CN101126817A

CN101126817A - 列车防风安全监测、控制方法及其装置

Info

Publication number: CN101126817A
Application number: CNA2007100501607A
Authority: CN
Inventors: 田光荣; 张卫华; 崔涛
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2007-09-30
Filing date: 2007-09-30
Publication date: 2008-02-20

Abstract

一种列车防风安全监测及控制方法，其步骤是：A.列车上的全球卫星定位仪检测出列车在线路上运行的当前位置数据；由车体上安装的测风仪检测出当前位置的风压、风向；B.总控计算机根据列车当前位置数据，并从其存储的线路数据库中调出当前线路状态数据及车型数据，再结合当前位置的风压、风向数据，计算出列车当前所允许的最高运行速度，并将该最高运行速度送入列车速度自动控制系统；C.列车速度自动控制系统将其检测到的列车当前的实际速度与最高运行速度进行逻辑判断，据以自动控制列车制动系统。使用该方法的构造成本低，检修维护方便，对列车所在位置的风压、风向检测准确，保证列车的安全高速运行。

Description

列车防风安全监测、控制方法及其装置

技术领域

本发明属于列车防风安全监测及控制技术领域。

背景技术

目前，随着铁路跨越式发展，我国高速铁路、客运专线等的建设速度大大加快。对于铁路运输而言，行车安全是第一位的。高速列车运营的安全性，是我国乃及全世界铁路部门都予以重视的问题。随着列车行驶速度的提高，列车的空气动力学问题变得更加突出和重要。高速列车运行时，由于升浮力的产生，使得风载对列车的影响随着列车速度的增加而显得越来越明显，特别是侧向风载，它会严重影响列车运行的安全性、稳定性和舒适性。1997年以前，我国各铁路分局对于大风的监测主要依靠车站人工感觉，凭借经验上报风力，测报准确率十分低。后来，随着科技的发展，各个分局也配备了EL型固定式测风仪和DEM型轻便测风仪，尽管这样一来测报的准确率有所提高，但是受科技水平限制，仪器的损坏率及数据的准确性等问题依然较为严重。风载可以使得行驶中的列车产生共振，引起乘客的不适，导致车辆结构的疲劳破坏。当风载达到一定程度时，可能会使列车横摆超限、脱轨，甚至出现翻车和人员伤亡事故。对于某些特定的列车行驶环境，比如桥梁、山区风口地段、路堤等，由于列车的流场明显改变，导致气动力显著改变，脱轨等事故发生的可能性就更高。由于对风载的测报不够准确、防风监测以及控制系统不够完善等原因造成的重大伤亡事故都说明一个问题：建立一套准确、及时、可靠的列车防风安全监测及控制系统，对于避免此类事故的再生以及提高铁路运输的安全性、可靠性和稳定性等方面是至关重要的。国际上现有的列车防风安全监测及控制系统主要分为两种模式：一种是德国铁路所采用的Nowcasting系统，1998年德国铁路(DeutscheBahn)开发出了一套智能短期风报警系统(Nowcasting)，其重要功能是通过对铁路沿线上强侧风的预测，来确定受到侧风影响的列车的最大允许速度，并且控制列车在该速度下运行以确保安全。在列车运行时，沿着线路布置的测风点不断将最新监测到的风信号传送给系统，然后通过预测模型预测列车运行前方的风向以及风速，并根据预测的情况、车型和线路情况来确定列车的最高运行速度。最后，通过列车控制系统控制列车的运行速度。这种模式的缺点是局限性较大，只能进行短期风载的预测，而且其预测是纯粹基于在线路上布置的风测点所收集和测量到的数据，再者，此系统在列车处于临界瞬态速度时，会产生短时期内频繁波动的现象，影响行车安全性，灵活性也不够理想，而且沿线布置测风点会大大增加投入，维护难度也较大，在某些环境下布置合适的测风点有一定的难度；另外一种是日本铁路在2000年开发的WINDAS强风预警系统，其目的是在保证安全的前提下提高铁路运输的效率。此种系统的工作原理为：首先预测沿线大风情况，分析计算列车所能够达到的临界运行速度，如果瞬态实际运行速度超过了此临界速度，那么就在说预测的时间点(或者时间段)之前进行风管制(即防风操作过程)，使得列车在处于预测点的时候其瞬态运行速度低于分析计算得到的临界运行速度，列车就相应处于一种安全的状态。此种预警系统对风载的监测是由布局在全国各地(重点是日本暴风雨天气较多的中西部地区)的测站来完成。这种模式的缺点是在速度、效率和安全性三者之间难以做到较高的平衡，在追求速度和效率的同时会丧失安全性保证，反之，追求安全有效就回丧失效率。而且由于自然环境的瞬息万变，会导致系统处于一种不断更迭的状态之中，长期下去会影响系统的稳定性和使用寿命。最后，本系统与德国的Nowcasting系统一样，都存在测风点布置的困难以及整个系统成本的提高。因为在整个铁路沿线或者固定的位置布置测风点，对于我国这样一个幅员辽阔的国家而言，可行性不够高，所以需要改进。

发明内容

本发明的一个目的，就是提供一种列车防风安全监测、控制方法，使用该方法的构造成本低，检修维护方便，对列车所在位置的风压、风向检测准确，可以有效地对行驶中的列车的风载进行安全监测，并自动控制列车运行速度，保证列车的安全高速运行。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种列车防风安全监测、控制方法，其步骤是：

