城市軌道交通列車運行延誤及其傳播特點的仿真研究

隨著城市交通壓力不斷增大,人們的交通需求無法得到充分滿足,城市軌道交通隨之發(fā)展起來本文在建立單質(zhì)點模型基礎上,進行列車牽引計算分析,對城市軌道交通列車運行過程進行仿真研究,希望能夠為城市軌道交通列車運營提供參考。

地鐵列車在運行過程中會出現(xiàn)偏離計劃運行圖的情況,為使列車盡量正點運行,提升列車的正點率及乘客滿意度,需對偏離運行圖的列車進行調(diào)整。改變列車的運行等級是列車調(diào)整的一種重要手段。通過對現(xiàn)有運行等級的研究,改進了列車運行等級劃分,將列車運行等級劃分為p1—p8共8個等級,每個運行等級對應一個運行的速度上限,包括列車允許的最大行駛速度、最大牽引加速度及制動減速度。并基于鄭州地鐵1號線的部分線路進行牽引仿真計算,驗證該運行等級劃分的合理性。仿真結果表明,運行等級的劃分合理,通過改變列車的運行等級,能夠在很大程度上改善列車偏離的情況。

主要對列車在區(qū)間運行的時間進行科學劃分,相應地由信號系統(tǒng)生成不同的運行等級。通過單車測試、載客測試等方式,測算和分析不同運行等級與牽引能耗的關系。在滿足正線運營周期及單邊運行時間的基礎上,分析運行等級節(jié)能的成效,研究運行圖編制的科學性和節(jié)能性。

研究了單列和多列列車運行能耗優(yōu)化決策問題。城市軌道交通系統(tǒng)對能源的需求量非常大,通過對列車的合理調(diào)度,可使列車的運行能耗進一步降低。列車運行環(huán)境和線路路型的復雜性,導致列車運行過程中其本身所受到的力是隨時變化的。通過模擬現(xiàn)實列車運行狀態(tài)得出優(yōu)化模型,具有十分重要的理論意義和應用價值。主要采用極大值原理、非線性方程模型、多目標二次規(guī)劃對列車消耗的能量進行優(yōu)化。在能量最優(yōu)化的情況下,對速度與位移和時間與速度的變換規(guī)律進行了研究。

介紹列車自動運行仿真系統(tǒng)(satm)中數(shù)據(jù)庫存儲模塊、列車自動監(jiān)控核心部件、列車運行仿真和列車調(diào)度終端系統(tǒng)的功能特點,給出該系統(tǒng)結構框架。

探討了開發(fā)城市軌道交通多列車運行模擬系統(tǒng)的關鍵問題.研制了可用于多列車運行模擬、牽引計算、方案評價的模擬系統(tǒng),該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆椒ê湍K化的設計,具有良好的可擴展性.重點介紹了模擬系統(tǒng)的總體結構設計和多列車追蹤運行的計算模型.此外,本文以實際線路為背景,對多列車的運行過程進行了模擬,模擬結果表明,系統(tǒng)可用于分析列車安全運行間隔、研究多列車運行時相互間的影響、研究不同的信號顯示制式對列車運行的影響等.

本文根據(jù)目前我國地鐵車輛運行的實際情況,按照車輛和線路最高運行速度80km/h,以b型車為例,分析了列車運行的基本過程,計算出列車在不同運行距離情況下列車運行時間,從而為制定城市軌道交通列車運營時刻表提供具體的參數(shù)支持.

列車運行圖是軌道交通生產(chǎn)的綜合性計劃,結合天津地鐵1號線實際編制列車運行圖的經(jīng)驗,分析列車運行圖的編制要素及編制程序,歸納、總結列車運行圖的編制技巧,以提高列車運行圖編制的水平,使城市軌道交通列車運行圖計劃做到科學、合理和經(jīng)濟。

分析了列車開行方案的特點和要素,運用多質(zhì)點模型設計了多列車追蹤運行計算模型,討論了多方案運行仿真中遇到的多種問題及其解決方案,如單交路情況、多交路情況、交路間的協(xié)調(diào)控制、不同方案間的平滑過渡等。在此基礎上,設計了仿真系統(tǒng)的總體流程,并通過算例驗證了系統(tǒng)的有效性。

列車運行噪聲是高架線路聲屏障、地下線路活塞風井消聲器的設計輸入條件。通過列車運行噪聲影響因素分析,建立了列車運行噪聲估算的簡化模型,推導了城市軌道交通列車在不同運行條件、不同運行速度時的運行噪聲估算方法。

城市軌道交通列車駕駛仿真器是城市軌道交通部門進行技能培訓的高科技設備,能夠進行精確的列車操縱性能仿真和逼真的列車駕駛環(huán)境仿真。基本功能包括模擬操縱功能、列車動力學計算功能、故障判斷培訓功能、視景和聲音仿真功能以及運動仿真功能。針對城市軌道交通特點,給出了軌道交通列車駕駛仿真器的運行仿真數(shù)學模型,提出采用分布式計算機體系結構、mpeg視頻壓縮技術和基于directsound技術的多媒體聲音系統(tǒng),設計具有4層5自由度液壓運動平臺的駕駛仿真器。并基于以上技術完成了北京地鐵交流傳動電動客車列車駕駛仿真器的研制,成功應用于北京地鐵技術學校學員和北京地鐵司機的教育培訓。

