基于事件触发机制的虚拟编组列车协同控制

[目的]为了提高铁路线路的运输能力,使列车在区间内形成稳定的虚拟编组列车,减少整个编组过程中的通信压力,有必要对基于事件触发机制的虚拟编组列车协同控制进行研究。[方法]介绍了虚拟编组列车控制系统,提出一种基于事件触发机制的虚拟编组列车协同控制方法。通过分析虚拟编组列车的基本概念,建立区间内存在扰动的虚拟编组列车动力学模型,并基于事件触发思想,根据列车运行过程中的状态误差,设置事件触发条件,并设计了跟随列车的分布式控制器。基于Lyapunov稳定性理论对该控制系统进行稳定性分析,并通过MATLAB仿真软件验证该算法应用于虚拟编组的有效性。[结果及结论]所设计的事件触发函数能够使虚拟编组系统渐进稳定,且该系统已避免了Zeno行为。跟随列车在控制器的作用下,在4 s内就与领航列车的速度保持了一致,在减少通信压力的同时,整个虚拟编组列车队形内部也能保持稳定的追踪间距。

基于旅客多维出行需求的列车开行方案与票价联合优化方法

为在客运服务产品设计时更好地满足旅客多样化的出行需求,定义旅客多维出行需求为“在OD需求基础上,进一步融合旅客对时间与经济性方面的个性化需求”;在高铁企业客票收入不减少的前提下,以旅客的票价成本、旅行时间成本和出发时间偏差成本构成的广义出行成本最小化为目标,构建基于旅客多维出行需求的列车开行方案与票价联合优化模型;基于自适应大邻域搜索(ALNS)算法设计求解算法,并以徐兰高铁兰州西—西安北段为背景进行案例分析。结果表明:优化后旅客的旅行时间成本略有增加,但其票价成本、出发时间偏差成本和广义出行成本分别降低18.58%,48.10%和19.17%;相比变邻域搜索(VNS)算法和模拟退火(SA)算法,设计的ALNS算法虽然收敛速度最慢,但迭代解质量最好,求解质量分别比前2种算法提升16.62%和23.87%。该方法能满足实际生产中不同规模线路的开行方案与票价联合优化工作的需要,并为客运产品优化提供决策参考。

在线编解模式下城市轨道交通列车灵活编组开行方案优化方法

为应对客流出行时空需求愈发多样及不均衡带来的能力浪费,提出一种在线编解(重联或解编)模式下城市轨道交通列车灵活编组开行方案优化方法。首先,描述列车在线编解的灵活编组运行场景,分析该场景下列车各项作业占用时间以及折返能力与行车间隔之间的关系;然后,以企业运营成本最小为优化目标,建立在线编解模式下列车灵活编组开行方案优化模型并设计算法;最后,依托某城市轨道交通线路构造算例,验证模型及算法的有效性。结果表明:与单一交路、大小交路和多编组混跑模式相比,在线编解的灵活编组运营模式下运营成本分别减少27.5%,15.4%和6.0%,车辆运用数分别减少23.8%,15.3%和4.7%,该模式能够在保障乘客服务水平的同时减少车辆运用数、节省列车走行公里,降低企业运营成本,并有望在列车控制技术不断升级的背景下进一步发挥优势;考虑到列车在线编解作业会对正线行车产生一定干扰,该模式更适用于通过能力尚未饱和的线路及能力饱和线路的客流平峰期。

城市轨道交通灵活编组列车重联功能设计及试验验证

[目的]城市轨道交通客流非高峰期目前采取加大行车间隔方式来应对,但这种方式普遍存在上座率不足、能耗浪费较大等问题。为提高城市轨道交通运营服务水平,需对灵活编组列车重联功能进行深入研究。[方法]结合我国城市轨道交通灵活编组列车的发展现状,参照高速铁路动车组的部分理念,从车钩重联、车辆硬线电路重联、TCMS(列车控制及监控系统)重联及列车信号接口需求等方面阐述了灵活编组列车重联的主要设计内容,并从车辆重联形式试验和车辆重联例行试验两个维度介绍了灵活编组列车的主要验证内容。[结果及结论]上海轨道交通16号线根据高峰和非高峰客流需求制定的3辆编组或“3+3”辆编组列车运营方案,可在3 min内实现列车联挂或解编。由此可见,该方案是可行的。

