Research on the cooperative train control method in the metro system for energy saving

Purpose–To address the problem that the current train operation mode that train selects one of several offline pre-generated control schemes before the departure and operates following the scheme after the departure,energy-saving performance of the whole metro system cannot be guaranteed.Design/methodology/approach–A cooperative train control framework is formulated to regulate a novel train operation mode.The classic train four-phase control strategy is improved for generating specific energy-efficient control schemes for each train.An improved brute force(BF)algorithm with a two-layer searching idea is designed to solve the optimisation model of energy-efficient train control schemes.Findings–Case studies on the actual metro line in Guangzhou,China verify the effectiveness of the proposed train control methods compared with four-phase control strategy under different kinds of train operation scenarios and calculation parameters.The verification on the computation efficiency as well as accuracy of the proposed algorithm indicates that it meets the requirement of online optimisation.Originality/value–Most existing studies optimised energy-efficient train timetable or train control strategies through an offline process,which has a defect in coping with the disturbance or delays effectively and promptly during real-time train operation.This paper studies an online optimisation of cooperative train control based on the rolling optimisation idea,where energy-efficient train operation can be realised once train running time is determined,thus mitigating the impact of unpredictable operation situations on the energy-saving performance of trains.

高铁列车荷载作用下桩-土复合地基及近接地铁隧道的动力响应模拟研究

[目的]作为典型的振动荷载,高铁列车运行引起的振动荷载会诱发桩-土地基及附近结构产生动力响应,有必要对桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性进行研究。[方法]基于西安地铁14号线下穿大西高速铁路特大桥工程,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,以峰值振动加速度、峰值振动速度和峰值振动位移作为动力响应评价指标,研究了列车移动荷载作用下桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性。[结果及结论]研究结果表明,当施加列车荷载时,地基内部的动力响应指标均随着埋深的增加而衰减,但存在近接隧道时,动力响应指标值显著增加,且在隧道埋深处衰减明显。随着距桩基中心距离的增加,隧道埋深处的桩-隧之间地基的各动力响应指标从“波浪形”分布变为单调递减分布。根据峰值振动速度的控制阈值,近接隧道埋深处距桩基础中心水平3.6 m范围内的地基处于危险影响区,必须采用减振措施;3.6~11.4 m范围内的地基处于强影响区,建议采取减振措施;11.4 m以外的地基处于弱影响区,视结构的重要性决定是否需要采取减振措施。

面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法

伴随着我国城市化进程持续快速发展,既有的城市轨道交通列车运行控制系统下运力资源的调控能力已经趋于饱和。为了满足不断增长的乘客出行需求,以列车虚拟编组为代表的新技术成为发展方向。为了解决虚拟编组下列车的运行调度问题,提出面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法,建立列车运行和客流变化模型,描述列车运行和乘客人数的动态变化;构建列车时刻表和编组策略的协同优化模型,以实现列车利用率、列车停站时间和乘客等待时间之间的平衡为目标求解优化策略,并根据最优解生成列车调度和编组方案;最后选取北京地铁亦庄线为线路仿真对象,结果表明该模型可以显著提高列车利用率,减少乘客候车时间,具备良好的应用前景。

用于地铁列车的主动径向装置研究

[目的]地铁列车通过小半径曲线区段时会产生车轮磨耗及噪声。转向架轮对的主动径向技术作为一种理论上可以解决上述问题的有效措施,有必要对其进行深入研究。[方法]通过分析主动径向原理,确定了“径向导向”的控制目标。提出了一种用于转臂式轴箱定位转向架的可控橡胶节点装置及其控制系统,使之成为车辆的主动径向装置。阐述了该主动径向装置的主动径向导向原理,即:地铁列车运行时以信标的方式获取线路信息,径向控制器内存储有每条曲线的信息,结合列车运行速度可确定列车在曲线中位置,由此控制可控橡胶节点装置动作,进而实现轮对以径向姿态通过曲线。以列车的头车为研究对象,建立了A型地铁列车的动力学模型,对采用主动径向装置的地铁列车以60 km/h的速度通过400 m曲线半径时的通过性能进行了分析,并与传统转向架的通过性能进行对比。[结果及结论]相比于传统转向架导向轮对,主动径向转向架导向轮对的冲角和磨耗指数均大幅降低;同一转向架的两个轮对具有相近的横移量,在该位置下轮对可实现“纯滚动”;列车在小半径曲线上的通过性能有明显改善。

