列車編組計(jì)劃研究綜述

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!列車編組計(jì)劃研究綜述車流組織是鐵路行車組織的一項(xiàng)重要內(nèi)容，需要確定車流由始發(fā)站運(yùn)送到終到站所經(jīng)由的路線即車流徑路以及直達(dá)列車運(yùn)行方案和車流的改編方案即車流的編組方案。由于路網(wǎng)上到達(dá)、出發(fā)站很多，車流和列流繁多，因此編組方案數(shù)量非常龐大。在眾多方案中選擇經(jīng)濟(jì)有利的方案，屬于大規(guī)模的組合優(yōu)化問題。因此車流組織的優(yōu)化涉及兩方面，其一是車流徑路（ＣａｒＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｂｌｅｍ，ＣＲＰ）；其二是貨物列車編組計(jì)劃（ＴｒａｉｎＦｏｒｍａｔｉｏｎＰｌａｎ，ＴＦＰ），也簡稱編組計(jì)劃。編組計(jì)劃統(tǒng)一安排全路車流組織方案，具體規(guī)定貨運(yùn)站、編組站、區(qū)段站等編組貨物列車的發(fā)站、到站、列車種類、編組內(nèi)容、車流編掛方式（編組要求）和車次。編組計(jì)劃在鐵路運(yùn)輸組織工作中具有十分重要的作用，如保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)、加速車輛周轉(zhuǎn)、加快貨物送達(dá)、聯(lián)系貨運(yùn)計(jì)劃和運(yùn)行圖、疏導(dǎo)車流保障暢通等。本文根據(jù)國內(nèi)外ＴＦＰ優(yōu)化的大量文獻(xiàn)，對研究成果進(jìn)行系統(tǒng)分類并就其特點(diǎn)進(jìn)行對比和評述。

國外編組計(jì)劃優(yōu)化模型并不完全適合我國的實(shí)際情況，但是其研究思路值得借鑒。

各類建模方法綜述：

1、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法

該類方法將ＴＦＰ（ＴｒａｉｎＦｏｒｍａｔｉｏｎＰｌａｎ）抽象為一個(gè)多階段決策網(wǎng)絡(luò)圖，一個(gè)車站對應(yīng)一個(gè)階段，每個(gè)階段的點(diǎn)代表后方車站通過該階段的車流的所有組合情況，然后根據(jù)Ｂｅｌｌ－ｍａｎ最優(yōu)化原理求解。該方法能夠獲得全局最優(yōu)解，但也擺脫不了車流組合指數(shù)增長的固有缺陷。

2、網(wǎng)絡(luò)流方法

該類建模方法將各個(gè)車站視為點(diǎn)，各編組去向視為弧，各開行方向的集結(jié)耗費(fèi)視為弧的固定耗費(fèi)（每個(gè)站所有去向的集結(jié)耗費(fèi)相同），改編中轉(zhuǎn)額外耗費(fèi)視為該弧的長度，從而將車流組織問題轉(zhuǎn)化為具有固定耗費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)流模型。

3、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型

該類模型采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法求解，該類建模方法可以追溯到文獻(xiàn)。根據(jù)決策變量的類型，可分為０－１規(guī)劃模型（還可細(xì)分為線性０－１規(guī)劃模型和非線性０－１規(guī)劃模型、混合整數(shù)規(guī)劃模型、二次０－１規(guī)劃模型。在處理含有徑路選擇的問題時(shí)，０－１規(guī)劃模型的改編變量相當(dāng)于車流在某站是否進(jìn)行首次改編，這意味著技術(shù)車流量為遞推形式，因此其模型的具體化將導(dǎo)致高次項(xiàng)出現(xiàn)。與之不同，混合整數(shù)規(guī)劃模型以車流在途各站的改編量代替。其中二次０－１規(guī)劃模型非常巧妙，將編組方案歸結(jié)為車流“獨(dú)立的作業(yè)方式”的組合，通過排除非獨(dú)立的作業(yè)方式減少變量數(shù)目，建立線性緊約束，系數(shù)矩陣的元素均為０或１且分布具有稀疏性和分塊對角特點(diǎn)。

編組計(jì)劃數(shù)學(xué)規(guī)劃建模特點(diǎn)總結(jié)

對于編組計(jì)劃優(yōu)化問題的求解，早期的研究者們主要根據(jù)鐵路運(yùn)輸組織的實(shí)踐提出各種近似處理的方法和技術(shù)，尤以２０世紀(jì)７０年代的篩選法為代表；而后期的研究者們則以模型和算法并重，在對該問題的模型化描述基礎(chǔ)上采用各種啟發(fā)式算法求解。

1、傳統(tǒng)求解方法

傳統(tǒng)求解方法具體包括絕對計(jì)算法、表格計(jì)算法等。其中，絕對計(jì)算法實(shí)質(zhì)上是窮舉法。該類方法主要原理是，篩除不利方案之后，對所有的編組方案逐一計(jì)算車小時(shí)消耗，方案值最小的即為最優(yōu)方案。該方法的算法思想簡單，但計(jì)算工作量很大。當(dāng)支點(diǎn)站數(shù)較多時(shí)，其選優(yōu)難以實(shí)現(xiàn)。表格計(jì)算法，首先通過一定的判別條件刪除或者排除部分不利方案達(dá)到精簡方案的目的，其次對保留方案采用絕對計(jì)算法比選擇優(yōu)。根據(jù)直達(dá)列車集結(jié)車小時(shí)消耗和無改編通過節(jié)省，提出諸如絕對條件、必要條件和充分條件的判別條件。該方法直觀、簡便，在支點(diǎn)站數(shù)不多而且基本呈直線方向上，能夠方便地找出最優(yōu)或者接近最優(yōu)的方案，應(yīng)用較為普遍。

2、現(xiàn)代優(yōu)化算法

從數(shù)學(xué)上描述ＴＦＰ，模型的規(guī)模將隨車流和路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而變得非常龐大。因此，編組計(jì)劃編制問題屬于超大規(guī)模的組合優(yōu)化問題，是ＮＰ－ｈａｒｄ（Ｎｏｎｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｉｓｔｉｃＰｏｌｙｎｏｍｉａｌ－ｈａｒｄ）問題，求解非常困難，應(yīng)用傳統(tǒng)的分支定界或者逐步尋優(yōu)方法進(jìn)行求解時(shí)，在精確性和可靠性方面都不能完全保證。在采用啟發(fā)式算法求解ＴＦＰ方面有：

蟻群算法（ＡｎｔＣｏｌｏｎｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＡＣＯ）

模擬退火算法（ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎｎｅａｌｉｎｇ，ＳＡ）

遺傳算法（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）

禁忌搜索算法（ＴａｂｕＳｅａｒｃｈ，ＴＳ）

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（Ｂａｃｋ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ，ＢＰＮＮ）

通過運(yùn)輸組織優(yōu)化，特別是區(qū)域路網(wǎng)車流組織優(yōu)化以減少運(yùn)營成本和各種相關(guān)費(fèi)用，提高運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益，一直是國外鐵路系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。２０世紀(jì)８０～９０年代是研究的高峰期，來自美國、加拿大等鐵路貨運(yùn)發(fā)達(dá)國家的研究者們深入研究取得許多成果。國外編組計(jì)劃優(yōu)化模型并不完全適合我國的實(shí)際情況，但仍有一定的借鑒作用。為了便于與國內(nèi)ＴＦＰ研究特點(diǎn)進(jìn)行對比，現(xiàn)也從研究對象和范圍、建模方法以及求解算法３個(gè)方面分別介紹國外相關(guān)成果。

