福星號列車運行防護系統(tǒng)仿真設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計論 文

本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中文題目福星號列車運行防護系統(tǒng)仿真設(shè)計與實現(xiàn)英文題目SimulationdesignandimplementationofopopopoperationprotectionsystemforFuxingtrainOperationsystemforFuxingtrain選題編號系（部）專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師完成時間本科畢業(yè)論文（設(shè)計）[6]。測速定位功能是車載設(shè)備的重要功能之一，通過安裝在車輪上的速度傳感器和安裝在車體的雷達能夠?qū)崟r測試列車的運行速度，測速單元把速度傳感器和雷達的輸人進行測量和邏輯運算，得到列車的實際速度，并把列車運行速度傳送給主機模塊。速度—距離模式控制曲線是列車實時速度與制動距離間的關(guān)系曲線。在線路參數(shù)、列車制動性能參數(shù)確定時，采用這種速度控制方式的列車運行控制系統(tǒng)根據(jù)列車前方的目標(biāo)速度、目標(biāo)距離，依據(jù)一定的速度—距離模式曲線計算出列車當(dāng)前的允許速度，并依此監(jiān)控列車運行。速度—距離模式曲線控制方式與階梯速度控制方式的最大區(qū)別在于，不僅體現(xiàn)了信號系統(tǒng)的速度含義,也加入了距離含義。隨著電子控制、傳輸技術(shù)的發(fā)展,通過數(shù)字軌道電路、點式應(yīng)答器或無線通信等地一車傳輸方式可以向列車傳輸更多的信息，基于速度—距離模式曲線的列車運行控制系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。速度—距離模式曲線控制又可分為分段曲線控制和目標(biāo)—距離控制。3.3列車運行防護模塊列車運行防護模塊是列車超過規(guī)定的速度時，可以自動制動。當(dāng)車載設(shè)備接收地面限速信息，經(jīng)信息處理后，與實際速度比較，當(dāng)列車速度超過實際限速后，制動裝置即令列車停止行進。車載設(shè)備考慮列車運行的各種限制生成動態(tài)/靜態(tài)列車制動模式曲線，包括最大常用制動曲線和緊急制動曲線等。車載設(shè)備允許司機以最大安全速度行駛,保證列車在靜態(tài)和動態(tài)速度模式曲線監(jiān)督下安全運行。當(dāng)列車速度超過報警速度值時，向司機報警；超過常用制動速度值時，實施常用制動直到實際速度低于緩解速度；如果最大常用制動失效，列車速度超過緊急制動速度值，車載設(shè)備實施緊急制動，并且能夠自動或按照規(guī)定對制動進行緩解。除了對速度的監(jiān)督外，列控車載設(shè)備還能夠防止列車出現(xiàn)不期望的位移，如列車溜逸、退行、在不期望運行的時候運行、對車門的監(jiān)督或一些列車運行控制系統(tǒng)自身要求的特殊的防護功能。列車運行防護模塊根據(jù)接收到的列車運行相關(guān)信息，經(jīng)過處理后發(fā)送給列車行車控制命令。列車運行防護模塊通過地一車信息傳輸系統(tǒng)(軌道電路或應(yīng)答器或無線通信等)接收地面設(shè)備發(fā)送給列車的行車控制命令和線路信息，接收到的信息經(jīng)接收單元譯碼、處理，然后傳送給車載安全計算機。車載安全計算機根據(jù)接收到的信息實時計算列車的當(dāng)前允許速度，將列車實際速度與列車允許速度進行比較，當(dāng)列車實際速度接近計算的允許速度,列車運行防護模塊通過司機臺上顯示單元給出報警指示；當(dāng)列車速度超過允許速度時，車載安全計算機則給出制動命令，通過控制輸出接口單元控制列車制動機實施制動，使列車減速或停車，從而確保列車的行車安全。列車自動防護系統(tǒng)車載設(shè)備是保證列車行車安全的重要安全設(shè)備。

