城际高速铁路列车运行过程认知实验

6．1 实验相关知识点

1．沙盘系统模型与软件；

2．三种列车开行模式的工作原理；

3．沙盘信号系统的工作原理。

6．2 实验目的及所需实验技能

城际高速铁路列车运行过程是运行计划、列车驾驶系统、列车自动控制系统、信号设备、通信设备等模块的协调联动，体现了轨道交通各个子系统的动态运作。

轨道交通列车运行仿真沙盘系统由沙盘模型、车辆模型、设备模型、仿真控制系统以及仿真控制系统与沙盘模型的接口等组成，具备教学组织管理功能，用于教师组织学生进行教学和实验。

通过对仿真沙盘的操作预演示，使学生从计划运行图运行和人工调度、模拟驾驶这三种模式对城际高铁列车的运行过程形成多方位的认知，了解城际高速铁路的运营特点以及高铁信号设备组成与工作原理。实验旨在系统地提升学生对于城际高速铁路客运枢纽、线路轨道与道岔、信号设备、列车、供电设备等运输设施和装备的认知水平，对高速铁路CTCS2（固定闭塞）、CTCS3级（移动闭塞）的控制原理和实施方法，以及列车运行、闭塞分区占用，进路占用等运输组织过程的理解能力。

6．3 实验内容和要求

6．3．1 沙盘系统模型与软件

1．沙盘模型

轨道交通列车运行仿真沙盘共分为软件和实体沙盘两个大部分。实体沙盘长度约为35m，宽度为1．2m，面积约为42m2，场站以沪杭高速铁路为背景，实际线路全长158km。

沙盘中设置虹桥站、松江南站、金山北站、嘉善南站、嘉兴南站、桐乡站、海宁西站、余杭南站和杭州东站共9个站点。沙盘的车站设置与实际一致，设9个车站，8个区间，一个停车场，线路以高架为主。其中虹桥与杭州东站，按8股道设计，两车站的沙盘实景图如图6-1和图6-2所示。

图6-1 上海虹桥站图

图6-2 杭州东站图

以两轨道中心线为界，下行轨道（上海虹桥至杭州东）一侧，各车站的股道编号为奇数；上行轨道（杭州东至上海虹桥）一侧，各车站的股道编号为偶数。

2．车辆模型

除了固定设施外，沙盘还配有城际高速铁路动车组列车模型，其中部分列车车头安装了摄像头，具有模拟驾驶的功能，如图6-3所示。

3．沙盘界面

如图6-4所示，系统开启时沙盘软件界面中，蓝色线条代表各车站的股道以及区间内的轨道，轨道旁的小圆圈代表信号灯，红点代表信号灯为红，绿点代表信号灯为绿，动车占用区间或股道将显示为红光带。图中，上海虹桥站和杭州东站各有5列动车组列车停站。

图6-3 带摄像头的列车图

图6-4 软件界面图

6．3．2 列车开行方式

沙盘系统中列车开行方式，主要包括计划运行图模式、人工调度模式和模拟驾驶模式，其中最普遍的是计划运行图模式，如图6-5所示。

1．计划运行图模式

仿真沙盘中使用的计划运行图，是根据线路和列车的相关技术参数，编制不同组织模式下（高中速混跑、交路不同，停站方式不同、越行地点不固定）的计划列车运行图和车底交路图。同时系统支持人工或其他编图的软件生成的计划运行图数据的导入，以TXT文本格式存放。

（1）原理

在计划运行图模式下，列车在上海虹桥站与杭州东站之间，根据计划运行图中的列车运行信息（各区间运行时间、各车站通过方式及停站时间），实现在CTC系统下的自动控制运行。

而在实际运行过程中，列车在区间中的运行时间会产生偏差，沙盘系统则会根据列车运行状况（实际区间运行时间、实际停站时间），对运行图进行实时更新。

（2）功能

①系统全自动运行——基于计划列车运行图，列车在CTCS3级或在CTCS2级的调度集中模式下实现列车全自动运行（包括列车运行、信号开放、道岔移动、进站开通等过程），在发生较小时间延误的情况下，列车能够进行自动调整。

②非常站控模式控制运行——基于计划列车运行图，列车在CTCS3级或在CTCS2级的非常站控模式下的列车运行。

图6-5 计划运行图界面图

2．人工调度模式

列车在人工调度模式运行，即基于计划列车运行图，实现在人工调度（如电话闭塞）条件下的列车自动控制运行的模式。

（1）原理

通过选择列车需停靠的“目标站”和“股道”（注：下行方向的列车，选择编号为奇数的股道；上行方向的列车，选择编号为偶数的股道），或者通过“掉转方向”直接调整车辆行进方向的方式，在沙盘中灵活地改变列车的运行状况。操作界面如图6-6所示。

（2）功能

在运行过程中，列车和线路常见的故障包括信号故障、道岔故障、上下客延误等。当故障导致较大延误时，利用人工调度模式灵活调整列车运行图，从而在保障列车运行安全的同时，提高运输组织的效率。

3．列车模拟驾驶模式

列车在模拟驾驶模式下运行，即基于人工调度模式，结合列车人工驾驶，模拟电话闭塞下列车运营组织的过程。

（1）原理

首先，每列列车配备一名驾驶员，每个车站配备一名管理员。通过车站管理员向其邻近的列车发布开行信息，列车驾驶员在模拟驾驶软件上开行列车，模拟驾驶界面如图6-7所示，从而模拟电话闭塞条件下的运输组织过程。

图6-6 人工调度界面图

图6-7 模拟驾驶界面图

（2）功能

通过结合列车模拟驾驶软件，沙盘系统模拟运行过程中CTC系统失控的故障条件下，利用电话闭塞的方式人工调度各区间内的列车运行，从而还原CTC系统故障下的运输组织过程。

6．3．3 沙盘信号系统

1．自动控制系统ATC

沙盘信号系统基于列车自动控制系统原理进行设计。列车自动控制系统ATC （Automatic Train Control）将信号设备与通信设备集成一体，是一套完整的控制、监督、管理系统，包含列车自动防护ATP、列车自动监控ATS和列车自动运行ATO三个子系统，分别介绍其基本工作原理。

2．信号设备和通信设备

介绍高铁信号设备、联锁设备、闭塞设备、通信设备及其与普速铁路的区别。

6．3．4 实验要求

1．实验进行过程中，未经许可不得擅自关闭实验系统，不得擅自启动与实验无关的程序，以免影响实验的正常进行。

2．爱护实验室设备。

3．不得擅自携带任何实验室设备离开实验室。

6．4 实验主要仪器设备和其他材料

沙盘、动车组模型、沙盘操作软件、模拟驾驶操作软件。

6．5 实验方法、步骤说明

1．通过老师对沙盘系统模型、三种列车运行模式和沙盘信号系统的讲解，了解沙盘系统的构造、工作原理与功能。

2．结合实验内容，观察沙盘系统，了解城际高速铁路的运行过程。

6．6 实验报告要求

1．认真完成实验报告，报告要用实验报告纸，书写工整，按时上交。

2．对思考题应能依据实验过程作出相应的回答。

6．7 思考题

1．简述计划运行图模式的工作原理、实现功能。

2．简述城际高速铁路信号设备的技术特点。

3．列车自动控制系统（ATC）由哪些子系统构成？各子系统的作用是什么？