該領(lǐng)域的文獻(xiàn)基本都從戰(zhàn)術(shù)層規(guī)劃角度建立混合整數(shù)規(guī)劃（ＭｉｘｅｄＩｎｔｅｇｅｒＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ＭＩＰ）模型，其中決策變量為０－１型的編組去向方案和實(shí)數(shù)型的車流改編量，一般都考慮組織要求（車流平衡約束）和物理限制（車站的改編能力、調(diào)車線數(shù)量）兩大類約束。

（１

）編組去向方案優(yōu)化

編組去向方案優(yōu)化問題（ＲａｉｌｒｏａｄＢｌｏｃｋｉｎｇＰｒｏｂ－ｌｅｍ，ＲＢＰ），其目標(biāo)是確定每個(gè)站編組的去向以及每支車流的徑路和接續(xù)方案。ＲＢＰ以車流ＯＤ作為考慮對象而非列車，這不同于其他研究問題。ＲＢＰ的求解結(jié)果為ＴｒａｉｎＢｌｏｃｋｉｎｇＰｌａｎ（ＴＢＰ），作為車站的Ｂｌｏｃ－ｋｉｎｇＰｏｌｉｃｙ。ＴＢＰ確定編組站的改編負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)中車站作業(yè)分工。

列車運(yùn)行方案優(yōu)化問題，其研究目標(biāo)是確定列車的徑路、開行數(shù)量以及編組去向分配方案（Ｂｌｏｃｋ－ｔｏ－ＴｒａｉｎＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔ，ＢＴＡ），也即是列車的編組內(nèi)容。ＴＢＰ作為該問題的輸入或者給定條件。

編組計(jì)劃的編制都具有分階段特點(diǎn)，但是卻又有差別。國外是從問題的邏輯上進(jìn)行分層：一般先生成編組去向方案，確定每個(gè)車站的編組去向和每支車流的徑路和接續(xù)方案；然后確定列車運(yùn)行方案，包括列車的徑路、開行數(shù)量以及編組去向分配方案ＢＴＡ，其中ＢＴＡ確定了列車的編組內(nèi)容；最后確定列車營運(yùn)方案，以前兩者為基礎(chǔ)，安排列車運(yùn)行的始發(fā)終到時(shí)刻等調(diào)度問題，實(shí)現(xiàn)編組計(jì)劃與列車運(yùn)行圖之間的銜接和協(xié)調(diào)。

而國內(nèi)則是根據(jù)車流的性質(zhì)在編組計(jì)劃的內(nèi)容上進(jìn)行分階段考慮：先確定裝車地直達(dá)和空車直達(dá)列車編組計(jì)劃，未被其吸收的直達(dá)車流向就近的技術(shù)站集中，然后編制技術(shù)站列車編組計(jì)劃，最后對剩余的車流再確定區(qū)段管內(nèi)列車編組計(jì)劃。處理方式的差異主要是由于管理體制的不同。國外鐵路多為公司性質(zhì)，而我國鐵路以國有為主，采用鐵道部、鐵路局、站段三級管理體制。

編組計(jì)劃的構(gòu)成內(nèi)容

國外的列車并不區(qū)分裝車地直達(dá)和技術(shù)直達(dá)，列車編組內(nèi)容以編組去向（車流組號(hào)）為單元，每列車允許掛有多個(gè)組號(hào)，在組號(hào)到達(dá)其終到站之前，整個(gè)組號(hào)的編組內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化，這同于我國的分組列車。但是在模型中沒有體現(xiàn)換掛車組（部分改編）與改編費(fèi)用消耗的差別。另外，我國的編組計(jì)劃優(yōu)化過程中，一般不涉及開行列車數(shù)量，而是在其內(nèi)容編制完后的確定與檢查階段，根據(jù)吸收的車流量和列車編成輛數(shù)計(jì)算。我國編組計(jì)劃不涉及時(shí)刻表，這另由列車運(yùn)行圖確定。其中，編組計(jì)劃中確定的列車始發(fā)終到站、運(yùn)行徑路、行車量等信息以及相關(guān)作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)都是其編制的條件和參數(shù)。國外研究列車營運(yùn)方案時(shí)，考慮了列車調(diào)度問題，有些類似我國的基本運(yùn)行圖，以此為基礎(chǔ)周期循環(huán)。根據(jù)其研究時(shí)間范圍，調(diào)度方案有ｄａｉｌｙ第２期貨物列車編組計(jì)劃國內(nèi)外研究綜述ｐｒｏｂｌｅｍ和ｗｅｅｋｌｙｐｒｏｂｌｅｍ之分，其中后者一般研究１～２周的時(shí)間，稱之為ｓｃｈｅｄｕｌｅｌｅｎｇｔｈ或者ｐｌａｎｎｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎ，前者結(jié)果的簡單復(fù)制是后者的特殊方案（不一定最優(yōu)甚至可行），相比前者，后者的規(guī)模更大也更復(fù)雜。同時(shí)時(shí)間維的引入，能夠方便刻畫重空狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及列車接續(xù)等組織過程，使得車流和貨車流成為名副其實(shí)的動(dòng)態(tài)流。為了解決該問題，國外學(xué)者借鑒了動(dòng)態(tài)交通分配中的離散時(shí)間時(shí)空網(wǎng)絡(luò)法構(gòu)建時(shí)空網(wǎng)絡(luò)

第二篇：列車運(yùn)行控制綜述報(bào)告《列車運(yùn)行控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)

學(xué)

院：交通運(yùn)輸學(xué)院

指導(dǎo)老師：張喜

姓

名：張建磊

學(xué)

號(hào)：12251202

班

級：運(yùn)輸1208

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

摘要。高速磁懸浮列車作為一種新型交通工具，具有快捷、安全、舒適、無磨擦、低噪聲、低能耗易維護(hù)、無污染等優(yōu)點(diǎn).高速磁懸浮運(yùn)行控制系統(tǒng)就如同人的大腦，負(fù)責(zé)安排整個(gè)交通系統(tǒng)安全可靠有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，使磁懸浮列車的特點(diǎn)充分展現(xiàn)出來.目前，僅日德對高速磁懸浮運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究技術(shù)比較成熟，分別建立了山梨試驗(yàn)線（yamanashi）和埃姆斯蘭特（enslard）（簡稱tve）試驗(yàn)線，并取得了試驗(yàn)成功.在國內(nèi)，隨著上海磁懸浮試驗(yàn)線的建立，對高速磁懸浮ocs的研究則剛剛起步。本文僅對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行簡單的研究。

關(guān)鍵詞：磁懸浮列車、列車運(yùn)行控制、速度防護(hù)、車地傳輸技術(shù)、測速定位技術(shù)

1.磁懸浮列車的特點(diǎn)

由于磁懸浮列車具有快速、低耗、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，因此前景十分廣闊。常導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)400至500公里/小時(shí)，超導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)500至600公里/小時(shí)。它的高速度使其在1000至1500公里之間的旅行距離中比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。由于沒有輪子、無摩擦等因素，它比最先進(jìn)的高速火車省電30%。在500公里/小時(shí)速度下，每座位/公里的能耗僅為飛機(jī)的1/3至1/2，比汽車也少耗能30%。因無輪軌接觸，震動(dòng)小、舒適性好，對車輛和路軌的維修費(fèi)用也大大減少。磁懸浮列車在運(yùn)行時(shí)不與軌道發(fā)生摩擦，發(fā)出的噪音很低。它的磁場強(qiáng)度非常低，與地球磁場相當(dāng)，遠(yuǎn)低于家用電器。由于采用電力驅(qū)動(dòng)，避免了燒煤燒油給沿途帶來的污染。磁懸浮列車一般以4.5米以上的高架通過平地或翻越山丘，從而避免了開山挖溝對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。磁懸浮列車在路軌上運(yùn)行，按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行配置。它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對不可能出軌。列車運(yùn)行的動(dòng)力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動(dòng)的現(xiàn)象，從而排除了列車追尾或相撞的可能。

