列车运行图

列车运行图（精选十篇）

列车运行图篇1

不失一般性,假设城市轨道交通自成独立非闭合系统,即线路与线路之间没有平面交叉,且线路采用双线(复线)运营模式,两方向列车分线对向行驶,互不干扰。这里定义列车从车辆段出段方向为上行方向,反之为下行方向,轨道交通的线路L由车站集合N和区间集合E构成,即L=(N,E),车站集合N={1,2,…,n},车站之间形成的区间集合为

其中,E+为上行区间集合,E-为下行区间集合

列车从车辆段出段后的上行起点站N+d,下行起点站N-d,线路L上开行的列车集合

其中,上行列车集合T+={1,2,…,c},下行列车集合T-={c+1,c+2,…,c+c′}。

对∀e(i,j)∈E,t $_{i}^{y}$ ,j表示列车在区间e(i,j)的纯运行时分,t $_{i}^{q}$ 表示列车在车站i∈N的起车附加时分, t $_{j}^{t}$ 表示列车在车站j∈N的停车附加时分,t $_{i}^{a}$ 、j表示列车从车站i到j的总运行时分,假设列车在每一车站都停车,则有

$t_{i}^{a}, j = t_{i}^{y}, j + t_{i}^{q} + t_{j}^{t} .$

对∀i,j∈N,k∈T,t(k) $_{i}^{d}$ ,j表示第k列车从车站i经由区间到达车站j的时分,t(k) $_{i}^{f}$ ,j表示第k列车从车站i出发进入区间e(i,j)的时分,t(k) $_{i +}^{s}$ 表示第k列车上行在i站的停站时分,有

$t (k)_{i +}^{s} = t (k)_{i, i + 1}^{f} - t (k)_{i - 1, i}^{d} . (1)$

t(k) $_{i -}^{s}$ 表示第k列车下行在i站的停站时分,有

$t (k)_{i -}^{s} = t (k)_{i, i - 1}^{f} - t (k)_{i + 1, i}^{d} . (2)$

在已定的线路、车辆、信号、管理条件下基本的行车技术数据和参数有:区间纯运行时分集合Y={t $_{1, 2}^{y}$ ,t $_{2, 3}^{y}$ ,…,t $_{n - 1, n}^{y}$ ,t $_{n, n - 1}^{y}$ ,t $_{n - 1, n - 2}^{y}$ ,…,t $_{2, 1}^{y}$ },起车、停车附加时分集合分别为

$\begin{array}{l} Q = {t_{1, 2}^{q}, t_{2, 3}^{q}, \dots, t_{n - 1, n}^{q}, t_{n, n - 1}^{q}, t_{n - 1, n - 2}^{q}, \dots, t_{2, 1}^{q}}, \\ D = {t_{1, 2}^{t}, t_{2, 3}^{t}, \dots, t_{n - 1, n}^{t}, t_{n, n - 1}^{t}, t_{n - 1, n - 2}^{t}, \dots, t_{2, 1}^{t}} . \end{array}$

对于∀k∈T,t(k) $_{i}^{d}$ 、t(k) $_{i}^{f}$ 分别表示第k列车在车站i∈N的到、发时刻。

下行总运行时分

上行总运行时分

从线路起点站至车辆段所在站N+d的往、返运行时分分别为

同理,从线路车辆段所在站N-d至终点站n的往、返运行时分分别为

2 列车运行图数学模型

2.1中间站列车运行时刻推算方法

对于城市轨道交通系统,其列车运行不存在越行和会让,停站时分相对固定,因此,列车在各站的到发时刻直接取决于起点站的发车时分或取决于列车终点站的到达时。根据列车区间运行时分t $_{i, j}^{y}$ ,起停车附加时分t $_{i}^{q}$ 和t $_{j}^{t}$ ,中间站停站时分t(k) $_{i +}^{s}$ 和t(k)si-、起点站(终点站)的出发时分(到达时分)确定列车运行轨迹。这一特点就为求解列车运行图提供了一种可行的简单方法,通过对列车进行合理的初始布点,确定列车运行始发或终到时刻,采用顺序或反序推点计算其在中间站的到、发时刻。在获取列车始发时刻和列车在各站停车时分的条件下,对列车进行顺序推点可采用以下计算方法。