城市轨道交通既有线扩编改造类型与实施要点

[目的]目前,城市轨道交通部分线路的客流需求与运力供给矛盾突出,扩编改造作为提升线路运输能力的一种方式,在国内外已有较多的探索与应用,但尚无系统性的梳理与总结,对后续扩编改造具体工作的指导性不足。因此,有必要对城市轨道交通既有线扩编改造类型与实施要点进行归纳与分析。[方法]梳理国内外城市轨道交通扩编改造典型案例,并进行类型划分;以不同改造类型的典型案例为研究对象,分析其线路改造内容,归纳总结不同类型的扩编改造实施要点,并提出相关建议。[结果及结论]扩编改造工程可划分为三类。对于站台空间已做条件预留的扩编改造,其重点在于车辆设备的改造,需要在设计时就确定好改造前、后的相关技术参数;对于站台空间未做预留、但不对站台进行扩建的扩编改造,其重点在于车门开启方式与站台门的改造,确保乘客疏散时间能够满足安全运营要求;对于扩建车站站台并对相关土建设施与机电设备进行大规模改造的扩编改造,扩建设施应与既有设施的结构相对独立,扩建设施应满足客流通行乘降需求和消防疏散要求。

双碳背景下城市轨道交通列车灵活编组技术研究

[目的]实现列车编组的灵活调整,是城市轨道交通列车牵引节能的重要措施和发展方向。为了实现运能的精准投放,降低运营能耗和成本,需对双碳背景下城市轨道交通列车灵活编组技术开展研究。[方法]对不同预测年限客流、周内客流、全日不同时段客流、高峰时段全线各区段客流等分布特征进行了分析。以运能与需求的最优匹配为出发点,分析了列车灵活编组技术3种运行方案(列车固定编组运行、列车在线联挂/解编运行、列车虚拟编组运行)适用的运营场景,并对不同运行方案下各系统的配置要求进行了阐述。[结果及结论]3种不同列车编组运行方案在不同的运营场景下均具有适用性和优势。列车在线联挂/解编运行方案、列车虚拟编组运行方案具有广阔的应用空间。

基于虚拟编组技术的麦加轻轨繁忙时段运输组织优化

[目的]随着麦加朝觐客流的逐年增长,麦加轻轨繁忙时段运行方案的通过能力达到饱和。为此,探究虚拟编组技术对麦加轻轨繁忙时段运行模式的优化效果,以提升其通过能力。[方法]在研究过程中,通过对发车间隔和发车顺序的深入分析,构建了开行方案。在不同时段采用了A—E共计5种运行模式,以繁忙时段(运行模式C)内总开行列车数最多为目标,运用运行图周期分析方法,得出了最优的运行方案。[结果及结论]研究结果表明,采用虚拟编组技术优化后的运行方案相较于既有的繁忙时段运行方案,能够压缩部分列车发车间隔时间,从而提升运行图周期,进而提高通过能力。虚拟编组技术的应用使得在繁忙时段(5 h)内能够开行144对列车,相较于原有模式的132对,通过能力相对提升了9.1%。该研究的实际意义在于为麦加轻轨提升通过能力及服务水平提供了现实可行的方案。