磁懸浮列車雖然具有這么多的好處，但到為止，世界上只有上海浦東磁懸浮鐵路真正投入商業(yè)運(yùn)營。盡管日本和德國已經(jīng)有了實(shí)驗(yàn)路線，盡管2005年上海浦東機(jī)場到市區(qū)30公里長的線路將投入正式運(yùn)營，但磁懸浮列車還是不能普及到日常生活中來。由于磁懸浮系統(tǒng)必須輔之以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)，因此在斷電情況下列車的安全就不能不是一個(gè)要考慮的問題。此外，在高速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，列車的穩(wěn)定性和可靠性也需要長期的實(shí)際檢驗(yàn)。還有，則是建造時(shí)的技術(shù)難題。由于列車在運(yùn)行時(shí)需要以特定高度懸浮，因此對線路的平整度、路基下沉量等的要求都很高。而且，如何避免強(qiáng)磁場對人體及環(huán)境的影響也一定要考慮到。

基于磁懸浮列車的特點(diǎn)，磁浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的基本功能應(yīng)該包括：操作與顯示、自動(dòng)操縱列車、駕駛序列控制、列車防護(hù)、進(jìn)路防護(hù)、道彷防護(hù)、列車安全定位、速度曲線監(jiān)控和牽引安全切斷等功能。以德國為例，德國的高速磁浮列車系統(tǒng)可分為線路、牽引、車輛和運(yùn)行控制四大系統(tǒng)。運(yùn)行控制系統(tǒng)采用了3層結(jié)構(gòu)：位于控制中心的中央運(yùn)行控制系統(tǒng)；位于牽引變電站和軌道旁的分區(qū)運(yùn)行控制系統(tǒng)；位于列車的車載運(yùn)行控制系統(tǒng)。這3個(gè)系統(tǒng)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸是通過一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，包括地面的光纖網(wǎng)，地面和列車之間的無線通

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列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

信系統(tǒng)。

2.磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)及速度防護(hù)方式

2.1列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的類型

ctcs是（chinesetraincontrolsystem）的英文縮寫，中文意為中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。ctcs系統(tǒng)有兩個(gè)子系統(tǒng)，即車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)。ctcs列控系統(tǒng)是為了保證列車安全運(yùn)行，并以分級形式滿足不同線路運(yùn)輸需求的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。ctcs系統(tǒng)包括地面設(shè)備和車載設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)配置按功能劃分為以下5級：

1、ctcs—0級為既有線的現(xiàn)狀，由通用機(jī)車信號(hào)和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。

2、ctcs—1級由主體機(jī)車信號(hào)+安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成，面向160km/h以下的區(qū)段，在既有設(shè)備基礎(chǔ)上強(qiáng)化改造，達(dá)到機(jī)車信號(hào)主體化要求，增加點(diǎn)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全監(jiān)控功能。

3、ctcs—2級是基于軌道傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，ctcs—2級面向提速干線和高速新線，采用車—地一體化計(jì)，ctcs—2級適用于各種限速區(qū)段，地面可不設(shè)通過信號(hào)機(jī)，機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號(hào)行車。

4、ctcs—3級是基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)；ctcs—3級面向提速干線、高速新線或特殊線路，基于無線通信的固定閉塞或虛擬自動(dòng)閉塞，ctcs—3級適用于各種限速區(qū)段，地面可不設(shè)通過信號(hào)機(jī)，機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號(hào)行車。

5、ctcs—4級是基于無線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，ctcs—4級面向高速新線或特殊線路，基于無線通信傳輸平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞，ctcs—4級由rbc和車載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車定位和列車完整性檢查，ctcs—4級地面不設(shè)通過信號(hào)機(jī)，機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號(hào)行車。中國新建200km/h～250km/h，客運(yùn)專線采用ctcs—2級列控系統(tǒng)，300km/h～350km/h。

2.2列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的速度防護(hù)方式

列控系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制模式分成速度碼階梯控制方式和速度-距離模式曲線控制方式。

（1）速度碼階梯控制方式

速度碼階梯控制方式，在一個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)只控制一個(gè)速度等級。在一個(gè)閉塞分區(qū)中只按照一種速度判斷列車是否超速。階梯控制方式又可分為：出口檢查方式（滯后式控制）；入口檢查方式（提前式控制）

出口檢查方式要求司機(jī)在閉塞分區(qū)內(nèi)將列車運(yùn)行降低到目標(biāo)速度，atp車載設(shè)備在閉塞分區(qū)出口檢查列車運(yùn)行。如果司機(jī)按照允許速度操縱列車，atp設(shè)備不干預(yù)司機(jī)正常操作，當(dāng)司機(jī)違章操作或列車運(yùn)行超過允許速度時(shí)，列控設(shè)備將自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)。在每個(gè)閉塞區(qū)段的速度含義中存在允許速度/目標(biāo)速度的意義，本區(qū)段的允許速度為該區(qū)段的入口速度，本區(qū)段的出口速度就是下個(gè)閉塞分區(qū)的允許速度，這種控制模式屬于滯后控制，列車制動(dòng)后需要走行一段距離才能減速（或停車），因此，在禁止信號(hào)后方需要設(shè)置一段防護(hù)區(qū)段用著過走防護(hù)。法國tvm300就采用這種控制方式。

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列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

入口檢查方式就是列車在閉塞分區(qū)入口處接收到允許速度后立即依此速度進(jìn)行檢查，沒有目標(biāo)速度指示，一旦列車速度超過允許速度，則列控設(shè)備自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)使列車運(yùn)行降低到目標(biāo)速度以下。入口檢查方式中本區(qū)段的入口速度就是本區(qū)段的允許速度。日本新干線atc就用這種方式。在該種控制方式下，需要在列車停車前設(shè)置一個(gè)地面環(huán)線或應(yīng)答器設(shè)備，用于防止列車冒進(jìn)信號(hào)，該點(diǎn)式設(shè)備的布置要求列車以30km/h的速度緊急停車后能在危險(xiǎn)點(diǎn)停車。這種控制方式較滯后式控制方式間隔能力將提高不少。

速度碼階梯控制方式的系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是簡單，需要地車傳輸?shù)男畔⒘啃?，不需要知道列車的?zhǔn)確位置，只需要知道列車占用哪個(gè)區(qū)段即可。但是缺點(diǎn)也是明顯的，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的行車能力受到了限制。

（2）速度-距離模式曲線控制方式為了縮短列車間的間隔距離，采用速度－距離模式曲線方式實(shí)現(xiàn)列車間的安全速度和間隔控制。速度-距離模式曲線控制是根據(jù)目標(biāo)速度、線路參數(shù)、列車參數(shù)、制動(dòng)性能等確定的反映列車允許速度與目標(biāo)距離間關(guān)系的曲線，速度－距離模式曲線反映了列車在各點(diǎn)允許運(yùn)行的速度值。列控系統(tǒng)根據(jù)速度距離模式曲線實(shí)時(shí)給出列車當(dāng)前的允許速度，當(dāng)列車超過當(dāng)前允許速度時(shí)，設(shè)備自動(dòng)實(shí)施常用制動(dòng)或緊急制動(dòng)，保證列車能在停車地點(diǎn)前停車。因此，采用這種控制方式的列控系統(tǒng)不需要設(shè)置安全防護(hù)區(qū)段。在這樣的控制系統(tǒng)中又分成以下兩種方式：分段速度-距離模式曲線控制；一次速度-距離模式曲線控制

分段速度控制模式是將軌道區(qū)段按照制動(dòng)性能最差列車安全制動(dòng)距離要求，以一定的速度等級將其劃分成若干固定區(qū)段。一旦這種劃分完成，每一列車無論其制動(dòng)性能如何，其與前行列車的最小追蹤距離只與其運(yùn)行速度、區(qū)段劃分有關(guān)，這對于制動(dòng)性能好的列車其線路通過能力將受到影響，tvm430就采用這種控制方式。

