軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)劃研究

1、軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)劃研究王都孫寧周興無(wú)關(guān)鳳宇刁伯仁摘要:通過(guò)度析我國(guó)既有環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地現(xiàn)狀和我國(guó)鐵路及城市軌道交通進(jìn)展的需求，提出軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)劃設(shè)計(jì)應(yīng)遵循系統(tǒng)性、通用性和靠得住性3個(gè)原那么，研究以既有環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地為基礎(chǔ)的軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)方案。提出在既有大環(huán)實(shí)驗(yàn)線內(nèi)側(cè)平行修建內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線、利用既有京承線修建高速綜合實(shí)驗(yàn)線、利用環(huán)形鐵道實(shí)驗(yàn)基地周圍3條鐵路（京包線、沙通線、京承線）修建120km長(zhǎng)外環(huán)實(shí)驗(yàn)線的3條實(shí)驗(yàn)線方案。為提高實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的搜集和集中處置能力，提出以無(wú)線通信和有線通信2種方式構(gòu)建軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)通信系統(tǒng)和基地運(yùn)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

2、的方案。以機(jī)車車輛實(shí)驗(yàn)室、通信信號(hào)實(shí)驗(yàn)室、工務(wù)工程實(shí)驗(yàn)室、運(yùn)輸物流實(shí)驗(yàn)室等為骨架,構(gòu)建軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)展機(jī)車車輛的型式實(shí)驗(yàn)和耐久性實(shí)驗(yàn)、通信信號(hào)設(shè)備的驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)、工務(wù)設(shè)施的特點(diǎn)及其破壞機(jī)理和工程方法實(shí)驗(yàn)、貨物運(yùn)輸及物流實(shí)驗(yàn)等。鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地始建于1958年,實(shí)驗(yàn)線全長(zhǎng)約,由1條環(huán)形線中間加2條弦組成。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地為中國(guó)鐵路事業(yè)的進(jìn)展做出了龐大的奉獻(xiàn)。為適應(yīng)我國(guó)鐵路跨越式進(jìn)展和知足城市軌道交通快速進(jìn)展的要求，依照建設(shè)軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的進(jìn)展思路，踴躍引進(jìn)、消化、吸收發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路及軌道交通系統(tǒng)的先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用和靠得住的技術(shù)和裝備,改擴(kuò)建現(xiàn)

3、有的環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)線及其實(shí)驗(yàn)設(shè)施,使之成為面向全國(guó)鐵路和城市軌道交通的公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室的重要組成部份，己是當(dāng)務(wù)之急。1進(jìn)展目標(biāo)在鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地的基礎(chǔ)上，建設(shè)具有綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ能壍澜煌ňC合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),為軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，效勞于鐵路和城市軌道交通系統(tǒng)技術(shù)和裝備的實(shí)驗(yàn)。新構(gòu)建的軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具有模擬現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)的功能;具有對(duì)復(fù)雜的列車性能進(jìn)行系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果集中進(jìn)行分析處置的能力。軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖1所示。2軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原那么為保證軌道交通實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下3原那么。1）

4、系統(tǒng)性:軌道交通是一個(gè)龐大的復(fù)雜系統(tǒng),涉及多學(xué)科多領(lǐng)域。因此,從科學(xué)、環(huán)保、資源利用最大化等各方面綜合考慮，在鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地的基礎(chǔ)上構(gòu)建的軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必需能夠大體知足開(kāi)展線路、橋涵、機(jī)車車輛、通信信號(hào)、牽引供電、運(yùn)輸物流等各專業(yè)系統(tǒng)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要,使實(shí)驗(yàn)基地具有系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和綜合分析的能力。2）通用性:設(shè)計(jì)中要考慮大鐵路與城軌的兼容，各類實(shí)驗(yàn)裝備、設(shè)施應(yīng)具有很強(qiáng)的通用性和共享性，爭(zhēng)取以最少的投資實(shí)現(xiàn)盡可能多的實(shí)驗(yàn)功能。3）靠得住性:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在規(guī)定的條件和時(shí)刻內(nèi)無(wú)功能故障運(yùn)行的能力,稱之為系統(tǒng)的靠得住性。從廣義上講，系統(tǒng)發(fā)生故障后的恢復(fù)能力也屬于靠得住性范圍。衡量系統(tǒng)靠得住