1)上行顺序推点

2)上行反序推点

同理,对下行方向列车进行顺、反序推点可以采用同样的计算方法。

2.2列车运行图通用数学模型

根据城市轨道交通系统线路与车辆段配置的实际情况,可以把线路简化为只含有线路起点站、终点站、车辆段的简单线路。简化主要由线路是否为环形以及车辆段所在位置决定。车辆段位置在起点车站或终点车站时简化为两站图,车辆段位于起点站和终点站之间则简化为三站图。图1为两站和三站的示意图。

2.2.1 两站图列车始发布点计算方法

结合上述列车在中间站到、发时刻推算方法,对于图1(a)的两站图线路,求解其列车运行实质上就是计算起、终点站的列车始发时间或终到时间变量t(k) $_{1, 2}^{f}$ 、t(k) $_{1, 2}^{d}$ 和t(k) $_{i, j}^{f}$ 、t(k) $_{i, j}^{d}$ 。该类运行图通过分时段,采用公交化的布点方式构建。无车辆段的一端车站受车辆配置条件限制,其列车始发时间确定于该站到达列车的到达时刻,终点车站对向列车接续关系如图2所示。

因此,对于任意下行列车k的始发时间可由最近的上行列车j的终到时间确定

$\begin{array}{l} t (k)_{n, n - 1}^{f} = t (j)_{n - 1, n}^{d} + t^{z f}, \\ t (k)_{n - 1, n}^{d} = t (j)_{1, 2}^{f} + t_{z}^{+}, \\ t (k)_{n, n - 1}^{f} = t (j)_{1, 2}^{f} + t^{z f} + t_{z}^{+} . (9) \end{array}$

式中:tzf为起点、终点车站对向列车最小折返时间,min。

两站图运行图的铺画关键在于对车辆段一端车站的始发时间进行初始布点。若采用分时段公交化初始布点的方法,首先要得到车辆最早和最晚出入段时间tcd、trd,各时段的行车间隔t $_{t_{1} - t_{2}}^{g}$ ,公式为

$t (j)_{1, 2}^{f} = t (j - 1)_{1, 2}^{f} + t_{t_{1} - t_{2}}^{g} . (10)$

在对所有列车布点后,采用顺推或反推列车运行时刻方法得出所有列车在各途经中间站的到发时分。

2.2.2 三站图列车运行图编制数学模型

三站图相对于两站图就更为复杂,由于线路起、终点站都不能产生列车,所以始发列车受到终到列车的限制。列车运行要受到以下条件约束:

1)同向最小列车追踪间隔时间I约束。同一车站同向两相邻出发的列车k1、k2的连发追踪间隔时间t $_{k_{1}, k_{2}}^{l f}$ 满足下式

2)相邻出发列车之间必有一列车到达约束。由三站图含义,出发列车由终到列车到达后转为出发。本着充分利用列车车底的原则,尽可能减少车底折返时间。所以,列车是一到一发成对运行,对于两相邻始发的上行列车k1、k2及下行列车

同理,对于两相邻始发的下行列车k1、k2及上行列车k3,有

$\begin{array}{l} \exists k_{3} \in Τ^{+} ‚ \\ s t . t (k_{1})_{n, n - 1}^{f} \leq t (k_{3})_{n - 1, n}^{d} \leq t (k_{2})_{n, n - 1}^{f} . \end{array}$

相邻同向列车始发约束见图3。

3)车辆出入段站满足发车时间和到站时间。第一列车出段时间要满足车站最早可发车时间

每天最后一列车要入段,则最晚到达时间为

在满足以上几个约束的前提下,构建列车运行目标函数。一般可以按照列车运行的均衡性来考虑,尽量使列车按照以下两种等间隔方式运行:一种方式是列车全天候等间隔运行,该方式得到的列车运行图均衡性最好,但是实用性不强;另一种方式是列车分时段等间隔运行,该方式可以充分考虑到客流高峰与低谷时段,结合实际客流安排列车运行。设每天依据客流量分成m个客流时段,分段集合为{t0,t1,…,tm}。设D(tf)、D(td)分别为每一分段列车出发、达到时间间隔方差,在一定程度上可以表示为列车运行线的均衡程度,列车运行图目标函数可表示为

