多类干扰下的高铁列车运行调整优化模型

高速铁路列车运行实时调整一直是行车调度指挥工作中的重要核心任务之一.为解决有多种行车干扰事件(初始晚点、限速和到发线不可用)影响下的列车运行调整问题,针对准移动闭塞行车方式,基于替代图理论,兼顾车站进路调整约束,建立混合整数线性优化模型,设计两阶段近似求解算法,在600 s内可以实现列车变更到发线次数最少和列车晚点延误时间最短的列车调整方案的快速求解.研究结果表明:模型可以同时实现列车运行调整和列车径路优化,相比时间间隔法行车方式,该模型可以有效避免列车在闭塞区间的冲突;有初始晚点的干扰会加剧列车的二次晚点;列车限速值越低会指数型加剧晚点时间.     

基于场景设计的列车调度系统需求建模方法

采用基于场景设计的用户需求建模方法进行列车调度系统建模.将列车调度主要业务场景分解为列车运行计划调整场景、进路控制场景、临时限速场景等.以临时限速场景为例,根据用户需求,将其分解为临时限速命令设置正常、设置错误、下达正常、下达失败4个子场景,分别构建UML消息序列图,并转换为单个场景的CPNs模型,采用模型聚合算法对4个子场景聚合,生成临时限速场景CPNs模型.采用该方法构建的列车调度系统模型具有可靠性高、开发效率高的特点.     

城市轨道交通正线CBTC列车追踪间隔的优化

建立了CBTC列车追踪间隔模型,分析了区间、车站区域两种不同场景下列车追踪间隔的影响因素及优化方案。经分析,提出了通过优化停站时间、优化车辆性能参数以及于站间增加功能限速使得列车追踪间隔保持最优的方案。以成都地铁4号线为例,仿真验证了通过优化紧急制动距离、优化司机在站台确认信号时间、优化紧急保障制动率三种措施,能够实现正线追踪间隔为70 s的目标。     

城市轨道交通扣车模型的建立及应用

地铁发生延误运营事故时需要调度人员及时进行行车调整,扣车是最常见的方式。扣车数量及时长对行车调整有着方向性的影响,扣多少车、车扣多久对故障处理起着前瞻性的作用。针对地铁列车延误情况下的扣车进行量化分析,根据突发事件导致的延误时间,估算需要扣停的列车数量及在每个站需要扣停的时间,建立相应的扣车模型,为调度人员决策提供理论支撑。     

城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化

研究在给定站间运行时分前提下的城市轨道交通追踪列车节能操纵优化模型,模型以两列车在两站间运行的总能耗最小为目标,通过同时优化前行列车和追踪列车的操纵策略以提高再生制动能的利用。在一定的制动停车距离、线路平纵断面和限速条件下,将站间区间划分为若干个子区间,建立两列车在各个子区间的运行工况序列选择模型,通过遗传算法优化两列车在每个子区间的牵引力使用系数、末速度和运行时间,提高列车牵引时对再生制动能的利用率。算例表明,在给定的站间区间上,本文模型在保证正点前提下比单列车定时节能算法的能耗降低5.8%。当区间存在陡下坡时,两列车在途中运行过程中比在进出站过程中协同利用再生制动能效果更显著。     

高速铁路行车调度节能运行图编制方法研究

针对高速铁路行车调度节能需求的现状,以列车在区间运行效率最高和总能耗最低为优化目标,提出以区间运行时间和停站时间为输入变量,对能耗成本和运行时间进行优化,建立节能运行图编制模型.通过仿真实验,结果表明在列车运行图编制中,考虑适当地增加列车运行时间和优化停站方案时,可以节省很多列车运行能耗.     

高速铁路长大下坡道地段信号系统研究与应用

为了解决宝兰高铁隧道密集、连续长大下坡道引起的动车组限速问题,限速地段影响运行追踪间隔时分和轨道区段增多引起区间应答器报文溢出等问题,有必要对长大隧道密集地段连续长大坡道下信号系统的适应性问题进行研究。结合工程实践,通过理论计算和技术参数试验验证等方法,对连续长大下坡道动车组列车不限速场景下列车追踪间隔是否满足要求进行分析计算,对200C、200H、300S、300H和300T车载设备技术参数进行符合性验证,针对部分车载设备制动距离的情况,通过调整闭塞分区长度、优化列控车载设备参数和"加密"区间无源应答器布置等措施,有效解决了动车组限速和区间无源应答器组报文溢出问题,提高了行车效率,降低了维护成本。     

