恶劣风环境安全行车方法及其系统技术方案

恶劣风环境安全行车方法及系统，该安全行车方法包括：对各种环境风风速、风向下的不同列车类型在不同路况中的气动特性规律进行数值模拟计算，得到不同环境风风速、风向条件下，列车气动力与路况间的气动特性理论关系式；根据列车在直线轨道和曲线轨道上的倾覆稳定性和所述气动特性理论关系式，基于列车系统动力学和列车空气动力学，进行数值模拟试验和风洞试验，建立路况－车型及载重－风速及风向－车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系式，根据该关系式得出环境风风速及风向下的列车运行速度临界值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于列车安全运行
，具体的涉及一种可以适用于各种恶劣 风环境下的列车安全运行的方法以及其系统。
技术介绍
极端恶劣风环境对铁路运输危害巨大，导致铁路网瘫痪，不仅使大量旅客 滞留、货物积压、国防物资无法及时运达，直接威胁国民经济建设和国家安全， 更严重的是造成车毁人亡的重大事故。因此，必须确保恶劣风环境下铁路运输 安全，并尽可能畅通。由大风引发的行车事故世界各国时有发生。日本铁路运营以来，强风导致翻车事故29起，曾发生强风将列车吹至桥下，造成特大人员伤亡事故。2007年， 我国南疆铁路发生了大风吹翻11节客车并导致人员伤亡重大事故。穿越新疆百 里风区的兰新铁路通车后，曾发生强风吹翻整车列的重大事故13起，并迫使列 车经常停轮，仅2003年3月，客运列车停运99列，滞留旅客12万多人，极大 地降低了铁路运输效率。为防止大风给列车运行安全带来的危害，日、德、法等一些铁路运输发达 国家采取在强风常发的局部区段设置大风观测点，当某一区段最高风速超过限 值时，对该区段列车发出限速或停运指令，这种系统管辖的区段短，路况较为 单一，控制运行列车的种类少，对应不同风速的列车安全运行速度限值分档粗。 我国兰新铁路百里风区建立的大风监测系统以风特性监测为主，不仅列车安全 运行速度限值和控制车型分档粗，且没考虑大风环境下路况对列车运行安全的 影响。我国高原铁路风环境的特点是长距离，大风区有960公里；年均大风在150天左右，局部区域风力突变的极端天气频繁发生，无法仅用停车的办法来即保安全又提效率；同时高原铁路有许多高大桥和高路堤，随着路堤/桥高度的增 加，大风产生的车辆气动力会迅速增大；且高原线运行列车种类繁多。前述的系统不能满足在保证高原铁路运输安全前提下提高运输效率的要求。因此，研建长距离监控大风信息、实时指挥特殊风环境下各种列车在不同 路况安全运行的"恶劣风环境下行车安全保障体系"刻不容缓。在大风监测预 警与行车指挥系统方面，根据查新报告，国外日本和德国修建了大风预警系统，两国的特点为风区短、路况简单，且建造在平原上。日本在4条新干线1Q处桥梁 及Kansai人工岛国际机场跨海桥设置的大风预警系统，路况只考虑桥梁；德国 在柏林一汉诺威高速铁路中一段风区长8公里的高路堤线路修建了大风预警系 统，仅考虑路堤情况。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能实时计算出长距离运行的在线各列车在大风作用下安 全运行速度限值并实时指挥各种客、货列车按规定速度运行的恶劣风环境安全 行车方法及其系统，其有效保障了大风线路在恶劣风环境下行车安全为目标，本专利技术所采用的技术方案如下一种恶劣风环境安全行车方法，用于列车在恶劣风环境下的安全运行管理， 其特征在于所述安全行车方法包括对各种环境风风速、风向下的不同列车类型在不同路况中的气动特性规律 进行数值模拟计算，得到不同环境风风速、风向条件下，列车气动力与路况间 的气动特性理论关系式；根据列车在直线轨道和曲线轨道上的倾覆稳定性和所述气动特性理论关系 式，基于列车系统动力学和列车空气动力学，进行数值模拟试验和风洞试验， 建立路况一车型及载重一风速及风向一车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系 式，根据该关系式得出环境风风速及风向下的列车运行速度临界值；根据该列车运行速度临界值在符合该关系式下的某路况范围内操控该列车。具体的讲，所述气动特性规律包括强侧风作用下，列车空气横向力约为风压力的2 3倍，空气升力约为风压 力的5倍；空气升力、横向力和倾覆力矩均随路堤高度增加而迅速增加； 空气升力、横向力和倾覆力矩均随桥梁高度增加而迅速增加；路堑深度越大，列车受到的气动力越小； 空气升力、横向力和倾覆力矩均随环境风速度增加而增加； 空气升力、横向力和倾覆力矩均随列车运行速度的增加而增加； 所述路况包括直线、曲线、路堤、路堑、大桥；所述车型包括客车、 棚车、敞车、集装箱车、罐车。