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铁路信号机布置及其计算机实施系统的研究

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：郜晶晶

[导读] 摘要：介绍了铁路自动闭塞区间信号机的布置及检验模型，建立了计算机实施系统，该系统可以通过模拟手工或计算机自动布置的方式实现区间信号机的布置，并通过追踪列车间隔时间检验、列车起停车检验、闭塞分区最大长度检验以确定信号机布置的合理性，同时可以对信号机布置的初步方案进行手工调整，以确定最终的分布方案。

        中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头电务段内蒙古包头市 014040
        摘要：介绍了铁路自动闭塞区间信号机的布置及检验模型，建立了计算机实施系统，该系统可以通过模拟手工或计算机自动布置的方式实现区间信号机的布置，并通过追踪列车间隔时间检验、列车起停车检验、闭塞分区最大长度检验以确定信号机布置的合理性，同时可以对信号机布置的初步方案进行手工调整，以确定最终的分布方案。该系统可以为铁路线路及信号设计人员进行区间信号机的布置提供一种实用、有效的辅助设计工具。
        关键词：信号机布置；追踪列车间隔；闭塞分区；运行计算；
        前言
        铁路信号机的布置对保证列车运行安全和提高列车运行效率具有重要意义。由于信号机布置是一个影响因素复杂的多目标问题，很多因素甚至是难以定量描述的经验因素，为此建立一种具有良好人机对话功能的辅助决策系统有十分重要的现实意义。本文根据铁路信号布置的基本理论建立了信号机布置计算机实施系统，该系统可以模拟手工或计算机自动布置信号机，也可以对信号机布置的初步方案进行手工调整;可以为设计人员进行信号机布置提供辅助决策，也可以为科研人员提供相应的研究手段。
        一、信号系统布置的目标
        1.信号系统布置的目标
        安全。保证列车运行安全是信号系统最重要的目标，列车运行安全也是旅客和货物运输安全的基础。效率。这是信号系统设计的另一方面，一般情况下，要保证列车在系统中具有较高的运行效率，就不能浪费不必要的安全裕量。经济。这是系统建设的一个重要标准，设备是需要投资的，因此在信号设备数量的考虑方面需要有经济分析。因此，得到一个比较满意的方案需要详细、全面的分析。
        2.信号系统布置的影响因素
        影响信号系统布置的因素主要包括以下几方面∶列车制动距离。这是保证列车运行安全的重要因素。信号显示制式。它影响着列车间的闭塞分区数量。轨道电路长度。布置信号机的位置点应是轨道电路的分界点。因此闭塞区间的长度尽量避免超过轨道电路的最大长度。列车种类。信号机布置要兼顾不同种类列车运行速度的要求。线路条件。固定闭塞是依靠地面信号的列车运行闭塞模式，许多地点并不适合设置信号机，如弯道处视距较近的地点附近，大桥与隧道内等。
        二、信号机布置检验
        1.闭塞分区最大长度检验
        闭塞分区长度不能超过轨道电路的极限长度，因此，需要根据实际情况，尽可能调整信号机的位置，以满足轨道电路长度的要求。如果某些闭塞分区的长度超过了轨道电路的极限长度，就需要具体分析闭塞分区过长的原因，如可以通过适当降低列车运行速度或者提高列车制动能力的方式以减小闭塞分区的长度。
        2.列车起车检验
        列车在信号机的前方停车后是否能够重新起动需要进行检验，尤其是设置在上坡道的通过信号机，应进行起动验算。其检验过程为∶将列车置于要检验的信号机前方，利用列车起动算法计算列车的牵引力是否满足需要。列车起动牵引力需满足下式条件才能保证列车能够在该坡段起车∶

        式中Fq为机车起动牵引力(kN)Gq为列车牵引重量(t)P为机车重量(t)wq′wq′′分别为机车车辆起动时的单位基本阻力(N/kN)iq为起动地段的加算坡度千分数g为重力加速度(9.81m/s2)。
        3.列车停车检验
        列车的制动距离必需在闭塞分区长度要求的范围内，因此在列车停车检验中需要确定闭塞分区长度以及列车制动距离的计算方法。对于三显示及多显示的信号制式，其闭塞分区长度和列车制动距离需要满足以下条件：