基于车站无线通信下的临时限速研究

针对仅站内覆盖无线网络条件下的临时限速处理进行研究,在站内有无线网络覆盖条件下,与列车通信,将站内列车走行路径范围的临时限速信息及区间临时限速信息发送给列车,实现列车在区间运行时,在未覆盖无线网络条件下,使用出站前接收到的临时限速信息控制列车安全运行。相比全线覆盖无线网络,或全线设置有源应答器,临时限速研究方式造价更低,适用性更强。     

基于全局冲突解析的高速铁路时刻表调整模型

面对高速铁路日常运输过程中不可避免的非正常事件扰动，如何快速疏解列车运行冲突并即时生成时刻表调整方案是列车调度指挥的关键问题。在分析列车运行冲突产生机理的基础上，首先探讨各类冲突的适用疏解策略，并建立相应的状态更新方程和适用场景约束；其次结合冲突主导性和冲突优先级的内涵解析设计树状冲突疏解机制。以全局冲突解析为基础，构建时刻表调整的双目标规划模型，采用帕累托最优和纳什均衡相融合的算法进行求解，并结合典型区间中断工况进行实证研究。结果表明本文所构建的解析与求解融合模型能够充分利用运行冗余适时采取疏解策略，和实绩运行图相比，调整方案下的影响列车数降低33.3%,站车累积加权延误减少49.7%。     

铁路调度系统复杂事件处理方法的研究

铁路调度指挥是一项综合性、复杂性极高的工作，为了能够在保证行车安全的前提下，快速有效地应对各种复杂情况，调度员需要掌握所有与行车相关的信息。本文运用复杂事件处理方法理论，详细分析影响列车安全、高速、高效运行的业务场景，研究铁路调度指挥系统复杂事件的定义、捕获事件、事件生命周期、事件处理流程等，提出铁路调度系统复杂事件处理方法。应用结果表明，该方法能够实现铁路调度系统中复杂事件的监控、识别和处理，具有较好的有效性。     

应急场景条件下的城市轨道交通行车调度演练系统设计

应急场景条件下的城市轨道交通行车调度演练系统可以较为真实地模拟各类设备故障或突发事件条件下的列车运行方案调整优化,是提高行车调度员应急技能的重要技术手段。在分析演练系统建设必要性和建设目标的基础上,对行车调度演练系统进行设计,从运行图管理、演练场景管理、ATS操作模拟、列车运行模拟和演练结果评估5个方面分析系统功能。以苏州市轨道交通4号线为例,对系统的实施与应用效果进行评价,结果表明系统的设计方案可以满足行车调度员对常见故障及大型综合性突发事件应急处置的演练需求,能有针对性地提升行车调度员的业务水平。     

重载列车智能化操控系统车地实时通信方案研究与实现

为提高重载列车调度和运行的自动化水平,提高线路运输能力,基于朔黄线神华机车进行重载列车智能化操控系统和地面调度优化系统的车地实时通信方案研究,包括车地通信的接口安全性、车地通信机制和内容以及重载列车智能化操控系统对地面调度信息的处理,通过LTE-R 4G网络实现车地数据的实时安全交互,实现朔黄线车地设备报文实时自动交互功能,进一步提高朔黄线重载列车运行的准时性和节能性。     

城市轨道交通PIS动态定制媒体服务方案研究

随着城市轨道交通全自动运行（FAO，Fully Automatic Operation）线路的不断增多，乘客信息系统（PIS，Passenger Information System）业务面临着新的发展机遇。分析传统PIS媒体服务现状，针对列车跳停、站台发车、进站停车、清客、火灾等典型FAO场景，提出可与FAO场景联动、能感知行车区间的动态定制媒体服务方案，并对智能媒体调度、行车区间感知等关键技术进行研究；该方案可增强PIS媒体服务的灵活性和针对性，有效改善乘客媒体服务体验。     

基于断面客流特征的城市轨道交通行车组织优化方法

以西安地铁4号线为例,基于线路设施和断面客流特征条件,提出了行车组织的优化方法。根据车站条件进行折返适宜度分析以确定小交路区段,分别以乘客服务水平最高和运营成本最小为目标并考虑一定的约束条件构建目标函数,结合Rail Sys软件仿真得到的线路拓扑结构确定了不同交路区段下的列车运行时分及速度,据此标定了模型参数。建立了多目标函数,并利用基于隶属度的算法得到了模糊最优解,求解出大小交路的列车编组数量及行车间隔,给出高峰时段的行车方案。模型计算结果表明,和原设计方案相比,优化方案在满足乘客需求的同时可有效节约运营成本,并显著提高客流时空分布不均衡状态下的线路断面满载率。     

