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專利名稱：列車防風(fēng)安全監(jiān)測、控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于列車防風(fēng)安全監(jiān)測及控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前，隨著鐵路跨越式發(fā)展，我國高速鐵路、客運專線等的建設(shè)速度大大 加快。對于鐵路運輸而言，行車安全是第一位的。高速列車運營的安全性，是 我國乃及全世界鐵路部門都予以重視的問題。隨著列車行駛速度的提高，列車 的空氣動力學(xué)問題變得更加突出和重要。高速列車運行時，由于升浮力的產(chǎn)生， 使得風(fēng)載對列車的影響隨著列車速度的增加而顯得越來越明顯，特別是側(cè)向風(fēng)載，它會嚴(yán)重影響列車運行的安全性、穩(wěn)定性和舒適性。1997年以前，我國各 鐵路分局對于大風(fēng)的監(jiān)測主要依靠車站人工感覺，憑借經(jīng)驗上報風(fēng)力，測報準(zhǔn) 確率十分低。后來，隨著科技的發(fā)展，各個分局也配備了 EL型固定式測風(fēng)儀和 DEM型輕便測風(fēng)儀，盡管這樣一來測報的準(zhǔn)確率有所提高，但是受科技水平限制， 儀器的損壞率及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等問題依然較為嚴(yán)重。風(fēng)載可以使得行駛中的列 車產(chǎn)生共振，引起乘客的不適，導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。當(dāng)風(fēng)載達到一定程 度時，可能會使列車橫擺超限、脫軌，甚至出現(xiàn)翻車和人員傷亡事故。對于某 些特定的列車行駛環(huán)境，比如橋梁、山區(qū)風(fēng)口地段、路堤等，由于列車的流場 明顯改變，導(dǎo)致氣動力顯著改變，脫軌等事故發(fā)生的可能性就更高。由于對風(fēng) 載的測報不夠準(zhǔn)確、防風(fēng)監(jiān)測以及控制系統(tǒng)不夠完善等原因造成的重大傷亡事 故都說明一個問題建立一套準(zhǔn)確、及時、可靠的列車防風(fēng)安全監(jiān)測及控制系 統(tǒng)，對于避免此類事故的再生以及提高鐵路運輸?shù)陌踩浴⒖煽啃院头€(wěn)定性等 方面是至關(guān)重要的。國際上現(xiàn)有的列車防風(fēng)安全監(jiān)測及控制系統(tǒng)主要分為兩種 模式 一種是德國鐵路所釆用的Nowcasting系統(tǒng)，1998年德國鐵路 (DeutscheBahn)開發(fā)出了一套智能短期風(fēng)報警系統(tǒng)(Nowcasting)，其重要功能 是通過對鐵路沿線上強側(cè)風(fēng)的預(yù)測，來確定受到側(cè)風(fēng)影響的列車的最大允許速 度，并且控制列車在該速度下運行以確保安全。在列車運行時，沿著線路布置 的測風(fēng)點不斷將最新監(jiān)測到的風(fēng)信號傳送給系統(tǒng)，然后通過預(yù)測模型預(yù)測列車 運行前方的風(fēng)向以及風(fēng)速，并根據(jù)預(yù)測的情況、車型和線路情況來確定列車的 最高運行速度。最后，通過列車控制系統(tǒng)控制列車的運行速度。這種模式的缺 點是局限性較大，只能進行短期風(fēng)載的預(yù)測，而且其預(yù)測是純粹基于在線路上 布置的風(fēng)測點所收集和測量到的數(shù)據(jù)，再者，此系統(tǒng)在列車處于臨界瞬態(tài)速度 時，會產(chǎn)生短時期內(nèi)頻繁波動的現(xiàn)象，影響行車安全性，靈活性也不夠理想， 而且沿線布置測風(fēng)點會大大增加投入，維護難度也較大，在某些環(huán)境下布置合適的測風(fēng)點有一定的難度；另夕|、一種是日本鐵路在2000年開發(fā)的WINDAS強風(fēng) 預(yù)警系統(tǒng)，其目的是在保證安全的前提下提高鐵路運輸?shù)男省４朔N系統(tǒng)的工 作原理為首先預(yù)測沿線大風(fēng)情況，分析計算列車所能夠達到的臨界運行速度， 如果瞬態(tài)實際運行速度超過了此臨界速度，那么就在說預(yù)測的時間點(或者時 間段)之前進行風(fēng)管制(即防風(fēng)操作過程)，使得列車在處于預(yù)測點的時候其瞬 態(tài)運行速度低于分析計算得到的臨界運行速度，列車就相應(yīng)處于一種安全的狀 態(tài)。此種預(yù)警系統(tǒng)對風(fēng)載的監(jiān)測是由布局在全國各地(重點是日本暴風(fēng)雨天氣 較多的中西部地區(qū))的測站來完成。這種模式的缺點是在速度、效率和安全性 三者之間難以做到較高的平衡，在追求速度和效率的同時會喪失安全性保證， 反之，追求安全有效就回喪失效率。而且由于自然環(huán)境的瞬息萬變，會導(dǎo)致系 統(tǒng)處于一種不斷更迭的狀態(tài)之中，長期下去會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。 最后，本系統(tǒng)與德國的Nowcasting系統(tǒng)一樣，都存在測風(fēng)點布置的困難以及整 個系統(tǒng)成本的提高。因為在整個鐵路沿線或者固定的位置布置測風(fēng)點，對于我 國這樣一個幅員遼闊的國家而言，可行性不夠高，所以需要改進。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的，就是提供一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測、控制方法，使用該 方法的構(gòu)造成本低，檢修維護方便，對列車所在位置的風(fēng)壓、風(fēng)向檢測準(zhǔn)確， 可以有效地對行駛中的列車的風(fēng)載進行安全監(jiān)測，并自動控制列車運行速度， 保證列車的安全高速運行。