基于列车运行多模型的能耗仿真计算

针对目前城市轨道交通系统能耗剧增导致能耗计算量大、计算不够精准的问题,通过考虑电机动态效率,精确计算实际列车侧能耗,并构建基于列车运行单质点和多质点模型的能耗仿真计算模型。首先分析列车牵引传动系统的能量流动过程,建立各部件效率与列车运行状态的关系。然后,结合各部件效率转换,依据两表法推导基于电功率的实际列车能耗计算公式,综合分析影响能耗的因素,进一步提出考虑单质点和多质点列车模型的能耗仿真计算方法。最后,以国内某市域线路的四站三区间为例,验证本文所提能耗模型的准确性。研究结果表明:无论是单质点还是多质点列车运行模型下的运行能耗,与实际运行能耗相比,均能实现5%以内的偏差;在单质点模型的基础上,多质点模型的运行能耗进一步减小了1.66%的偏差。本文所提模型可以为列车节能优化提供理论支撑,助力我国绿色经济发展。

基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真。采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构。通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型。结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能。在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况。通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真。仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真演练与培训学习方面具有良好的应用前景和实际意义。

列车运行监控装置的双冗余人机交互系统设计分析

本文以列车运行监控装置(LKJ)简介及其功能特性作为切入点,分析了双冗余人机交互系统设计需求,同时分别从硬件与软件两方面针对双冗余人机交互系统设计方案进行了阐述,最后基于功能与性能角度开展了交互系统运行测试,力求使列车运行监控装置人机交互系统符合国铁运用标准,从而更加有效地保障列车运行安全。

西南山区高速铁路非正常情况下列车运行调整探讨

西南山区与平原地区的地域特点存在显著差异,高速铁路运输组织在装备上、组织上、要求上明显不同。通过分析西南山区高速铁路非正常情况下列车运行调整类型,按轻微事故及严重干扰事故类型进行模型构建。以成渝高速铁路列车运行调整为例,计算验证结果表明,该模型求解速度快,具有较高的求解质量,对西南山区高速铁路非正常情况下干扰列车运行的不同场景均有一定的适应性,为提高山区高速铁路运行的安全系数提供支撑。

基于禁忌搜索的列车运行控制系统测试用例生成方法研究

当采用故障注入方法对高速铁路列车运行控制系统功能进行组合测试时,系统容易受到输入参数之间约束关系的影响,产生无效测试用例。为了应对多个故障间的耦合作用,以临时限速场景为例,提出一种基于禁忌搜索算法的测试用例生成方法。首先,提取临时限速场景的设备故障特征作为故障注入输入参数,分析设备间的约束关系,建立约束满足模型;然后,依据信号设备的特点,改进禁忌搜索算法的初始解生成方式和邻域搜索过程,生成满足约束关系的测试用例;最后,依托京张智能高速铁路列车运行控制系统仿真测试平台,结合现场线路数据和实际设备信息,验证所提算法的有效性。实验结果表明:临时限速场景中加入约束后的测试用例个数比加入约束前在覆盖维度为2、3、4时分别减少了7.7%、7.0%、4.5%;所提算法生成的测试用例个数比IPOG、IPOG-F、mAETG、TS算法分别降低了32%、30.1%、24.5%、3.7%,且组合覆盖率比随机测试和自适应随机测试提高了9.5%和3.7%。该研究成果可为列车运行控制系统优化及安全性验证提供一定的参考。

基于烟花优化算法的列车运行调整研究

为保障列车运行的质量,针对受干扰的列车,对其及后续车辆进行调整。以总晚点时间最小为目标,并结合列车实际运行情况,综合考虑列车停站、区间运行及追踪间隔等约束,在此基础上设计列车运行调整模型。在传统烟花算法(FWA)的基础上,采用效率更高的锦标赛选择策略进行优化,设计适用于此类问题的求解算法,并与其他3种算法进行对比。算例结果表明,烟花优化算法(IFWA)具有较好的性能,可以为铁路部门提供现实性参考。

考虑效能的高铁旅客列车运行线布局优化研究

随着高速铁路成网建设,在以跨线运营为主的既有运输组织模式下,繁忙干线区段能力紧张、路网整体效能不足的问题逐渐突出。列车运行图是反映客流需求情况、决定企业效率效益的重要运行生产计划,而列车运行线布局优劣直接影响了运行图的编制质量。跨线列车运行线应满足跨线客流对于始发、终到时刻的要求,而本线列车运行线则应匹配高峰时段充足的本线客流需求。考虑上述差异,以跨线乘客期望始发终到时间满意度最大和高峰时段相邻跨线列车间可插入本线列车数量最多为目标构建优化模型,采用模拟退火算法求解,并通过实例进行验证。结果表明,优质时段内本线及跨线列车间存在竞争性,应结合需求选取适宜的方案。模型对于协调本线及跨线客流对运力资源占用的竞争关系,实现流线匹配的目标提供了一定的参考。