分段速度控制模式列車最大安全制動(dòng)距離為：Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）

（１－１）

其中：

Ｓ——列車最大安全制動(dòng)距離

Ｓ１——車載設(shè)備接收地面列控信號(hào)反映時(shí)間距離Ｓ２——列車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間距離Ｓ３——列車制動(dòng)距離Ｓ４——過走防護(hù)距離

ｎ——列車從最高速度停車制動(dòng)所需分區(qū)數(shù)；

速度-距離模式曲線控制的制動(dòng)模式是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度的方式確定的速度－距離模式曲線，該方式不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級，采用一次制動(dòng)。以前方列車占用閉塞分區(qū)入口為目標(biāo)點(diǎn)，通過地車信息傳輸系統(tǒng)向列車傳送目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息。該方式能減少閉塞分區(qū)長度對列車運(yùn)行間隔時(shí)分的影響。一次連續(xù)速度－距離模式曲線方式更適于高中速混跑的線路。

一次連續(xù)速度控制模式列車最大安全制動(dòng)距離為：Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４

（１－２）

Ｓ——列車最大安全制動(dòng)距離

Ｓ１——車載設(shè)備接收地面列控信號(hào)反映時(shí)間距離

3

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

Ｓ２——列車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間距離Ｓ３——列車制動(dòng)距離Ｓ４——過走防護(hù)距離

ｎ——列車從最高速度停車制動(dòng)所需分區(qū)數(shù)；

式（１－２）中，Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４與式（１－１）基本相同，在計(jì)算一次連續(xù)速度模式最大安全制動(dòng)中由于為一次制動(dòng)，因此在制動(dòng)過程中它們只考慮一次。而在分段模式中由于在整個(gè)制動(dòng)過程中要多次制動(dòng)、緩解，這三個(gè)參數(shù)要考慮ｎ次。另外，連續(xù)速度控制模式列車最大安全制動(dòng)距離Ｓ３采用的是每一列車的實(shí)際最大安全制動(dòng)距離，列車制動(dòng)性能好的列車Ｓ３的數(shù)值小，性能差則Ｓ３的數(shù)值就大。因此，在連續(xù)速度控制模式中，列車的運(yùn)行間隔距離，各盡其能，有助于提高運(yùn)行效率。同時(shí)其所具有的一次性制動(dòng)的性能也與列車實(shí)際制動(dòng)方式相吻合。一次連續(xù)速度距離模式是各國鐵路尤其是高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展主流。

2.3磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)選擇

磁懸浮列車速度快，制動(dòng)性強(qiáng)，整體性能好，對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)要求很高，屬于ctcs4級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。在速度防護(hù)方式上，采用速度—距離模式曲線控制方式。

3磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

3.1列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的車地傳輸技術(shù)

地面信息傳遞到車上的方式目前有兩大類，一類是點(diǎn)式傳遞方式，另一類是連續(xù)式傳遞信息方式。點(diǎn)式傳輸方式常用的有查詢應(yīng)答器和點(diǎn)式感應(yīng)環(huán)線；連續(xù)式傳輸方式常用的有軌道電路、軌道電纜以及無線傳輸?shù)确绞健?/p>

1.點(diǎn)式傳遞方式

點(diǎn)式傳遞方式是在地面某些固定點(diǎn)，如閉塞分區(qū)分界點(diǎn)處，從地面向車上傳遞信息。點(diǎn)式傳遞方式常采用查詢/應(yīng)答器來實(shí)現(xiàn)或點(diǎn)式環(huán)線兩種方法。其中查詢/應(yīng)答器應(yīng)用較為廣泛。

2.連續(xù)式信息傳輸方式2.1軌道電路

軌道電路是信號(hào)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備之一，借助它可以監(jiān)督列車在線路上的運(yùn)行情況，并利用它可以連續(xù)傳遞與行車有關(guān)的各種信息，是一種傳統(tǒng)的地－車信息傳輸方式。在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。法國、日本列車運(yùn)行控制系統(tǒng)都采用軌道電路來傳遞行車信息。

2.2軌道電纜

德國lzb系統(tǒng)采用軌道電纜實(shí)現(xiàn)列車地面信息的雙向傳輸。lzb系統(tǒng)由地面控制中心、軌道傳輸電纜、車載設(shè)備3部分組成。地面控制中心根據(jù)地面存儲(chǔ)的各種信息，結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備的信息實(shí)時(shí)計(jì)算列車的最大允許速度，通過軌道電纜傳輸給車載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車速度的控制。

2.3無線移動(dòng)通信

基于gsmphase2+標(biāo)準(zhǔn)的gsm-r技術(shù)，是國際鐵路聯(lián)盟（uic）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（etsi）為歐洲新一代鐵路通信設(shè)計(jì)的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)。uic通過歐洲綜合鐵路無線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)（eirene）對各種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行了較，

4

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)想

最后決定gsm-r為新一代歐洲鐵路無線移動(dòng)通信基本制式。歐洲列車運(yùn)行控系統(tǒng)etcs2級及etcs3級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確確定利用gsm-r無線系統(tǒng)進(jìn)行列控信息車-地雙向傳輸。

3.2列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的測速定位技術(shù)

列車自動(dòng)控制atc系統(tǒng)的一般原理是，檢測列車的位置、速度等信息，并將這些信息匯集到控制中心；控制中心根據(jù)線路上列車流的情況，生成對車流中各個(gè)列車和地面設(shè)備的控制命令；地面設(shè)備接受到控制命令后實(shí)現(xiàn)動(dòng)作；列車根據(jù)控制命令，結(jié)合自身列車的位置信息、速度信息及線路情況、列車狀況等信息，對列車各種設(shè)備實(shí)施具體的控制。目前，列車自動(dòng)控制atc系統(tǒng)存在多種列車定位、測速技術(shù)方法。

一、脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方式（里程計(jì)）

脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，這樣脈沖的頻率就與輪軸的轉(zhuǎn)速成正比。輸出脈沖經(jīng)過隔離和整形后，直接輸入到微處理器進(jìn)行頻率測量并換算成速度和走行距離。

二、無線測速方式

無線測速定位方式拋開輪軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的速度信息，利用外加信號(hào)直接測量車體的速度和位置，因此又稱為外部信號(hào)法。目前提出的有雷達(dá)測速方式和衛(wèi)星定位方式等。由于這類方法不由輪旋轉(zhuǎn)獲得信息，因此能有效地避免車輪空轉(zhuǎn)、滑行等產(chǎn)生的誤差，但精度受到無線電波的傳播特性等素的影響。這一類方法包括雷達(dá)測速方式、gps測速定位方式等。

三、交叉感應(yīng)回線（loop）定位

在軌道鋪設(shè)的感應(yīng)電纜，通過車載感應(yīng)線圈和感應(yīng)電纜的電磁偶合完成信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳輸，地面控制中心系統(tǒng)通過軌道電纜與車載列控設(shè)備聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)列車的閉環(huán)控制。通常采用的方法是將軌間電纜每隔一定距離作一次交叉。而利用這一交叉回線列車可以知道自己的位置。

四、軌道電路絕緣節(jié)定位方法

前面所述的脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方法可以獲得列車位置信息，但是由于列車的車輪空轉(zhuǎn)、滑行等因素，不可避免的會(huì)產(chǎn)生累積誤差，因此，一般列車自動(dòng)控制atc系統(tǒng)采用地面固定安放的設(shè)備來對累積誤差進(jìn)行校正，這些地面固定安放的設(shè)備稱為地面絕對信標(biāo)，可以作為地面絕對信標(biāo)的定位方法包括：軌道電路定位，計(jì)軸器定位，信標(biāo)定位，查詢一應(yīng)答器定位

