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2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：18所属学校（请填写完整的全名）：杭州电子科技大学参赛队员(打印并签名)：1.单妤青2.左罡3.吴渊指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：日期：2011年8月2日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：摘要自铁路第六次全面提速以来，动车越来越多的进入的我们的生活，先近的技术带来了更快的速度。但在7·23严重追尾事故发生前，动车的安全问题很少被我们关注。本文中，我们将以闭塞区间为切入点，以沪深线、深杭线为例讨论动车的安全问题。针对第一问，要求我们对闭塞区间进行计算，因为目前我国铁道采用自动闭塞区间法，我们将以列车高速行驶的制动距离为基础，再结合四显示制式建立模型。根据我国地形差异大等国情，对运行在不同线段上运行速度也不尽相同的动车求解适合的闭塞区间长度，再对速度分级、信号机的布置、信号机布置后的检查等与闭塞区间相关的因素进行分析。针对第二问，要求我们基于闭塞区间对高铁进行安全评估，我们首先以闭塞区间长度为切入点建立物理追踪模型，求解安全行车下的最小发车时间间隔，再通过与杭深线上各站的发车时间间隔进行对比，从而对高铁安全进行评估。其次我们建立闭塞区间系统仿真模型，从通信与轨道电路的角度对闭塞区间系统进行可靠性、安全性测试评估。针对第三问，我们认为，影响高铁安全的因素较多，在高铁安全系统中，各因素之间的关系又是极其错综复杂的，该系统的评价是一个多指标、多属性的问题。为此，在模糊集合理论的基础上，我们采用系统工程学的层次分析法(AHP)来确定影响高铁安全的各因素的权重，应用模糊区间综合评判法，对高铁安全系统进行了评价。关键词：制动距离安全评估模糊集合理论层次分析法(AHP)一、问题重述2011年7月23日晚上20点30分左右，甬温线永嘉站至温州南站间，北京南至福州D301次列车与杭州至福州南D3115次列车发生追尾事故。截至7月29日，事故已造成40人死亡（有数名外籍人士），200多人受伤。事故原因有多种说法，有“雷击停驶说”，有“信号误判说”，而其中，铁路的闭塞区间的合理管理，毫无疑问与高铁行驶安全至关重要。所谓闭塞，就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，而保证一个区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车的设备称为闭塞设备。闭塞是铁路上防止列车对撞或追撞（追尾）的方式，是铁路上保障安全的一个较主要的方法。铁路的闭塞方式可分为人工闭塞、半自动闭塞、自动闭塞和移动自动闭塞。723动车追尾事故，对我国刚刚起步的高铁发展，有着非常深刻的影响，以血的代价影响着我国高铁的发展进程。本题要求大家以723动车追尾事故为例，展开对高铁安全的理性思考，防止技术上低级错误的发生。1)就我国动车组的主要类型，展开闭塞区间的计算，讨论闭塞区间的比较和相关因素的讨论；2)以沪深线，或更短的杭深线高铁发车时刻为例，讨论基于闭塞区间的高铁安全评估。3)可以更广泛的角度，讨论高铁的安全管理。参考文献：1．（动车组数据积累）2．．动车组简介4．李俊虎五型动车组数据分析及故障处理郑铁科技通讯2010年03期5．=%BA%BC%D6%DD（杭州发车高铁时刻表）二、背景介绍自铁路第六次全面提速以来，动车越来越多的进入的我们的生活，先进的技术带来了更快的速度。但这高速下依然存在着很多隐患。本文将以自动闭塞区间为切入点分析动车组的运行安全问题。2.1.名词解释闭塞所谓闭塞，就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，而保证一个区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车的设备称为闭塞设备。闭塞是铁路上防止列车对撞或追撞（追尾）的方式，是铁路上保障安全的一个较主要的方法。制动距离制动距离(StoppingDistance，mm)是驾驶员在列车处于某一时速的情况下，从开始制动到列车完全静止时，所开过的路程。其中包括反应距离和制动距离两个部分。四显示自动闭塞制式指区间通过信号机显示红、黄、绿黄、绿四种信号的自动闭塞。绿色灯光——准许列车按规定速度运行，表示运行前方至少有三个闭塞分区空闲。黄绿色灯光——要求列车减速运行，表示运行前方至少有两个闭塞分区空闲。黄色灯光——要求列车进一步减速运行，表示运行前方只有一个闭塞分区空闲。红色灯光——列车应在该信号机前停车。在新建或改建铁路上，列车运行速度超过120km/h的区段应采用四显示自动闭塞。即在本文是针对动车组的研究，因此本文中主要考虑四显示自动闭塞制式。2.2.动车使用现状分析目前，国内运行的动车都为CRH系列高速列车，其采用动力分布式的高速电力动车组。各款CRH系列高速列车均被命名为“和谐号”[1]，现有车款有：CRH1、CRH2、CRH3、CRH5。按速度又可分为200km/h-250km/h客运线300km/h-350km/h高速客运线。CRH1A目前主要行走广深线、沪杭线、沪宁线、沪昆线等，CRH3现于京津城际铁路北京南站。由于目前动车都是纯客运的客运专线，因此在本文中不考虑货运专线或近期临时调做客运动列车。