面向鐵路行車(chē)組織的仿真建模方法研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。從“組織型”向“規(guī)劃型”轉(zhuǎn)變，既有鐵路行車(chē)組織模式開(kāi)始了新的變革，同時(shí)，多條客運(yùn)專線、高速鐵路自明年起將先后開(kāi)通運(yùn)行，相應(yīng)的行車(chē)組織模式設(shè)計(jì)也在緊鑼密鼓的進(jìn)行。鐵路行車(chē)組織計(jì)劃的制定與優(yōu)化是鐵路行車(chē)組織工作的核心內(nèi)容，行車(chē)組織模式的改革與發(fā)展在優(yōu)化目標(biāo)、制約因素、精細(xì)程度、安全可靠及時(shí)效性要求等方面為行車(chē)組織計(jì)劃賦予了新的內(nèi)涵?；谛熊?chē)組織模式及相應(yīng)行車(chē)組織計(jì)劃編制方法、技術(shù)及應(yīng)用的研究對(duì)鐵路行車(chē)組織仿

2、真提出了一系列更高、更新的要求。 在這一新的背景下，我們認(rèn)為，面向行車(chē)組織模式研究的仿真已提到了議事日程上，特別是對(duì)行車(chē)組織計(jì)劃決策過(guò)程和方法進(jìn)行建模與仿真，將為行車(chē)組織計(jì)劃的優(yōu)化和可靠性研究，分析和實(shí)驗(yàn)新的行車(chē)組織模式，提供有力的支撐。面向鐵路行車(chē)組織方式的仿真，在系統(tǒng)性、復(fù)雜性、智能性、運(yùn)算規(guī)模等方面將發(fā)生巨大變化，同時(shí)在環(huán)境適應(yīng)性要求方面也有很大提高。因此，開(kāi)展這一研究將面臨兩個(gè)方面的困難，一是針對(duì)鐵路行車(chē)組織智能決策活動(dòng)

3、的協(xié)作性和可演化性的仿真建模方法，二是具有高度可重用性和適應(yīng)性的仿真系統(tǒng)構(gòu)建方法。以往的鐵路行車(chē)組織仿真一般將相應(yīng)計(jì)劃作為外部輸入條件，屬于對(duì)行車(chē)組織某些最終決策結(jié)果的仿真評(píng)估和檢驗(yàn)，相應(yīng)的研究方法難以解決這兩個(gè)方面的難題，有必要探索新的途徑。 本文以復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論作為研究行車(chē)組織系統(tǒng)發(fā)展與演變基本規(guī)律的理論基礎(chǔ)，并將建模和系統(tǒng)構(gòu)建兩大關(guān)鍵活動(dòng)統(tǒng)一在這一理論基礎(chǔ)下。對(duì)于行車(chē)組織計(jì)劃制定這樣一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，利用基于協(xié)作任務(wù)求解方式

4、和多主體建模方法，將行車(chē)組織計(jì)劃系統(tǒng)的決策問(wèn)題分解為多個(gè)子任務(wù)，分布到若干決策主體上，通過(guò)自主決策和交互作用實(shí)現(xiàn)整體決策過(guò)程。利用個(gè)體間的交互所產(chǎn)生的復(fù)雜多變的協(xié)作行為，能自然表現(xiàn)不同行車(chē)組織方式下的決策過(guò)程以支持系統(tǒng)演化。對(duì)于在發(fā)展演變背景下仿真系統(tǒng)的構(gòu)建，本文圍繞仿真集成，利用SOI以粗粒度松散耦合方式便于支持系統(tǒng)流程重組和優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)，在先進(jìn)仿真技術(shù)的代表HLA的研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合SOA架構(gòu)的思想實(shí)現(xiàn)仿真集成單元間不同層次的互操作

5、與重用，以探索保障系統(tǒng)適應(yīng)性和開(kāi)發(fā)效率的途徑。在此研究思路下，本文主要進(jìn)行了如下研究工作： 1)根據(jù)鐵路行車(chē)組織系統(tǒng)的復(fù)雜性和可演化性特征，提出以結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、單元模型構(gòu)建和仿真集成三項(xiàng)基礎(chǔ)活動(dòng)構(gòu)造鐵路行車(chē)組織仿真應(yīng)用的方式，建立了基于系統(tǒng)演化的鐵路行車(chē)組織面向領(lǐng)域建模與仿真框架，從不同層次上實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的可演化性，以適應(yīng)行車(chē)組織仿真在發(fā)展背景下的研究需求。 2)面向鐵路行車(chē)組織計(jì)劃制定與優(yōu)化，提出以分布的運(yùn)輸流主體和資

6、源管理主體通過(guò)自主決策方式實(shí)現(xiàn)行車(chē)組織優(yōu)化的建模思想，研究了基于協(xié)作任務(wù)求解的鐵路行車(chē)組織計(jì)劃建模方法，建立了基于多主體的鐵路行車(chē)組織系統(tǒng)模型框架。以“運(yùn)輸流”和“運(yùn)輸資源與資源管理”建模為重點(diǎn)，利用多主體間的協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)行車(chē)組織計(jì)劃制定的決策目標(biāo)。即，以車(chē)流聯(lián)盟的形式實(shí)現(xiàn)車(chē)流間通過(guò)協(xié)作來(lái)獲得合理編組方案的車(chē)流組織問(wèn)題建模；用車(chē)流聯(lián)盟接續(xù)網(wǎng)描述了列車(chē)任務(wù)規(guī)劃求解中的協(xié)作關(guān)系，并建立了車(chē)流聯(lián)盟主體與車(chē)流主體間的協(xié)作求解模型；針對(duì)不同類(lèi)別運(yùn)行

7、資源協(xié)作實(shí)現(xiàn)列車(chē)任務(wù)的要求，提出了以列車(chē)任務(wù)作為協(xié)作框架的基于“懲罰金”的列車(chē)運(yùn)行資源分配協(xié)同優(yōu)化方法。 3)在鐵路行車(chē)組織多層次仿真集成需求下，引入基于服務(wù)的思想實(shí)現(xiàn)仿真集成單元間粗粒度的松散耦合集成，并結(jié)合HLA規(guī)范提出了鐵路行車(chē)組織仿真集成機(jī)制，構(gòu)建了基于MAS的仿真集成框架結(jié)構(gòu)。在仿真集成框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路行車(chē)組織仿真的領(lǐng)域共性，構(gòu)建基于三個(gè)支撐功能層次的仿真支撐環(huán)境。 4)在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合路網(wǎng)貨車(chē)集結(jié)