Optimization of train plan for urban rail transit in the multi-routing mode

The train plan of urban rail transit under multi-routing mode can be divided into three parts： train formation, train operation periods and corresponding train counts of each routing in each period. Based on the analysis of passen- ger＇s general travel expenses and operator＇s benefits, the constraints and objective functions are defined and the multiobjective optimization model for the train plan of urban rail transit is presented. Factors considered in the multi- objective optimization model include transport capacity, the requirements of traffic organization, corporation benefits, passenger demands, and passenger choice behavior under multi-train-routing mode. According to the characteristics of this model and practical planning experience, a three-phase solution was designed to gradually optimize the train formarion, train counts as well as operation periods. The instance of Changsha Metro Line 2 validates the feasibility and efficiency of this approach.

Design of Integrated Monitoring and Early Warning System of Urban Rail Transit Train Running State

The monitoring and warning of urban rail transit is the core of operation management, and the breadth and depth of the monitoring range directly affect the quality of urban rail transit operation. For the current domestic monitoring system, most of the critical equipments and technologies are introduced from abroad;it is diseconomy, and also causes hidden danger. Realizing the localization of monitoring and early warning system is imperative. Based on the analysis of the present situation of urban rail transit operation safety at home and abroad, the paper proposes to use integrated technology to design basic framework of monitoring and warning system of urban rail train, and puts forward the critical technologies to realize the system. Compared with the existing monitoring system, the integrated monitoring system has the characteristics of wide monitoring range, clear division of labor, centralized management, coordination and integration operation and intelligent management, and embodies the concept of people-oriented. It has scientific significance for future construction of domestic Integrated Monitoring and Early Warning System (IMEWS) of urban rail transit.

Rational scale of urban rail transit network based on system dynamics

Urban rail transit(URT) has been playing an important role in urban sustainable development with its advantages of high speed,large capacity,high efficiency and low pollution.Estimating URT network scale is the key to ensure the scientificity and feasibility of its construction.The existing studies on rational scale of URT network have not dealt with the interaction of supply and demand.This paper describes the establishment of a system dynamics model of rational URT network scale determination,considering the interaction between URT construction and city social economic development as well as the dynamic equilibrium of capital supply and traffic demand,and the verification of the model validity by applying it to the case of Wuhan City's URT construction.

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。

城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索

城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向。碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量。针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用,首先分析城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状,从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求;结合材料特性研究碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势,以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战。对比探究5种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性,总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用。归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限,探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用。讨论碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能,通过仿真实验对比不同拓扑的器件损耗分布。研究结果表明:碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势,三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本,二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积,延长系统使用寿命。因此,将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求。研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考。

考虑动态随机客流的城市轨道交通列车时刻表仿真优化

为更加精准刻画动态随机客流与列车时刻表编制间的复杂匹配过程,综合考虑乘客动态随机到达过程、列车容量限制、车内拥挤度对乘客上下车速率影响、停站时间动态调整和列车运行安全防护等重要运营特征,构建城市轨道交通列车运行离散仿真模型。在此基础上,建立以最小化乘客平均候车时间为目标的随机非线性优化模型,并设计一种基于仿真的有限差分随机逼近算法,用于优化城市轨道交通发车方案。以国内某条线路的实际运营数据为例验证仿真模型及优化方法,结果表明所构建模型及算法具有较好的优化效果和计算效率,优化后的列车实绩运行时刻能更好地适应客流需求的动态随机性,且在不增加发车频次的前提下有效降低乘客平均候车时间,提升城市轨道交通运营管理水平。

利用A2C-ac的城轨车车通信资源分配算法

在城市轨道交通列车控制系统中,车车(T2T)通信作为新一代列车通信模式,利用列车间直接通信来降低通信时延,提高列车运行效率。在T2T通信与车地(T2G)通信并存场景下,针对复用T2G链路产生的干扰问题,在保证用户通信质量的前提下,该文提出一种基于多智能体深度强化学习(MADRL)的改进优势演员-评论家(A2C-ac)资源分配算法。首先以系统吞吐量为优化目标,以T2T通信发送端为智能体,策略网络采用分层输出结构指导智能体选择需复用的频谱资源和功率水平,然后智能体做出相应动作并与T2T通信环境交互,得到该时隙下T2G用户和T2T用户吞吐量,价值网络对两者分别评价,利用权重因子β为每个智能体定制化加权时序差分(TD)误差,以此来灵活优化神经网络参数。最后,智能体根据训练好的模型联合选出最佳的频谱资源和功率水平。仿真结果表明,该算法相较于A2C算法和深度Q网络(DQN)算法,在收敛速度、T2T成功接入率、吞吐量等方面均有明显提升。

