CN101920710A - 城市轨道交通移动闭塞正线通过能力的分析方法 - Google Patents

城市轨道交通移动闭塞正线通过能力的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市轨道交通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-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。并且进一步考虑了联锁或运营的限制条件对能力造成的影响，使输出的结果更加接近实际。本发明的分析方法不仅提高了城市轨道交通移动闭塞制式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。

Description

城市轨道交通移动闭塞正线通过能力的分析方法
技木领域
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移动闭塞正线通过能力的分析方法。
背景技术
移动闭塞制式是指不需要将区间分成固定的若干闭塞分区，而是在两列车间自动地调整运行间隔，使之经常保持一定的距离。从而大大地提高区段的通过能力。移动闭塞的基本技术特征是具有车地间双向安全数据通信，充分利用先进的通信传输手段，实时地或定时地进行列车与地面间的双向通信联络，使得后续列车可以及时了解前方列车运行实际间隔距离，后续列车通过计算即可给出最佳制动曲线，既提高了区间通行能力，又减少了频繁减速制动操作，改善了旅客乘车舒适度，由于车地间通信信息量的加大，地面可以实时地向车载信号设备传递列车运行前方线路障碍物和限速情况，指导列车按线路限制条件运行，提高了列车运行安全性。
正线通过能力的衡量标准是正线追踪间隔，是列车按规定的时间-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。
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。
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、以及运营要求等各方面因素。
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。
公式法进行正线通过能力分析计算主要存在以下问题：
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，无法做到列车全程运行的能力计算；
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能力的影响，导致计算结果不够科学和准确；
3)缺少联锁或运营的要求对能力造成的影响分析。
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准确、实际运营根本无法达到该能力。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：
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、地面通信设备、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；
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，更无法输出全线各点的正线追踪间隔曲线。
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
(一)要解决的技术问题
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移动闭塞制式正线通过能力的分析方法，不仅提高了城市轨道交通移动闭塞制式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。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种城市轨道交通移动闭塞正线通过能力的分析方法，该方法包括步骤：
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；
B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
优选地，在步骤B之后，本方法进一步包括：
C、根据运营和联锁的限制条件，对相应点的追踪间隔进行修正，得到符合运营和联锁限制条件的正线追踪间隔曲线。
优选地，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站没有所属道岔，或者车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界大于一个过走防护距离，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔。
优选地，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界小于一个过走防护距离，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后道岔区段的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔。
优选地，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站有所属道岔，且道岔在进站一侧，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔；
对前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔上加上前车车尾从进入该站前道岔防护点到出清站前道岔区段的时间得到修正后的前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔。
优选地，步骤B具体包括：
计算后车车头时间-距离曲线上各点所对应的前车车尾可以达到的最大时间值，并据此计算得到此时前车与后车的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
优选地，所述计算后车车头时间-距离曲线上各点所对应的前车车尾可以达到的最大时间值，并据此计算得到此时前车与后车的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线具体包括：
B1、计算后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距，并在坐标系中依次标出，形成安全间距曲线；
B2、将后车车头时间-距离曲线上各点对应的安全间距点沿纵轴下移一个信号系统反应时间，得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的前车车尾理论上可以达到的最大时间值；分别与各最大时间值对应的同一横坐标处实际前车车尾的时间值进行比较得出后车车头时间-距离曲线上各点对应的时间裕量；
B3、用预设发车间隔减去后车车头时间-距离曲线上各点对应的裕量即可得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔。
优选地，所述步骤B1进一步包括：计算后车车头时间-距离曲线上各点的安全包络距离；则考虑安全包络距离后的后车车头时间-距离曲线上各点所需的的安全间距为计算得到的后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距和计算得到后车车头时间-距离曲线上各点的安全包络距离之和。
