CBTC系统列车追踪间隔计算及优化

针对城市轨道交通系统在某些情形下,列车在车站区域的追踪间隔过大,导致系统整体性能降低的问题,对已有基于通信的列车控制(CBTC)系统列车追踪间隔算法进行了分析,提出了一种基于站台限速值和限速区域参数调整的正线列车追踪间隔的优化方法.该方法通过系统仿真得到站台限速设置、列车追踪间隔和列车旅行速度的关系,从而获得优化的设置方案.在西南交通大学CBTC系统仿真与性能分析平台上对该方法进行了仿真测试,详细描述了测试案例中将96 s追踪间隔优化为90 s的过程.结果表明,所提出的方法能够优化系统关键区域的列车追踪间隔,提高系统性能.     

高速列车运行速度作用于线路运能的规律

应用准移动闭塞系统和移动闭塞系统数学模型计算了总车距、列车间隔时间和线路运能,选取制动加速度分别为-0.63、-0.75、-0.85、-0.90m·s-2进行了仿真试验,分析了高速列车运行速度作用于线路运能的规律。分析结果表明:安全车距与列车减速停车时的初始速度呈正比关系,列车间隔时间和线路运能与安全车距、列车运行速度和初始参数取值密切相关;列车间隔时间存在极小值,线路运能存在极大值;制动加速度越小,列车间隔时间越小,线路运能越大;列车间隔时间可以控制在3min以内,线路每天运能可以达到1 000列以上;准移动闭塞系统的列车间隔时间大于移动闭塞系统,线路运能低于移动闭塞系统;考虑工程应用的可行性使得准移动闭塞系统与移动闭塞系统的线路运能差距进一步扩大。     

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。      

考虑列车追踪的自动驾驶控制算法

为了研究追踪列车安全、平稳的操纵策略,在分析列车间相互纵向动力学关系的基础上,提出了列车追踪模型. 列车在不同情况下控制目标有所不同:单独运行模式下以最优速度模式曲线运行,追踪运行模式下保证安全追踪间隔运行.为了实现不同的控制目标,采用模型预测控制的分层结构,结合二次型优化算法实现最优列车速度控制.以CRH2型列车、武广线为例验证该模型的有效性. 仿真结果表明,本文方法可使追踪列车安全性得到有效提高,且当使加速度控制在-0.75~0.5 m/s2之间,加加速度控制在-0.5~0.5 m/s3之间时,乘车舒适性得到了有效的保障.      

面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行仿真研究

城市轨道交通是解决城市交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式,其高峰期客流激增且客流时空分布不均,而面向虚拟连挂的城轨列车动态灵活编组和群组追踪运行能有效满足复杂多变的城轨运营需求。本文剖析面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行过程,给出虚拟连挂列车群组最小安全追踪距离计算公式;以单列标准车长的线路路段为一个元胞单元,设计速度及位移更新规则,构建基于元胞自动机的城轨列车群组追踪运行仿真模型;以某市地铁2号线为背景,多角度仿真刻画面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行性能。仿真结果表明：面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行模型能有效缩短列车最小安全追踪间隔时间,城轨线路通过能力较移动闭塞制式提高78.4%;头车延迟引起的后续列车晚点总数量及总晚点时间更小,呈现出更佳的抗干扰性与恢复性能,且宜采用小编组列车实现虚拟连挂;动态混合编组的城轨列车群组追踪运行性能最佳,单一小编组的次之,大编组列车群宜在小编组列车群前面运行;城轨列车群组旅行速度总体上与平均站间距呈正相关;当列车发车间隔大于延迟时间时,平均站间距对列车群组的延迟影响不敏感,相反,则影响较为显著。研究结论能够为面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行决...     

基于遗传算法的追踪列车节能优化

为了研究追踪列车的节能优化操纵策略,提出了四显示固定闭塞系统下的列车静态速度约束条件和追踪列车动态速度约束条件.在此基础上,建立了以列车操纵手柄级位和工况转换点为控制变最的追踪列车节能优化模型.采用染色体长度可变多目标遗传算法,结合外部惩罚函数对该模型进行了求解,并利用遗传算法中的染色体变长算子对列车操纵手柄变换策略进行了优化.在四显示固定闭塞平台上的仿真结果表明,该方法可在安全、准点的前提下,使追踪列车的能耗下降4.3％,运行时间误差减小1.7％.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点，将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标，研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式，考虑列车安全、正点运行约束，构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法，提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例，求解得到一组列车最优操纵Pareto解，体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔，为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间，列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

列车进站提前减速初探

在我国客运专线采用目标-距离模式曲线速度控制方式的前提下,按照传统确定列车到站间隔的原则所得的到站时间将不能满足高密度的行车需求,为此,国内有关专家提出列车提前减速的方法减小列车到站间隔,但未形成系统的计算体系.基于此,本文根据到站追踪间隔时间的形成机理,分析提前减速减小到站间隔时间的可行性,在阐明提前减速内在本质的基础上,提出相应到站间隔计算方法,并利用模拟的方法,结合实例验证了方法的正确性、实用性.     