5、性的定量指標(biāo)要緊有平均無(wú)端障時(shí)刻、靠得住度（系統(tǒng)正常工作的概率）等。要保證軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的平安靠得住,還要增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基地的檢測(cè)能力和維修手腕,如此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)才能象生命機(jī)體那樣自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障，自動(dòng)克服故障，自我修復(fù)故障。3軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案實(shí)驗(yàn)線方案目前,鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地實(shí)驗(yàn)線路的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?yán)峻不足,實(shí)驗(yàn)打算已排至3年以后。因此,為適應(yīng)鐵路和城市軌道交通的快速進(jìn)展,結(jié)合鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地的實(shí)際,研究提出以鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地為基礎(chǔ)，建設(shè)內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線、高速實(shí)驗(yàn)線和外環(huán)實(shí)驗(yàn)線的軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)線方案1,從而能夠進(jìn)行大鐵路和城軌列車的型式實(shí)驗(yàn)、耐久性實(shí)驗(yàn)、

6、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)和高速實(shí)驗(yàn),使鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地成為國(guó)際一流的鐵路實(shí)驗(yàn)基地。內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線方案如圖2所示,將內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線建于鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地既有大環(huán)實(shí)驗(yàn)線內(nèi)側(cè)，與大環(huán)實(shí)驗(yàn)線并行，線間距約5m。同時(shí)，南半環(huán)利用既有城軌實(shí)驗(yàn)線,與北半環(huán)封鎖成環(huán)狀,即在內(nèi)環(huán)復(fù)線直線部份兩頭別離采納高架勢(shì)立交和下沉式立交,跨越既有東西R-1000曲線段與北半環(huán)相連,實(shí)驗(yàn)線全長(zhǎng)可達(dá),要緊用于城市輕軌實(shí)驗(yàn)。內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線方案的要緊優(yōu)勢(shì)是:該方案使內(nèi)環(huán)實(shí)驗(yàn)線與大環(huán)實(shí)驗(yàn)線分離，各成環(huán)路;城軌車輛實(shí)驗(yàn)與大鐵路實(shí)驗(yàn)互不阻礙,能夠同時(shí)進(jìn)行大鐵路實(shí)驗(yàn)和城軌實(shí)驗(yàn)。無(wú)需征地，該方案建設(shè)內(nèi)容都在環(huán)行鐵道地界范圍內(nèi)，項(xiàng)目實(shí)施不

7、受外界阻礙。高速實(shí)驗(yàn)線方案如圖3所示，以既有京承線通縣西站為起點(diǎn)，經(jīng)張辛、順義、牛欄山、高各莊、廟城至懷柔終結(jié),全長(zhǎng)約50km。該高速綜合實(shí)驗(yàn)線全數(shù)利用既有京承線，按實(shí)驗(yàn)最高速度350km-h-1改造。進(jìn)行高速實(shí)驗(yàn)之前,先在鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)完成對(duì)高速實(shí)驗(yàn)列車的調(diào)試和整備。外環(huán)實(shí)驗(yàn)線方案如圖4所示,完全由運(yùn)營(yíng)中的鐵路組成,利用環(huán)形鐵道周圍的3條鐵路（京包線、沙通線、京承線），由環(huán)行鐵道出來(lái)，經(jīng)星火、昌平、懷柔、順義、通州西、雙橋，回到星火站，組成120km長(zhǎng)的外環(huán)實(shí)驗(yàn)線。這條實(shí)驗(yàn)線利用了鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地周圍鐵線路路的豐裕能力，組成具有反向曲線、橋梁等能表現(xiàn)實(shí)際運(yùn)營(yíng)線

