CTCS-3级列控系统与列车自动驾驶车载仿真测试平台实现
发布时间：2021-03-01 13:42
列控系统是高速铁路信号系统中的关键技术和核心设备,随着我国高速铁路信号技术的飞速发展,信号设备及其相关技术不断更新换代。CTCS-3级列控系统适用于时速300km/h以上的高速线路,是保障列车高速、安全运行的核心。随着我国自动驾驶技术的发展,将其应用于CTCS-3级列控系统中,对于我国列控系统的自主化研发具有重要意义。本文以自动驾驶技术在CTCS-2级列控系统上的成功应用为参照,将自动驾驶技术与CTCS-3级列控系统进行结合,研究应用于高铁信号系统的自动驾驶算法,并对CTCS-3+ATO列控车载系统仿真测试系统的实现进行了详细介绍。本文的具体研究内容如下:首先对CTCS-3级列控系统组成、系统功能以及列车自动驾驶ATO系统的结构和功能进行了介绍,并以此为基础分析了CTCS-3+ATO列控系统构想,分析了应用ATO技术之后CTCS-3级列控车载系统的结构变化及功能需求。其次分析了车载仿真测试系统的总体设计,对系统层次进行了划分,对测试系统的结构、功能以及实现方案进行了介绍,并在分析了车载仿真测试系统功能架构的基础上,重点对系统的模拟驾驶界面模块、信息接收及处理模块、超速防护模块、列车运行...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CTCS-3级列控系统结构
CTCS-3级列控系统与列车自动驾驶车载仿真测试平台实现-8-TrainSupervisionSystem，列车自动监督系统)子系统[22]。ATO子系统主要完成站间自动运行、列车速度调整及列车进站定点停车，并能够接受控制中心的运行调度命令，实现列车运行自动调整；ATP是安全系统，其主要功能是通过车载ATP和地面设备间的信息传输实现列车的安全间隔控制、超速防护以及车门控制；ATS系统主要用于监督和控制列车运行[23]。ATP、ATO、ATS与地面相应配套系统结合，以实现ATC闭环控制功能。在列车运行过程中，应答器等地面设备将列车速度信息、位置信息等发送给ATP，此类信息经由ATP系统处理后发送给ATO系统，同时ATO系统接收ATS系统下达的列车运行时刻等信息，ATO综合以上信息计算得到目标速度曲线[24]，自动控制列车运行，主要包括牵引、制动、惰行等，从而实现列车自动驾驶。ATO系统结构框架如图2.2所示。图2.2ATO系统结构同时，ATO系统需在ATP系统的防护下控制列车，使列车按照生成的目标速度曲线运行，当列车超速时，ATP系统将采取紧急制动。ATO、ATP、ATS作为一个不可分割的整体，其系统间的信息交互情况如图2.3所示。ATO系统接收来自于ATS系统的行车命令、目的地码、运行时间等信息，同时在收到车载ATP发送的允许控车指令后，在ATP系统的监控下，进行牵引、制动命令等信息的交互，以实现列车的自动、安全、舒适运行。整个驾驶过程中，司机可实时对列车进行监控，必要时通过驾驶台可转化为人工驾驶[25]。
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-图2.3ATC系统信息交互图2.2.2列车自动驾驶系统功能分析根据上节对ATO系统结构的介绍，分析可知ATO系统的基本功能包括[26]：(1)自动驾驶功能首先，可自动对列车运行速度进行调整。ATO车载控制器完成列车运行过程中列车运行速度与列车最大限速和目标速度的实时比较，并自动给出控制指令（牵引、制动），实现列车自动驾驶；同时尽可能的减少列车在牵引、惰行及制动之间来回转换，以满足乘坐的安全性、准时性、舒适性等指标。其次，可精确控制列车停车点。进站精确停车是ATO的基本功能。