移動(dòng)閉塞條件下地鐵列車的運(yùn)行優(yōu)化.pdf

1、城市軌道交通(地鐵)具有快速、便捷、大運(yùn)量的特點(diǎn)，已經(jīng)成為緩解城市交通矛盾的主要運(yùn)輸方式，而信號(hào)系統(tǒng)是確保地鐵列車安全運(yùn)行及提高運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)成為一種基于現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的智能化的列車間隔控制系統(tǒng)，對(duì)移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的研究和開發(fā)代表了21世紀(jì)鐵路信號(hào)發(fā)展的方向。近年來(lái)，中國(guó)鐵路組織對(duì)移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的研究正在逐步深入，如何評(píng)估移動(dòng)閉塞條件下城市軌道交通系統(tǒng)的

2、線路通過(guò)能力，以及在此基礎(chǔ)上如何優(yōu)化行車組織，以便充分發(fā)揮移動(dòng)閉塞區(qū)間通過(guò)能力高、調(diào)度指揮靈活大的優(yōu)勢(shì)是一個(gè)很有研究?jī)r(jià)值的課題。本文以城市軌道交通一地鐵為研究背景，主要研究移動(dòng)閉塞條件下列車追蹤間隔時(shí)間的確立、單列列車的運(yùn)行控制、車組間的控制，以及列車群在受到各種隨機(jī)擾動(dòng)而出現(xiàn)偏離計(jì)劃運(yùn)行線時(shí)，在考慮列車對(duì)乘客吸納水平的基礎(chǔ)上，如何對(duì)列車群進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。 1．首先在大量閱讀國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展

3、歷程及國(guó)內(nèi)外研究技術(shù)進(jìn)行了綜述，指出在移動(dòng)自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)下城市軌道交通主要面臨如下技術(shù)問(wèn)題：列車追蹤間隔的確定、列車運(yùn)行組織方式及主要技術(shù)參數(shù)的確定、系統(tǒng)的抗干擾能力、列車運(yùn)行圖自動(dòng)調(diào)整理論與方法、綜合調(diào)度管理系統(tǒng)。 2．地鐵列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是保障系統(tǒng)運(yùn)輸能力。本文從線路通過(guò)能力和線路輸送能力兩方面對(duì)地鐵的運(yùn)輸能力問(wèn)題進(jìn)行了討論分析。指出線路通過(guò)能力是影響地鐵運(yùn)輸能力的關(guān)鍵因素，而降低列車的追蹤間隔是提高線路通過(guò)能力

4、的主要方法。在較短的列車追蹤間隔時(shí)間下，為確保列車的安全運(yùn)行，必須要對(duì)列車進(jìn)行運(yùn)行控制，本文對(duì)地鐵列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)以及其三個(gè)子系統(tǒng)：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的功能和分類進(jìn)行了詳細(xì)分析和比較，指出移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)列車自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究開發(fā)很有必要。 3．本文詳細(xì)討論了固定自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)和移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的數(shù)字軌道電路的原理、列控方式等內(nèi)容，在

5、分析列車區(qū)間追蹤間隔時(shí)間、車站追蹤間隔時(shí)間的基本概念以及影響因素的基礎(chǔ)上，建立了城市軌道交通在不同信號(hào)系統(tǒng)下的列車區(qū)間追蹤間隔和列車車站追蹤間隔模型。對(duì)三種閉塞信號(hào)系統(tǒng)下的最小列車追蹤間隔時(shí)間進(jìn)行了理論計(jì)算和分析，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明在移動(dòng)閉塞條件下，區(qū)間通過(guò)能力較固定閉塞條件、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞條件下有很大地提高，但卻不是固定的，也不與列車的運(yùn)行速度成正比，而是在一定的速度上達(dá)到最大值。 4．研究了移動(dòng)閉塞條件下地

6、鐵列車的運(yùn)行規(guī)律，建立了單列地鐵列車的動(dòng)力學(xué)模型，將基于事件的控制技術(shù)應(yīng)用到地鐵列車的控制中。通過(guò)引入運(yùn)動(dòng)參考變量，求出在以站間最小運(yùn)行時(shí)間為目標(biāo)的單列列車控制中，列車運(yùn)行速度、加速度關(guān)于列車走行距離的表達(dá)式，從而可以根據(jù)列車走行距離實(shí)時(shí)調(diào)整規(guī)劃列車的運(yùn)行?；谑录目刂萍夹g(shù)在機(jī)器人智能控制領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，將這種技術(shù)用于地鐵列車的運(yùn)行控制中，是本文的一個(gè)創(chuàng)新。仿真結(jié)果亦表明，在采用基于事件的控制技術(shù)來(lái)對(duì)列車進(jìn)行區(qū)間運(yùn)行控制時(shí)，

7、相對(duì)于其它兩種常用的方法：PD控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，無(wú)論在列車實(shí)際運(yùn)行時(shí)間上，還是乘客乘坐的舒適性上都有很大程度的改進(jìn)。 5．城市軌道交通系統(tǒng)是一個(gè)大的混雜系統(tǒng)，具有“移動(dòng)”性，每一列列車都是一個(gè)自治的智能體。智能體之間的協(xié)調(diào)、協(xié)作是評(píng)價(jià)智能系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。本文研究了移動(dòng)閉塞條件下地鐵列車車組間的控制，針對(duì)在時(shí)間域求解過(guò)程中，當(dāng)列車運(yùn)行出現(xiàn)干擾時(shí)，列車間易出現(xiàn)串聯(lián)影響的現(xiàn)象，采用基于事件的控制技術(shù)和編隊(duì)思想對(duì)列車組進(jìn)行控制。仿

8、真結(jié)果表明，借助于移動(dòng)自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)的車一地之間的雙向通訊方式、分布式控制結(jié)構(gòu)和基于事件的控制思想，能夠方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重新配置以及各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)協(xié)作，同時(shí)還能夠有效地解決時(shí)間域求解過(guò)程中出現(xiàn)的串行不穩(wěn)定性，降低列車間運(yùn)行間隔，在保證不撞車以及盡量減少站外停車的前提下，提高系統(tǒng)的運(yùn)載能力。本論文的這一研究工作具有一定的原創(chuàng)性，并已得到專家的認(rèn)可。 6．正常運(yùn)行情況下，列車嚴(yán)格按照列車計(jì)劃運(yùn)行圖運(yùn)行。但由于存在許多隨機(jī)因素的干

9、擾，列車運(yùn)行又難免偏離計(jì)劃運(yùn)行圖，尤其在以列車間隔時(shí)間短為顯著特點(diǎn)的城市軌道交通系統(tǒng)上，一列列車的晚點(diǎn)往往會(huì)影響其它列車正常運(yùn)行，有時(shí)甚至?xí)绊懻麄€(gè)城市軌道交通的有序運(yùn)營(yíng)。目前，現(xiàn)行的地鐵列車晚點(diǎn)運(yùn)行調(diào)整的性能指標(biāo)多是盡量降低列車群的晚點(diǎn)時(shí)間，尚未涉及晚點(diǎn)列車對(duì)于車站“客流吸納”水平的研究。而對(duì)于車站客流的吸納情況，往往是評(píng)價(jià)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的一個(gè)重要的指標(biāo)。本文基于移動(dòng)自動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)下地鐵列車的運(yùn)行特點(diǎn)，首次研究了由于某些干擾造