式中∶L闭为各显示自动闭塞分区长度（m）;Sk为制动空走距离（m）;S.为有效制动距离（m）;V0为制动初速（km/h）;tk为空走时间（s）。其他参数含义同前。其中Se。和tk可以由相关文献确定。根据上式可以求出各信号显示制式下闭塞分区长度和列车制动距离的关系。如图所示为三显示闭塞分区的检验方法，图中所示在三显示制式中列车的制动距离与司机了望信号所需距离之和应该小于等于一个闭塞分区的长度。同样，对于多显示信号制式来说，列车的制动距离与司机了望信号所需距离之和应该小于等于（M-2）个闭塞分区的长度。

        三、信号机布置方式
        1.手工布置信号机
        其布置过程如下∶输入闭塞分区允许的长度范围，程序通过计算该区间出站信号机与其前方站的进站信号机之间的距离，再按等距离长度平均布置区间信号机，其中闭塞分区的长度限制在输入范围内。在程序初步生成信号机位置的基础上，由操作者考虑追踪列车间隔时间和制动距离以及曲线、桥梁、隧道等限制因素，对信号机位置进行调整。由程序对手工调整的信号机位置进行追踪列车间隔检验、制动距离检验以及起车检验，对检验结果中不符合限制条件的信号机位置通过对话框的形式由操作者进行修改，直到全部信号机位置符合要求。最终检验结果以表格形式输出，操作者根据检验结果仍可进行部分优化。
        2.自动布置信号机
        （1）按给定的追踪列车间隔时分布置
        该方法从起点站开始按给定的追踪列车间隔时分向终点站方向顺序布置。信号显示制式为三显示，追踪列车间隔时分为7min信号机1为出站信号机。
        （2）按最小追踪列车间隔时分布置
        该方法给出闭塞分区允许的长度范围，通过速度分级和不同列车分级制动距离的限制，由程序自动确定信号机位置，目标是追踪列车间隔时分最小。其布置过程为∶首先取给定的闭塞分区长度最小值作为布置信号机的闭塞分区长度，在区间内平均分布信号机。然后按不同信号显示制式的要求进行列车的起停车检验，符合要求则确定该方案为最终的方案，否则需要增加相应信号机之间的闭塞分区长度重新布置及检验。
        （3）按信号机架数最少布置
        该方法为尽量减少信号设备的投资而设计，目标是在不超过追踪列车间隔时分的条件下，布置的信号机架数最少，即尽可能增加相邻信号机之间的闭塞分区长度。其布置过程为∶首先选用闭塞分区长度的最大允许值作为布置信号机的闭塞分区长度，在区间内平均分布信号机。然后进行列车的起停车检验，如不满足检验则需要考虑降低列车的运行速度或提高列车的制动能力。接着进行追踪列车间隔时分检验，如超过给定的追踪列车间隔时分，则需要减小相应信号机之间的闭塞分区长度。在检验结果满足要求后，则可以确定最终的布置方案。
        3.仿真系统的算法流程
        其过程为∶由列车运行计算系统得到列车的速度时分等运行数据，同时得到用于布置信号机的列车编组情况、列车的牵引及制动性能、信号显示数目、列车速度等级、追踪列车间隔时间、闭塞分区的长度范围等属性数据。利用以上数据通过人工或计算机自动布置等方式，得到信号机的初步布置方案，然后检验所布置的信号机是否满足列车起停车检验、追踪列车间隔时分检验等，如不满足要求则需要对相应的信号机位置进行调整并重新进行检验，直到所有的信号机位置都满足要求，从而确定最终的信号机布置方案。
        结束语
        本文在已有列车运行计算系统[5,6]的基础上根据铁路自动闭塞区间信号机布置的基本理论同时结合设计人员的具体需求建立了铁路信号机布置计算机仿真系统该系统可以模拟手工或者利用计算机自动布置信号机同时设置了人机接口可以对信号机布置的初步方案进行手工调整。该系统为铁路线路及信号设计人员进行信号机布置提供了一种经济有效的方式，同时也可以为科研人员提供相应的辅助研究手段。
        参考文献：
        [1]朱玲.带超速防护多信息移频自动闭塞信号机分布的研究[J].铁道标准设计,1997,2:41-43.
        [2]卫和君.铁路自动闭塞分区划分技术展望[J].长沙铁道学院学报,2003,21(4):99-102.