基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统设计

针对列车在复杂运行环境中面临的视角、视距影响及隧道维护等安全隐患,提出了基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统的设计与应用方案,能够有效识别和应对各种运行中的障碍物,在防护障碍物侵限和线路环境病害监测方面实现了技术提升。样机在某地铁线路实际部署,通过地铁列车正线运行的实际使用,验证了系统的应用价值,为后续全面推广打下了坚实基础。

支持虚拟编组技术的列车运行控制系统方案研究

[目的]随着城市轨道交通网络化发展,线网客流时空分布不均衡的特性逐渐凸显,既有列车固定编组方式难以实现“按需运输”。为充分利用线路运力,需研究新一代列车运行控制系统。[方法]提出了一种支持虚拟编组技术的列车运行控制系统设计方案,并从列车运行逻辑控制、线路资源管理及调度指挥机制等方面分析了支持虚拟编组技术的列车运行控制系统与传统列车运行控制系统的性能差异;介绍了虚拟编组的关键技术;为实现虚拟编组技术在工程项目中的应用,提出了在项目规划和设计阶段,针对虚拟编组列车停车区域、正线站台区域及站台门接口等方面需要考虑的工程设计内容。[结果及结论]车车通信架构为虚拟编组技术的实现提供了更合理的系统架构设计基础;基于“撞软墙”模型协同运行控制及智能感知的列车运行控制是虚拟编组列车运行控制系统的关键技术。随着虚拟编组技术的大规模应用,列车运行控制系统能够在客流变化时快速调整在线列车编组长度,提高了运输组织的灵活性,提升了乘客服务水平。

基于车-车通信的列车运行控制系统后备系统

[目的]目前,以TACS(列车自主运行系统)为代表的基于车-车通信列车运行控制系统后备系统尚不完善,需对其后备系统进行进一步地深入探讨和研究。[方法]分析了新的运营需求,结合新技术的发展,对一种基于环境识别的TACS后备系统进行探讨。详细介绍了TACS后备系统的架构及功能,分析了TACS后备系统建设的技术难点,阐述了TACS后备系统的列车运行空间监测场景及降级运行场景应用情况。[结果及结论]在发生故障后列车降级运行的情况下,TACS后备系统能提高运营TACS系统效率,并能增强运营安全性。

CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)在市域铁路中的应用分析

[目的]目前,我国市域铁路仍没有应用CTCS-3(中国列车运行控制系统3级)的案例。为扩展CTCS(中国列车运行控制系统)在市域铁路中的应用,应对CTCS-3在市域铁路的应用进行探讨。[方法]分析了现有市域铁路的特点及CTCS制式在市域铁路应用的现状,提出了CTCS-3在市域铁路应用的技术方案。分析了CTCS-3在市域铁路的适应性,对应用于市域铁路的CTCS-3的技术方案提出了优化建议。[结果及结论]与CTCS-2(中国列车运行控制系统2级)相比,CTCS-3(不以CTCS-2为后备)在市域铁路中具有更好的适应性,其在牵引供电制式适应性、保护区段设置方式、与其他轨道交通制式互联互通等方面均具有优势,信号工程成本也较低。

铁路路网列车运行径路推算与轨迹仿真复现技术

针对铁路路网列车运行径路推算与列车运行实况数字仿真技术进行研究,提出铁路路网列车运行径路推算和轨迹仿真复现方法。在构建铁路数字路网图的基础上,采用求解K最短路径问题的Yen算法,根据距离、时间等约束条件生成最优径路集合,从组合优化的角度智能推算出最符合整体需求的运行径路;采用数字化仿真技术,构建针对铁路路网多线路多列车的运行过程数字仿真复现模型,实现路网多线路列车的到发、行进、动态分布等过程的精准模拟和可视化仿真复现;采用铁路路网的真实运行样例数据,对相关技术和方法进行试验验证。

基于感知的车车通信列车运行控制系统降级运行方案研究与分析

为提高传统CBTC系统降级运行的效率,采用基于感知的车车通信列车运行控制系统(perception based train autonomous control system,PB-TACS)结合SIL4级感知“自主感知运行”的降级运行方案有着重要意义。通过研究增加备用通信WLAN设备,优化轨旁信号设备配置,采用自主感知后备运行级别(autonomous backup level,ABL)移动闭塞运行方案作为车车通信列车控制系统的降级系统,可减少列车区间停车等待时间、提升降级列车恢复效率、减少列车掉线问题。通过对基于感知的车车通信列车运行控制系统降级运行方案进行研究和探讨,为后续全面提升CBTC级别的后备运行方案的完整性和可用性提供有力保障。

列车运行监控装置复杂环境适应性检测方案研究

列车运行监控装置(LKJ)应用数量多、地域广,需适应复杂环境。分析LKJ应用环境和现行标准对LKJ环境适应性的要求,提出LKJ复杂环境适应性检测方案,详细阐述低温低气压试验、温度变化试验、温度(低温/高温)与振动综合试验等的严酷等级和试验方法,对低温低气压试验、温度变化试验方案的可行性进行验证。验证结果表明,低温低气压试验、温度变化试验方案可行。