速度120 km/h地铁车辆压力波控制方案

[目的]随着城市轨道交通车内舒适性要求逐渐提高,速度120 km/h及以上的地铁车内压力波控制逐渐成为列车空调系统所必须配置的功能,虽然高速动车组、160 km/h市域车等高速列车空调系统已经具有了成熟的压力波保护装置,但多数采用气动方式,结构复杂且成本较高,并不适用于地铁车辆,因此,需结合地铁车辆的特点,研究适用于地铁车辆的压力波保护方案。[方法]对既有速度120 km/h的地铁车辆车内压力波动进行了抽样测试;根据测试结果和结合地铁运行线路、站点配置等因素,总结了造成车内压力波动的主要影响因素,并提出了采用空调系统电动新风阀控制车内压力波动的方案;在新风阀不同开度下,对车内压力波进行了验证。[结果及结论]经试验证明:地铁车辆可利用线路固定、站点固定和靠站时间间隔固定等有利因素,采用主动式压力波控制方案,空调系统通过车辆网络提供的站点信息及车辆速度信号控制新风阀的打开与关闭,进而控制车内压力波动,此方案相对比高速动车组、160 km/h市域车等高速列车具有结构简单、成本低、控制灵活等特点。

地铁列车空转的PSO-RBF滑模控制方法研究

地铁列车在频繁的牵引提速过程中,其加速阶段易发生轮对空转现象。为恢复空转后黏着控制性能并提高列车轮轨黏着利用率,文章对轮对空转再黏着控制进行深入研究。首先,通过搭建列车单轴动力学仿真模型,并结合全维状态观测器和极值搜索算法对列车状态进行估计。其次,提出基于POS-RBF神经网络的滑模控制器。最后,通过仿真对列车空转再黏着控制性能进行验证。仿真结果表明,相比固定切换增益滑模控制器,基于PSO-RBF神经网络可实时调节切换增益的滑模控制器具有更快的再黏着恢复速度、更小的稳定后抖振优点。这一改进有效提升地铁列车在空转时的黏着控制性能,可为列车安全、高效运行提供有力的技术保障。

地铁列车制动过程中三个阶段舒适度优化策略研究

在全国铁路建设的不断发展下,高舒适性成为了列车运行质量的重要指标。但对于整个制动过程,如电制动淡出阶段及停车阶段的舒适度关注不足。本文基于地铁列车常用制动工况,为综合评价舒适度,引入制动平均冲击、瞬时冲击、减速度变化率等参数指标,并在此基础上提出了一种舒适度优化的制动控制方案。通过对优化前后的控制参数进行地铁列车制动试验,获得了如下试验结果:三个阶段中,列车的舒适度分别提高了15.85%、58.23%和58.39%。试验表明所提出的舒适度优化制动控制方案在实际应用中取得了显著的效果。

基于BERT-CNN的城轨列控车载设备故障分类

针对基于通信的城市轨道交通列车控制系统车载设备故障排查困难,故障维修日志由于信息零散、语义模糊及归类混乱等导致的传统文本分布式表示与浅层机器学习算法分类精度低等问题,提出一种基于焦点损失函数BERT-CNN(bidirectional encoder representations from transformers-convolutional neural network)的故障分类方法,建立故障处理及结论、故障现象的关系模型.利用预训练好的BERT模型微调获取故障现象的词向量,充分捕捉融合了上下文的双向语义并关注重点词汇;利用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)进行训练,改进损失函数以缓解数据类别不平衡引起的性能下降问题.通过对某车载信号工区数据进行实验,对比基于交叉熵损失函数的BERT-CNN、单一BERT模型与word2vec-CNN(word to vector-CNN)方法,基于焦点损失函数BERT-CNN方法在分类指标上最优,对某些样本数量少的类别能够更精准分类.研究结果有助于建立更完善的智能运维故障案例库.