4系統(tǒng)實現(xiàn)4.1列車狀態(tài)模型列車狀態(tài)模型代碼，如圖4.1所示。圖4.1列車模型建立代碼這段代碼使用了Vue3的CompositionAPI來創(chuàng)建一個基于Canvas的火車動畫。具體實現(xiàn)包括：定義了一些狀態(tài)和屬性，如火車位置、速度、輪子旋轉(zhuǎn)等；定義了畫布上的一些元素，如軌道和火車圖像；實現(xiàn)了畫面的更新和動畫效果的實現(xiàn)。代碼還加載了一些SVG圖片來作為畫布元素的圖像。如圖4.2所示。圖4.2列車模型4.2列車運行監(jiān)測模塊4.2.1列車速度監(jiān)測這是一個使用ECharts庫創(chuàng)建速度計的Vue.js組件。該組件接受兩個屬性，value和max，分別代表速度計的當(dāng)前值和最大值。當(dāng)組件掛載或valueormaxprops發(fā)生變化時，renderChart會調(diào)用該方法，創(chuàng)建一個新的ECharts圖表對象，并設(shè)置其選項以創(chuàng)建具有指定值的儀表圖表。圖表在div帶有chartref的元素中呈現(xiàn)。該圖表以百分比形式顯示值，并包括帶有值的工具提示和帶有顏色編碼部分的儀表軸，指示值范圍。如圖4.3所示，如圖4.4所示。圖4.3速度表盤代碼圖4.4速度表盤4.2.2目標(biāo)距離監(jiān)測需要根據(jù)實際情況調(diào)整報警機制的靈敏度和可靠性，以確保及時有效的報警。目標(biāo)-距離曲線是指列車在運行過程中，與前方目標(biāo)物之間距離的變化曲線。該曲線可以用于監(jiān)測列車與前方目標(biāo)物的距離變化情況，從而實現(xiàn)對列車運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。如圖4.5所示。圖4.5列車距離顯示4.2.3目標(biāo)-距離曲線此代碼定義了一個Vue組件，該組件使用ECharts庫根據(jù)作為prop提供的輸入數(shù)據(jù)呈現(xiàn)折線圖。該圖表根據(jù)一系列記錄的動作顯示隨時間推移的速度和距離。組件有一個mounted()初始化ECharts實例的鉤子和一個beforeDestroy()銷毀組件時銷毀實例的鉤子。它還有一個watch屬性，可以在數(shù)據(jù)屬性更改時重新呈現(xiàn)圖表。該組件定義了一個renderChart()方法，該方法根據(jù)輸入數(shù)據(jù)計算要在圖表上繪制的數(shù)據(jù)，并使用該方法使用新數(shù)據(jù)更新ECharts實例setOption()。如圖4.6所示，如圖4.7所示。圖4.6目標(biāo)-距離曲線代碼圖4.7目標(biāo)-距離曲線4.3列車運行防護模塊4.3.1常用制動情況列車常用制動是指列車在行駛過程中，通過制動裝置對列車進行減速的操作。常用制動是指列車上裝有自動制動裝置，當(dāng)列車超速時，自動制動裝置會自動啟動，對列車進行制動，以確保列車的安全。常用制動是列車行駛過程中必不可少的安全保障措施，能夠有效地控制列車的速度和行駛方向，保障列車和乘客的安全。列車常用制動代碼，如圖4.8所示。圖4.8列車常用制動代碼列車常用制動曲線，如圖4.9所示。圖4.9列車常用制動曲線4.3.2緊急制動情況以下代碼是一個基于echarts的Vue組件，用于展示一個關(guān)于緊急制動信息的圖表，圖表的x軸標(biāo)簽表示距離，y軸標(biāo)簽表示速度，數(shù)據(jù)為傳入組件中的data屬性，當(dāng)該屬性有值且有效時，會在組件mounted和data`變動時觸發(fā)renderChart函數(shù)渲染圖表。其中，通過map函數(shù)將傳入的data按照規(guī)定的格式處理成speedData數(shù)據(jù)對象數(shù)組，而speedData中存儲了距離和速度的相關(guān)信息，這些信息將被用于echarts的option對象中，通過設(shè)定x軸和y軸的數(shù)據(jù)、設(shè)置tooltip具體信息，配置series中的折線圖，指定安全基線線、文字標(biāo)簽、附著對象等內(nèi)容，最終在beforeDestroy生命周期鉤子中進行實例手動銷毀，以便防止內(nèi)存泄漏。列車緊急制動曲線，如圖4.10所示，如圖4.11所示。圖4.10列車緊急制動代碼圖4.11列車緊急制動曲線

5系統(tǒng)測試5.1測試計劃按照自己程序的功能模塊（行車、加速、減速）進行測試，然后在慢慢的分化，處理好每一個控件之間的連接。5.1.1測試范圍與主要內(nèi)容主要測試該程序各個功能模塊之間的連接，以及控件與圖表之間的相互作用與相互反應(yīng)。5.1.2測試方法在不同電腦進行程序的安裝以及使用然后查看小程序的運行情況，然后打開各個功能模塊查看各個功能模塊是否存在，功能運行不正常等，如果不正常再進行修改。5.1.3測試環(huán)境列車運行防護系統(tǒng)軟硬件測試，如表5.1所示。表5.1測試環(huán)境硬件環(huán)境軟件環(huán)境CPU：Intel(R)Core(TM)i7操作系統(tǒng)：Windows10內(nèi)存：16GMSN7.5硬盤：520G瀏覽器：QQ瀏覽器5.2功能測試列車運行防護系統(tǒng)需要經(jīng)過嚴格的功能測試，以確保其能夠正常運行并滿足設(shè)計要求。