基于强化学习的高速铁路列车运行调整方法研究

我国高速铁路发展迅速,路网规模扩大、列车数量增加以及列车速度提升使得列车间运行关系耦合性强,运行调整难度大。为解决上述问题,本文构建了以调整后的列车时刻表与计划时刻表偏差最小为目标的列车运行调整模型,设计了交互环境、智能体、状态、动作、奖励函数等要素,采用强化学习方法中经典的Q-learning算法进行求解,最后通过算例对本文所提出的模型和算法的有效性进行验证。结果表明,该算法的求解质量比先到先发(FCFS)减少了43.87%的总偏差时间。

基于通信系统的轨道交通列车运行控制仿真教学研究

轨道交通不仅能减少污染,同时还能降低能耗,提升陆运的运输能力。如何开发更智能、更高效的列车运行控制系统,是当下轨道交通中的热点。针对列车控制系统中存在的数据信息传输干扰问题,研究在列车自动控制系统(CBTC)的基础上构建了列车运行控制系统模型。结果表明,在控制系统的链路构建中模型方法比现行方法的链路始终多1条,这样信号数据传输的稳定性更高。同时利用实际运行时间和仿真运行时间进行对比,以验证模型方法的运载效率。通过对比上行、下行的实际、仿真用时,发现仿真在没有超速的情况下,提高了运行的平均速度,其中上行、下行分别提高了3.93km/h和2.32km/h。这说明模型方法能够在稳定数据传输的同时,确保高效的运载能力,能够为轨道交通列车的运行控制提供一个新的思路。

基于列车运行控制系统的无线通信技术优化

随着铁路轨道交通的飞速发展,行车控制系统越来越多地依赖于无线通讯技术,因此,如何保障行车安全、高效、稳定地运行是非常重要的。文章详细地介绍了基于无线通讯技术的列车运营控制系统。本文首先对目前国际上主要的移动通信技术如GSM-R、LTE-R等进行了综述,并对其存在的问题进行了分析。针对频谱效率、干扰管理以及通讯安全性等问题,拟从多个角度对无线网络进行研究,重点研究无线网络的传输机制与干扰抑制技术。在此基础上,结合5G/6G、物联网、人工智能、卫星通信等新一代无线通信技术,实现高带宽、低延迟、智能化资源调度、大范围覆盖等方面的高速列车安全高效运行。

基于N维复杂业务场景的列车运行监控装置测试方法

目前针对列车运行监控装置(LKJ)的测试普遍采用化整为零的方式,以功能特征作为划分依据,对LKJ业务功能采用等价类划分或边界值分析进行单项测试。但LKJ在运用过程中存在多个业务场景交织的情况,当被测试的业务功能与其他业务功能耦合时,测试结果可能会与预期结果不一致。为此根据LKJ业务功能的时间与空间特性,提出一种基于N维复杂业务场景的测试方法。将LKJ业务功能分解得到LKJ单位功能,依据时间法或空间法将LKJ单位功能构建形成复杂场景。通过对LKJ业务功能复杂场景进行测试,更加全面地覆盖LKJ实际运营场景,提高设计开发过程测试的异常发现率,进一步降低LKJ在实际运用中出现非预期行为的概率。

基于现代信息技术的高职列车运行控制系统教学改革与实践——以新疆铁道职业技术学院为例

《列车运行控制系统》课程是铁道信号自动控制专业核心课程,现代信息技术的快速发展为职业教育数字化奠定了良好的资源与技术基础。为推进该专业课程基于信息化的教学改革,首先进行了课程诊改分析,建立了网络化全覆盖的质量改进螺旋诊改机制;其次,基于职教云建设了列车运行控制系统在线课程,开展混合式教学实践;最后,依托微信公众号建设了“信号一点通”移动平台,建设精品栏目内容、构建综合育人模式。该课程教育教学改革探究中,从课程思政建设、教学平台搭建以及课程诊改等方面突破教学改革工作中的重、难点,可为职业教育专业课程教学改革提供借鉴。

列车运行控制系统卫星定位和授时性能测试方法研究

针对轨道交通行业列车运行控制系统卫星定位性能指标的突出需求和现状,设计一种新的轨道交通行业列车运行控制系统卫星定位和授时性能测试方法。对现有测试方法的缺陷进行分析,参考行业内的卫星定位测试方案,形成新的测试方案;以列车通过隧道作为测试场景,通过模拟和计算,得出测试判据和指标;新方法相较于传统的外接天线方案,具有更严谨的评判依据,可更准确地评估应用条件下列车产品的定位和授时性能,避免了实验室当地天气和地形影响。以实际的产品型式试验开展实测验证,确认测试方法可行、可信,并有效保证智能驾驶、车联网及大数据技术在轨道交通行业的可靠应用。