优选地，所述方法进一步包括：将正线追踪间隔曲线的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述正线追踪间隔曲线的最大值大于预设发车间隔，则说明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；如果所述正线追踪间隔曲线的最大值小于预设发车间隔，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。
(三)有益效果
本发明所述的分析方法的特点和优势在于：
1、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移动闭塞制式正线通过能力的分析方法，提高了城市轨道交通移动闭塞制式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；
2、考虑了联锁或运营的限制条件对能力造成的影响，使输出的结果更加接近实际。
附图说明
图1是本发明所述城市轨道交通移动闭塞正线通过能力分析方法的流程图；
图2是本发明城市轨道交通移动闭塞制式正线通过能力分析方法应用实例的示意图；
图3是本发明实施例中根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔的方法流程图。
具体实施方式
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。
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-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
图1是本发明所述城市轨道交通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：
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。
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、列车模型和信号系统限制条件等；
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)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。
图2是本发明所述城市轨道交通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，根据所要分析的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，如图2所示的时间-距离曲线1和时间-距离曲线2；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。
步骤B、根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
在该步骤中，主要是计算后车车头时间-距离曲线上各点所对应的前车车尾理论上可以达到的最大时间值，并据此计算得到此时前车与后车的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。在坐标系中两车未形成追踪的区域，则不进行最小正线追踪间隔的计算。
图3是本发明实施例中根据后车车头和前车车尾的时间-距离曲线计算前车车尾的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔的方法流程图。
参见图3，该方法具体包括：
步骤B1、计算后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距Xi，并在坐标系中依次标出，形成安全间距曲线；
其中j为整数，代表后车车头时间-距离曲线上的各点；安全间距是指Xi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。
另外，还可以进一步计算后车车头时间-距离曲线上各点的安全包络距离ΔSi；安全包络ΔSi是指添加在列车非安全位置上以确保列车位置安全的一段距离，与列车运行速度、列车所处的位置、列车所在线路的坡度以及曲率有关。则考虑安全包络距离后的后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距为Xi′＝Xi+ΔSi，并在坐标系中依次标出，形成安全间距曲线：
步骤B2、将后车车头时间-距离曲线上各点对应的安全间距点沿纵轴下移一个信号系统反应时间，得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的前车车尾理论上可以达到的最大时间值Ttheory；分别与各Ttheory对应的同一横坐标处实际前车车尾的时间值Tfact进行比较得出后车车头时间-距离曲线上各点对应的时间裕量ΔH＝Ttheory-Tfact；信号系统反应时间是指前车发出信息到后车收到信息并作出反应的时间；时间裕量是指此时前车与后车之间的正线追踪间隔与预设发车间隔相比所具有的富余量。
步骤B3、用预设发车间隔H减去后车车头时间-距离曲线上各点对应的裕量ΔH即可得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，即得到正线追踪间隔曲线。
将正线追踪间隔曲线的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述正线追踪间隔曲线的最大值大于预设发车间隔，则说明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；如果所述正线追踪间隔曲线的最大值小于预设发车间隔，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。
上述步骤B生成的是理想状态下的正线追踪间隔曲线，为了能够进一步适应实际联锁和运营的要求，本发明方法还包括：
步骤C、根据运营和联锁的限制条件，对相应点的追踪间隔进行修正，得到符合运营和联锁限制条件的正线追踪间隔曲线。
根据运营和联锁的限制条件的不同，对前述得到的正线追踪间隔曲线中相应点进行修正包括以下几种情况：
(1)如果线路中的车站没有所属道岔(所谓所属道岔是指用于该车站站前或站后折返用的道岔)，或者车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界大于一个过走防护距离，则对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔H1，即前车车尾从车站出发时刻所在横坐标处的后车车头的安全间距点所对应的后车车头位置对应的追踪间隔，进行修正：
H1′＝H1+T1
其中，H1′为前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔的修正值；T1为前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间；所述过走防护距离是指车站、道岔以及尽头线用于防止列车冲出停车点导致危险而设置的保护距离。
(2)如果线路中的车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界小于一个过走防护距离，则对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔H2进行修正：
H2′＝H2+T2
其中，H2′为前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔的修正值；T2为前车从发车到车尾出清站后道岔区段的时间；
(3)如果线路中的车站有所属道岔，且道岔在进站一侧，则需要对以下两处追踪间隔分别进行修正：
i、对前车车尾从车站出发时刻对应的间隔H3进行修正：
H3′＝H3+T3