$\min z = \sum_{i \in n} \sum^{k \in Τ} \sum_{t_{0}}^{t_{m}} [D (t^{f}) + D (t^{d})] .$

地铁列车运行图数学模型

3 结束语

国内外已有文献对城市轨道交通的列车运行计划,尤其是列车运行图编制理论和方法方面的研究还不是很完善。文章在参考既有线运行图编制理论的基础上,根据城市轨道交通的两种基本站图的独有特点,建立了运行图的通用数学模型,为进一步编制打下了良好的基础。文章还需要在求解算法及编制方法方面进行进一步的研究。

摘要：在介绍列车运行图基本知识的基础上,研究运行图绘制的总体方法,并对其中折返站运行图绘制处理、高峰与非高峰时间段过渡时间段处理、列车出入车库的处理进行系统主要部分和实现难点的详细阐述。并在此基础上建立数学模型,采用对列车运行图进行编制的方法。

关键词：运行图编制,城市轨道交通,模型,推算

参考文献

[1]倪少权,吕红霞,刘继勇.计算机编制列车运行图系统调整系统设计及实现[J].西南交通大学学报,2001,36(3):240-244.

[2]毛保华.城市轨道交通系统运行管理[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]王仲峰.计算机编制列车运行图方法的研究与运用[D].北京:铁道部科学研究院,2005.

[4]吴洋.晚点情况下地铁列车实时运行调整及速度控制模式研究[D].成都:西南交通大学,2004.

[5]杨肇夏,胡安洲,李菊,等.列车运行图动态性能及其指标体系的研究[J].铁道学报,1993,12(4):46-56

[6]彭其渊,朱松年,阎海峰.列车运行图可调整度评价系统研究[J].西南交通大学学报,1998,33(4):367-371.

新版列车运行图启用篇2

据了解，新版列车运行图更新了津保铁路、成渝高铁、赣瑞龙铁路、海南环岛高铁西段等底新开通的线路方案，使高铁成网效应更加明显。同时安排增开沈阳北—北京南、北京南—杭州东、贵阳北—深圳北等动车组列车，安排京沪、合福高铁等部分客流较大线路的.G字头列车重联运行，使既有高铁的运能得到进一步提升，

此外，新图也进一步优化了普速旅客列车开行方案。铁路部门安排既有铁路增开郑州至西宁、上海南至韶关东，又有深圳至洛阳、乌鲁木齐至南宁、西安至南京、兰州至合肥等直通普速客车。尚未购到春运火车票的乘客可以登录12306网站了解详细信息，提高购票成功率。

新列车运行图启用春运火车票或有“捡漏”机会

1月10日起，全国铁路将实行新的列车运行图，至此，全国铁路开行旅客列车总数达到3142对，其中动车组列车1980.5对，占比超过六成。

列车运行图篇3

关键词：单线区段列车；运行图铺划；运行调整优化

中图分类号： U292.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-44-2

0 引言

计算机编制列车运行图具有很大的难度，因此受到了很多相关专家学者的关注。单线区段列车运行图因为受到运行线相互约束和相互影响的作用具有更加复杂的问题和更多的冲突化解方案，因此其属于超大规模优化的问题。为此，本文针对单线区段列车运行图铺划与运行调整优化方法进行了分析和介绍。

1 单线区段列车运行图铺划问题分析

在某一时间范围内单线区段列车运行图的某一闭塞区间一般只能被一列列车所占用，而且只能够在车站进行列车的越行和交会作业。所谓的单线区段列车运行图铺划问题主要就是对区间、车站和列车之间的关系进行处理，将列车的作业时刻和运行次序等在众多条件的约束下合理的确定下来，并且对在车站列车的越行与交会进行合理安排，最终使列车的旅行速度得以有效提升。作为一个超大规模的优化问题，整体优化24小时运行图具有太大的组合方案而很难进行求解。作为一种闭合圆筒，区段运行图是以24h为周期的，因此能够对其进行划分，使其形成若干个小的时间段，每次优化都是在一个时间段中进行的，这样就可以将该阶段的优化解很快的求出来。并且以阶段优化化解作为基础，最终以时间循环迭代的方式将列车的运行图整体优化解计算出来。

