区间通过信号机布点软件的研究

张 博

张 博:中铁通信信号勘测设计(北京)有限公司 工程师100036 北京

近年来，铁路的发展速度很快，很多线路采用了区间自动闭塞的方式，相关信号技术也越来越成熟。对于速度最高值不大于160 km/h的线路，采用自动闭塞制式需要设置区间通过信号机，设计时需要根据列车制动距离和牵引电算软件仿真计算结果，分析确定闭塞分区长度，实现区间信号机布点。中铁通信信号勘测设计(北京)有限公司为了满足铁路信号设计生产工作的需要，开发了《牵引计算与区间信号布点软件》，本文将讨论该软件的功能需求与关键技术，介绍如何利用该软件完成区间通过信号机的设计工作。

1 软件需求

区间通过信号机布点软件的功能是实现区间信号机里程的自动设置，同时确定各闭塞分区的长度。

为了实现这个功能，需要进行机车车辆及编组情况分析、线路情况分析、列车运行速度及时间分析，计算制动距离和闭塞分区长度等。因此，软件需要实现以下几个目标:①绘制线路基础数据图，包括坡度，曲线等;②在线路基础数据图上，绘制运行速度曲线及时间曲线;③计算制动距离、起动坡度、牵引定数等;④通过输入条件，对区间信号机进行自动布置;⑤对输入的区间信号机或者自动布置的信号机进行追踪间隔时间的验算。

2 软件功能与结构

区间通过信号机布点软件主要包括输入功能、设置功能、计算功能、输出功能等。其基本功能结构如图1所示。

1．输入功能。需要输入的参数可以提前以规定的数据存储格式保存，然后通过软件读取输入，包括以下内容:① 线路数据，由坡度数据(含长短链)、曲线数据、标记数据(桥梁、隧道、站名、站中心里程、进出站信号里程、限速条件)3个部分组成;②列车编组数据，包括选取的机车、车辆类型及编组数量等;③机车参数(备选机车的性能参数);④车辆参数(备选车辆的性能参数);⑤数据检查(检查是否符合数据输入格式的要求)。

2．设置功能。每次运行时，在设置界面进行参数设置，包括以下内容:①列车运行参数的设置(设计范围和初速度、停站设置、列车最高速度、计算精度、自动控制参数等);②显示参数设置;③打印参数设置;④ 保存设置(读入设置、设置保存等)。

图1 软件功能结构图

3．计算功能。对输入的参数按用户需要进行计算分析，包括以下内容:①信号布点，包括信号机坐标输入、闭塞分区长度输入、自动布点等3个部分;② 牵引计算，包括绘制运行速度及时间曲线、计算制动距离、计算追踪间隔、计算起动坡度、计算牵引重量、验算等6个功能模块。

4．输出功能。根据用户的需要，可以分别输出对应的计算结果，内容包括:①绘制线路条件(即线路基础数据图);② 运行时分(列车运行速度及时间曲线图);③ 显示编组数据;④保存结果。

3 软件数据处理及流程

软件数据处理包括基础数据的处理和计算功能部分数据的处理，如图2所示。基础数据要先进行处理并绘制图形，再根据输入的列车运行参数和需要实现的功能，进行对应的计算，最终输出数据文件和图形文件。

图2 数据处理过程

软件处理流程如图3所示。主要包括基础数据输入、运行参数设置、计算功能、验算功能、输出结果等。

图3 软件处理流程

4 实现的关键技术

区间通过信号机布点软件的核心是自动计算区间通过信号机里程。除此之外，还要具有列车牵引性能的分析、列车制动距离计算、线路对列车运行状态影响的分析、绘制列车运行速度及时间曲线、追踪间隔时间计算等功能。其中的关键技术包括:绘制运行速度及时间曲线、计算闭塞分区长度、验算追踪间隔时间、长短链的处理等。

4.1 绘制运行速度及时间曲线

绘制运行速度及时间曲线的关键有4点，一是确定计算起点，这是保证计算准确性的基本;二是分析列车运行状态，列车的运行状态决定了列车牵引力的使用状况，是整个计算过程中最重要的部分;三是计算列车的实际加速度;四是确定计算步长。