3.3磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

針對于磁懸浮列車的各個(gè)特點(diǎn)，車地信息傳輸選擇gsm-r連續(xù)式無線移動(dòng)信息傳輸技術(shù)。定位測速由無線測速定位方式來完成。

5

第三篇：列車撞擊綜述0前言

近年來，隨著軌道交通廣泛采用診斷、監(jiān)測、通信、失效保護(hù)制動(dòng)、現(xiàn)代化的列車控制系統(tǒng)等主動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)，發(fā)生重大交通事故的可能性越來越小。許多國家對軌道車輛的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗撞擊設(shè)計(jì)與分析，提高了列車的耐碰撞性。耐碰撞性列車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在車體的特定部位設(shè)置一定的變形區(qū)域，或安裝能量吸收裝置和防爬裝置，盡可能多地吸收列車碰撞時(shí)的動(dòng)能，從而降低碰撞作用力，防止列車交疊事故發(fā)生，從而最大限度地減少人員傷亡。對軌道車輛耐碰撞性的研究使列車產(chǎn)品的耐碰撞性能得以提高，新的研發(fā)思路突破既有設(shè)計(jì)、技術(shù)瓶頸，提高列車被動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)，使其在碰撞事故發(fā)生時(shí)損失降到最小，對提高列車運(yùn)營安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國際上對機(jī)車車輛碰撞的深入研究始于２０世紀(jì)８０年代中后期，英、法、德、美等發(fā)達(dá)國家相繼對列車碰撞進(jìn)行了大規(guī)模、長時(shí)間的研究。近２０年來，英、德、法、奧地利、比利時(shí)等國通過對列車碰撞事故的廣泛調(diào)查、統(tǒng)計(jì)及對多次發(fā)生的典型列車事故類型進(jìn)行的還原研究，率先出臺(tái)了軌道車輛被動(dòng)安全防護(hù)的技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，如文獻(xiàn)［１－２］及歐洲鐵路互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［３］。美國也在聯(lián)邦鐵路局（ＦＲＡ）安全法規(guī)中建立了有關(guān)規(guī)范［４］。

我國在列車被動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)方面的研究起步較晚。上世紀(jì)９０年代開始，隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展以及國際交流合作的常態(tài)化，我國鐵路行業(yè)的各科研院所和機(jī)車車輛制造工廠開始著手這方面的研究。由于實(shí)車試驗(yàn)費(fèi)財(cái)費(fèi)力，且可重復(fù)性差，加上計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，因此國內(nèi)研究人員大多致力于對車輛碰撞大變形的仿真模擬，欠缺對機(jī)車車輛碰撞的試驗(yàn)研究。

1.列車碰撞研究的主要研究方法

列車碰撞研究的主要方法包括試驗(yàn)和仿真兩大類。其中，試驗(yàn)方法借助先進(jìn)的測試手段，既可得到幾乎所有所需特征參數(shù)，又可在三維空間模擬列車碰撞時(shí)可能發(fā)生的各種姿態(tài)，是最為有效、最具說服力的研究手段。但是，由于碰撞試驗(yàn)破壞性大，試驗(yàn)過程出現(xiàn)不可控因素，需要尖端測試手段才有可能對試驗(yàn)全程進(jìn)行監(jiān)測。所以試驗(yàn)分析所需經(jīng)費(fèi)巨大，可重復(fù)性很差，且具有很大的危險(xiǎn)性。

由于鐵路列車的類型、碰撞障礙物以及列車碰撞事故的類型多種多樣且不斷更新，加上產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期越來越短，將設(shè)計(jì)初期的實(shí)物制造出來用于試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力也不經(jīng)濟(jì)。所以，對我國這樣經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對薄弱的發(fā)展中國家來說，目前試驗(yàn)方法僅停留在對小部件的研究上，尚未有實(shí)車碰撞試驗(yàn)的報(bào)道。

計(jì)算機(jī)仿真是研究列車碰撞的另外一種方法，經(jīng)濟(jì)便捷、操作性強(qiáng)，可解決上述試驗(yàn)方法存在的諸如大耗費(fèi)、重復(fù)性差、周期長等缺點(diǎn)，可在設(shè)計(jì)初期對列車模型進(jìn)行有效評估，便于設(shè)計(jì)師及時(shí)修改方案，大大縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)，又可對現(xiàn)有列車產(chǎn)品進(jìn)行耐撞性評估。同時(shí)，借助現(xiàn)有成熟的商業(yè)軟件，仿真方法無需其他外界系統(tǒng)的輔助就可得到試驗(yàn)方法可得到的所有數(shù)據(jù)。通過人為控制計(jì)算時(shí)間步長，所采集的具有時(shí)間歷程的數(shù)據(jù)甚至比試驗(yàn)方法所得更加詳細(xì)。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展和高度非線性有限元技術(shù)的逐漸成熟，計(jì)算機(jī)模擬仿真已基本能夠應(yīng)對列車大系統(tǒng)碰撞中的難題，目前可用于碰撞分析的非線性有限元軟件有ＬＳ－ＤＹＮＡ、ＭＡＤＹＭＯ、ＲＡＤＩＯＳＳ、ＭＳＣ.ＤＹＴＲＡＮ、ＰＡＭ－ＣＲＡＳＨ等，可用于動(dòng)力學(xué)分析的商業(yè)軟件有ＡＭＡＭＳ、ＳＩＭＰＡＣＫ等。目前，國內(nèi)學(xué)者大多采用非線性有限元對列車碰撞進(jìn)行模擬，由于列車結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸巨大，對其進(jìn)行網(wǎng)格離散后的有限元計(jì)算模型規(guī)模太大，計(jì)算耗時(shí)長且需占用非常多的計(jì)算機(jī)資源，難以滿足企業(yè)在車輛概念設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)方面快速、有效的要求。多體動(dòng)力學(xué)在列

車系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析上有較強(qiáng)的優(yōu)勢，但卻無法精確地對彈性體碰撞接觸部位的變形及其非線性剛度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。為了解決這個(gè)問題，部分學(xué)者建議采用有限元與動(dòng)力學(xué)混合仿真的方法對列車碰撞進(jìn)行模擬。這種方法的主要思想是首先通過有限元方法得到列車端部結(jié)構(gòu)的非線性特性，再將此特性引入多剛體動(dòng)力學(xué)中模擬列車的端部結(jié)構(gòu)，列車的其余部分則用剛體模擬。這種方法可節(jié)省大量計(jì)算機(jī)資源，但是，即使列車碰撞中各位置車鉤、各相鄰車端配置及結(jié)構(gòu)完全相同，其碰撞相對速度在同一碰撞事故中并不相等，甚至相差較大。這些結(jié)構(gòu)在不同速度等級的碰撞中有著截然不同的力學(xué)特性，如氣液車鉤裝置、應(yīng)變率敏感材料的使用，都使得其力學(xué)特性具有速度敏感性，而各車端的相對碰撞速度在數(shù)值仿真之前是無從獲得的。所以，用在某一速度等級下得到的車端結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性在動(dòng)力學(xué)中賦予所有車端顯然不夠合理，況且碰撞速度的增加不能保證車體的其他部分保持剛體運(yùn)動(dòng)，用剛體來代替它們就無法考證這些結(jié)構(gòu)自身可能發(fā)生的大變形。

綜上所述，在耐碰撞車輛設(shè)計(jì)的不同階段，可采用不同的研究方法。在進(jìn)行車鉤設(shè)計(jì)（包括緩沖器、壓潰管）時(shí)，研究列車端部、中部能量吸收區(qū)域的載荷和吸能水平時(shí)，研究列車碰撞過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、碰撞過程中的力、速度和加速度時(shí)，可采用多體動(dòng)力學(xué)的研究方法；在進(jìn)行能量吸收元件設(shè)計(jì)、列車端部和中部能量吸收區(qū)域設(shè)計(jì)以及研究列車碰撞過程中各車輛詳細(xì)的變形特性、加速度等時(shí)，可采用非線性有限元分析的研究方法；對于能量吸收元件的驗(yàn)證、列車碰撞過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、各車輛的變形特性和加速度等的驗(yàn)證，可采用準(zhǔn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的研究方法。

