文章目录

• 1. 干什么用的li>
• 2. 现有的仿真软件
• 3. 高速列车运行调度仿真软件SimTrain
• 4 主要软件界面
• • 4.1 路 配置和生成
  • • 4.1.1 导入EXCEL模型
    • 4.1.2 路 自动铺画
    • • 4.1.2.1 线路拓扑生成
      • 4.1.2.2 车站拓扑
      • 4.1.2.3 区间连接定义
    • 4.1.3 路 图形显示和调整
    • 4.1.4 线路默认速度限制、临时速度限制和线路里程转换
  • 4.2 列车模型
  • • 4.2.1 列车列控系统
    • 4.2.2 列车运动学模型
    • 4.2.3 列车模型
  • 4.3 列车时刻表
  • • 4.3.1 车站进路配置与自动生成
    • 4.3.2 列车时刻表
    • • 4.3.2.1 车次定义
      • 4.3.2.2 途径车站生成和修改
      • 4.3.2.3 时间和进路的修改
  • 4.4 运行仿真
  • • 4.4.1 查看仿真车次的线路数据
    • 4.4.2 仿真参数设置
    • 4.4.3 仿真视图
    • 4.4.4 CTC调度
    • 4.4.5 仿真结果展示
• 5 后记

1. 干什么用的h1>

自2008年京津客运专线开通来（后来客运专线都改叫高速铁路了），大家在日常生活中越来越多地接触高速铁路。安全、高效和方便是高铁品牌的标志！那高速列车是如何在追求高效时保障运行安全的呢r> 保障列车运行安全的最基本要求是必须在红灯前一定位置停下来，其次是通过某一区段时必须限制速度（由于临时施工、自然灾害等因素，线路条件不允许高速通过，否则就容易出轨！）。为满足这两个要求，列车运行时必须在进入最大制动距离范围内时开始制动，最大制动距离控车参数是平衡高速列车运营安全和效率的关键。最大制动距离计算就是在一定制动阈值和坡度阈值条件下根据当前车速、目标车速和前方线路参数来计算列车制动工况下的行驶距离。由于各变量之间的非线性、互耦合关系，最大制动距离需要动态实时计算。因此，在设计、评估和优化高速铁路时，必须借助计算机运营仿真系统来准确地分析安全阈值、运营效率。铁路设计部门和运营单位经常应用这类仿真软件来完成下面这些工作：

1. 线路运营能力分析。
2. 列车时刻表的分析。
3. 列控系统（TCS）技术条件分析。
4. 列车牵引和制动分析。
5. 车站CTC调度分析
6. 列车信 控制系统分析
7. 列车运行能耗分析
8. 突发事件影响分析

上述工作的基础就是必须计算出列车运行过程的仿真数据，因此仿真软件的核心功能就是计算列车运行过程中的仿真数据。

2. 现有的仿真软件

国内外有不少的列车运行仿真软件，最著名当属瑞士联邦研究院的opentrack和德国的RailSys。其中国内用得更多的是opentrack。但opentrack这款软件与我国高速铁路现有的技术条件不适，使用起来很不方便，主要有下面不足：

1. opentrack路 铺画很费时费力，工作量极大。在绘图界面要通过双顶点将逐一将所有的线路数据输入，包括信 机、道岔、坡度、曲线、分相、临时限速等。而且要计算出相邻双顶点之间的距离。以京沪线北京南到枣庄8站加上胶济线济南到胶州北8站的仿真路 为例，估计需要输入4600多个双顶点。而在我国铁路，这些数据可以在以excel文件保存的LKJ文件中得到，但无法导入到opentrack中用于仿真。
2. opentrack没有车站CTC调度功能，没有设计进路申请、使用和释放功能，车站进路要在定义车次时确定，进路一旦确定无法临时改变。
3. 列车牵引力和制动力计算是根据前方数据进行反推，是理想化的，与实际运行情况差距较大。

3. 高速列车运行调度仿真软件SimTrain

针对我国高速铁路列车运行调度控制相关技术条件和规定，很有必要开发一套方便易用的仿真软件。通过借鉴现有的仿真软件，根据相关技术条件和规定，我们采用C#开发了符合我国高速铁路的列车运行调度仿真软件SimTrain，其仿真计算的主要流程是：