本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是， 一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測、 控制方法，其步驟是A、 由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀檢測出列車在線路上運行的當(dāng)前位置數(shù) 據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計算機；由車體上安裝的至少一套測風(fēng)儀檢測出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向， 并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計算機；B、 總控計算機根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù)，并從其存儲的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào) 出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù)，再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)， 計算出列車當(dāng)前時刻所允許的最高運行速度，并將該最高運行速度送入列車速度自動控制系統(tǒng)；C、列車速度自動控制系統(tǒng)將其檢測到的列車當(dāng)前運行的實際速度與所收到 的最高運行速度進行邏輯判斷，當(dāng)實際速度大于最高運行速度時，列車速度自 動控制系統(tǒng)輸出控制信號控制制動系統(tǒng)動作，降低列車運行速度至低于最高運 行速度；否則，列車速度自動控制系統(tǒng)不輸出控制信號，列車正常運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是將測風(fēng)儀安裝在列車上，實時監(jiān)測出列車當(dāng)前位置的風(fēng)向、風(fēng)壓，較之在 鐵路沿線安裝測風(fēng)儀，測風(fēng)儀的數(shù)量降低，明顯降低了構(gòu)造與維護成本；并且 由于風(fēng)向、風(fēng)壓是在列車當(dāng)前位置測得的實際數(shù)據(jù)，列車被控制的速度僅與其 當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向相關(guān)，檢測準(zhǔn)確、反應(yīng)精確；既能確保安全，又能使列 車不被錯誤限速，列車運行速度快；而現(xiàn)有在地面上定點安裝測風(fēng)儀，則難以 兼顧列車的安全與高速運行。并且測風(fēng)儀、總控計算機均安裝在車上，相互之 間釆用線連接方式傳輸數(shù)據(jù)，較之地面安裝數(shù)據(jù)測風(fēng)儀二者通過無線發(fā)射傳送 數(shù)據(jù)，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸成本低，傳輸干擾小，快速準(zhǔn)確，可靠性強，也提高 了列車行駛的安全性和效率。本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種實現(xiàn)上述方法的裝置。 本發(fā)明實現(xiàn)其另一發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是 一種實現(xiàn)上述的列車 防風(fēng)安全監(jiān)測、控制方法的裝置，其組成是在列車上安裝總控計算機、與列 車的制動系統(tǒng)相連的列車速度自動控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位儀，并在車體上至 少安裝一套測風(fēng)儀；測風(fēng)儀、全球衛(wèi)星定位儀、列車速度自動控制系統(tǒng)均與總 控計算機相連。采用以上的裝置，可以方便有效可靠地實現(xiàn)本發(fā)明的方法。 下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。


圖l是本發(fā)明實施例的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例圖1示出，本發(fā)明方法的一種具體實施方式
所采用的裝置為在列車上安裝總控計算機CC、與列車的制動系統(tǒng)B相連的列車速度自動控制系統(tǒng)ATC、全 球衛(wèi)星定位儀GPS，并在車體上至少安裝一套測風(fēng)儀TW;測風(fēng)儀TW、全球衛(wèi)星 定位儀GPS、列車速度自動控制系統(tǒng)ATC均與總控計算機CC相連。
采用以上的裝置進行列車防風(fēng)安全監(jiān)測及控制方法，其步驟是
A、 由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀(;PS檢測出列車在線路上運行的當(dāng)前位 置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計算機CC;
由車體上安裝的至少一套測風(fēng)儀TW檢測出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向， 并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計算機CC;
B、 總控計算機CC根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù)，并從其存儲的線路數(shù)據(jù)庫 中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù)，再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向 數(shù)據(jù)，計算出列車當(dāng)前時刻所允許的最高運行速度，并將該最高運行速度送入 列車速度自動控制系統(tǒng)ATC;