列车需进站停车时，ATO系统根据列车当前运行速度、制动率及所处位置，计算得到合理的列车制动曲线，然后控制列车以最合适的制动率准确的在规定点停车，停车误差可控制在0.5m以内。若停车时超过了停车点，在确保安全的前提下，ATP允许列车后退一定距离；若超过后退速度限制值(5km/h)，车载设备则会向司机发出声光报警。第三，可实现车站自动发车。列车处于ATO模式下且车门已关闭时，驾驶员按下自动驾驶按钮，从而驱动列车自动发车。ATO通过预设的数据提供牵引控制。第四，可实现区间临时停车。如区间内列车运行前方发生事故或停有车辆时，车载ATP首先给出停车点的位置以及制动曲线，并将相关数据发送给ATO车载单元，ATO车载单元接收到信息后启动列车控制器输出制动命令，使列车在目标点前10m左右安全停车。在列车紧急停车或速度超过紧急制动曲线时，ATP将启动紧急制动，同时ATO
【参考文献】：
期刊论文
[1]亲历者王梦恕 高铁:中国制造的亮丽名片[J]. 张璐晶. 中国经济周刊. 2018(45)
[2]C3+ATO系统与站台门的接口设计[J]. 刘磊,周超. 电子技术与软件工程. 2018(19)
[3]高速铁路自动驾驶系统方案设计研究[J]. 李一楠,郑理华,徐效宁. 铁道运输与经济. 2018(10)
[4]智能铁路总体架构与发展展望[J]. 王同军. 铁路计算机应用. 2018(07)
[5]中国铁路列控系统技术及发展趋势[J]. 赵德生. 高速铁路技术. 2018(01)
[6]列车自动驾驶系统（ATO系统）在地铁中的应用[J]. 赵红. 电子世界. 2014(07)
[7]遗传算法研究综述[J]. 葛继科,邱玉辉,吴春明,蒲国林. 计算机应用研究. 2008(10)
[8]列车运行控制技术的发展与系统研究[J]. 裘韧. 电气化铁道. 2007(03)
[9]一种实用高速铁路ATP算法的设计与实现[J]. 郭彤城,慕春棣,刘韧,沈卓力. 清华大学学报(自然科学版). 2000(07)
硕士论文
[1]CTCS-2级列控仿真培训系统[D]. 常峰.兰州交通大学 2017
[2]列车牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张东欣.北京交通大学 2016
[3]基于灰色理论的列车自动驾驶系统研究[D]. 李瑞璟.兰州交通大学 2015
[4]列车牵引计算系统研究[D]. 金建飞.西南交通大学 2010
[5]基于遗传算法的列车自动驾驶系统研究与实现[D]. 张强.北京交通大学 2008
本文编号：3057563
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CTCS-3级列控系统结构
CTCS-3级列控系统与列车自动驾驶车载仿真测试平台实现-8-TrainSupervisionSystem，列车自动监督系统)子系统[22]。ATO子系统主要完成站间自动运行、列车速度调整及列车进站定点停车，并能够接受控制中心的运行调度命令，实现列车运行自动调整；ATP是安全系统，其主要功能是通过车载ATP和地面设备间的信息传输实现列车的安全间隔控制、超速防护以及车门控制；ATS系统主要用于监督和控制列车运行[23]。ATP、ATO、ATS与地面相应配套系统结合，以实现ATC闭环控制功能。在列车运行过程中，应答器等地面设备将列车速度信息、位置信息等发送给ATP，此类信息经由ATP系统处理后发送给ATO系统，同时ATO系统接收ATS系统下达的列车运行时刻等信息，ATO综合以上信息计算得到目标速度曲线[24]，自动控制列车运行，主要包括牵引、制动、惰行等，从而实现列车自动驾驶。ATO系统结构框架如图2.2所示。图2.2ATO系统结构同时，ATO系统需在ATP系统的防护下控制列车，使列车按照生成的目标速度曲线运行，当列车超速时，ATP系统将采取紧急制动。ATO、ATP、ATS作为一个不可分割的整体，其系统间的信息交互情况如图2.3所示。ATO系统接收来自于ATS系统的行车命令、目的地码、运行时间等信息，同时在收到车载ATP发送的允许控车指令后，在ATP系统的监控下，进行牵引、制动命令等信息的交互，以实现列车的自动、安全、舒适运行。整个驾驶过程中，司机可实时对列车进行监控，必要时通过驾驶台可转化为人工驾驶[25]。