下面是一些涉及的功能測試。列車運行監(jiān)測模塊，首先進行的是列車運行測試，在我點擊開始按鈕后，列車能否正常的啟動運行。以及在本系統(tǒng)中會一直跟隨列車速度產(chǎn)生變化的列車的速度表盤，是否是顯示了列車的實際速度。其次目標(biāo)距離是否也在跟隨列車的運行而變化。最后就是目標(biāo)-距離曲線是否是根據(jù)列車的實際運行來變化的。如表5.2所示。表5.2列車運行監(jiān)測模塊測試測試項描述/輸入/操作期望結(jié)果實際結(jié)果列車運行點擊開始按鈕列車開始運行與期望一致表盤速度隨列車速度變化顯示列車實際速度與期望一致目標(biāo)距離隨列車運行變化顯示目標(biāo)距離與期望一致目標(biāo)-距離曲線隨列車運行變化顯示目標(biāo)-距離曲線與期望一致列車運行防護模塊的測試，第一我們是要確認列車的加速是否能正常的運行。當(dāng)我們第一次點擊加速按鈕時，列車的速度能否超過200km/h。以及列車超過200km/h時列車能不能自動啟用常用制動。但我們第二次點擊加速按鈕后，列車速度是否能夠超過250km/h，當(dāng)列車速度超過250km/h時，列車會不會啟用緊急制動。如表5.3所示。表5.3列車運行防護模塊測試測試項描述/輸入/操作期望結(jié)果實際結(jié)果觸發(fā)常用制動點擊加速按鈕列車速度超過200km/h與期望一致常用制動防護列車減速列車減速至200km/h以下與期望一致觸發(fā)緊急制動點擊加速按鈕列車速度超過250km/h與期望一致緊急制動防護列車停車列車減速至0km/h與期望一致5.3測試結(jié)論本系統(tǒng)經(jīng)過功能測試和兼容性測試后，各個模塊的功能正常運行，達到了系統(tǒng)設(shè)計時的預(yù)期結(jié)果，測試過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題并對問題及時做出修改，軟件運行更加可靠、穩(wěn)定。最終得到了符合要求的高效率的列車運行控制系統(tǒng)。

6總結(jié)與展望6.1總結(jié)總體來說，列車運行防護系統(tǒng)是一個非常重要的系統(tǒng)，對于保障鐵路交通運輸?shù)陌踩头€(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)代化鐵路交通的發(fā)展中，列車運行防護系統(tǒng)不斷得到更新和完善，從最初的機械式保護到現(xiàn)在的數(shù)字化系統(tǒng)，不斷提高其安全性、可靠性和自動化水平。列車運行防護系統(tǒng)的發(fā)展將會不斷推動鐵路交通運輸?shù)默F(xiàn)代化和智能化，為人們提供更加安全、高效、舒適的出行體驗。針對目前列車運行過程中存在的安全隱患和風(fēng)險，設(shè)計了一種自動的列車運行防護系統(tǒng)，旨在提高列車運行的安全性和可靠性。首先對列車運行安全問題進行了分析和研究，明確了列車運行過程中可能存在的安全隱患和風(fēng)險。其次，通過調(diào)研和分析現(xiàn)有的列車運行防護技術(shù)，提出了本論文設(shè)計的列車運行防護模塊的設(shè)計思路和關(guān)鍵技術(shù)。然后，詳細介紹了列車運行防護模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，包括控制系統(tǒng)的設(shè)計和算法的編寫等方面的內(nèi)容。最后，進行了實驗測試和數(shù)據(jù)分析，驗證了列車運行防護模塊的可行性和有效性。通過本論文的研究和實驗，證明了列車運行防護模塊可以有效地監(jiān)測列車運行過程中的各種參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)進行實時控制，從而提高列車運行的安全性和可靠性。本論文的創(chuàng)新點在于通過采用控制系統(tǒng)和列車運行系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)了對列車運行過程的全方位監(jiān)測和控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理列車運行過程中的異常情況，從而有效地保護列車和乘客的安全?？傊菊撐膶α熊囘\行防護技術(shù)的研究和應(yīng)用具有重要的實際意義和應(yīng)用價值，具有推廣和應(yīng)用的前景和潛力。同時，本論文在研究方法、技術(shù)設(shè)計和實驗驗證等方面也具有一定的創(chuàng)新性和參考價值。