1. 从LKJ文件中导入线路基础数据（坡度、分相、曲线、限速）。
2. 根据LKJ数据铺画车站信 机和道岔连接、区间信 机连接；
3. 设置车站不同类型的进路（到达、通过和出发）
4. 输入列车计算的基本动力学参数、牵引参数、制动参数、列控系统参数（坡度归并算法和制动力打折系数）
5. 输入车次，为车次确定担当列车；输入列车时刻表，确定车次在每个车站的到达时间、到达进路、出发时间和出发进路。
6. 车次运行仿真计算：—>（占用相应道岔，开通信 ）—（根据目标速度和目标位置计算牵引力、制动力或惰行，根据运动学方程计算列车速度和位置）—
7. 保存车次仿真计算过程中所有相关数据，包括列车状态数据、信 机和道岔状态数据、进路申请办理数据、进路状态数据。

SimTrain主要功能包括：

1. LKJ数据导入功能
2. 车站拓扑配置、生成和图形显示
3. 车站间连接配置、生成和图形显示
4. 车站进路自动搜索和生成
5. 车次仿真计算和图像显示
6. 车次仿真结果曲线显示
7. 列车计划运行图和实际运行图显示
8. CTC调度数据、信 机状态数据、车站连接状态数据、车次运行数据和列车控制数据的保存。

SimTrain的主要特点在于快速铺画、CTC调度仿真和全真模拟：

1. 通过LKJ数据导入、路 配置生成，大大提高了路 铺画的效率，减少了路 铺画中手动操作产生的错误。
2. 车站进路自动搜索和生成，车次配置和自动生成，大大提高了列车时刻表的输入效率。
3. 具有车站CTC调度功能，实现了进路的申请、办理和释放。
4. 根据当前速度、目标速度和距离计算最大制动距离，来控制列车的驾驶模式（追踪行车、车站停车、区间停车、限速TCS制动），符合我国高速铁路列车控制的技术条件。

4 主要软件界面

4.1 路 配置和生成

4.1.1 导入EXCEL模型

如前所述，根据我国铁路技术条件的实际情况，建立铁路路 模型需要从LKJ的excel文件中导入信 机、道岔、分相、坡度、曲线等数据。软件界面如下：

4.1.2.2 车站拓扑

车站拓扑是路 模型最核心的部分，用于描述车站信 机和道岔之间的连接关系。车站拓扑定义也包括两部分：直线上信 机和道岔的连接与斜线上信 机与道岔的连接。根据这些定义、各个节点的里程就可以绘制车站拓扑图了。

4.1.3 路 图形显示和调整

根据上述几个方面的配置，SimTrain就可以自动生成路 图了。下图就整个路 全貌。

4.1.4 线路默认速度限制、临时速度限制和线路里程转换

不同线路的默认速度限制不同，临时速度限制也会变化，以及各个线路之间里程也需要进行转换计算，下面界面就是分别输入线路的默认速度限制、临时限速和线路相互之间里程转换。
1）线路默认速度限制输入

4.2.2 列车运动学模型

列车运动学模型，主要是计算基本阻力、坡度阻力、曲线阻力、牵引力和制动力，并以此来计算列车加速度，从而计算列车速度和行驶距离。

4.3 列车时刻表

为了进行列车仿真计算，还需要输入列车时刻表。在列车时刻表中还必须明确车站的进路。

4.3.1 车站进路配置与自动生成

定义配置车站起始信 机，SimTrain软件就可以自动搜索起始信 机之间需要经过的信 机和道岔，自动生成进路，供列车时刻表使用。

4.3.2.2 途径车站生成和修改

可以修改车次途径的车站，为自动生成默认列车时刻表做好准备。

4.4.2 仿真参数设置

仿真参数设置包括：开始时间、结束时间、仿真睡眠时间（控制仿真速度快慢）、仿真的车次、记录日志列表、日志文件标题定义等。

比例放大后的列车仿真详细视图

4.4.5 仿真结果展示

仿真结束后，可以用图形方式查看不同车次在仿真过程中的多项数据。

1）车次运行曲线

5 后记

花费了不少功夫，在许多同志的帮助下基本完成了这款基于LKJ数据导入的配置化列车运营仿真软件，能够很大程度地减少用鼠标逐点铺画路 的工作量，大大提高了仿真工作效率。