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策提供技术支撑。

高速列车群运营安全保障仿真模拟试验平台设计

基于"主动安全"设计理念,采用Flex与ArcGIS技术,构建可视化、集成化和智能化的高速列车群运营安全保障仿真模拟试验平台。平台通过不同系统之间的信息共享,为高速列车群运营全过程安全行为演化建模、风险评估和预警提供数据支持,实现对高速列车群事故推演和安全态势分析。平台采用分层逻辑结构,从下到上依次为物理层、获取层、数据层、应用层和表示层。平台通过电力线通信、以太网和控制器局域网等从其他系统获取数据,再对数据进行融合与集成,实现信息共享、安全评估与仿真和安全预警等功能。研发的平台在轨道交通控制与安全国家重点实验室进行了成功部署和模拟仿真运行,通过对大量的行车安全信息的获取、传输和共享以及仿真试验证明,平台具有较高的安全性和稳定性,便于管理和维护。

面向对象Petri子网的列车群运行系统模型

基于列车群行为建模所出现的列车并发性和智能性表述 ,面向不同的控制和决策问题、多层次性问题的处理 ,构成系统的各子系统独立性表示 ,面向不同分析问题系统混合属性的如何处理 ,以及影响列车群运行的各种不确定性因素的处理等主要问题 ,定义了一类对象Petri网 ,并利用所定义的Petri网建立了列车运行系统中的信号灯、区段、车站和列车的对象Petri子网模型。各对象子网分为内 外两部分结构 ,对象的内部数据属性和操作均由内部结构来表示 ,对象子网之间的联系是用消息传递来完成 ,这很好地表现了对象的封装性和对象子网的结构一致性。基于子网所构建的模型 (TGOSOPS)相对于已建模型 (TOPNO)所表述的内容更丰富 ,具有结构性、可扩展性、层次性更优良的特点。模型适用于分布式行车指挥系统、便于智能控制的实施并具有很好的开放性和可控性 ,模型可构成研究一类智能混合系统建模及分析理论的实验平台。

基于对象Petri子网模型的列车群分布式仿真

为提高效率,增强真实度和可信度,采用分布式仿真解决列车群行为的分析和验证问题,并基于列车群的对象Petri子网模型(TGOSOPS)实施分布式仿真系统。针对模型到仿真系统的逻辑映射、运行中的动态关联以及依靠模型处理仿真冲突和时间协调等问题,提出由终端上的列车仿真应用模块和服务器上的全局控制模块构成分布式仿真系统框架,并对TGOSOPS按照功能进行划分,使其和分布式框架有机结合和映射。根据系统结构,结合动态离散事件系统的仿真思想,明确系统中各类实体和事件间的逻辑关系,采用定时与主动对象(主动成分)扫描相结合的方法,建立分布式仿真策略,包括客户端和服务器端两部分,从而实现模型到系统的动态关联,并采用空消息算法消除策略死锁。采用一个统一的全局时钟来调整局部时钟的时间周期,以实现分布时钟的协调。路网图、运行图、模型库和各种信息库等都以全局数据库的形式存储在服务器上,在仿真过程中,根据实验推进的需要可以随时从服务器上读入所需信息和数据。

基于多线程的列车群Petri网运行模型的实现

对象Petri网易于表示动态过程中的资源共享、并发、异步和死锁等现象 ,而且模型可重用性好。线程可以并行和异步地执行 ,且需要的系统开销比较少。在对列车群运行系统的Petri网模型进行分析和实现时 ,可以利用多线程技术 ,通过灵活地设置和改变线程优先级 ,可以很方便地对整个列车群运行系统的运行状况进行调整 ,另外还可以使系统具有几个并行执行的路径 ,提高系统的运行效率。

关于列车群运行仿真系统的研究

重点介绍列车群运行仿真系统的仿真计算、时钟设置、误差补偿以及采用的专家规则,并对系统的模块构成和仿真背景作了介绍。列车群运行仿真系统的研究和开发在新线建设方面具有重要的作用和意义。

基于列车群的部队铁路输送径路选择模型研究

输送径路的优选既要满足铁路运输有关要求，也要满足特定的军事要求。基于部队输送序列与铁路运输的有关要求，提出列车群概念，在此基础上构建铁路输送径路的选择模型。通过算例验证，列车群输送径路是符合军运实际的，能够得到输送径路的持续时间与限制区段。

基于EFTPN不确定性时间信息的线性推理方法及在列车群分析中的应用

针对列车群行为分析中的不确定性时间信息推理问题,结合线性逻辑和扩展模糊时间Petri网(EFTPN)等理论,提出了一种基于EFTPN的线性推理方法.该方法不但能对不确定性时间信息进行精确的、定量的建模和推理;而且效率高,可在线性时间复杂度内完成推导;另外其适用面广,可用于解决其它领域内时间推理和验证问题.

