基于车车通信列控系统的城市轨道交通列车运行效率分析

[目的]城市轨道交通T2T(车车通信)列控系统是一种新型的信号系统,其通过资源化管理方式对轨旁设备进行管控。为了验证该系统的优越性,需对该系统下的列车运行效率进行分析。[方法]针对T2T列控系统,基于资源管理层面和安全防护原理的特点,在折返工况下,将原本由联锁控制的双动道岔转变为两个单动道岔,并基于列车精确自定位实现ATP(列车自动防护),提高了岔区线路资源的使用能力;在区间和车站追踪工况下,通过前后车对于车速、加速度、所处线路位置等信息的实时互传,利用相对速度安全防护原理进一步缩小了列车的追踪间隔。通过上述两方面的技术革新,结合城市轨道交通线路的实际数据,对站后交叉渡线折返、站前单渡线折返、区间与车站追踪等运营场景进行了模拟仿真计算,确定了T2T列控系统的折返能力和区间追踪能力。[结果及结论]相较传统的CBTC(基于通信的列车控制系统),T2T列控系统在折返能力、追踪能力等方面均有着显著提升,更加适应于超大运量的城市轨道交通线路;T2T列控系统架构简单,轨旁设备少,尤其适合城市轨道交通的大修改造项目。

基于工况序列寻优的列车节能操纵策略优化

传统“三阶段”“四阶段”工况序列的列车操纵模式难以满足城市轨道交通复杂线路条件下的列车节能运行需求,本文提出一种基于工况序列寻优的列车节能操纵策略优化方法。将物理区间离散为多个等距离子区间,建立工况序列与子区间之间的映射关系,以区间总牵引能耗和运行时间最小化为目标构建列车节能操纵策略多目标优化模型。为提高模型求解效率,改进非支配排序遗传算法的交叉算子和距离算子,通过离散仿真求解列车节能操纵策略集。以福州地铁1号线的两个典型区间为对象进行案例分析,结果表明,相比传统操纵模式,优化后列车牵引能耗平均降低约19%。本文方法通过合理选择算法参数能够有效构建适应不同线路条件的运行工况序列,生成秒级运行时间划分下的列车节能操纵策略集。

基于车车通信的移动闭塞制式下列车追踪距离控制研究

基于车车通信的移动闭塞是移动闭塞制式的一种新形式,其在前车和后车之间建立通信通道,后车在确定追踪目标点的时候考虑前车在制动过程中的前进距离,能实现比移动闭塞更紧密的列车追踪。通过对基于车车通信的移动闭塞制式下的列车追踪距离进行研究,并与既有固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞等闭塞制式进行对比分析,提出一种基于T值的列车追踪距离优化方法,该方法通过设立列车追踪稳定范围,做到了兼顾列车运行过程中的稳定性、舒适度与追踪距离。最后利用模拟软件,根据某一具体线路环境和列车条件进行仿真验证。仿真结果表明:与既有闭塞制式相比,启用基于T值的追踪距离优化方法能使基于车车通信的移动闭塞制式具有更加显著的优势。

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。

铁路货运站站机一体化模式下列尾运用效率提升研究

当前,铁路货运在运输市场竞争日益激烈的形势下,部分货源流失严重。近些年,随着“公转铁”政策以及铁路货运向现代物流转型的逐步推进,铁路货运站也制定了一系列改革措施。通过机务段机务调度员驻站、机务段管理人员交流到车站任职、调车机司机划归车站管理等方式实行站机一体化,大大方便了站机协调联系,增加配合精准度,提高了机车出勤效率,缩短了机车辅时。通过在机务段库内设置列尾作业点,在库内直接进行列尾单机携带,送至外围中间站,不仅实现了编组站1 min发车,提高了发车效率,还为列尾需求站解决了发车难题。以上改革方案的实施,大大地促使列尾运用效率提升,列尾调配的精准度得以提高,货运周时、中时得以压缩,编组站办理辆数大幅增加,最终提升铁路货运经营收入,为地方经济和社会发展做出更大贡献。

城轨全自动运行线路中心ATS系统智能提升方案研究

城市轨道交通全自动运行线路将列车司机的职能交由列车自动控制系统和控制中心相关系统共同完成,而运营控制模式也由传统的司机、控制中心调度员、车站值班员共同参与控制,转变为控制中心调度员直接面向列车运行进行控制。通过分析运营调度需求及既有运营调度痛点问题,针对新建线路和既有改造线路,分别提出控制中心ATS系统智能提升架构;从供电分区行车数量卡控、行车关键信息融合、全自动编图及行车评估、运维联动、故障及应急指挥等方面,提出具体实施方案,旨在提高全自动运行线路运营效率和故障处理能力。

Speed profile optimization of catenary-free electric trains with lithium-ion batteries

Catenary-free operated electric trains, as one of the recent technologies in railway transportation, has opened a new field of research: speed profile optimization and energy optimal operation of catenary-free operated electric trains. A well-formulated solution for this problem should consider the characteristics of the energy storage device using validated models and methods. This paper discusses the consideration of the lithium-ion battery behavior in the problem of speed profile optimization of catenary-free operated electric trains. We combine the single mass point train model with an electrical battery model and apply a dynamic programming approach to minimize the charge taken from the battery during the catenary-free operation. The models and the method are validated and evaluated against experimental data gathered from the test runs of an actual battery-driven train tested in Essex, UK. The results show a significant potential in energy saving. Moreover, we show that the optimum speed profiles generated using our approach consume less charge from the battery compared to the previous approaches.

