Monday, February 8, 2010

淺談D-ATC

好久沒有寫文章了,曾經說過畢業的時候要寫個畢業三部曲:

首部曲:送舊潛伏
二部曲:謝師宴全面進攻
三部曲:畢業典禮的復仇

但是不知不覺的,一個學期過去畢業超過半年,上述三部曲的照片素材是很多,可是要再吐出些什麼卻已經沒有當時的Fu了。然而就在前幾天,有一個人敲我問了一個問題,說他百思不得其解。問題如下(ID已加密):

aiko*4*3: 高鐵排班問題,高鐵全線,是不是除了車站附近,其他南北都只有單線呀?就是北上只有一道南下也一道。 那這樣它們在排班的時候是怎麼排的?他們會確定任何後面的車不會追過前面。

首先可以先參考之前關於速度碼的介紹,我們可以知道速度碼就像是速限一樣,用電腦去監測車輛的速度,一旦超速就會自動的減速。

所謂的ATC就是Auto Train Control的縮寫,而D-ATC的D則是代表Digital。傳統的鐵路會在鐵道旁邊豎立一些告示牌寫著列車的速限,速限遵守仰賴著駕駛的專注。但由於高速鐵路的速度極快,若是在道旁設立標誌在高速行駛下,人眼是無法清楚辨識的,因此高速鐵路採用了車內號誌系統。

模擬機內部近拍

這張照片是高鐵駕駛艙的內部,可以看到螢幕上橘色的0代表目前的車速,而上方綠色圓圈內的數字就是速度碼。(前一陣子一些新聞寫著失去速度碼即是沒有速度碼的訊號,預設速度碼是0,所以車輛不能前進)

傳統的ATC只能顯示固定幾組特定的速度碼,以日本新幹線為例,可能就只有:30、70、120、170、210、230、275、300幾種。這樣造成的結果是無法充分利用軌道的空間,讓班次的密度更密。而D-ATC的優點在於它可以偵測與前車的距離,來推算出現在合適的速度碼是多少,進而讓列車能夠盡量貼近合理的速度行走,就可以完善的利用軌道容量。

我們可以先看看這個影片,這是每站皆停的車停在新竹站,待避後方的半直達車超越。



從這影片可以看出時間抓的非常的準確,以台灣高鐵來說待避的車輛會在原站多停一分鐘等後車超越,不過很多人看到這個的第一印象會覺得,會不會有什麼萬一,後方來車就追撞上來了。這時候就要來說D-ATC的原理了,D-ATC可以計算出以目前列車的狀況和他的速度,煞車到停止需要花多長的距離,再把這個距離加上一公里的餘裕空間當作緩衝。顯然這個算出來的結果必須小於和前車的距離才不會造成追撞,因此根據與前車的距離,D-ATC就可以反推出現在合理的速限是多少。

我們回到影片的例子



從這張圖來看,藍色的矩形就代表了停在車站內的車,橘色的矩形則是代表後車,由圖可知當前車進站以後,如果轉轍器(切換軌道用)沒有切換到讓後車通過的正位,此時後方車輛繼續前進就會追撞前車。這時候D-ATC就會發現與前車距離越來越近,進而逐步修正所產生的速度碼,要是轉轍器一直沒有修正,那麼後面的這台車最後停在前車後方一公里左右的地方(也就是那個緩衝的大小),因為列車如果超速會被D-ATC給自動減速,所以當速度碼是0的時候,列車連動都不行。



反之如果前車進站以後,轉轍器成功的從反位切換到正位時,這時候後車偵測的前車就不會是站內的那台,而是更遠方的車輛。這時候就可以大方快速的直線通過,也不需擔心是否會追撞到停在站內的車輛。

有了D-ATC計算的速度碼,可以讓列車速度和時間的關係圖成為一個漂亮的曲線,而不是驟降或驟升的圖,且我們知道V-T圖圍成的面積就是所行走的位移,而D-ATC可以讓他圍成的面積盡量的最大化,能更有效率的運用軌道的容量,而D-ATC是與日本新幹線同等的技術,也是讓新幹線有這麼高的運能的一項重要因素。

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