為了使城市軌道交通列車運行曲線能更好地為司機提供駕駛指導,進一步保證列車高效運行,在前人研究的基礎上,建立包含巡航模式的列車運行過程優(yōu)化模型。在建模過程中綜合考慮列車運行過程的時間、能耗、乘坐舒適度、精確停車等多個性能指標,并使用差分進化算法對建立的模型進行求解。由于傳統(tǒng)的差分進化算法存在許多不足,采用一種具有自適應參數(shù)調(diào)整策略的改進差分進化算法。通過調(diào)整算法的變異因子和交叉因子,增加了種群的多樣性、擴大了全局搜索區(qū)域,避免了局部最優(yōu)解,同時在后期也加快了收斂速度。通過對所選線路的仿真優(yōu)化,使各優(yōu)化性能指標達到了整體相對最優(yōu),驗證了模型與算法的有效性。

為了測定城市軌道交通列車的運行阻力特性,利用gps(全球定位系統(tǒng))測速測距方法,對列車進行運行阻力試驗,得出該列車的單位基本運行阻力公式及運行阻力大小。通過能耗計算,驗證了利用gps信號進行列車運行阻力特性測試方法的有效性。與近年國內(nèi)其他同類型列車的單位基本運行阻力對比,該列車具有較好的運行特性。

在編制城市軌道交通列車運行圖時,需要綜合考慮不同時間段的發(fā)車間隔、車底折返及車底出入庫方式等問題。介紹了計算機編制城市軌道交通列車運行圖系統(tǒng)的設計思路、總體結構。研究了城軌交通列車運行圖計算機編制過程中的行車間隔、車底數(shù)量、運行周期之間相互影響和制約,列車出入庫運行線的自動編制,高峰與非高峰時間段過渡運行線的編制,大小交路列車運行圖的鋪畫等問題。

運用多質(zhì)點列車運行計算模型和列車節(jié)能運行算法,分析列車運行圖要素與能耗間的關聯(lián)關系,以沈陽地鐵一號線為例,提出了滿足不同運行策略下的列車運行圖優(yōu)化方案,為城市軌道交通運營企業(yè)在編制綠色節(jié)能列車運行圖時提供了參考依據(jù).

能耗在城市軌道交通的運營成本中占據(jù)著很大的比重,節(jié)能已經(jīng)成為日益關注的焦點問題。著重分析了實現(xiàn)列車節(jié)能運行的運行模式,提出了相應的節(jié)能運行優(yōu)化算法。采用移動閉塞技術的列車控制系統(tǒng)是節(jié)能的有效途徑。

介紹列車自動運行仿真系統(tǒng)(satm)中數(shù)據(jù)庫存儲模塊、列車自動監(jiān)控核心部件、列車運行仿真和列車調(diào)度終端系統(tǒng)的功能特點，給出該系統(tǒng)結構框架。

結合城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)(mtcs)的發(fā)展現(xiàn)狀以及將來的技術發(fā)展戰(zhàn)略,參考歐洲列車運行控制系統(tǒng)(etcs)和中國鐵路列車控制系統(tǒng)(ctcs)分級和標準化的思路,闡述mtcs分級標準建設工作的重要性,對mtcs的分級標準建設方式給出一定的建議。mtcs體系以車載設備為核心,通過對地面控制設備的擴展以增強系統(tǒng)功能,可以分為1～4個不同的等級。系統(tǒng)可在低等級的基礎上疊加設備來構成高等級的系統(tǒng),不同等級間的主要差別在于地-車信息傳輸?shù)姆绞胶拖到y(tǒng)自動化的程度。給出mtcs的系統(tǒng)結構和各等級的概述,并對不同等級的功能進行對比。

針對高峰時間客流量大、換乘站客流風險突出的情況,從能力匹配角度研究了城市軌道交通網(wǎng)絡運輸組織協(xié)調(diào)方法.分析了站臺客流的變化規(guī)律,確定了列車疏解能力、候車客流需求、站臺最大聚集人數(shù)的計算方法.提出了運力協(xié)調(diào)度的概念,用以描述客流需求與各線運輸能力的匹配程度.以換乘站整體的運力協(xié)調(diào)度最優(yōu)為目標,以首班列車發(fā)車時刻和列車運行間隔為決策變量,以保證站內(nèi)客流安全為主要約束,建立了列車運行計劃協(xié)同優(yōu)化的非線性整數(shù)規(guī)劃模型,并采用遺傳算法求解.對某兩線相交網(wǎng)絡進行算例分析表明:采用運力協(xié)調(diào)方案后,列車開行總數(shù)僅增加1列,留乘人數(shù)減少了68.44%,運力協(xié)調(diào)度更接近1,大客流方向站臺的最大聚集人數(shù)分別降低11.77%與19.68%,各方向的運能供給更好地適應客流需求,可有效提高乘客和運營企業(yè)雙方的利益.

當下,城市經(jīng)濟發(fā)展加快,城市內(nèi)的人口也逐年增加,增加了人們對交通工具的需求,而道路的擁堵已經(jīng)成為城市交通的主要問題,所以,城市軌道交通列車的設計,是基于當下交通擁堵的基本情況,增設安全、環(huán)保的交通工具,改善城市的交通環(huán)境,但交通列車運行的部分問題還有待解決。

列車牽引計算是整個城市軌道交通的重要組成部分。利用計算機對列車的牽引計算進行模擬研究,可以較好地實現(xiàn)在整個列車運行過程中牽引過程的模擬。

基于人工模擬法編制列車運行圖,保證每個時間段的對數(shù)滿足設計要求的同時,根據(jù)虛擬鏈接及調(diào)整,使其滿足列車折返約束,之后根據(jù)列車出入庫的情況進行調(diào)整,使生成的運行圖更好地符合設計需求,能夠高效地對不同線路的不同全日行車計劃進行鋪畫。另外,將生成的運行圖轉換為cad腳本,也減少了設計者的勞動強度。以深圳地鐵6號線為例實現(xiàn)全日運行圖的鋪畫,表明該方法是有效可行的。