基于最小到达间隔的高铁车站进路分配问题研究

在给定站型布局、列车停站方案的前提下,考虑列车密集到发时受前后列车停靠股道组合影响的到达追踪间隔,以及咽喉区进路与到发线的整体性,以单方向追踪列车到达间隔时间总和最小为优化目标,构建了高铁车站列车进路分配模型。模型采用Lingo全局求解器求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明:所求进路分配方案中,正线及接近正线的股道占用频次较高,进路冲突得到疏解,能够实现到达间隔总和最小;停站方案对到达间隔具有影响,当列车密集到发,供停站、不停站通过列车占用的股道数目不足3条时,受到发线安全使用间隔约束,列车到达间隔显著增大。     

移动闭塞条件下的西安地铁运行优化设计

近年来,基于无线通信的列车自动控制CBTC系统正逐步取代原有的ATC系统被广泛应用到新建的地铁线路中.本文以西安轨道交通为例,详细介绍了在采用移动闭塞的条件下,通过设计列车出行交路、设计不同客流下的列车出行方式辅以实例来优化行车组织,以便充分发挥移动闭塞区间通过能力高、调度指挥灵活大的优势.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型，以降低列车总延误时间与运行能耗为目标，同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同，本文基于列车牵引计算，通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合，根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素，精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间，动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型，设计分段近似法将非线性约束进行重构，从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算，给出双目标问题的帕累托解集，与单目标优化方法对比，本文方法可以减少总能耗2.46%，降低运行总延误7.33%.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型,以降低列车总延误时间与运行能耗为目标,同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同,本文基于列车牵引计算,通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合,根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素,精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间,动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型,设计分段近似法将非线性约束进行重构,从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算,给出双目标问题的帕累托解集,与单目标优化方法对比,本文方法可以减少总能耗2.46%,降低运行总延误7.33%.     

客运专线列车速度-间隔控制机理与计算

给出了制动率、制动距离、作业时间等参数取值和最小追踪间隔的计算公式．不同的全制动距离阶段划分方式及其设备配置决定了高速客运专线信号控制及列车运行方式．列车的速度-间隔控制采用一次制动模式曲线方式并以速度分级模式曲线方式作为备用模式．缩短同方向列车到站追踪间隔是缩短追踪间隔的关键．对于速度大于250km／h的旅客列车，通过进站提前减速，用一次制动模式曲线方式能够实现3min追踪间隔．在客货混线运行条件下，当车站到发线有效长不大于1200m，咽喉区长度不大于800m，120km／h的货物列车制动率0．8时，能够实现5min追踪间隔；200km／h旅客列车采用制动率为0．6即能实现4min追踪间隔．     

一种列车运行模拟控制工具的实现技术

本研究从列车牵引计算理论入手,结合城市轨道交通运营特性,围绕着列车在多个车站间的运动位移、速度、时间关系,利用Qt平台强大的绘图引擎,开发出了列车运行模拟控制工具。结合之前的研究,本列车运行模拟控制工具在输出标准运动曲线的基础上,提供对其控制的接口,利用编程工具将经过控制的列车运行曲线进行实时输出,从而实现对列车的控制进行模拟,通过自定义和预定义两种控制方式,输出不同条件下的列车运行曲线,同时将不同情况下的列车运动参数实时地显示出来。     

基于遗传算法的列车运行能耗优化算法

研究了CBTC系统中列车控制模型和列车运行调整,以降低能耗为目标,对列车在区间的运行控制进行优化组合,提出了基于遗传算法的能耗优化算法,根据具体的线路条件,计算了在不同的运行等级下或不同区间运行时分对应的列车运行速度曲线。以一段2 400m长,具有典型节能坡设置,且包含一段60km.h-1区间限速的线路为例,进行了能耗计算和优化仿真。研究结果表明:优化之后速度曲线与其对应的运行等级2、3、4的速度曲线相比,列车牵引能耗减少到原来的62%、58%、60%,节能效果显著,算法有效。     

基于扩频技术的列车定位

论述了基于扩频技术的列车定位原理,在此基础上,提出扩频无线电列车定位系统的初步框架,并将它与其它CBTC列车定位方法作了比较。