基于元胞自动机的高速铁路列车群追踪运行仿真模型

为分析高速铁路列车在追踪间隔缩小时的运行状态,根据准移动闭塞系统原理,设置列车区间运行和车站运行的演化规则,建立准移动闭塞条件下基于元胞自动机的列车群追踪运行仿真模型。利用元胞自动机对京沪高速铁路线路"上海虹桥—南京南"运行图中追踪运行的10列车进行建模仿真,分析仿真结果验证到达间隔时间是制约追踪间隔的瓶颈,并得出后行列车满足追踪间隔4 min或3 min的情况下,其运行速度不受前行列车的干扰。

空天车地一体化技术在列车群车联网中的应用框架研究

通过研究物联网技术、车联网技术及空天车地一体化网络的理论和应用现状,分析列车群车联网系统构建需求,搭建基于空天车地一体化列车群车联网系统总体框架;分别建立艇载、机载、车载、区域监测和地面中心监测节点和网关,阐述系统的通信结构;提出基于空天车地一体化的列车群车联网系统物理架构设计及信息传输等关键问题。为进一步研究服务于列车群监测和通信的空天车地一体化网络的理论和应用研究起到指导和启发作用。

基于虚拟耦合的列车群体智能控制技术研究及展望

铁路列车运行控制方式经历了固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞的发展过程,随着车联网和群体智能等新一代信息技术的快速发展,更高效率的先进列车运行控制技术成为研究热点。面向下一代铁路列车运行控制系统,研究一种基于虚拟耦合的列车群体协同运行控制技术,提出采用多智能体系统(MAS)对虚拟耦合列车群的运行进行控制的方法,刻画其控制规则并构建以列车群稳定协同运行为目标的控制模型。在此基础上,设计基于虚拟耦合的列车控制及调度系统框架,采用仿真技术验证该方法可大幅缩短列车运行间隔,提升运行控制效率。最后分析总结基于群体智能的列车运行控制技术研究及发展方向。

面向列车群的运行仿真平台关键技术研究

重点研究了面向列车群的运行仿真平台搭建技术。基于面向列车群的运行仿真平台需求分析,将整个系统划分为数据结构化存储与维护模块、仿真基础建模、列车运行仿真(列车牵引计算模块、车站作业仿真模块、区间运行仿真模块)、运行计划生成与优化模块、指标统计分析模块和仿真过程可视化展示模块等主要功能模块;然后搭建了面向列车群的运行仿真平台架构及数据流程;最后针对车站到发线运用核心问题构建了数学优化模型。通过上述工作,仿真平台可真实有效地实现列车群的追踪运行。该平台可进行单列车牵引计算、多列车追踪运行、列车延误及其传播特点分析、影响追踪间隔因素分析等相关技术领域。

基于牵引仿真的列车运行图软冲突疏解方法研究

定义存在于高速铁路列车运行图运行线间的使列车无法在适当功率下运行的软冲突问题,该问题使用既有列车运行图规划方法难以有效解决。分析软冲突形成的机理及其影响,论证牵引供电与列车群一体化仿真计算方法能较好解决软冲突问题,即利用牵引供电计算实现列车运行图软冲突的检测,基于该检测结果进行列车仿真运行调整,从而实现对软冲突的剔除。一体化仿真方法不仅能实现高速列车运行图软冲突的疏解,同时也能得出列车运行过程的操纵策略,并解决了交流牵引供电仿真计算中的某些难点问题。选用我国某一高速铁路线路为例,验证基于牵引仿真的列车运行图软冲突疏解方法。

节能评估及能源消耗分析软件的开发与验证

牵引能耗在高速铁路综合能耗中占比最高,具有较大的节能减排挖掘潜力。中铁二院机动院开发的节能评估及能源消耗分析软件,结合动车组基本参数、动车组牵引特性、线路数据,建立动车组牵引计算数学模型,依据准点节能算法,可实现列车群在任意线路上下行的牵引及能耗仿真计算,为当前铁路运营时刻表下动车组列车运行系统节能评估提供数据支持,为后续动车组优化控制策略研究提供平台。

高速铁路行车调度技术发展历程及展望

伴随着中国高铁的迅猛发展,高速铁路行车调度技术取得了长足的进步。以行车指挥自动化系统为核心的全新高速铁路调度指挥系统,经历了起步、线路别小规模系统集成、路网性大规模系统集成等阶段,步入了高速铁路智能调度的新时代,并沿着大数据指挥、列车群协同控制与动态调度一体化等方向不断发展与创新,充分而有力地体现了我国高速铁路的自主创新能力,为持续保持我国高速铁路的领先地位奠定基础。