基于安全知识库的轨道交通安全预评价方法

在当前城市轨道交通快速发展的需求下,国内轨道交通安全相关系统的预评价方法尚不成熟,积累的各类故障、事故案例无法得到有效共享,导致实际工程中预评价工作难以开展。首先,构建了基于本体推理规则的Man(人员)、Machine(设备)、Media(环境)、Management(管理)及Mission(任务)的5M多因素信号系统安全知识库。其次,阐述信号系统预评估过程,结合案例分析和应用,形成了基于安全知识库的轨道交通安全预评价方法。最后,从风险辨识质量和风险控制精准度等多方面将基于安全知识库的轨道交通安全预评价方法与一般预评价方法进行比较,结果表明该方法能够从全生命周期角度对信号系统分阶段风险进行辨识并评定风险损失,风险辨识质量高、风险控制精准度高,且该方法的实施有利于加强城市轨道交通事前安全管理效果,同时也可为安全相关系统的风险预评价理论研究提供参考。

城市轨道交通车辆均衡修检修制度和计划性检修制度对比分析

[目的]为了尽可能降低城市轨道交通车辆购置费和运维成本,我国部分城市目前已开展均衡修检修制度,因此有必要将车辆均衡修检修制度和原有计划性检修制度进行对比分析。[方法]以重庆轨道交通为例,分别介绍了两种检修制度下的检修修程和检修周期,并对两种检修制度下的车辆上线率和检修列位进行了对比分析。[结果及结论]相较传统计划性检修制度,均衡修检修制度下每列列车每年扣车时间减少了19 d,且所需检修列位数增加了18.5%。结果表明,城市轨道交通车辆均衡修检修制度更为合理。

苏州城市轨道交通售检票系统多源市民卡兼容接入研究

[目的]为了解决市域轨道交通运营时售检票系统对其他市民卡票种兼容接入的问题,需对苏州大市范围内的市民卡兼容接入进行统一规划,以形成一套完备的兼容接入方案。[方法]为此,根据苏州城市轨道交通售检票系统市民卡接入现状,梳理苏州市民卡的接入业务,分析市民卡兼容接入需求及接入工作内容;从优惠政策、技术标准、票卡结构等方面分析市民卡接入的实施难点及合理的解决思路,并根据交易结算方式提出间接接入、直接接入、混合接入3种兼容接入方案;从经济性、安全性、便捷性等层面对各方案进行了比选,并从标准制定、参数化配置两方面对兼容接入的具体实施提出建议。[结果及结论]研究和方案比较结果表明:售检票系统市民卡兼容接入涉及诸多难点,需多方协调解决;混合接入方案兼顾了改造工作量及各接入方的权益,灵活性强、适用性更好;制定市民卡兼容接入标准能够有效降低接入难度及接入成本。

基于主成分分析法的城轨运营安全评价指标体系研究

研究城轨运营事故的分布特征和致因机理,对保障运营安全、制定安全管控措施具有重要意义。本文针对1970—2022年国内外425例城轨运营事故,对比分析运营事故的发生原因及时间分布特征。基于致因机理并结合主成分分析法,构建城轨运营安全评价体系,提出基于博弈论的组合权重评价方法,并以1990—2022年我国274例运营事故数据为例,结合专家打分情况,从宏观角度分析我国城轨运营安全状况。研究结果表明:引发运营事故的原因包括人员因素、设备因素和环境因素,其中国内和国外由设备原因导致的运营事故占比最高,分别为65%、56%,1月、3月、7月、8月和12月为事故频发月份,与客流高峰月份相同;组合赋权法既考虑客观统计数据中的信息量,又结合主观专家的经验积累,其评价结果与统计结果相差较小,证明评价方法的可行性。

城市轨道交通数字孪生标准体系研究

随着国家“新基建”战略对于建设数字孪生城市建设的指引,我国城市轨道交通工程作为城市公共基础设施的重要组成部分进入了新的发展时期,通过构建数字孪生体系将会加快推动城市轨道交通工程全生命周期智能化进程。本文主要研究了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的重点方向:首先阐述了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的目的与意义以及当前城市轨道交通数字孪生标准化现状,并就标准体系构建的重点原则进行了分析;其次结合目前制造业的数字孪生模型架构和技术体系,建立了城市轨道交通领域的数字孪生标准体系架构;最后结合国内目前城市轨道交通领域技术体系标准制定的现状,详细分析了物理实体、虚拟实体、平台与服务、连接与集成等技术标准的构建基础与思路,以期促进数字孪生技术在我国城市轨道交通领域的全面推广应用。