其中，H3′为前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔的修正值；T3为前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间；
ii、对前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔H4进行修正：
H4′＝H4+T4
其中，H4′为前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔的修正值；T4为前车车尾从进入该站前道岔防护点到出清站前道岔区段的时间。
将修正后的正线追踪间隔曲线的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述修正后的正线追踪间隔曲线的最大值大于预设发车间隔，则说明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；如果所述修正后的正线追踪间隔曲线的最大值小于预设发车间隔，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。
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，该线路采用移动闭塞制式，预设发车间隔H＝150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、考虑安全包络后的后车车头对应的安全间距曲线和计算出的正线追踪间隔曲线(只有后车运行的区域没有输出正线追踪间隔曲线是由于该区域还没有形成追踪)。
例如后车车头时间-距离曲线上在横坐标约为4900米处为C点，C点所对应的考虑安全包络后的安全间距点为C′点，将C′点沿着纵坐标下移信号系统反应时间，得到此时前车车尾理论上可以达到的位置A点；将A点所对应的时间减去同一横坐标处实际前车车尾的位置B′点所对应的时间得到时间裕量为68秒，再用预设发车间隔150秒减去时间裕量即可得到此时列车最小正线追踪间隔，数值为82秒，在正线追踪间隔曲线上用标注为B点。由于B′点为前车车尾从车站2出发时刻，因此得到的正线追踪间隔B点为前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔，由于车站2是一个无道岔车站，故对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔B点进行修正，加上前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间51.1秒，得到修正后的间隔数值为133.1秒，小于预设发车间隔150秒，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。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种城市轨道交通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-距离曲线计算后车车头的时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在步骤B之后，本方法进一步包括：
C、根据运营和联锁的限制条件，对相应点的追踪间隔进行修正，得到符合运营和联锁限制条件的正线追踪间隔曲线。
3.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站没有所属道岔，或者车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界大于一个过走防护距离，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔。
4.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站有所属道岔，且道岔在出站一侧、道岔防护点距离车站出站站界小于一个过走防护距离，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后道岔区段的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔。
5.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述运营和联锁的限制条件为线路中的车站有所属道岔，且道岔在进站一侧，则步骤C具体包括：
对前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔上加上前车从发车到车尾出清站后一个过走防护距离的时间得到修正后的前车车尾从车站出发时刻对应的追踪间隔；
对前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔进行修正；具体的修正方法为：在前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔上加上前车车尾从进入该站前道岔防护点到出清站前道岔区段的时间得到修正后的前车车尾进入道岔防护点时刻对应的追踪间隔。
6.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：
计算后车车头时间-距离曲线上各点所对应的前车车尾可以达到的最大时间值，并据此计算得到此时前车与后车的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线。
7.如权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述计算后车车头时间-距离曲线上各点所对应的前车车尾可以达到的最大时间值，并据此计算得到此时前车与后车的最小正线追踪间隔，生成正线追踪间隔曲线具体包括：
B1、计算后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距，并在坐标系中依次标出，形成安全间距曲线；
B2、将后车车头时间-距离曲线上各点对应的安全间距点沿纵轴下移一个信号系统反应时间，得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的前车车尾理论上可以达到的最大时间值；分别与各最大时间值对应的同一横坐标处实际前车车尾的时间值进行比较得出后车车头时间-距离曲线上各点对应的时间裕量；
B3、用预设发车间隔减去后车车头时间-距离曲线上各点对应的时间裕量即可得到后车车头时间-距离曲线上各点对应的最小正线追踪间隔。
8.如权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述步骤B1进一步包括：计算后车车头时间-距离曲线上各点的安全包络距离；则考虑安全包络距离后的后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距为计算得到的后车车头时间-距离曲线上各点所需的安全间距和计算得到后车车头时间-距离曲线上各点的安全包络距离之和。
9.如权利要求1-8任一项所述的分析方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
将正线追踪间隔曲线的最大值与预设发车间隔进行比较，如果所述正线追踪间隔曲线的最大值大于预设发车间隔，则说明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；如果所述正线追踪间隔曲线的最大值小于预设发车间隔，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。
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