地铁信号系统的仿真研究
来源:用户上传
作者:
【摘 要】地铁运输是城市交通中重要的组成部分，也是如今人们出行的重要交通工具。随着社会的发展和科学技术水平的提升以及现代通信技术的研究，地铁信号系统的性能也得到了不断的完善。论文根据地铁信号基础设备的结构和原理进行虚拟现实技术的实验综合仿真研究，实现地铁信号基础设备的基本结构、运行状态和设备安装顺序的立体模型建设，并运用相关的信息技术做出对地铁车辆运行动态模式的仿真模拟，让学生能够快速了解地铁信号基础设备的技术参数和整体结构及运行原理、地铁列车的整体运行模式，进而提高轨道交通专业课程的教学效果。
【Abstract】Metro transportation is an important part of urban transportation， and it is also an important means of transportation for people today. With the development of society and the advancement of science and technology， as well as the study of modern communication technology， the performance of metro signal systems has also been continuously improved. This paper studies the experimental comprehensive simulation of virtual reality technology according to the structure and principle of metro signal infrastructure equipment， and realizes the three-dimensional model construction of the basic structure， running state and installation sequence of metro signal infrastructure equipment， and the relevant information technology is used to simulate the dynamic mode of metro vehicle operation， so that students can quickly understand the technical parameters and overall structure of metro signal basic equipment， as well as the operation principle and the overall operation mode of metros vehicle， so as to improve the teaching effect of rail transit professional courses.
【关键词】地铁信号系统;仿真;轨道交通
【Keywords】metro signal system; simulation; rail transit
【中圖分类号】U284 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069 （2020） 01-0193-02
1 引言
地铁信号基础设备是地铁正常运行安全与稳定运行状态的关键性保障设备的重要组成部分。其运行的功能是为地铁信号系统控制地铁车辆进行运行、车辆稳定、线路转换、整体的速度调控和车辆调转等进行信号的收发与控制，因此，地铁信号系统相关的设备整体结构、运行的作用和操作原理等全部的专业知识是轨道交通专业学校学生所必须掌握的内容。随着现代素质教育和新课程改革标准的推行，对学生的实践能力要求越来越高。但就目前的实际教学情况来讲，无法让学生到地铁运行现场去进行实际的观察和学习，并且地铁信号的设备通常体积都很大，由于其成本造价也较高，无法实现将实物带到专业的教学课堂上来进行实际的操作和设备结构的展示，而且教学实验室也无法将真实的地铁场景做出完全的还原，然而，利用虚拟现实的技术进行虚拟世界的仿真场景和设备的创建就能够实现实践教学的体验，通过利用信息设备的软件系统结合真实的数据信息进行地铁运行模式和信号系统运行状态的真实环境的模拟并建立出交互式的三维动态模型，实现将真实的多元信息进行融合到三维立体模型动态模拟行为当中的系统方针，让学生能够整体深入到三维立体的虚拟环境中。在相关城市轨道交通专业院校课程中进行实践式模拟教学具有很好的优势和作用。
2 地铁信号基础设备概述
2.1 地铁信号基础设备中信号机的组成以及作用