5我國軌道車輛耐碰撞性研究的展望

在軌道車輛的耐碰撞性研究領(lǐng)域，我國與發(fā)達(dá)國家存在較大的技術(shù)差距。今后應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行深入研究：

（１）從多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，研究列車中車輛之間、車體與走行部之間科學(xué)有效連接的多體動(dòng)力學(xué)模型，利用碰撞力學(xué)理論和統(tǒng)計(jì)理論，研究列車多體模型在發(fā)生不同碰撞類型、不同速度等級、不同能量吸收比例、不同車體結(jié)構(gòu)剛度等級所產(chǎn)生的碰撞響應(yīng)類型，建立列車在各速度等級下每種碰撞類型所要求的車體結(jié)構(gòu)縱向剛度和車體結(jié)構(gòu)安全性指標(biāo)體系，構(gòu)建列車車體前端和中部能量吸收的比例關(guān)系。掌握列車碰撞過程的規(guī)律、碰撞動(dòng)態(tài)響應(yīng)、車體結(jié)構(gòu)安全性的要求，為減少碰撞事故造成的損失提供科學(xué)依據(jù)。

（２）對于目前國內(nèi)外采用的各種列車防碰撞措施，僅在相碰撞的列車仍位于軌道上且一列車未爬上另一列車的情況下才有效［９］。這就需要研究列車碰撞導(dǎo)致爬車和脫軌的機(jī)理。防爬裝置已在我國的軌道車輛中得到應(yīng)用，還需研制列車發(fā)生碰撞事故時(shí)限制車輛脫軌的裝置。在對軌道車輛進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能研究時(shí)，通常采用Ｎａｄａｌ公式判斷列車的脫軌安全性，將該公式直接用于碰撞過程中車輛脫軌的判斷顯然是不合理的。這就需要根據(jù)列車碰撞后發(fā)生脫軌的機(jī)理，研究相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

（３）我國軌道車輛行業(yè)目前缺少可用于整車碰撞試驗(yàn)的裝備，列車碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)裝備還處于空白，從客觀上讓機(jī)車車輛的被動(dòng)安全性研究停留在計(jì)算機(jī)仿真等模擬層面。到目前為止，國外進(jìn)行了大量的列車碰撞試驗(yàn)，但其試驗(yàn)大都在室外進(jìn)行，且為臨時(shí)性試驗(yàn)，未形成相關(guān)的試驗(yàn)裝備專利和試驗(yàn)規(guī)范，一般是根據(jù)客戶的要求進(jìn)行。這種試驗(yàn)組織難度大，成本高，且缺乏系統(tǒng)性。

鑒于以上情況，我國迫切需要開展在試驗(yàn)室內(nèi)可進(jìn)行的車體結(jié)構(gòu)碰撞安全性、乘員生命安全性、物品安全性的等效碰撞試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備的研究。其技術(shù)和裝備可用于所有類型的軌道車輛整車結(jié)構(gòu)碰撞特性測試，可研究不同碰撞物體以及空間位置的車體的碰撞特性。

為碰撞車體模型、碰撞剛度模型、質(zhì)量等效模型等的仿真研究提供驗(yàn)證平臺(tái)，并提出碰撞時(shí)的車體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和乘員安全標(biāo)準(zhǔn)，制定碰撞試驗(yàn)方法、碰撞試驗(yàn)設(shè)備、碰撞試驗(yàn)運(yùn)行、碰撞試驗(yàn)評估的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系。基于碰撞測試手段的應(yīng)用，對軌道車輛碰撞特性理論進(jìn)行研究。

（４）到目前為止，我國還未正式頒布列車碰撞吸能規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。為了提升我國軌道車輛，特別是高速動(dòng)車組的國際競爭力，迫切需要制定適合我國國情并在國際上認(rèn)可的軌道車輛碰撞安全性標(biāo)準(zhǔn)。

第四篇：研究綜述研究綜述

國內(nèi)基于gis功能作物（植物）分布時(shí)空

變化的研究綜述

摘要?；趯is觀念和功能有所闡述的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)全面的闡述了gis應(yīng)用功能中的資源管理功能。通過對資源管理功能系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)資源管理功能中的數(shù)據(jù)查詢與顯示、統(tǒng)計(jì)與制圖，以及提供多種組合條件的資源分析等各個(gè)部分有一定的關(guān)聯(lián)性。所以應(yīng)用其統(tǒng)計(jì)與制圖的相關(guān)性與實(shí)用性，探討XX縣區(qū)的特色經(jīng)濟(jì)作物——金錢橘的近年來種植面積的變化及其空間分布。為了解金錢橘在惠水的種植面積和空間分布表現(xiàn)形式等提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：時(shí)空變化、gis、地物

1gis的概念

gis（geographicinformationsystem，地理信息系統(tǒng)）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，具有以下三個(gè)方面的特征[10]：具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性;以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測能力，產(chǎn)生高層次的地理信息;由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。地理信息系統(tǒng)從外部來看，它表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng);而其內(nèi)涵是由計(jì)算機(jī)程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型，是一個(gè)邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)

[11]。

2關(guān)于gis功能的研究

有關(guān)gis功能[15]的介紹：gis的功能包括基本功能和應(yīng)用功能，其中基本功能主要有空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)管理和空間分析等四大部分。而應(yīng)用功能主要有資源管理、區(qū)域規(guī)劃、國土監(jiān)測和輔助決策等四部分。gis資源管理功能方面的研究利用，是目前趨向于成熟的研究領(lǐng)域，包括森林和礦產(chǎn)資源的管理、野生動(dòng)植物的保護(hù)、土地資源利用評價(jià)、以及水資源的時(shí)空分布特征研究等。這種功能可直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢顯示、統(tǒng)計(jì)、制圖、以及提供多種組合條件的資源分析，為資源的規(guī)劃和合理開發(fā)提供依據(jù)。應(yīng)用功能中的區(qū)域規(guī)劃：把影響城市規(guī)劃的多種因素（如資源、環(huán)境、人口、交通、經(jīng)濟(jì)、教育、文化、金融等）進(jìn)行篩選，轉(zhuǎn)化成可用形式，幫助政府部門完成規(guī)劃、分區(qū)，現(xiàn)有土地利用，分區(qū)一致性，空地、開發(fā)區(qū)設(shè)計(jì)位置等分析工作，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域科學(xué)規(guī)劃和滿足城市發(fā)展的重要保證。應(yīng)用功能中的國土檢測：應(yīng)用地理信息系統(tǒng)功能和遙感相結(jié)合，可以有效用于森林火災(zāi)的預(yù)測警報(bào)、洪水災(zāi)情監(jiān)測和淹沒損失估算、土地利用動(dòng)態(tài)變化分析和環(huán)境質(zhì)量的評估研究等。輔助決策功能：利用擁有的數(shù)據(jù)和英特網(wǎng)傳輸技術(shù)，可以深化電子商務(wù)的應(yīng)用，滿足企業(yè)決策多為的需求，例如企業(yè)的分布、客貨源、市場的地域分布規(guī)律、原料、運(yùn)輸、夸過銷售等。

2.1關(guān)于gis區(qū)域空間分析方面的研究

主要是對gis采集來數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、系統(tǒng)處理和管理后，對空間對象建立的多種空間關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問題。主要有徐