考虑列车运行净能耗与载客量差异的时刻表优化方法

城市轨道交通对缓解城市化进程所带来的巨大客流压力具有重要意义,但其日常运营需要消耗大量能源,因此在保持现有基础设施条件不变的前提下进行列车运输组织优化是一种有效且可行的节能手段。本文在充分考虑客流空间分布特征的条件下,建立一种考虑列车节能操纵的时刻表优化模型,以使列车净能耗和乘客在车时间达到双目标最优;设计一种基于仿真的非支配排序遗传算法,在最大加速度加速-匀速-惰行-最大减速度制动的最优驾驶策略基础上,通过优化列车区间运行时间和停站时间,找到一组能耗和时间平衡的帕累托最优解,以此实现城市轨道交通列车节能时刻表优化。以北京地铁昌平线实际运营数据为例进行一系列实验,结果表明:本文提出的优化模型可以得到不同载客量条件下分布均匀且完全收敛的帕累托最优解;与原始时刻表相比,固定列车载客量和考虑列车载客量空间差异的净能耗优化率分别达到5.5%和18.79%。

中欧班列开行方案动态优化研究

目前,中欧班列开始从“增量”向“提质”转型,优化货源结构、开发回程货源等成为重点发展方向。中欧班列口岸拥堵严重,货物停装、途中滞留时有发生,使得中欧班列开行数量供不应求。因此,研究提出将有限的运力资源释放给运营效益高的中欧班列,并使其均衡到达口岸以缓解口岸拥堵。以中欧班列开行的综合运营效益最优为目标,考虑口岸每日通行能力、班列编组数量等约束构建中欧班列开行方案动态优化模型。结果表明,运营效益最大化的开行方案与运输收益最大化的开行方案相比,运营质量更高,中欧班列开行质量有了明显提升,研究可为中欧班列开行方案的制定提供参考,从而为中欧班列的健康稳定、可持续发展奠定基础。

考虑制动性能差异的重载列车模式化操纵方法

重载列车在长大下坡道循环制动时,空气制动的性能差异较大、列车纵向冲动较大,偶发断钩事故,给机车乘务员操作造成极大困难。以LKJ2000机车运行监控装置记录的朔黄铁路数据和相关线路条件为基础,建立重载列车牵引计算模型,对不同制动性能的列车提出相应的优化操作方案。采用理论分析与现场运用需求相结合的研究方法,分析重载列车长大下坡线路操作规程,并基于重载列车空气制动线路的试验数据模型,以50 kPa减压量下的空气制动性能为基准,计算不同制动速度下的空气制动等效效率;以具体案例为对象,分析不同操作方案对列车运行速度曲线变化的影响规律,并在此基础上,以列车安全运行、避免停缓为目标,根据制动时的速度变化判断空气制动效率,对列车操作控制策略进行优化。经过大量仿真计算和数据分析,提出“北大牛—原平南”区间不同空气制动操作方案的判断条件,并制定相应的优化操作示意图,为重载列车安全高效地运行提供理论支撑。

城市轨道交通虚拟编组列车优化运行方案研究

虚拟编组技术通过车-车无线通信实现车辆“虚拟连接”。虚拟编组列车车辆间无机械车钩连挂装置,在运行过程中可以进行动态连挂和解编操作,能够基于客流变化实现灵活的运输模式。本文以缩短乘客旅行时间和提高列车运输效率为目标,提出虚拟编组列车运行方案的优化方法,并基于实际城市轨道交通线路早高峰客流OD(original-destination)数据给出优化设计结果。虚拟编组优化运行方案与现行方案的仿真结果表明,虚拟编组优化方案在保证运输效率的同时,可以有效缩短乘客旅行时间,提升轨道交通客运服务质量。

中速磁浮列车综合安全状态监测预警与维护支持技术研究与实现

本文针对中速磁浮列车在途状态监测、预警、隐患状态评估和主动运维支持等需求,通过对中速磁浮列车关键部件工况高效主动感知、综合工况与安全状态监测评估、预警预测、适度主动运维和应急处置等关键技术的研究,构建了中速磁浮列车综合安全状态监测预警与维保支持系统方案,研制了中速磁浮列车主动维修、安全维保支持平台和技术装备,实现了对中速磁浮列车的综合运行安全状态全息化的主动监测、综合安全状态的演化趋势预测、故障风险和隐患的评估。充分考虑磁浮列车各关键部件安全性特征和评判依据及关联性,综合使用数据分析、预测、评估等方法,构建了满足中速磁浮列车特点的综合安全状态评估预测方法,为实现综合高效、低成本以及快速中速磁浮系统提供技术支撑。

