CBTC系統(tǒng)列車運行仿真與優(yōu)化策略.pdf

1、基于通信的列車控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control，CBTC)是城市軌道交通移動閉塞系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一。本文針對CBTC系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化策略展開研究，并開發(fā)出一套針對于城市軌道交通的列車運行仿真系統(tǒng)，對于輔助城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)設(shè)計，提高列車運行效率和保障列車運行安全具有理論研究意義和實際應(yīng)用價值。本文的主要研究成果包括：
　　列車速度控制數(shù)學(xué)模型是列車運行仿真的基礎(chǔ)，本文通過

2、對IEEE1474.1推薦安全制動模型的研究，分析了基于動力學(xué)模型和基于能量平衡模型的兩種列車超速防護算法，并進行了比較，根據(jù)兩種算法的關(guān)系在仿真系統(tǒng)中進行綜合運用，以提高列車超速防護算法的效率。以列車超速防護算法為基礎(chǔ)，在仿真系統(tǒng)的列車速度控制模型中分別建立緊急制動觸發(fā)曲線算法、全常用制動觸發(fā)曲線算法、命令速度算法和列車實際速度控制算法。該算法經(jīng)過仿真測試可以應(yīng)用到實際的列車超速防護系統(tǒng)中。
　　論文針對城市軌道交通系統(tǒng)中在某些

3、情形下，列車在車站區(qū)域的追蹤間隔過大而導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能降低的問題，對已有的CBTC系統(tǒng)列車追蹤間隔算法進行了分析，提出了一種基于站臺限速值和限速區(qū)域參數(shù)調(diào)整的正線列車追蹤間隔的優(yōu)化方法。該方法通過建立系統(tǒng)模型和仿真得到站臺限速設(shè)置、列車追蹤間隔和列車旅行速度的關(guān)系，從而獲得優(yōu)化的設(shè)置方案。通過仿真測試，表明該方法能夠優(yōu)化系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)域的列車追蹤間隔，提高系統(tǒng)性能。
　　CBTC列車和非CBTC列車混合運行模式下的列車追蹤間隔計算是實

4、際工程系統(tǒng)設(shè)計中一個比較困難的問題。為解決不同控制模式的轉(zhuǎn)換區(qū)域或在同一區(qū)域列車處于不同控制模式下的追蹤間隔計算問題，本文提出了一種基于線路特定位置與其閉塞區(qū)域的追蹤間隔計算方法，位置一閉塞區(qū)域方法(PBAM，Position-BlockArea Method)。應(yīng)用該方法在仿真系統(tǒng)中可計算出線路上任意一點的追蹤間隔，并可得到線路上連續(xù)的追蹤間隔曲線。車輛段到正線間的轉(zhuǎn)換區(qū)域是典型的混合駕駛模式的線路區(qū)段，實際工程應(yīng)用中，在系統(tǒng)設(shè)計階段

5、往往比較難以準確地求得該區(qū)段的列車追蹤間隔，若應(yīng)用論文中提出PBAM方法，通過列車運行仿真，可以計算出列車在該區(qū)段的各個位置的追蹤間隔，從而可以驗證系統(tǒng)設(shè)計是否滿足要求。
　　準確的能耗計算是其他能耗優(yōu)化算法實現(xiàn)的基礎(chǔ)。本文從CBTC列車控制系統(tǒng)速度調(diào)整算法的角度對列車運行的能耗計算進行了研究，由于列車控制系統(tǒng)最終實現(xiàn)列車運行控制，并決定了列車能耗的大小，因此該計算方式能具有較高的準確性和可控性。在能耗分析中，單獨分析了列車在制動

6、過程中的再生制動能量，為下一步多專業(yè)協(xié)調(diào)研究提高系統(tǒng)對再生制動能量的吸收率打下基礎(chǔ)。
　　在滿足系統(tǒng)列車調(diào)整需要的情況下實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保，是目前研究的一項重要課題，本文提出了一種基于遺傳算法的列車運行能耗優(yōu)化算法。該算法以降低列車牽引能耗為目標，對列車在區(qū)間的運行速度進行組合優(yōu)化，得到列車對應(yīng)于不同運行等級的能耗優(yōu)化速度曲線的滿意解。通過仿真測試，該方法除了在需要以最高能力運營的高峰時間之外，其他運行等級對應(yīng)的能耗優(yōu)化速度曲線均有很