映雪，邵景力等（2006年）基于rs和gis的鴨綠江口濱海濕地分類及變化的研究，以遙感影像資料為基礎(chǔ)，結(jié)合gis技術(shù)對鴨綠江口濱海濕地進(jìn)行定量化研究，查明濕地的類型分布、面積，分析其1989--2000年期間土地利用的變化。結(jié)果表明：蝦田、居民地、灘涂面積增加;蘆葦沼澤、水田、淺海水域面積減少;濕地生態(tài)環(huán)境遭到破壞。這些主要是由城市擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)增長所致。天然濕地的減少，使依賴于濕地生存的動(dòng)、植物種類大大減少。為保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境，應(yīng)嚴(yán)禁毀葦開荒，逐步退耕還葦，加強(qiáng)管理，合理開發(fā)利用，使本區(qū)可持續(xù)發(fā)展[7]。郭泉水，郭志華等研究的我國以梭梭屬植物為優(yōu)勢的潛在荒漠植被分布，以我國最新出版的《中國植被圖集》為基礎(chǔ)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)gis軟件arc/info（nt版）和數(shù)字化儀，提取以梭梭屬植物為優(yōu)勢的現(xiàn)存荒漠植被地理分布信息，制作地理分布專題圖;在生態(tài)信息系統(tǒng)（green）軟件支持下，定義地理氣候適應(yīng)參數(shù)區(qū)間，生成以梭梭屬植物為優(yōu)勢的潛在荒漠植被分布圖;將現(xiàn)存和潛在的分布圖疊加并對照比較，揭示以梭梭屬植物為優(yōu)勢的潛在荒漠植被分布特征，預(yù)

[8]測適宜以梭梭屬植物為優(yōu)勢的荒漠植被發(fā)展的地理空間。楊金對gis空間分析在森林

防火信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，介紹了gis技術(shù)的概念及其發(fā)展概況，論述了森林防火信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)功能劃分，并對gis空間分析在森林防火信息系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討[9]。

2.1.1gis資源管理功能中關(guān)于統(tǒng)計(jì)、制圖方面的研究

主要對現(xiàn)實(shí)的某種資源進(jìn)行調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后，對數(shù)據(jù)處理成圖。將空間地物以數(shù)據(jù)形式在圖上直觀表現(xiàn)出來。例如張秀英，馮學(xué)等應(yīng)用gis制作coringa紅樹林物種分布圖的研究，：coringa野生保護(hù)區(qū)是印度東海岸第二大紅樹林保護(hù)區(qū)。采用pcqm（pointcenteredquartermethod）方法獲取了該區(qū)紅樹林樹木底面積數(shù)據(jù)arcinfo

8.1制作物種密度分布圖，結(jié)果顯示，該區(qū)紅樹林植物有15種，分屬8個(gè)科10個(gè)屬，動(dòng)物則包括7個(gè)門（arthropda，mollusca，pisces，amphibia，reptiles，avesandmammals）。在15種紅樹林植物中，avicenniamarina，a.officinalis和excoecariaagallocha是保護(hù)區(qū)中分布最廣泛的種類，他們的分布密度隨鹽度的變化而變化，rhizophoraapiculata和r.mucronata則被限制在該區(qū)沿海邊緣地帶[5]。另外還有王春艷，李德智等為代表的基于遙感和gis方法的千島湖庫區(qū)集合植物群落宏觀格局初步分析的研究為代表，運(yùn)用遙感和gis對千島湖庫區(qū)植物的宏觀格局特征進(jìn)行初步分析，探討了不同島嶼面積的歸一化植被指數(shù)及不同等級島嶼斑塊的景觀格局[6]。除此之外，在運(yùn)用gis制圖方面的研究還有很多，但多數(shù)都是在自然的基礎(chǔ)上，采用gis的制圖處理技術(shù)，將其在空間的分布形式表現(xiàn)出來。田自強(qiáng)，陳王月等就神農(nóng)架龍門河地區(qū)的植被制圖及植被現(xiàn)狀分析。依據(jù)龍門河地區(qū)所處位置的植被地理分布規(guī)律性，繪制了該地區(qū)1b50000的植被復(fù)原圖。并在野外調(diào)查、資料搜集的基礎(chǔ)上，輔以全球定位系統(tǒng)（gps）、gis軟件及tm影像數(shù)據(jù)，繪制了該地區(qū)1b50000的植被類型圖。結(jié)果表明：1）植被海拔分布由低至高依次為常綠闊葉林（海拔900m以下），硬葉常綠闊葉林（海拔900~1300m）、常綠落葉闊葉混交林（海拔1300~1600m）以及落葉闊葉林（海拔1600~2200m）。2）龍門河地區(qū)林地面積4419.2hm2，占該地區(qū)總面積的

93.71%，共計(jì)8個(gè)植被型65個(gè)群系。其中常綠落葉闊葉混交林面積最大，為1674.09hm2，占林地面積的37.88%。另外，果園（3種類型）和農(nóng)田兩種農(nóng)業(yè)用地面積228.12hm2，占總面積的4.84%。3）由植被復(fù)原圖與現(xiàn)狀植被類型圖疊加分析可知，干擾后增加了針葉林、針闊混交林、灌叢、草地4種植被類型，占龍門河地區(qū)總面積的34.6%。其中針闊混交林所占面積最大，996.79hm2[14]。

2.1.2關(guān)于gis資源管理功能中的提供多種組合條件資源分析的研究

地區(qū)性的某類地物的分布往往是多種因素共同作用的結(jié)果，主要表現(xiàn)為自然因素對

生物分布適宜性的影響因子，這方面的研究內(nèi)容豐富，有代表性的有黃偉嬌基于gis的XX市特色經(jīng)濟(jì)作物土地適宜性評價(jià)，本研究基于地理信息系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型集成技術(shù)，以XX市為研究區(qū)域，以50mx50m柵格為評價(jià)單元，首先根據(jù)XX市茶葉、山核桃和香榧對自然環(huán)境條件的要求，建立包括氣候條件、地形條件、土壤條件等三方面的特色經(jīng)濟(jì)作物土地適宜性評價(jià)因子體系；再借助回歸逆距離權(quán)重法、回歸普通克里金法、回歸樣條法和回歸趨勢面分析法插值等混合插值方法對XX市氣候要素空間分布進(jìn)行模擬，并進(jìn)行空間精度比較分析；最后采用模糊綜合評價(jià)法對XX市特色經(jīng)濟(jì)作物土地適宜性進(jìn)行評價(jià)[3]。郭兆夏，賀文麗等基于gis的XX省烤煙氣候生態(tài)適宜性區(qū)劃的研究，掌握XX省烤煙種植氣候適宜性地域分布，通過對氣象條件影響烤煙生長的研究，確定XX省烤煙氣候區(qū)劃指標(biāo)，利用gis技術(shù)對指標(biāo)各氣象因子進(jìn)行空問分布模擬，結(jié)合區(qū)劃指標(biāo)制作出精細(xì)化的烤煙氣候適宜性區(qū)劃圖。結(jié)果表明：陜南漢江支流海拔300—700m的平原、緩坡地和XX市南部海拔1000m以下的川道、淺山區(qū)為XX省烤煙適宜區(qū)，

[4]此區(qū)光、熱、水氣候資源滿足烤煙的生長需求，可作為陜西烤煙生產(chǎn)基地。

3基于gis作物時(shí)空變化的研究

這里的作物包括農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物，隨時(shí)間、三農(nóng)政策等變化和出臺(tái)，農(nóng)村糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物種植面積逐漸發(fā)生變化，所以自21世紀(jì)以來，研究該領(lǐng)域的文章逐漸增對，區(qū)域豐富。