北京地铁3号线一期项目列车控制及监控系统概述

随着国内城市轨道项目的飞速发展,作为列车“中枢神经系统”的列车控制及监控系统(TCMS)技术也得到了较大的提升。北京地铁3号线一期项目列车控制及监控系统基于工业以太网,采用列车实时数据传输协议(TRDP)进行数据通信,提高了数据传输的速率,满足了列车数据传输的数据量大、速度高的项目需求,同时该项目实现了与不同厂家TCMS系统之间的互联互通。本文主要包括系统概述、TCMS网络拓扑结构及冗余性分析、互联互通的实现和安全信息传输等内容,为后续基于以太网的地铁车辆列车控制及监控系统的设计与应用积累经验。

基于分布式预测控制的地铁列车运行调整

列车运行调整在城市轨道交通中起着重要作用,但现有的列车运行调整研究大多数是基于集中控制的。随着列车的快速发展和实时控制的需求,使用列车控制(VBTC)技术,本文研究了基于分布式模型预测控制(DMPC)的列车调度问题。首先给出地铁环线列车运行调整框架,假设每列车都是自组织的,并且和前车都能通信;接着建立基于DMPC列车运行调整优化问题,并设计相应的算法;随后通过仿真实验对所提方法的有效进行了验证,实验表明该方法与集中式控制方法相比,计算成本显著降低。

过饱和地铁郊区线路列车运营计划与客流控制协同优化研究

地铁郊区线路是城市通勤的重要方式,在早高峰期间可将郊区通勤乘客快速运送至中心城区的工作地点。由于通勤客流的巨大需求以及目的地集中性,即早高峰期间大多由郊区各站流向中心城区若干站点,导致列车和车站站台的过度拥挤,尤其是靠近市中心的地铁车站。据此,本文构建了列车运营计划与客流控制协同优化模型,列车运营计划包括大小交路和非等间隔时刻表服务。优化目标为降低最大站台滞留人数、站外总限流人数以及列车的总走行公里。为保证方案的可行性,模型考虑了列车车底的衔接以及最大可用车底数限制。针对所提出的大规模非线性模型,设计了嵌套暴力搜索的遗传算法进行求解。北京地铁房山线案例表明,本文提出的站外限流和小交路计划可有效降低靠近市中心的地铁车站的滞留乘客数,缓解高峰期拥挤现象。与现实无限流方案和本文无小交路方法相比,本文综合优化方法可提升目标函数的优化率超过14.8%。

地铁列车运行对建筑物振动影响的多因素研究

目的:为研究地铁列车运行对邻近建筑物的振动影响规律,探讨地铁周边各类建筑条件承受列车振动影响的差异,需对地铁列车运行下建筑物所受振动影响的主要因素进行研究。方法:利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了隧道-土层-建筑物振动响应分析模型,并结合广州地铁某区间的地面振动实测数据,验证了所建模型的可靠性。通过数值模拟,分析了建筑物与隧道中心的距离d、建筑高度H、建筑物桩基埋深h及建筑物结构类型四个因素对建筑物所受振动的影响。在此基础上进一步分析了建筑物两侧(靠近地铁侧、远离地铁侧)振动响应差异的影响因素。结果及结论:d越大,H越大,其所受列车运行振动的影响越小。在列车运行振动影响下,不同结构类型建筑物的最大Z振级大小关系为:砖砌结构>混凝土结构>钢结构。h尚未到达隧道所在土层时,h越大,建筑物所受列车振动的影响越小;当h与隧道埋深处于同一土层时,建筑物所受列车振动的影响增大。建筑物两侧受列车振动影响的响应差值与H呈正相关,与h呈负相关,与d呈弱相关。

基于电空混合制动策略优化的列车停车冲击改善研究

文章针对厦门地铁1号线停车冲击较大的问题,对其开展优化研究。首先对列车停车冲击进行测试,其次对线网列车停车数据进行对比分析,最后提出不同的冲击改善优化方案,如新车设计阶段电制动到“零”的方案、运营初期调试阶段牵引制动级位控制降低方案。重点针对基于电空混合制动策略的既有运营线路制定可减少停车冲击的浮动点电空混和制动控制策略优化方案,由原来的电制动固定速度值退出气制动补充方案优化为电制动浮动速度值退出气制动补充方案,经测试验证,浮动点电空混和制动控制方案的停车冲击更小、乘客乘坐舒适性更优且对标精度更高,运用效果良好,对于制动控制策略方案及启停控制级位策略方案的制定,尤其是既有线路列车冲击改善、对标精度优化等,有较大借鉴意义。

标准地铁列车制动控制装置统型设计

为降低地铁列车的研发成本和周期,文章基于目前常见的地铁列车制动控制装置的产品特点及差异,对制动控制装置统型方案进行设计,并从模块化设计、集成化统型设计、护箱仿真设计、防护性能提升、制动控制策略验证和性能型式试验等方面进行了详细的分析,最后对统型方案的技术特点进行了总结。

