通准移动闭塞制式正线通过能力的分析方法，提高城市轨道交通准移动闭塞制式正线通过能力分析的科学性和准确性，降低城市轨道交通准移动闭塞制式正线通过能力分析的难度、复杂度以及开发成本。

[0016] (二)技术方案

[0017] 为解决上述技术问题，提供一种城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法，该方法包括：

[0018] A、在以距离为横坐标，时间为纵坐标的坐标系中分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线；

[0019] B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

[0020] 优选地，在步骤B之后，本方法进一步包括：

[0021] C、根据前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔判断预设发车间隔是否合理。

[0022] 优选地，步骤B具体包括：

[0023] 后车以前车车尾所在闭塞分区的入口为危险点，根据自身的制动性能实时计算后车车头所能达到的最小安全距离，并根据所述最小安全距离计算得到此闭塞分区对应的前车与后车的正线追踪间隔。

[0024] 优选地，所述计算后车车头所能达到的最小安全距离，并据此计算得到此闭塞分区对应的前车与后车的正线追踪间隔具体包括：

[0025] B1、将前车车尾出清的一个闭塞分区出口处所在横坐标对应的前车车尾时间-距离曲线上的点沿纵轴上移一个信号系统反应时间，并以该点为起点，沿横轴向列车运行相反方向作平行线，再以该闭塞分区入口处为危险点，计算后车车头的安全间距终点首次到达该危险点时后车车头所在的位置，即为平行线终点，该平行线终点为前车在该闭塞分区所对应的后车车头所能达到的最小安全距离；

[0026] B2、用与平行线终点具有同一横坐标的后车车头时间-距离曲线上的点所对应的时间值减去平行线终点所对应的时间值得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量；

[0027] B3、用预设发车间隔减去前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量即可得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

[0028] 优选地，步骤B3后，该分析方法进一步包括：

[0029] 对所有闭塞分区重复执行步骤B1到B3，得到前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔，同时将各平行线终点沿平行于纵轴的方向依次与下方的平行线相连，形成正线追踪间隔分析阶梯线；如果后车车头的时间-距离曲线与所述正线追踪间隔分析阶梯线没有交点，则确定预设发车间隔合理，可以实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求；如果后车车头的时间-距离曲线与所述正线追踪间隔分析阶梯线有交点，则确定预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线再重新分析。

[0030] 优选地，所述闭塞分区出口为计轴点或轨道电路绝缘节。

[0031] 优选地，所述步骤C进一步包括：

[0032] 将前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值大于预设发车间隔，则确定预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线再重新分析；如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值小于预设发车间隔，则确定预设发车间隔合理，可以实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求。

[0033] (三)有益效果

[0034] 本发明提供一种可进行列车全程正线通过能力分析的城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力的分析方法，通过后车以前车车尾所在闭塞分区的入口为危险点，根据自身的制动性能实时计算前后车之间的正线追踪间隔，提高了城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析的科学性和准确性，并降低了城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析的难度、复杂度以及开发成本。

附图说明

[0035] 图1是本发明所述城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析方法的流程图；

[0036] 图2是本发明所述城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析方法应用实例的示意图；

[0037] 图3是本发明实施例中根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的方法流程图。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0039] 本发明的主要思想为：在以距离为横坐标，时间为纵坐标的坐标系中分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线；根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

[0040] 图1是本发明所述城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析方法的流程图。如图1所示，本发明所述方法主要包括以下步骤：

[0041] 步骤A、在以距离为横坐标，时间为纵坐标的坐标系中分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线。

[0042] 无障碍运行条件指的是不考虑前车位置影响的单车正常运行不受阻条件；在输出列车无障碍运行的时间-距离曲线的过程中需要考虑的因素包括：线路数据(包括轨旁设备数据)、列车模型和信号系统限制条件等；

[0043] 其中线路数据包括线路、道岔、车站、折返区域、坡度、曲率、隧道开阔区域、限速信息(包括线路、道岔、车站、坡度及曲率的限速)、轨道分区及分区限速、轨旁设备等数据信息；列车模型包括车长、编组、回转质量因数、冲击率、列车有效定位误差、牵引特性、常用制动特性、紧急制动特性、常用制动反应时间、紧急制动反应时间、车载反应时间、制动建立有效时间、滑动摩擦系数、列车出发准备时间等等；信号系统限制条件包括列车进站的制动率、旅客上下车时间、车头车尾互换时间、车门开关时间、屏蔽门反应时间、信号系统反应时间、联锁设备反应时间等等。

[0044] 图2是本发明所述城市轨道交通准移动闭塞正线通过能力分析方法应用实例的示意图；在本步骤中，根据所要分析线路的线路数据(例如坡度和曲率)，建立如图2所示的横坐标为距离、纵坐标为时间的坐标系，并参考欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统(ERTMS/ETCS)列车模型相关标准，建立精确的列车模型，根据ATP(Automatic Train Protection，列车超速防护系统)控车模型以及ATO(Automatic Train Operation，列车自动驾驶系统)驾驶策略分别生成具有预设发车间隔的前车车尾和后车车头在无障碍运行条件下的时间-距离曲线，铺画在所述坐标系内，得到如图2所示的后车车头时间-距离曲线和前车车尾时间-距离曲线；其中所述预设发车间隔表示前车和后车从同一地点出发的间隔时间，即，期望达到的正线追踪间隔，其可以为任意设定的数值，例如3分钟。