8、路狀況的外環(huán)實(shí)驗(yàn)線,為在運(yùn)營(yíng)線路進(jìn)行鐵路設(shè)施常規(guī)運(yùn)用考核提供實(shí)驗(yàn)條件。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及信息中心方案建設(shè)軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和信息中心,能夠提高實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?為實(shí)驗(yàn)提供靠得住的測(cè)試用電和通信信息傳輸通道,改變目前每次實(shí)驗(yàn)都要重復(fù)鋪設(shè)纜線的現(xiàn)狀，同時(shí)解決實(shí)驗(yàn)設(shè)施容易被盜和平安技防的問(wèn)題;將各實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)連接成一個(gè)整體,完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的搜集、數(shù)據(jù)處置、信息存儲(chǔ)、信息溝通的功能。通信系統(tǒng)采納無(wú)線通信和有線通信2種方式。有線通信采納在鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)線和環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地辦公區(qū)鋪設(shè)光纜的方式,通過(guò)光纜將信息中心與各實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)連接起來(lái)，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的搜集和信息互換。無(wú)線通信采納公共網(wǎng)GS

9、M和鐵路專用網(wǎng)GSM-R。公共網(wǎng)利用環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地既有的蜂窩通信系統(tǒng)，要緊用于車載實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程地面實(shí)驗(yàn)的遙測(cè)遙控;鐵路專用網(wǎng)GSM-R要緊為列車的通信信號(hào)和列車操縱(ATP,CTC)效勞。在環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地設(shè)3個(gè)無(wú)線基站,覆蓋全數(shù)實(shí)驗(yàn)線路,實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線列控環(huán)境，使得實(shí)驗(yàn)列車的自動(dòng)運(yùn)行操縱既能夠通過(guò)軌道電路實(shí)現(xiàn),也可通過(guò)無(wú)線列控實(shí)現(xiàn)。軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。信息中心信息中心配設(shè)平安監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和專家系統(tǒng),并配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。依照搜集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),信息中心能夠?qū)?shí)驗(yàn)列車的平安進(jìn)行監(jiān)督和操縱，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估;依照分析和評(píng)估結(jié)果,通過(guò)專家系統(tǒng)對(duì)廠家的產(chǎn)

10、品設(shè)計(jì)提出修改意見(jiàn)和建議。軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室包括機(jī)車車輛實(shí)驗(yàn)室、通信信號(hào)實(shí)驗(yàn)室、工務(wù)工程實(shí)驗(yàn)室和運(yùn)輸物流實(shí)驗(yàn)室，與環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)線一起組成軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),將產(chǎn)、學(xué)、研有機(jī)地結(jié)合起來(lái),在理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和運(yùn)用之間架起橋梁。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將仿真技術(shù)、鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)、射頻技術(shù)、運(yùn)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光檢測(cè)技術(shù)、軌旁檢測(cè)裝備等融入軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中2,為軌道交通裝備現(xiàn)代化提供實(shí)驗(yàn)和研究條件。機(jī)車車輛實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完整、系統(tǒng)地開(kāi)展機(jī)車車輛型式實(shí)驗(yàn)和耐久性實(shí)驗(yàn)。連年來(lái)在鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行的許多實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)工作都是圍繞實(shí)驗(yàn)車展

11、開(kāi)的，利用實(shí)驗(yàn)車完成對(duì)機(jī)車車輛的測(cè)試和軌道狀態(tài)的測(cè)試。由于受車載條件的限制，應(yīng)增強(qiáng)地面檢測(cè)能力，使車載設(shè)備與地面聯(lián)網(wǎng)，形成車對(duì)地、地對(duì)車的綜合檢測(cè)系統(tǒng)。完善道旁檢測(cè)設(shè)備3,確保機(jī)車車輛實(shí)驗(yàn)的平安和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面、有效;增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)列車的網(wǎng)絡(luò)通信功能,將搜集到的車載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫘畔⒅行倪M(jìn)行處置通信信號(hào)實(shí)驗(yàn)室要緊開(kāi)展通信信號(hào)系統(tǒng)的驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)。通信信號(hào)系統(tǒng)的驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)要緊對(duì)通信信號(hào)系統(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試，包括各子系統(tǒng)接口功能測(cè)試、通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和信號(hào)地而設(shè)備實(shí)驗(yàn)。信號(hào)系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)要緊對(duì)ATS,ATP,ATO,CTC系統(tǒng)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)，確信列車的運(yùn)行平安防護(hù)和運(yùn)行模式、車載列車操縱裝置的性能、列車停