城市轨道交通应急演练体系发展现状与对策

应急演练是城市轨道交通应急管理的重要组成部分,其不仅可以提升城市轨道交通行业人员应急处置能力,也是评估检验城市轨道交通应急预案的重要手段。阐述城市轨道交通应急演练需求分析,在对我国城市轨道交通应急演练体系发展现状进行分析的基础上,针对城市轨道交通应急演练体系中存在的演练标准规范体系有待完善、应急演练联动程度较低、应急演练基地布局不合理等问题,提出城市轨道交通应急演练体系发展的对策建议,即构建具有应急演练过程支撑、应急演练评估培训及社会安全教育等功能的城市轨道交通应急演练综合中心,建立多专业联动和城市轨道交通与多部门协同的应急演练体系,构建城市轨道交通应急演练指南和评估指标体系,为我国城市轨道交通应急演练体系发展提供借鉴。

地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件易损性分析

为对地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件损伤状态进行分析,以上海城市轨道交通11号线高架段为研究对象,通过OpenSees建立梁轨一体化抗震分析模型。选取符合目标反应谱的10条地震波进行调幅,将调幅后的地震波输入抗震分析模型中;选取桥梁支座、钢轨以及轨道扣件作为轨桥系统关键部件,进行增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)并提取对应的IDA曲线,对IDA曲线进行回归分析得到支座与扣件地震概率需求模型数学表达式;提出支座、钢轨以及轨道扣件损伤状态界限值,基于正态分布假设得到支座与扣件不同损伤状态下超越概率,据此绘制易损性曲线。结果表明,罕遇地震作用下钢轨横向残余变形较小,发生轻度损伤概率为0%;当峰值加速度超过0.5g时,支座发生轻度损伤超越概率显著增加,扣件发生轻度损伤的超越概率接近100%;选取不同损伤指标对扣件进行易损性分析时,以位移幅值为损伤指标得到的扣件损伤概率更高;随着地面峰值加速度的增大,扣件有较大概率先于支座发生损伤。

CBTC系统保护区段触发策略的优化

[目的]城市轨道交通线路的CBTC(基于通信的列车控制)系统在特定场景中具有一定的局限性:当一条进路存在多个保护区段时,联锁无法根据列车的前进方向灵活选择保护区段,难以满足灵活、自动建立进路的需求,需要优化保护区段触发策略。[方法]简要介绍了CBTC系统下进路触发及保护区段设置的基本原理,列举了既有保护区段控制方案下的2个典型问题场景。提出了保护区段触发策略优化方案,即由ATS(列车自动监控)自动选择保护区段方向并交由联锁执行。以场景一(列车跳停回库)为例,根据列车动力学特征,对优化前后的列车跳停性能进行了对比分析。[结果及结论]以列车跳停回库为场景案例的分析结果表明,优化保护区段控制策略后,列车跳停的时间性能大为提升。此优化方案具有可行性,可显著提高办理保护区段的灵活性,提升列车跳停的效率。

城市轨道交通换乘站位置对乘客换乘路径选择的影响

[目的]城市轨道交通乘客实际出行中存在一些不宜量化的因素(如换乘站在线网中的位置等)。这些因素难以量化折算为城市轨道交通多路径概率选择模型中的出行路径阻抗,需要研究这些因素对乘客路径选择的影响。[方法]根据换乘站在城市轨道交通路径中的位置将换乘站划分为居路径前段、居路径中间、居路径后段三类。基于手机信令获取得到的上海轨道交通线网乘客出行数据,选取其中的典型OD(起讫点)对及符合研究要求的换乘站,将多路径概率选择模型计算得到的选择比例与路径实际选择比例进行对比,分析得到不同换乘站类型对乘客换乘路径选择的影响规律。[结果及结论]与居路径中间换乘站相比,乘客更趋于选择在居路径前段、居路径后段的换乘站进行换乘,其路径实际选择比例较模型计算选择比例约高10%。构建多路径概率选择模型时,不能简单地将换乘因素量化折算为阻抗,应对各换乘因素进行综合考虑。

偏心故障齿轮系统内部动力激励及振动响应研究

以山区曲线半径较小的城市轨道交通传动齿轮系统为例,提出一种计算偏心故障时齿轮系统内部动力激励的方法。首先,建立含偏心故障的齿轮几何模型,以螺距点为边界将偏心故障下的斜齿轮副接触线分成两段,计算齿轮副的摩擦激振力,得到齿轮副偏心故障对摩擦激励的影响规律。其次,建立偏心故障齿轮系统的多自由度集中质量动力学模型,得到齿轮系统的动态啮合力。最后,以动态啮合力为内部动力激励,采用模态叠加法研究齿轮系统的振动特性,并对计算结果和实验结果进行对比分析。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好,偏心故障动态响应的频域分量与试验结果的关系更为密切,研究结果可为齿轮系统偏心故障的早期监测提供理论依据。