上海轨道交通16号线列车在站解挂编实施方案

[目的]上海轨道交通16号线采用灵活编组运营模式,但列车解挂编过程周转时间较长,导致行车组织难度较大。为进一步提高运营效率,简化行车组织,提出了在站解挂编作业实施方案。[方法]针对上海轨道交通16号线,分析了列车在车站进行解挂编作业需解决的问题,并针对需解决问题提出具体的在站解挂编实施方案。在上海轨道交通16号线进行了多次测试,以验证方案实施效果。介绍了《上海轨道交通16号线龙阳路站解挂编作业规定》中的作业安全主要规定。[结果及结论]选择作业过程对线路运营影响较小的终端折返站(龙阳路站)作为解挂编作业车站;通过修改ATS(列车自动监控)软件连锁逻辑,并定义解挂编组作业专用停车区,实现了在站解挂编作业功能。测试结果验证了该方案的可行性和安全性。

不同场景的在线灵活编组联挂作业研究

[目的]为解决客流时间和空间分布不均问题,有必要对不同场景的灵活编组联挂作业进行研究。[方法]定性分析了站前折返场景和站后折返场景的联挂作业的内容和特点。采用灵活编组仿真系统,对联挂作业的各阶段用时进行仿真计算,进而为采用灵活编组的线路折返形式提供参考。[结果及结论]相比站前场景,站后场景的联挂作业时间更长。对于采用列车灵活编组技术的线路,终端站在直接连接停车场或车辆段条件下,宜采用站前折返形式,能大幅提高联挂作业效率;中间站宜采用站后折返形式。

无锡地铁5号线车辆编组方案

[目的]为一定程度解决中等线网规模的城市轨道交通运营满载率偏低、运营成本高、过分依赖政府财政补贴的问题,以无锡地铁5号线为例,开展基于运营线路实际客流研究新线车辆的编组方案。[方法]通过从既有线采用6辆编组的实际客流情况出发,结合景区突发大客流的潜在影响,首先对无锡地铁5号线远期编组方案进行研究,确定土建规模,其次再通过对初近期采用4辆编组和“3+3”联挂方案进行比选,分析25年的运营成本和购置费。[结果及结论]研究结果表明:在基于实际客流和突发大客流的考量下,明确土建按6辆编组实施,初、近期采用3辆、4辆小编组以提高服务水平,初、近期“3+3”联挂方案运行效率和灵活性更高,但目前实际应用案例较少,技术成熟度有待进一步考量,最终推荐采用初期4辆编组,在提高服务水平的同时可提升满载率和客运量。

装车地直达列车编组计划的优化模型

本文主要讨论了装车地直达列车编组计划的优化问题。在充分分析组织始发直达列车的必要条件及参数选择的基础上，构造了装车地编组计划的非线性０─１规划模型，与现有工作相比，该模型更全面地描述了始发车流的各种组合开行方案，从而避免丢失更好的始发直达方案。此外，文中还给出了模型的复杂性分析及构模实例。

技术站列车编组计划的综合优化方法

在给定技术站的技术参数、车流量和车流径路的条件下,建立单组列车编组计划规划模型。在此基础上,分别计算合并式分组列车和衔接式分组列车的车小时消耗;以最大限度地降低技术站总车小时消耗为目标,引入阶跃函数设置开行分组列车的条件,建立包括单组列车和分组列车的编组计划综合优化模型。采用遗传算法求解单组列车编组计划优化模型,并将计算结果作为已知条件,采用遍历算法求解技术站编组计划综合优化模型,得到总车小时消耗更少的技术站列车编组计划。通过实例计算证明,采用所提出的模型和算法能够快速、便捷地获得单组列车和分组列车相结合的技术站列车综合编组计划,且相比仅开行单组列车的编组计划,综合编组计划能有效降低技术站的总车小时消耗。

技术站单组列车编组方案模型与计算方法的研究

技术站列车编组计划编制问题属于超大规模的组合优化问题,求解难度较大。以往的研究在考虑技术站改编能力限制时基本上是采用取上限的计算方法,由此得到的最优方案有可能使得列车途经各技术站的改编能力利用不均衡,影响编制方案的实用性。本文在现有技术直达列车编组计划研究成果的基础上,综合考虑车站编组能力、解体能力、调车线容车数等影响因素,以技术站车辆集结消耗、改编消耗整体最小以及技术站改编能力均衡利用为目标函数,构建协同优化的多目标0-1规划模型,提出了基于分块编码的改进型遗传算法的优化方法。算例表明,该算法能有效地求解技术站单组列车编组计划方案,并能取得快速准确的良好效果,为车流组织人员提供可行的优选方案。