6.2展望展望未來，隨著鐵路交通的發(fā)展和技術(shù)的進步，列車運行防護系統(tǒng)將會更加完善，特別是在自動駕駛和智能化方面的應(yīng)用將會更加廣泛。例如，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，列車運行防護系統(tǒng)將會具備更強的智能化能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的自主決策和智能化的預(yù)測控制。此外，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等新一代通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，列車運行防護系統(tǒng)將能夠更好地進行通信和信息共享，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻崔佳諾.市域鐵路列車自動折返效率提升方法研究[J/OL].鐵道標(biāo)準設(shè)計:1-6[2023-04-30].DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202210110002.張芳,李開成,羅正偉,魏國棟,呂繼東.基于決策樹等價的CBTC列控車載TSM監(jiān)控曲線測試案例約簡方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報,2022,46(05):122-130+141.KangRenwei,WangJunfeng,ChenJianqiu,ZhouJingjing,PangYanzhi,GuoLonglong,ChengJianfeng.Amethodofonlineanomalyperceptionandfailurepredictionforhigh-speedautomatictrainprotectionsystem[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety,2022,226.LiuGenfeng,HouZhongsheng.AdaptiveIterativeLearningControlforSubwayTrainsUsingMultiple-Point-MassDynamicModelUnderSpeedConstraint[J].IEEETransactionsonIntelligentTransportationSystems,2020,22(3).XiangHuoyue,HuHao,ZhuJin,HePeng,LiYongle,HanBing.Protectiveeffectofrailwaybridgewindbarriersonmovingtrains:Anexperimentalstudy[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics,2022,220.王思昊,劉江,蔡伯根,王劍,陸德彪.基于CS-BP的列車衛(wèi)星定位欺騙干擾檢測方法[J/OL].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報:1-12[2023-04-30].DOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20230164.馬文龍,李揚,劉含筱,李立偉.動車組配電系統(tǒng)接地在線監(jiān)測裝置設(shè)計[J].鐵道車輛,2023,61(01):56-61.梁樂觀,牛宏俠.基于SM-LADRC的高速列車自動駕駛速度控制[J].北京交通大學(xué)學(xué)報,2022,46(05):114-121.趙彬.淺談鐵路交通運行智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國設(shè)備工程,2021(15):263-264.ZhuMengru,LeeJongHan.DeepLearning-Based3DShapeFeatureExtractiononFlashAnimationStyle[J].WirelessCommunicationsandMobileComputing,2022,2022.賈熙.基于Linux操作系統(tǒng)的列車事件記錄儀的設(shè)計[D].大連交通大學(xué),2020.DOI:10.26990/ki.gsltc.2020.000113.師逍悅.城軌交通牽引供電動態(tài)模擬平臺軟件設(shè)計