C、 列車速度自動控制系統(tǒng)ATC將其檢測到的列車當(dāng)前運行的實際速度與所 收到的最高運行速度進行邏輯判斷，當(dāng)實際速度大于最高運行速度時，列車速 度自動控制系統(tǒng)ATC輸出控制信號控制制動系統(tǒng)B動作，降低列車運行速度至 低于最高運行速度；否則，列車速度自動控制系統(tǒng)ATC不輸出控制信號，列車 正常運行。
本發(fā)明所使用的測風(fēng)儀TW、列車速度自動控制系統(tǒng)ATC及全球衛(wèi)星定位儀 GPS均可以直接采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品。這樣，本發(fā)明的構(gòu)造實施容易，性能穩(wěn)定、 可靠。
本發(fā)明在實施時，總控計算機分析計算最高運行速度，其判別法則或傳遞 函數(shù)的確定，需綜合考慮以下因素首先根據(jù)各項監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史氣象資料、 線路情況及列車本身的參數(shù)(如車型、結(jié)構(gòu)參數(shù)等)，運用空氣動力學(xué)理論確定 列車在不同風(fēng)載情況、不同運行速度和不同線路情況下列車的升浮力及側(cè)向力等參數(shù)，然后運用機車動力學(xué)確定列車在不同狀態(tài)下所允許的最高運行速度， 這樣就從理論上確定了最高允許速度與風(fēng)載情況、線路狀態(tài)、車型等之間的傳 遞函數(shù)。在實際運行中，由于風(fēng)載等影響因素存在隨機性，會不可避免的導(dǎo)致 誤差，因此，總控計算機給出的最高安全速度應(yīng)該保留合適的安全余量.
權(quán)利要求
1、一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測、控制方法，其步驟是A、由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀(GPS)檢測出列車在線路上運行的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計算機(CC)；由車體上安裝的至少一套測風(fēng)儀(TW)檢測出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向，并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計算機(CC)；B、總控計算機(CC)根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù)，并從其存儲的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù)，再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)，計算出列車當(dāng)前時刻所允許的最高運行速度，并將該最高運行速度送入列車速度自動控制系統(tǒng)(ATC)；C、列車速度自動控制系統(tǒng)(ATC)將其檢測到的列車當(dāng)前運行的實際速度與所收到的最高運行速度進行邏輯判斷，當(dāng)實際速度大于最高運行速度時，列車速度自動控制系統(tǒng)(ATC)輸出控制信號控制制動系統(tǒng)(B)動作，降低列車運行速度至低于最高運行速度；否則，列車速度自動控制系統(tǒng)(ATC)不輸出控制信號，列車正常運行。
2、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的列車防風(fēng)安全監(jiān)測、控制方法的裝置，其組 成是在列車上安裝總控計算機(CC)、與列車制動系統(tǒng)(B)相連的列車速度 自動控制系統(tǒng)(ATC)、全球衛(wèi)星定位儀(GPS),并在車體上至少安裝一套測風(fēng) 儀(TW);測風(fēng)儀(TW)、全球衛(wèi)星定位儀(GPS)、列車速度自動控制系統(tǒng)(ATC )均與總控計算機(cc)相連。
全文摘要
一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測及控制方法，其步驟是A.列車上的全球衛(wèi)星定位儀檢測出列車在線路上運行的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)；由車體上安裝的測風(fēng)儀檢測出當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向；B.總控計算機根據(jù)列車當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并從其存儲的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù)，再結(jié)合當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)，計算出列車當(dāng)前所允許的最高運行速度，并將該最高運行速度送入列車速度自動控制系統(tǒng)；C.列車速度自動控制系統(tǒng)將其檢測到的列車當(dāng)前的實際速度與最高運行速度進行邏輯判斷，據(jù)以自動控制列車制動系統(tǒng)。使用該方法的構(gòu)造成本低，檢修維護方便，對列車所在位置的風(fēng)壓、風(fēng)向檢測準(zhǔn)確，保證列車的安全高速運行。
文檔編號G01W1/00GK101126817SQ200710050160
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者濤 崔, 張衛(wèi)華, 田光榮 申請人:西南交通大學(xué)