[0045] 步骤B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

[0046] 在该步骤中，主要是后车以前车车尾所在闭塞分区的入口为危险点，根据自身的制动性能实时计算后车车头所能达到的最小安全距离，并根据所述最小安全距离计算得到此闭塞分区对应的前车与后车的正线追踪间隔。

[0047] 图3是本发明实施例中根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的方法流程图。

[0048] 参见图3，该方法具体包括：

[0049] 步骤B1、将前车车尾出清的一个闭塞分区出口处(计轴点或轨道电路绝缘节)所在横坐标对应的前车车尾时间-距离曲线上的点沿纵轴上移一个信号系统反应时间，并以该点为起点，沿横轴向列车运行相反方向作平行线，再以该闭塞分区入口处为危险点，计算后车车头的安全间距终点首次到达该危险点时后车车头所在的位置，即为平行线终点，该平行线终点为前车在该闭塞分区，即从前车车尾进入闭塞分区入口处直至车尾出清该闭塞分区出口处，所对应的后车车头所能达到的最小安全距离。

[0050] 安全间距是指在保证列车不减速的前提下，后车与前车所能达到的最小安全距离，该值与列车当前的速度、列车在线路的坡度、曲率、以及ATP控车模型有关；安全间距的计算为现有技术。

[0051] 其中，信号系统反应时间是指前车车尾出清闭塞分区出口处(计轴点或轨道电路绝缘节)到后车收到前车车尾出清闭塞分区出口处的信息并作出反应的时间。

[0052] 步骤B2、将平行线终点Ttheory与同一横坐标处的后车车头时间-距离曲线上的点Tfact进行时间上的比较，即可得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量ΔH＝Tfact-Ttheory；

[0053] 由于该正线追踪间隔的裕量是对应于该闭塞分区的，故标注在该闭塞分区的入口处，所述裕量为正值时从所述入口处的平行线向上标注、所述裕量为负值时从所述入口处的平行线向下标注。

[0054] 步骤B3、用预设发车间隔减去前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量即可得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔。

[0055] 对所有闭塞分区重复执行上述步骤B1到B3，得到前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔，同时将各平行线终点沿平行于纵轴的方向依次与下方的平行线相连，形成正线追踪间隔分析阶梯线；正线追踪间隔分析阶梯线的作用在于：如果后车车头的时间-距离曲线都在阶梯线上方(即没有交点)，则确定此预设发车间隔合理，可以实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求；如果后车车头的时间-距离曲线在阶梯线下方(即有交点)，则确定此预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线等条件再重新分析。

[0056] 为了分析预设发车间隔是否合理，本发明还可以包括：

[0057] 步骤C、根据前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔判断预设发车间隔是否合理。

[0058] 在本步骤中，将前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值大于预设发车间隔，则确定此预设发车间隔不合理，不能实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求，需要调整预设发车间隔或列车运行时间-距离曲线等条件再重新分析；如果所述前车在各闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的最大值小于预设发车间隔，则确定此预设发车间隔合理，可以实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求。

[0059] 下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明的方法。如图2所示，以某条仅包括车站1和车站2的线路为例，该线路采用移动准闭塞制式，以计轴点作为闭塞分区分界点、车地通信采用点式应答器方式，预设发车间隔H＝180秒，横坐标为距离，纵坐标为时间，横坐标下方为铺画的线路图以及对应的车站位置。坐标系内包括前车车尾的时间-距离曲线、后车车头的时间-距离曲线和计算出的正线追踪间隔分析阶梯线。

[0060] 例如在横坐标约为4900米位置附近的计轴点为前车车尾出清的第一个闭塞分区的出口点，将该点所在横坐标对应的前车车尾时间-距离曲线上的C点沿时间纵轴上移一个信号系统反应时间，以该C′点为平行线起点，沿横轴向列车运行相反方向作平行线；计算后车车头以该闭塞分区入口处(坐标约2600米处的计轴点)为危险点所需安全间距，确定后车车头位置为平行线终点B点(如图所示)；将B点与同一横坐标处的后车车头时间-距离曲线上的B′点进行纵轴时间的比较，即可得到前车在该闭塞分区所对应的与后车之间的正线追踪间隔的裕量为30秒，由于该正线追踪间隔的裕量为正值，因此从该闭塞分区的入口处的平行线向上标注。

[0061] 从图2中可以看到后车车头的时间-距离曲线都在阶梯线上方(没有交点)，则说明此预设发车间隔合理，可以实现列车按所述规定时间-距离曲线无障碍安全运行的要求。

[0062] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。