A、由列车上安装的全球卫星定位仪检测出列车在线路上运行的当前位置数据，并将该位置数据输送给总控计算机；

由车体上安装的至少一套测风仪检测出列车所在当前位置的风压、风向，并将该风压、风向数据输送给总控计算机；

B、总控计算机根据所收到的列车位置数据，并从其存储的线路数据库中调出当前线路状态数据及车型数据，再结合所收到的当前位置的风压、风向数据，计算出列车当前时刻所允许的最高运行速度，并将该最高运行速度送入列车速度自动控制系统；

C、列车速度自动控制系统将其检测到的列车当前运行的实际速度与所收到的最高运行速度进行逻辑判断，当实际速度大于最高运行速度时，列车速度自动控制系统输出控制信号控制制动系统动作，降低列车运行速度至低于最高运行速度；否则，列车速度自动控制系统不输出控制信号，列车正常运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将测风仪安装在列车上，实时监测出列车当前位置的风向、风压，较之在铁路沿线安装测风仪，测风仪的数量降低，明显降低了构造与维护成本；并且由于风向、风压是在列车当前位置测得的实际数据，列车被控制的速度仅与其当前位置的风压、风向相关，检测准确、反应精确；既能确保安全，又能使列车不被错误限速，列车运行速度快；而现有在地面上定点安装测风仪，则难以兼顾列车的安全与高速运行。并且测风仪、总控计算机均安装在车上，相互之间采用线连接方式传输数据，较之地面安装数据测风仪二者通过无线发射传送数据，本发明的数据传输成本低，传输干扰小，快速准确，可靠性强，也提高了列车行驶的安全性和效率。

本发明的另一发明目的是提供一种实现上述方法的装置。

本发明实现其另一发明目的，所采用的技术方案是：一种实现上述的列车防风安全监测、控制方法的装置，其组成是：在列车上安装总控计算机、与列车的制动系统相连的列车速度自动控制系统、全球卫星定位仪，并在车体上至少安装一套测风仪；测风仪、全球卫星定位仪、列车速度自动控制系统均与总控计算机相连。

采用以上的装置，可以方便有效可靠地实现本发明的方法。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明实施例的装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明方法的一种具体实施方式所采用的装置为：在列车上安装总控计算机CC、与列车的制动系统B相连的列车速度自动控制系统ATC、全球卫星定位仪GPS，并在车体上至少安装一套测风仪TW；测风仪TW、全球卫星定位仪GPS、列车速度自动控制系统ATC均与总控计算机CC相连。

采用以上的装置进行列车防风安全监测及控制方法，其步骤是：

A、由列车上安装的全球卫星定位仪GPS检测出列车在线路上运行的当前位置数据，并将该位置数据输送给总控计算机CC；

由车体上安装的至少一套测风仪TW检测出列车所在当前位置的风压、风向，并将该风压、风向数据输送给总控计算机CC；

B、总控计算机CC根据所收到的列车位置数据，并从其存储的线路数据库中调出当前线路状态数据及车型数据，再结合所收到的当前位置的风压、风向数据，计算出列车当前时刻所允许的最高运行速度，并将该最高运行速度送入列车速度自动控制系统ATC；

C、列车速度自动控制系统ATC将其检测到的列车当前运行的实际速度与所收到的最高运行速度进行逻辑判断，当实际速度大于最高运行速度时，列车速度自动控制系统ATC输出控制信号控制制动系统B动作，降低列车运行速度至低于最高运行速度；否则，列车速度自动控制系统ATC不输出控制信号，列车正常运行。

本发明所使用的测风仪TW、列车速度自动控制系统ATC及全球卫星定位仪GPS均可以直接采用现有的成熟产品。这样，本发明的构造实施容易，性能稳定、可靠。

本发明在实施时，总控计算机分析计算最高运行速度，其判别法则或传递函数的确定，需综合考虑以下因素：首先根据各项监测数据、历史气象资料、线路情况及列车本身的参数(如车型、结构参数等)，运用空气动力学理论确定列车在不同风载情况、不同运行速度和不同线路情况下列车的升浮力及侧向力等参数，然后运用机车动力学确定列车在不同状态下所允许的最高运行速度，这样就从理论上确定了最高允许速度与风载情况、线路状态、车型等之间的传递函数。在实际运行中，由于风载等影响因素存在随机性，会不可避免的导致误差，因此，总控计算机给出的最高安全速度应该保留合适的安全余量。

Claims

1.一种列车防风安全监测、控制方法，其步骤是：

A、由列车上安装的全球卫星定位仪(GPS)检测出列车在线路上运行的当前位置数据，并将该位置数据输送给总控计算机(CC)；

由车体上安装的至少一套测风仪(TW)检测出列车所在当前位置的风压、风向，并将该风压、风向数据输送给总控计算机(CC)；

B、总控计算机(CC)根据所收到的列车位置数据，并从其存储的线路数据库中调出当前线路状态数据及车型数据，再结合所收到的当前位置的风压、风向数据，计算出列车当前时刻所允许的最高运行速度，并将该最高运行速度送入列车速度自动控制系统(ATC)；

C、列车速度自动控制系统(ATC)将其检测到的列车当前运行的实际速度与所收到的最高运行速度进行逻辑判断，当实际速度大于最高运行速度时，列车速度自动控制系统(ATC)输出控制信号控制制动系统(B)动作，降低列车运行速度至低于最高运行速度；否则，列车速度自动控制系统(ATC)不输出控制信号，列车正常运行。

2.一种实现权利要求1所述的列车防风安全监测、控制方法的装置，其组成是：在列车上安装总控计算机(CC)、与列车制动系统(B)相连的列车速度自动控制系统(ATC)、全球卫星定位仪(GPS)，并在车体上至少安装一套测风仪(TW)；测风仪(TW)、全球卫星定位仪(GPS)、列车速度自动控制系统(ATC)均与总控计算机(CC)相连。