地铁车辆在轨道线路上正常运行时必须要及时接收到准确信号，并依据所收到的地铁信号系统所发出的指示信号对地铁车辆的速度进行有效调控，在信号系统的设备组成中，信号机是目前地铁信号系统中所应用的进行视觉信号调控的组成设备，其主要的运行模式在于利用不同颜色的信号灯来实现列车信息传达并达到操控列车的目的，实现地铁车辆的行车速度控制。而目前地铁在运行中所应用的信号系统中的信号机设备多为三显示LED灯显信号机，其构成并不复杂，主要的部件是发光组件和一些附属的设备结构组件所组成的，信号机系统中的核心组成构建是发光组件，也正是发光组件才能够实现按照不同颜色的发光信号来做出不同调控和指令的显示。按照相关规定，信号机的现实颜色含有以下几种含义：第一个是红灯，代表地铁车辆按照信号的提示需要在到达信号灯前停止运行，并停在规定的位置上;第二个是绿灯，在交通指挥中绿色信号灯同样代表着车辆可以通行，而且所有的轨道路线当中的道岔都是开启着直向的通行状态，代表着地铁车辆可以按照正常规定的移动速度向指定的方向运行;第三个是黄灯，表示着地铁可以通行，但是必须要依据进路当中所开设的道岔按照规定的一侧进行车辆的运行，而且需要按照信号所代表的控制速度来保持车辆移动的固定运行或作出降速的调整;最后一个是红灯加黄灯，这一信号指的是对车辆的引导信号，要求地铁车辆按照规定的速度越过信号机，并注意准备随时停止地铁车辆运行[1]。 2.2 地铁信号基础设备中道岔、转辙机的机构
地铁车辆道岔的结构主要是指地铁车辆是从一条股道转向另一条股道的转辙设备。按照其主要的机构设计包含了基本轨道、尖轨道、弯合龙轨、翼轨、护轮轨等各个部分的构件所共同构成的，按照结构顺序，基本轨是指与正线线路进行连接的钢制轨道部分，而尖轨主要是指道岔结构中能够进行道岔移动的变轨部分，通常道岔当中的尖轨会设置两根，一根是作为离开基本轨所用，另一根是与基本轨紧密贴合在一起的。从原理上讲，尖轨是实现道岔位置发生位移进行车辆变轨的设置，其是通过转辙机的控制进行尖轨移动实现的转轨功能[2]。
2.3 地铁信号系统当中轨道电路的构成和主要的运行原理
按照地铁运行系统中的构件部分功能的设计来讲，对轨道电路的组成设计主要是以钢轨作为主要导体进行闭合回路的构建，并实现将地铁车辆的车轮部分轧入回路时通过金属材质的车轮作为导体起到闭合回路短路的作用，并由此完成对车辆位置的检测和记录以及信号的传递。
3 当前城市轨道交通的地铁车辆运行模式概述
目前城市轨道交通中地铁列车运行模式主要包含了以下几种：第一种是车辆自動驾驶模式，这种车辆运行模式是通过车载及轨旁设备进行车辆自动运行的;第二种是连续式速度防护下的人工驾驶模式，这种模式的主要原理是通过连续式的速度保护系统作为运行状态监督和人工操作的驾驶模式，如果地铁运行中的车辆速度超过了轨道运行所规定的固定速度最大限速的数值时，地铁车辆就会触发自动的制动设置，将车辆进入停止运行的状态，然后再由人工操作进行地铁车辆的重新启动恢复运行;第三种是在点式速度保护状态下的人工驾驶模式，其运行的模式和状态与连续式驾驶模式基本相同，但也存在一定的差异，主要表现在车辆速度防护的方式上，其主要的通信方式是点式;第四种是限制式人工驾驶模式，是通过人工进行操作和驾驶驱使地铁车辆实现运行，但其规定地铁车辆的运行速度保持在25km/h以下[3];第五种是非限制人工车辆运行模式，其主要是由人工进行操作，并且不设定速度的限制。
4 地铁信号系统的仿真构建
4.1 地铁信号系统中的模拟场景和信号设备模型的仿真模拟
地铁信号系统仿真模型的构建主要是按照实际的地铁场景中的所有设备以及信号设备的数据参数进行立体模型的仿真搭建，同时这两部分也是实现仿真虚拟搭建的重大难点。按照计算机软件开发流程来讲，要想实现地铁虚拟场景的搭建首先要对地铁场景进行真实数据的获取，其次，进行实际场景的模拟计算，取地铁三站两区之间的长度作为仿真场景的模拟数据，并增加列车模型[4]。
4.2 地铁信号系统仿真虚拟模型动画效果
对元件的查看与设备结构的分析目的是方便学生对地铁信号系统设备的结构进行准确地观察和记忆，并实现对其结构做到准确地拆解记忆。通过爆炸图和控制道岔及转辙机各个元件属性的添加，能够将元件进行隐藏和显示设定，在显示时还能够通过语言文字的设置来提示和分析结构中的每一构成部分。最后再进行地铁车辆驾驶模式的模拟设定，实现地铁车辆操控的演示让学生掌握地铁车辆的几种驾驶模式的实际情况，进而实现对地铁信号系统的仿真[5]。
5 结语
地铁信号系统的仿真搭建能够从根本上解决轨道交通实验室的教学难题，特别是对学生的实践能力培养和对地铁信号系统的结构、运行原理、技术参数、装配顺序及运行驾驶模式的认知与知识掌握都有着极大的作用和教学的效果，极为有利于城市轨道交通专业学生的知识水平和实践能力的提升。
【参考文献】
【1】宋亮亮.城市地铁系统运行的脆弱性仿真研究及应用[D].南京：东南大学，2017.
【2】徐斌.基于高阶调制系统的地铁信号检测算法仿真[J].信息系统工程，2017（04）：146-148.
【3】李振才.地铁隧道WiFi信号传播特性仿真及定位系统实现[D].武汉：武汉理工大学，2016.
【4】苏劼.无锡地铁2号线站前折返信号仿真分析与改进[J].现代城市轨道交通，2015（03）：69-72.
【5】张晓.南京地铁二号线信号系统研究与仿真[D].广州：华南理工大学，2014.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/4/view-15157519.htm