所述安全行车方法还包括对某一铁路沿线的路况进行统计，得到不同路段的路况数据和数目； 根据所述路况 一 车型及载重 一风速及风向—车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系式，建立各路段的列车运行速度临界值与风速关系；在各路段沿线设立测风站，测定某一时刻该路段的实时风速，并根据所述路段的列车运行速度临界值与风速关系，确立在该风速条件下的该列车运行速度临界值。一种恶劣风环境安全行车方法，用于列车在恶劣风环境下的安全运行管理， 其特征在于该安全行车方法具体包括对各种环境风风速、风向下的不同列车类型在不同路况中的气动特性规律 进行数值模拟计算，得到不同环境风风速、风向条件下，列车气动力与路况间 的气动特性理论关系式；根据列车在直线轨道和曲线轨道上的倾覆稳定性和所述气动特性理论关系 式，基于列车系统动力学和列车空气动力学，进行数值模拟试验和风洞试验， 建立路况一车型及载重一风速及风向一车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系 式，根据该关系式得出环境风风速及风向下的列车运行速度临界值；对某一铁路沿线的路况进行统计，得到不同路段的路况数据和数目；在各路段沿线设立测风站，根据沿线测风站分布，分析研究线路区间位置 以及区间上在大风环境下对列车安全运行速度起限制作用的限制性路况分布状 况，以设计里程为基准排序整理，确定沿线测风站位置一线路区间一路况耦合 关系;以测风站及其所确定的辖域划分为基础，通过实时风速数据采集，建立路 段沿线区段风速分布连续监测模型，进而确定任一时刻相应区段的计算风速；根据路况一车型及载重一风速及风向—车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关 系式，获得了列车在该计算风速作用下利车运行速度临界值与该计算风速的关 系。所述车辆倾覆稳定性计算关系式包括风从曲线外侧吹向曲线内侧，列车向曲线内侧倾覆计算关系式； 和风从曲线内侧吹向曲线外侧，列车向曲线外侧倾覆计算关系式。 一种恶劣风环境安全行车系统，用于列车在恶劣风环境下的安全运行管理，其特征在于所述安全行车系统包括大风监控数据中心，存储有列车轨道线路的路况一车型及载重一风速及风向一车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系式和该列车轨道线路运行列车的车型、车次、编组和实时报点信息，计算出不同车型列车在某一路段的列车运行速度临界值；测风站，所述测风站沿该列车轨道线路分布设置，该测风站根据列车轨道 沿线风速特征划分为多个子区段数据，该各区段数据集成传输至大风监控数据 中心；系统数据通道，与大风监控数据中心通讯连接，向大风监控数据中心提供 实时运行于线路上列车的信息数据。该恶劣风环境安全行车方法及系统通过对不同路况(路堤、路堑、桥梁等) 上运行的各型列车周围流场空气流动机理的研究，得到一系列列车气动特性的 变化规律，建立了大风环境下，列车气动力与路堤、桥梁高度的关系式，气动 力与风速、风向、车速关系式，并提炼出多个风特性参数与空气动力系数关系 式；研究路况一列车外形及载重一风速及风向-车速相耦合下，列车在直线和 曲线轨道上倾覆稳定性，基于列车系统动力学和列车空气动力学，建立了路况 (直线和曲线)_车型及载重一风速及风向—车速耦合下车辆倾覆稳定性计算 关系式，提出了不同路况、不同车型及载重、不同风速下列车临界运行速度， 以及列车通过各测风站辖域时的列车安全运行速度限值；实时计算出在线各列 车速度限值，可以用语音和屏显直观预警本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恶劣风环境安全行车方法，用于列车在恶劣风环境下的安全运行管理，其特征在于所述安全行车方法包括：　对各种环境风风速、风向下的不同列车类型在不同路况中的气动特性规律进行数值模拟计算，得到不同环境风风速、风向条件下，列车气动力与路况间的 气动特性理论关系式；　根据列车在直线轨道和曲线轨道上的倾覆稳定性和所述气动特性理论关系式，基于列车系统动力学和列车空气动力学，进行数值模拟试验和风洞试验，建立路况－车型及载重－风速及风向－车速耦合下车辆倾覆稳定性计算关系式，根据该关系 式得出环境风风速及风向下的列车运行速度临界值；　根据该列车运行速度临界值在符合该关系式下的某路况范围内操控该列车。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田红旗，梁习锋，许平，杨明智，高广军，姚松，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]