CBTC系统LTE-M无线专网列车接入单元的研制与应用

城市轨道交通车地综合通信系统的稳定性是目前地铁正常运营面临的最大问题之一。为提高通信的安全性和可靠性,城市轨道交通无线车地通信由WLAN通信技术升级为长期演进技术(LTE)。文章在综合分析城市轨道交通车LTE技术的基础上,根据CBTC系统城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)需求规范的要求,研制了一种LTE-M无线专网车地通信设备列车接入单元。其采用1.8 GHz TD-LTE专有移动网络和VPN安全接入技术,在车地间建立起安全可靠的通信链路。经通信打流测试,列车接入单元能够经过专网核心网与地面服务器通信,且通信速率稳定、延时小于150 ms、无丢包现象,可以满足承载CBTC控制业务、乘客信息系统、视频监控系统等数据接入服务要求。

基于牵引制动特性的地铁车辆启动策略优化研究

地铁车辆启动控制策略需确保车辆在全线路启动不发生后溜,并且启动冲击在满足不大于0.75m/s^(3)基础上尽可能小,启动时长尽可能短。文章基于现有整车牵引力达到一定阈值后需发送保持制动缓解指令的控制策略,根据车辆牵引制动特性参数提出了当牵引级位达到一定阈值时发送保持制动缓解指令的优化控制策略,通过建立车辆启动加速度模型与后溜时刻车辆受力模型求解发送保持制动缓解指令时刻的级位值。理论分析与现场测试结果表明,在满足车辆全线路启动不后溜的前提下,文章提出的优化策略使得车辆启动冲击明显降低,启动效率明显提升。该优化方案可为地铁车辆启动控制策略提供参考,根据不同的牵引制动特性可求解出不同的保持制动缓解指令发送时的级位阈值。

基于列车满载率控制的地铁线网大客流车站协同控制研究

在地铁网络化运营背景下,大客流已成为运营单位面临的重要问题,在单一车站客流控制基础上调动线路、线网车站协同控制是缓解客流压力的主要举措。论文分析了地铁客流控制举措,基于对主控站客流贡献度与列车运行时效性两个维度确立辅控站筛选规则,通过设定列车满载率控制目标的方式,提出车站客流协同控制下的辅控站进站阈值计算方法,以青岛地铁3号线早高峰时段下行方向为例,进行了实例计算分析。

地铁列车逻辑控制单元设计与应用研究

介绍了地铁车辆逻辑控制单元(LCU)集成设计和应用,分析了LCU硬件和软件架构。通过LCU系统集成设计应用的设计问题和成熟产品LCU系统控制实例,阐述了系统集成设计原则和设计思路;通过对逻辑控制单元集成化设计优势分析,论证了基于LCU的车辆逻辑控制的先进性,利用LCU集成设计可降低设计难度和制造成本、提高车辆可维修性,且具备更强扩展能力。

基于LTE-M与WLAN混合组网的通信系统可靠性研究

近年来,城市轨道交通建设加速增长,对城市轨道交通车地通信系统的可靠运行提出了更高的要求。随着第四代移动网络(4th Generation mobile networks,4G)具体化的长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统已经广泛地进行了部署,而且技术也逐渐趋于成熟,地铁长期演进(Long Term Evolution for Metro,LTE-M)车地通信系统具有较强的抗干扰能力、支持快速移动状态下的列车通信、资源调度灵活等优点,突破融合不同通信制式的关键技术,研制出信号通信设备样机,并根据列车控制系统的业务需求对新的通信制式进行测试,保障城铁列车的安全稳定运行。

地铁列车节能运行惰行控制研究

惰行可以有效降低地铁列车能耗,通过选择合适的惰行点可以实现列车的节能运行。建立了定时约束条件下列车节能运行惰行控制优化模型,将模型求解的遗传算法嵌入到城市列车运行计算系统中,实现了给定线路条件下站间最佳惰行点的自动计算。结合具体算例对不同站间距离、线路条件、区间限速、运行时间、惰行次数等条件下的惰行控制进行了仿真研究,给出了各影响因素与惰行控制的关系。仿真结果表明,该方法能较好地解决惰行控制优化问题,地铁列车合理的站间运行时间取值,一般在最小运行时间的基础上增加8%~15%比较合适。