由于国内动车组的时速不尽相同，而我国的地形多样，必须要考虑不同点时速和不同点地形来划分闭塞区间，做到系统兼容和运算能力的充分发挥。三、问题假设与符号约定3.1问题假设(1)暂不考虑7.23事故后动车组的大幅度减速。(2)同一型号的动车的行驶速度相同，基本保持不变。(3)空走时间内速度保持不变，为初速度。(4)动车的各个技术参数均为准确值。3.2符号符号约定各符号约定详见论文正文。四、自动闭塞区间设计目前我国铁道采用自动闭塞区间法，我们将以列车高速行驶的制动距离为基础，再结合四显示制式建立模型。再根据我国地形差异大等国情，对运行在不同线段上运行速度也不尽相同的动车求解适合的闭塞区间长度。4.1.自动闭塞区间设计相关因素信号显示制式：影响自动闭塞区间分布数量；列车制动距离：保证列车安全运行的重要因素；铁轨电路长度：布置信号机的位置点应在轨道电路的分界点，因此闭塞区间的长度应尽量避免轨道电路的有效长度；列车种类：信号机布置要兼顾不同种类的动车运行速度的要求；线路条件：固定闭塞是依靠地面信号的列车运行闭塞模式，许多地点并不适合设置信号机，应尽量避免在弯道处、大桥、隧道内等设置信号机；列车运行组织模式：运输组织模式也是影响信号系统配置的关键因素。4.2.闭塞区间的长度确定分析闭塞分区的长度，即通过信号机之间的距离。目前，我国既有的自动闭塞分区长度大都是按运行时间间隔而不是按制动距离空间间隔划分的，一般均比所要求的制动距离大，从而影响了行车密度。为提高列车密度将闭塞分区长度按制动距离来划分，可以缩短列车运行的空间间隔。但是，在某些繁忙的客、货混运区段，各种列车由于牵引类型、运行速度以及载重的不同，对制动距离要求相差很大。对于低速列车，制动距离短，则闭塞分区长度可以短。对于速度高的旅客列车或重载货物列车，制动距离长，则闭塞分区长度要长。随着列车速度和密度的不断提高，一方面要实现最小运行间隔，闭塞分区要短，以达到必要的行车密度。另外，闭塞分区长度又不能太短，以满足速度高的列车和重载列车制动距离要求，保证安全。在客货列车混合运行的双线自动闭塞区段，最小闭塞分区长度的设计，既要满足货物列车正常运行和区间能力的需要，同时也要保证旅客列车的行车速度和运行安全。闭塞分区长度一般不要超过轨道电路的极限长度L轨道。在闭塞分区长度的计算中，除制动距离外，列车在信号响应时间、司机确认信号时间中走行的距离，以及列车制动安全防护距离等附加距离均应考虑在内，而这些因素均与铁路信号系统设备有关。自动闭塞分区长度L区间闭由制动距离S制动。和附加距离S其他组成，即L区间=S制动+S其他若S制动制为0.8系数常用制动距离，则附加距离S其他附由三部分组成，即S其他=S信便+S确认+S防护式中：S信便——机车信号从地面接收信息到能有稳定显示所需时间的走行距离(m)，该反应时间与采用的轨道电路制式有关，采用ZPw2000，不到2s，采用18信息移频，不到3s;S确认——确认—司机确认信号，并开始操作制动系统所需时间的走行距离(m)，该时间一般情况下可取3s;S防护——防护—列车减速或停车时需要增加的安全防护距离(m)。若S制动为自动停车装置紧急制动的制动距离，则附加距离由两部分组成，即S其他=S信便+S启动式中:S信便——机车信号从地面接收信息到能有稳定显示所需时间的走行距离(m)，该反应时间与采用的轨道电路制式有关，采用ZPw2000，不到2s，采用18信息移频，不到3s;S启动——启动自动停车装置时间列车走行距离，该时间一般取为6s。4.2.1.列车制动距离分析每个闭塞分区的最小长度必须满足《列车牵引计算规程》规定的列车制动率全值的80%的常用制动和自动停车装置紧急制动的制动距离。计算制动距离时，必须考虑区间客、货列车近远期可能达到的最高行车速度，以利于提高安全性。对于四显示制式来说，列车之间至少间隔四个闭塞分区运行，在此条件下，列车可以在两个闭塞分区内，实施从最高运行速度至停车的分级制动。但是，每个闭塞分区长度必须既满足从最高运行速度至黄灯限制速度，又满足从黄灯限制速度至停车的制动距离要求，该制动距离是按制动性能最差的列车来计算的。4.3.列车制动距离建模4.3.1.列车制动距离的计算制动距离是指从司机施行制动时起到列车停车为止列车所运行的距离。各车辆闸瓦压力的变化过程受很多因素的影响且较复杂。为便于计算，一般作如下假设:由司机施行制动起，经过一段时间以后，全列车闸瓦压力同时并立即由零增大到最大值，而在这段时间内闸瓦压力等于零，且不考虑外力，以制动初速作等速运行。这段假定的时间称为制动空走时间，在此期间内列车所走行的距离称为制动空走距离。从制动空走时间以后直到列车停止的时间称为列车制动有效时间，这段时间内列车所运行的距离称为制动有效距离。故有:Sb=Sk+Se式中:Sb—列车制动距离;Sk—制动空走距离;Se—制动有效距离。1)制动空走时间和空走距离的计算《牵规》规定空走时间八按下列各式进行计算:旅客列车:紧急制动:tk=3.5−0.08ij(s)常用制动:tk=(4.1+0.00o2r∙n)(1−0.03ij)(s)式中:n—牵引辆数;r—列车管减压量;ij—加算坡道坡度，若ij≥0按ij=0计算2)高速列车制动与其制动距离的计算高速列车(或动车组)的编组辆数一般不会太多。最多的如日本的300系也只有16辆(10辆动车和6辆拖车)，最少的如德国的ICE一V才5辆(2辆动车和3辆拖车)。高速列车的运行速度很高，其构造速度相当于我国现在一般旅客列车(100一140km/h)的2倍左右(200一300km/