12、車精度和信號(hào)系統(tǒng)的靠得住性，保證車輛與信號(hào)系統(tǒng)的接口功能完好和靠得住。通信系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)要緊包括列車傳輸網(wǎng)、專用、列車廣播電視、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)软?xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，確保車輛與通信系統(tǒng)間接口功能的完好和靠得住。工務(wù)工程實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建包括路基、橋梁、隧道、軌道和軌道部件等工務(wù)設(shè)施的工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，依托軌道交通工務(wù)工程技術(shù)和綜合檢測(cè)設(shè)備,開(kāi)展各類工務(wù)設(shè)施的特點(diǎn)及其破壞機(jī)理、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)。運(yùn)輸物流實(shí)驗(yàn)室4物流學(xué)科是涉及系統(tǒng)論、運(yùn)籌學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、治理學(xué)、信息論、操縱論的綜合性學(xué)科5。鐵道科學(xué)研究院環(huán)形鐵道實(shí)驗(yàn)基地有與大鐵路網(wǎng)連接的鐵路專用線和集裝箱辦理站，具有建設(shè)物流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)

13、。利用物流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室,與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)緊密結(jié)合,開(kāi)展物流模型、物資調(diào)運(yùn)計(jì)劃、電子商務(wù)與物流、物流自動(dòng)化、企業(yè)物流治理及第3方物流等方面的研究。充分利用鐵道科學(xué)研究院環(huán)行鐵道實(shí)驗(yàn)基地現(xiàn)有的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、沖擊實(shí)驗(yàn)線、空曠的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,開(kāi)展運(yùn)輸包裝、貨物裝載加固和危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)难芯亢蛯?shí)驗(yàn),并對(duì)從事特種貨物運(yùn)輸?shù)膹臉I(yè)人員開(kāi)展實(shí)車的現(xiàn)場(chǎng)模擬培訓(xùn)I。另外，依照危險(xiǎn)品運(yùn)輸包裝查驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)超限貨物運(yùn)輸?shù)囊?對(duì)各運(yùn)輸企業(yè)提出的鐵路運(yùn)輸方案和專用設(shè)備開(kāi)展實(shí)物查驗(yàn)和認(rèn)證工作。4終止語(yǔ)隨著鐵路和城市軌道交通的飛速進(jìn)展，迫切需要計(jì)劃和建設(shè)軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),創(chuàng)建國(guó)際一流的軌道交通綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展創(chuàng)新性、基礎(chǔ)性、前瞻性的科

14、學(xué)技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)。這是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,歸納起來(lái)須從線路建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和測(cè)試查驗(yàn)手腕建設(shè)4個(gè)方面進(jìn)行研究和計(jì)劃，以知足今天鐵路跨越式進(jìn)展的需求。參考文獻(xiàn)1鐵道科學(xué)研究院.城市軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)基地項(xiàng)目建議書R.北京:鐵道科學(xué)研究院,2006.R.Beijing:CARS,2李士勇.模糊操縱神經(jīng)操縱和智能操縱論M.2版.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.,NeuroControlandIntelligentCyberneticsM.2thed.Haerbin:HarbinInstituteofTechnologyPress,3J.RaiIwayTrackandStruc-tures,2005(6):16-17.4約翰遜.現(xiàn)代物流學(xué)M.北京:社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社,2003.M.Beijing:SSDPH,5苗東升.系統(tǒng)科學(xué)原理M.北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，1990.M.Beijing:ChinaRen