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-图2.3ATC系统信息交互图2.2.2列车自动驾驶系统功能分析根据上节对ATO系统结构的介绍，分析可知ATO系统的基本功能包括[26]：(1)自动驾驶功能首先，可自动对列车运行速度进行调整。ATO车载控制器完成列车运行过程中列车运行速度与列车最大限速和目标速度的实时比较，并自动给出控制指令（牵引、制动），实现列车自动驾驶；同时尽可能的减少列车在牵引、惰行及制动之间来回转换，以满足乘坐的安全性、准时性、舒适性等指标。其次，可精确控制列车停车点。进站精确停车是ATO的基本功能。列车需进站停车时，ATO系统根据列车当前运行速度、制动率及所处位置，计算得到合理的列车制动曲线，然后控制列车以最合适的制动率准确的在规定点停车，停车误差可控制在0.5m以内。若停车时超过了停车点，在确保安全的前提下，ATP允许列车后退一定距离；若超过后退速度限制值(5km/h)，车载设备则会向司机发出声光报警。第三，可实现车站自动发车。列车处于ATO模式下且车门已关闭时，驾驶员按下自动驾驶按钮，从而驱动列车自动发车。ATO通过预设的数据提供牵引控制。第四，可实现区间临时停车。如区间内列车运行前方发生事故或停有车辆时，车载ATP首先给出停车点的位置以及制动曲线，并将相关数据发送给ATO车载单元，ATO车载单元接收到信息后启动列车控制器输出制动命令，使列车在目标点前10m左右安全停车。在列车紧急停车或速度超过紧急制动曲线时，ATP将启动紧急制动，同时ATO
【参考文献】：
期刊论文
[1]亲历者王梦恕 高铁:中国制造的亮丽名片[J]. 张璐晶. 中国经济周刊. 2018(45)
[2]C3+ATO系统与站台门的接口设计[J]. 刘磊,周超. 电子技术与软件工程. 2018(19)
[3]高速铁路自动驾驶系统方案设计研究[J]. 李一楠,郑理华,徐效宁. 铁道运输与经济. 2018(10)
[4]智能铁路总体架构与发展展望[J]. 王同军. 铁路计算机应用. 2018(07)
[5]中国铁路列控系统技术及发展趋势[J]. 赵德生. 高速铁路技术. 2018(01)
[6]列车自动驾驶系统（ATO系统）在地铁中的应用[J]. 赵红. 电子世界. 2014(07)
[7]遗传算法研究综述[J]. 葛继科,邱玉辉,吴春明,蒲国林. 计算机应用研究. 2008(10)
[8]列车运行控制技术的发展与系统研究[J]. 裘韧. 电气化铁道. 2007(03)
[9]一种实用高速铁路ATP算法的设计与实现[J]. 郭彤城,慕春棣,刘韧,沈卓力. 清华大学学报(自然科学版). 2000(07)
硕士论文
[1]CTCS-2级列控仿真培训系统[D]. 常峰.兰州交通大学 2017
[2]列车牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张东欣.北京交通大学 2016
[3]基于灰色理论的列车自动驾驶系统研究[D]. 李瑞璟.兰州交通大学 2015
[4]列车牵引计算系统研究[D]. 金建飞.西南交通大学 2010
[5]基于遗传算法的列车自动驾驶系统研究与实现[D]. 张强.北京交通大学 2008
本文编号：3057563
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