铁路调度区域内货物列车出发计划动态全局优化

为实现调度区域内货物列车出发计划的全局最优,提出1种基于车流不确定性的动态优化方法。影响货物列车出发计划的不确定性因素主要有事故、晚点、扣修等,将其中不确定性因素进行量化处理,并当作随机变量。以调度区域内货车中转停留时间最小为目标函数,以网络车流平衡、节点车流守恒、满轴限制、运到期限作为基本约束条件,以计划兑现率要求作为动态约束条件,建立制定列车出发计划的动态优化模型。利用确定性等价类将模型转化为确定性线性规划模型,采用编制的线性规划软件求解。通过算例证明该方法可以得到优化结果。分析计算结果可知:车流的不确定性会导致中时增大;计划兑现率要求越高,计划最后的执行指标就越差;考虑运到期限要求,会导致中时增大。     

面向节能的单线铁路调度方法研究

为解决因重车会让轻车导致的油耗增加问题,提出一种面向节能的单线铁路调度方法,建立内燃机车的燃油特性曲线及列车动力学模型,设计节能调度算法,根据列车先到先发的原则生成可行的调度方案,再根据规则优化每一个会让过程。基于大莱龙单线货运铁路实际情况,对该方法进行仿真建模。仿真结果显示,全线列车总节能率为7.26%,表明了该方法的有效性。     

基于实时动态迟滞的LTE-R切换算法优化研究

现行的的LTE-R切换算法在进行切换时采用固定的切换迟滞,或者对列车速度进行分级,进而调节动态迟滞,只做到了"局部动态",这意味着确定更准确的切换触发点是一个关键问题。首先,为了切换方案的顺利提出,根据实际信道模型对LTE-R网络重叠覆盖区的过渡区段、切换区段的距离作了理论的推导;然后,为了提高高速环境下的切换成功率,优化系统性能,提出基于实时动态迟滞的越区切换优化算法,先利用乒乓切换率和链路失效率等指标得到不同速度下的切换迟滞值,之后利用最小二乘法得到列车速度与切换迟滞的最佳函数匹配。仿真结果表明,相比于现行的切换算法,改进算法具有更高的切换成功率,佐证了所提出的方案比现行方案能更有效地触发切换。     

大规模货物列车运行图优化编制的一种拉格朗日松弛启发式算法

针对货物列车运行图优化编制规模庞大、精确求解困难的问题,构造时空网络将列车运行线铺画描述为路径求解问题,将各类约束转化为时空网络节点选择限制,建立整数规划模型。该问题本质在于疏解各列车运行线潜在冲突。对原模型进行拉格朗日松弛,将列车运行线潜在冲突表示为各节点罚数,设计启发式算法并通过拉格朗日乘子更新迭代求解。以京九线北京西至阜阳区段为例,对该区段711条运行线中的439条货物列车运行线进行了优化编制实验。结果表明,在满足运行线铺画条数的前提下,全图货物列车平均旅行速度由39.28 km/h提升至41.81~43.72 km/h,所提出的算法是解决大规模列车运行图编制的一种有效算法。     

基于STPA与多智能体的列控运营场景危险分析及仿真验证方法

针对列控系统运营场景危险行为与危险致因辨识的复杂性特征及其缺乏有效的仿真验证手段等问题,考虑致因因素间呈现的非线性特点,提出1种将系统理论过程分析(STPA)方法与多智能体仿真技术相结合的列控运营场景危险分析及仿真验证方法.以单电台无线闭塞中心(RBC)切换场景为例,构建分层控制多智能体结构模型,利用STPA方法辨识R...     

高速铁路网络能力计算研究

充分考虑高速铁路网络作为多级递阶控制系统的复杂性和对旅客运输服务质量的要求，构建基于时段特定场景的高速铁路列车服务与需求意向集合（t@n-tsdis，train service-demand intention setat network），定义以完成这个集合所需基础设施占用时间为网络能力的衡量标准。提出了两阶段的优化计算方法，并提出多目标优化改进的Pareto（1+1）— PAES算法流程，采用交互式滚动优化策略处理整数约束条件、模糊逻辑罚函数法处理连续实数约束条件、Pareto存档进化策略求解多目标优化问题。以某高速铁路网络为例进行能力计算，验证了模型与算法的有效性。