運(yùn)用gis的空間分析功能和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等結(jié)合，分析作物時(shí)空變化的特征。例如張莉，吳文斌等研究的XX省XX縣區(qū)農(nóng)作物格局時(shí)空變化特征分析[9]。通過分析XX縣區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度農(nóng)作物格局的時(shí)空變化特征，為農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)變化機(jī)理機(jī)制研究提供依據(jù)?；赬X省XX縣區(qū)1996—2010年鄉(xiāng)鎮(zhèn)級統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和gis空間分析等方法，分析XX縣區(qū)過去1996—2010年XX縣區(qū)農(nóng)作物總播種面積增加22.86%，主要是由糧食作物播種面積變化引起。糧食作物播種面積增加32.80%，經(jīng)濟(jì)作物減少52.84%，糧經(jīng)比從88﹕12調(diào)整到96﹕4。玉米種植面積大幅增加73.82%，種植比例不斷提高，大豆種植面積減少1.05%，水稻種植面積減少29.78%。主要糧食作物空間變化呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，即玉米種植在全縣范圍內(nèi)分布較均衡，大豆種植中心向東南部集中，水稻種植集中到XX縣區(qū)北部和西部地區(qū)。過去15年XX縣區(qū)農(nóng)作物格局時(shí)空變化明顯，分析掌握其變化特征，有助于進(jìn)一步探究其變化的原因，為科學(xué)調(diào)整縣域農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力提供科學(xué)依據(jù)。張應(yīng)龍，謝永生[12]研究的gis支持下的XX省糧食生產(chǎn)時(shí)空變異研究。綜合應(yīng)用變異系數(shù)、重心遷移模型、比較優(yōu)勢模型以及統(tǒng)計(jì)學(xué)和gis分析方法，探討了1980－2009年XX省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演進(jìn)過程。結(jié)果表明：XX省糧食生產(chǎn)總體變化顯著，糧食產(chǎn)量呈波動(dòng)增長趨勢，但糧食種植面積不斷減少將危及區(qū)域糧食安全;根據(jù)糧食產(chǎn)量高低和生產(chǎn)穩(wěn)定性特征，將XX省分為高產(chǎn)低變型（寶雞、咸陽、渭南、漢中）、低產(chǎn)低變型（安康、商洛）、高產(chǎn)高變型（西安）、低產(chǎn)高變型（榆林、延安、銅川）四個(gè)糧食類型區(qū);各地區(qū)人均糧食產(chǎn)量差異較大，銅川、西安和商洛糧食緊缺，寶雞、咸陽、渭南和榆林糧有盈余，延安、漢中和安康糧食基本自給;糧食生產(chǎn)總體分布不均衡，南北差異較大，重心移動(dòng)的階段性明顯，總體呈"北上東進(jìn)"的移動(dòng)趨勢;各類糧食作物具有比較優(yōu)勢的區(qū)域分布具有一定規(guī)律，小麥、玉米和大豆、稻谷生產(chǎn)具有優(yōu)勢的地區(qū)分別在關(guān)中、陜北、陜南。研究結(jié)果以期為糧食安全背景下的區(qū)域糧食生產(chǎn)宏觀布局與優(yōu)化以及農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整提供較為科學(xué)的決策依據(jù)。

4關(guān)于作物（糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物）種植面積時(shí)空變化的研究

4.1多種因素影響下作物在一定時(shí)期內(nèi)種植面積、空間分布變化的研究

一個(gè)區(qū)域內(nèi)種植某類作物會(huì)隨著時(shí)間變化而在種植面積、種植分區(qū)上發(fā)生相應(yīng)的變化。而這一變化受到自然原因和人為因素的影響。關(guān)于作物時(shí)空變化方面的研究一直以來都

是個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)領(lǐng)域，研究成果豐富。富有典型代表性的有佴軍[13]（2013）以近30年XX省水稻生產(chǎn)的時(shí)空變化與效益分析為切入點(diǎn)，基于大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和調(diào)研數(shù)據(jù)，運(yùn)用因素分析法、小波分析法、比較優(yōu)勢指數(shù)法、gis技術(shù)分析法和比較分析法等研究方法，研究了XX省水稻生產(chǎn)的時(shí)空變化特征及其影響因素，同時(shí)研究了XX省水稻增產(chǎn)的效果，提出了XX省水稻水稻生產(chǎn)的發(fā)展路徑和對策建議。利用同樣的研究思路和研究方法的還有張應(yīng)龍、謝勇生等基于gis支持下的XX省糧食生產(chǎn)時(shí)空變異研究[12]。此外，張莉，吳文斌等[16]（2013）研究的XX省XX縣區(qū)農(nóng)作物格局時(shí)空變化特征分析?；赬X省XX縣區(qū)1996—2010年鄉(xiāng)鎮(zhèn)級統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和gis空間分析等方法，分析XX縣區(qū)過去15年玉米、大豆、水稻3種主要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物播種面積數(shù)量變化及空間變化特征。

4.作物時(shí)空面積變化驅(qū)動(dòng)力的研究

由于今年農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、政府政策的引導(dǎo)、有限耕地資源的束縛和農(nóng)民意識(shí)的覺悟和素質(zhì)的提高，是的原本單一的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨多樣化，農(nóng)民種植作物的單一性也傾向于豐富，所以各種作物的種植面積也隨之發(fā)生變化。王云[17]（2013）關(guān)于耕地條件約束下浙江糧食與經(jīng)濟(jì)作物種植面積變化研究。以XX省種植戶為例，假定耕地面積一定，在種植糧食和蔬菜的配置耕地中，通過構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，模擬XX省糧食和蔬菜種植面積的變化，以十年為模糊期限，觀察十年后在市場自我調(diào)節(jié)性糧食和蔬菜種植面積變化及產(chǎn)量發(fā)展趨勢，在次基礎(chǔ)上，考察政府干預(yù)政策的影響，觀察干預(yù)政策影響下糧食和蔬菜種植面積的變化趨勢，尋找一定保證糧食安全和保障糧食生產(chǎn)的適合干預(yù)方式和力度。

5關(guān)于金錢橘的研究

有關(guān)金錢橘的研究并不是很對多，由于金錢橘是是生長于亞熱帶的一種高價(jià)值水果，對自然條件要求較高，受環(huán)境條件的影響較大，所以有關(guān)金錢橘的研究主要在于研究影響其種植生長的條件方面：張明生、王素英等就nahso3對惠水金錢橘葉片光合速率的影響的研究，他們用不同濃度的nahso，及其與kcl和6一ba配合對貴州惠水金錢橘葉表進(jìn)行噴施，研究其對葉片光合作用的影響。結(jié)果表明：較低濃度（3～9mmoi／l）的nahs03對葉片光合速率有明顯促進(jìn)作用，作用效果長達(dá)6d之久；當(dāng)nahs03濃度較高（≥12mmol／l）時(shí)對光合作用不利；低濃度的nahs03分別與1mmol／lkcl和5mmol／l6一ba配合施用，對葉片光合速率的促進(jìn)效果更顯著[1]。另外王建軍、王社英以XX縣區(qū)金錢橘為例，探討了XX縣區(qū)金錢橘主要蟲害及其防治措施[2]。

5總結(jié)

有關(guān)gis在時(shí)空分布、面積變化方面的研究內(nèi)容豐富，技術(shù)趨于成熟。鑒于gis的功能的多樣強(qiáng)大，而且各種功能之間可以相互滲透，交叉使用；而在作物分布、種植面積變化方面，探討其變化原因是多樣的，在分析其變化原因的技術(shù)時(shí)用到了gis的分析功能、制圖功能等；另外，目前關(guān)于XX縣區(qū)特色經(jīng)濟(jì)作物——金錢橘種植面積變化方面的研究幾乎為零；所以，鑒于以上三方面的原因，可以運(yùn)用gis的制圖與數(shù)據(jù)分析功能相結(jié)合，直觀表現(xiàn)XX縣區(qū)金錢橘種植區(qū)域的同時(shí)，分析近十年來種植面積變化的趨勢及原因，為今后XX縣區(qū)經(jīng)濟(jì)作物種植發(fā)展提供依據(jù)。

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