基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型

根据铁路现场车流组织的实际特点,构建基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型。上层规划模型以车流组织总成本最小为目标函数,以车流组织方案的唯一性、技术站的改编能力、调车线的数量等为约束条件,确定列车编组去向的开行方案。下层规划模型以车流改编距离最远为目标函数,以站点出入流量平衡为约束条件,按照最远站法则确定车流改编接续方案。采用模拟退火算法对双层规划模型进行求解,得到了符合最远站法则的列车编组计划优化方案。通过案例的计算结果验证了模型和算法的有效性。

给定调车线数量条件下的列车编组方案优化

本文给出了带有调车线数量限制和改编能力约束的列车编组计划模型的数学表达式及其解。该数学表达式表现为一个具有非线性目标函数及线性与非线性约束条件的大规模0-1规划问题。我们采用模拟退火技术解此问题,对于真实铁路网规模的问题,该方法可以有效地获得接近全优的解。文末,给出了在COMPAQ-386/25e上运算的部分结果。

重空车流运行组织的协同优化理论及模型

研究如何把重车流和空车流的改编策略有机地结合起来。即把空、重车流的运行方案作为一个相互关联的系统，然后从费用消耗最小化的角度，确定哪些车站之间开行空车直达去向，哪些车站之间开行空、重混合直达去向，以及哪些车站之间既开空车直达又开重车直达。通过设置４组决策变量：空车直达决策变量，重、空车混开直达决策变量，空车流改编方案变量，重车流改编方案变量，建立了空、重车流综合编组计划的数学规划模型。

路网上车流径路与列车编组计划的整体优化

从组合优化的角度研究车流径路选择、装车地直达列车编组计划及技术站直达列车编组计划三者的统一优化问题（简称ＴＲＭＰ）．建立了ＴＲＭＰ的数学规划模型，并引进模拟退火算法作为寻优工具，使真实路网规模的ＴＲＭＰ优化决策成为可能．

列车编组计划网络优化方法

在给定合并式车流径路的基础上，提出了合并式编组方案的概念，它不仅数据量小、信息量大、运算迅速，还可按终点分别绘制编组方案的树状结构示意图。在合并式车流径路和合并式编组方案的意义下，重新描述了编组计划问题的具有固定耗费的网络流模型。所提出的优化列车编组计划的启发式算法，从沿车流径路逐站改编方案开始，交替地添加、剔除一些编组去向。给定编组去向集时的编组计划问题类似于车流径路问题，但车流的改编中转站必须限制在各自的车流径路上。本文将给定编组去向集时无改编能力约束的编组计划问题转化为分别以各站为终点的普通最短路问题，其中不同的最短路问题具有不同的终点站。由此可将给定编组去向集时有改编能力约束的编组计划问题转化为车流径路问题来解决。此方法可在较大规模范围内求解具有能力约束的编组计划问题，用它求解全路３５个大型编组站有能力约束的编组计划问题，得到了满意的结果。

优化编组计划的非线性0－1规划模型及模拟退火算法

技术站直达列车编组计划的优化问题可以用一个目标函数为线性而约束条件有二次的０－１规划模型来准确地描述。采用的模拟退火优化技术是基于多粒子物理系统和组合优化问题之间的类比，能避免陷入局部最优解。该方法可以使铁路网规模问题有效地获得接近全优的解。计算试验结果进一步确定了这种方法的有效性。

铁路网上技术直达列车编组计划优化的二次0-1规划法

以文献[1]的构模原理为基础,构造了任意结构的路网上双方向技术直达列车编组计划综合优化的二次0-1规划模型,然后给出了这类模型的若干理论结果,并在此基础上介绍了模型的解法、计算试验结果及分析。