消防队伍作战训练效能提升策略研究

随着现代社会经济水平的日益提升,生产和生活安全问题也越来越受到人们的重视,尤其是消防安全更是重中之重。基于此,本文通过对消防队伍作战训练进行研究,剖析消防作战过程中常见的能力和安全风险,解决当前消防队伍建设中普遍存在的理论不足、专业不强、规划不全等问题,从提高作战水平、改进训练质效、保证作战安全等方面对训练效能的提升策略进行分析,对增设消防作战整体质效提出对策和建议,以期为改进和提升消防工作提供有价值的参考。

基于数字通信技术的铁路列车控制系统设计

研究基于数字通信的铁路列车控制设计及优化方法。传统的铁路列车控制系统常采用模拟信号传输和人工操作,存在系统复杂、容易出现故障和安全隐患等问题。数字通信技术的应用为铁路列车控制带来了新的可能性。首先,阐述了数字通信技术在铁路列车控制领域的研究概述。其次,讨论了基于数字通信技术的铁路列车控制系统设计与优化现状。该研究为铁路列车控制系统的设计与优化提供了参考和指导。

考虑再生制动能量利用的高速列车节能最优控制仿真研究

高速列车采用电空复合制动,具有综合制动的特性。为求解高速列车准点运行的节能最优控制问题,将电力再生制动工况和空气制动工况从综合制动特性中分离,建立适用于描述高速列车节能控制的运动学模型;将列车牵引传动系统效率和电力再生制动能量利用率引入能耗函数,并应用庞特利亚金极大值原理分析实现高速列车节能最优控制的必要条件,得到完整的高速列车节能最优控制工况集,推导牵引恒速、电力再生制动恒速和综合制动恒速这3种恒速控制工况下最优保持速度与电力再生制动能量利用率、牵引传动系统效率之间的定量关系,从而提出能够满足高速列车准点运行的节能优化控制算法。通过案例仿真,验证了算法的正确性。

定时约束条件下列车节能操纵的仿真算法研究

探讨了列车牵引力学条件下的铁路列车节能操纵问题,开发了一套可用于不同运行条件下的列车节能操纵仿真软件。系统重点探讨了定时约束条件下的列车节能操纵的模型及其启发式解法,详细分析了基于目标速度的列车控制策略以及专家控制原则。根据实际运行环境对内燃机车进行了实例分析,优化操纵方案与实际操纵相比,平均节能率在8.0%左右。系统计算速度快,人工干预方便,可以满足现场的实际需求。

北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究

降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要途径之一,单列车的牵引能耗由列车在站间的驾驶策略决定,因此,本文以北京市地铁亦庄线为例,介绍了地铁列车的节能驾驶研究.首先调研并收集了亦庄线线路、运营、车辆、供电、能耗等数据,掌握了亦庄线整体节能背景.然后结合地铁运营的特点,给出了北京地铁亦庄线能耗评估的3个指标.并以蚁群算法为核心,开发了列车驾驶的仿真系统,该仿真系统以收集到的亦庄线实际运行数据为输入,离线优化列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)的推荐速度曲线和控制策略.最终将优化后的ATO控制策略在亦庄线进行夜间实验,结果显示,优化后的列车ATO控制策略可以减少单车运行能耗5.67%.

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。

基于功耗分析的货物列车节能运行控制方法研究

由于机车牵引能耗的巨额经济成本和气体排放引起的污染问题,列车节能运行控制与研究日益重要.本文根据机车牵引力做功与能量转换方程分析了列车运行能耗的主要作用形态,即克服列车运行阻力和调速制动导致的动能损失.基于对运行阻力功和制动动能损失的考虑,从理论分析及仿真计算的角度,探讨了调速制动前的惰行距离和途中运行速度均衡性对列车运行能耗的影响.案例分析表明:在运行时分相近的要求下,通过避免不必要的制动调速和增加停站制动前的惰行距离,可降低运行能耗9%;通过设置合理的目标速度上下限保持列车运行速度均衡性,可降低运行能耗6.8%.

列车准点节能运行的控制工况最优切换研究

基于列车准点节能运行最优控制的必要条件,应用庞特里亚金极大值原理推导最大牵引、惰行、最大电制动和最大综合制动4种非奇异最优控制工况下的伴随方程;在定义最优切换点集合和切换方向的基础上,给出车速低于限速时非奇异最优控制工况间的最优切换规则,以及车速触及限速时3种奇异最优控制工况(部分牵引、部分电制动和部分综合制动)间、非奇异最优控制工况与奇异最优控制工况间、非奇异最优控制工况间的最优切换规则;根据最优切换规则,求解最优控制工况序列及其对应的最优速度,以及最优控制工况间最优切换发生的时机。