1．确定计算起点。在已绘制出的线路基础数据图上，首先通过计算范围和初速度模块输入的里程，由软件推导计算出起点的横坐标x;然后再通过计算范围和初速度模块输入的初速度，计算起点的纵坐标y。

2．列车的运行状态分析。其目的是计算列车在不同工况下的受力情况，从而确定列车的加速度a'。加速度a'的取值受列车牵引力的总和影响(F总=a'm，其中m为列车总重量，根据列车编组数据确定)。列车一般有3种运行状态:①牵引运行，F总=F牵引+F阻力;② 惰性运行，F总=F阻力;③制动运行，F总=F阻力+F制动力。通过用户输入的机车、车辆数据，可分别得到 F牵引(大于0)，F阻力(小于0)和F制动力(小于0)，则加速度a'=F总/m。

3．计算列车的实际加速度。由于在计算列车的运行速度时，还要考虑列车的回转质量系数r，所以列车的实际加速度由公式a=a'/(1+r)计算得出。

4．确定计算步长。单位步长既可以采用时间的变化值，也可以采用距离的变化值。当采用距离的变化值s为单位步长时，可以利用公式:

其中初速度V1和加速度a为已知量，计算出列车下一状态的速度值V2，并最终计算出连续的速度曲线。

4.2 计算闭塞分区长度

影响闭塞分区长度的主要因素为:制动距离、追踪间隔、显示制式及安全余量。它们实际上影响了闭塞分区长度的最大值和最小值，在实际工作中，需要根据它们之间的相互制约进行反复调整，确定每一个闭塞分区的长度，最终确定通过信号机的位置。

布置通过信号机的流程一般为先确定闭塞分区长度，然后根据各影响因素对通过信号机位置进行调整。这些影响因素分为影响闭塞分区长度的因素和影响信号机位置的因素2类。

影响通过信号机布置的决定性因素包括:制动距离、通过能力、安全余量、附加走行距离等。次要因素包括:轨道电路极限长等。

另外一类因素因为影响信号机位置的设置而间接影响了闭塞分区长度。这类因素中有的可以提前根据资料考虑一定的余量，例如起动坡度等。

通过对各类影响因素的分析，并确定其影响的数值，最终确定了闭塞分区长度。

4.3 验算追踪间隔时间

在确定了闭塞分区长度后，可以计算出通过信号机的里程，并验算追踪间隔时间。以四显示自动闭塞为例，四显示区段列车在区间运行时按4个闭塞分区追踪，追踪间隔时间为列车在4个闭塞分区加一个列车长的距离内通过所需要的时间。利用运行速度及时间曲线图，及通过信号机的里程，可以计算出每一个通过信号机的追踪间隔时间。

4.4 长短链的处理

对于既有线的区间通过信号机布置，可能会存在线路长短链的问题，当信号机处于长链时，正常情况下软件无法识别，需要特殊处理。

为了让软件能够正确识别。对坡度长度进行累加，重新建立坐标系。然后通过计算，找出新坐标系与公里标坐标系的数据对应关系，将各类数据中的坐标进行换算，再进行其他功能的计算。

5 结束语

区间通过信号机布点软件主要用于自动闭塞区段的设计工作。软件能够实现区间通过信号机的布置、追踪间隔时间验算、制动距离检算等功能，具有计算速度快、精度高、可靠性强等优点。区间通过信号机的计算结果输出时，可以与信号区间设计的辅助软件接口，提高设计工作效率。自2011年底开发完成以来，该软件已在中铁通信信号勘测设计(北京)有限公司的多个工程设计中使用，效果良好。

［1］饶忠．列车牵引计算［M］．第2版．北京:中国铁道出版社，2005.

［2］中华人民共和国铁道部．TB1407－1998．列车牵引计算规程［S］．1998．

［3］张博，钱伟．自动闭塞区段通过信号机布置方法探讨［J］．铁道通信信号，2009(11):1－4．