2 单线区段列车运行图的阶段优化模型分析

优化与运行调整某一阶段的运行图具有一致的优化方法。在这里可以对运行调整方法和手段进行借鉴，通常将[t0，t1]这一时间段确定为3—4小时，然后分解优化模型，使其成为[t0，t1]阶段优化模型，同时设定已经铺划完成t0时刻以前的运行图工作，以此为基础，在优化本阶段运行图的时候采用最早冲突优化方法[1]。

2.1 单线区段列车运行图的优化模型

在这里我们必须要注意的是最小旅行时间和最大旅行速度在一个时间段内并不是等价的，所以在该时间段内不同列车具有不一定相等的运行里程。基于此，在目标函数中需要对旅行里程最小和旅行时间最小进行同时谋求，也就是划分等待铺划的货车，使其成为两类，其中一类就是在[t0，t1]这一时间段内被铺划到终点站区段的；而其中的另一类就是在时刻t1前在起点区段站到达，在时刻t1后在终点区段站到达，随其进行分别求和，最终将旅行的时间得出：

其中时刻t0以前的部分常量包含在了旅行时间中，将在本区段于时刻t1第i列上行列车行驶的列车确定为DS（i，t1），在本区段于时刻t1第j列下行列车行驶的列车确定为DX（j，t1），从而能够将旅行里程得出：

其中时刻t0以前的部分常量包含在了旅行里程中，这里按照货车的平均旅行速度B将旅行里程折算成为旅行时间，并且对其进行优化，这时候就可以转化目标函数，使其成为：

这样就能够计算出区间运行时分约束、列车停站时分约束、连发间隔时间约束、不同时到发间隔时间约束、不同时发到间隔时间约束、会车间隔时间约束、不同时到达间隔时间约束、不同时发车间隔时间约束[2]。

2.2 最早冲突优化方法分析

在优化阶段运行图的时候，本文将最早冲突优化方法设计了出来，在对货物列车运行线进行规划的时候，首先只是对旅客列车运行线的约束进行考虑，而不会对各个货物列车间的约束予以考虑。将基准时刻作为某一时刻t0，假设已经铺划好此时刻以前的运行图，在此基础之上，彼此独立的上下行货物列车沿着各自的方向推进，这样就能够对区段的货物列车运行线进行铺划。在初始的时候将货物列车初始布点和客车框架在任意选取基准时刻t0的情况下作为基础进行优化[3]。

3 时间循环迭代法在列车运行图铺划中的具体应用

在完成一个阶段的运行图优化工作之后，应该具体的比较该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果。如果该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果能够吻合，就说明运行图的优化工作完成。如果该阶段优化前一个周期的运行图和优化之后的结果不吻合，那么应该使用优化之后的结果来对优化前一个周期的运行图进行替代。由于优化工作的时间段是[t0，t1]，不以t1为边界进行优化和以t1为边界进行优化，可能会出现不同的优化结果。因此在对原图进行替换时，应该重新优化t1前一小时的运行图，不对其进行替换，尽可能使优化结果能够保持一致。这样一来，循环迭代优化的周期是24小时，优化基础是前一阶段的优化结果。通过这种周而复始的优化，最终将完整的运行图优化出来，这个过程也就是时间循环迭代优化法在列车运行图铺划中的具体应用过程[4]。

在这个过程中，货物列车运行线在优化的初始阶段并不存在，这是因为其具有较快的旅行速度，受到旅客列车的制约较少。在逐个化解冲突并进行了一个周期的循环之后，前面已经铺划好的货物列车运行线和旅客列车运行线都会对后面的运行线进行约束，导致速度减慢。随着速度的趋稳，完整的闭合运行图也能够被优化出来。完成一个周期优化之后，时间循环迭代优化还会继续循环滚动，这样就不需要特意处理过表问题。

4 结语

本文立足于单线铁路列车运行图本身的特点，并对运行调整方法、运行图周期性特点进行了综合考虑，将运行图铺划模型建立了起来，并对其进行了阶段性分解，使用最早冲突优化方法来对每个阶段对运行图进行优化，效果十分明显。以此为基础，又使用了时间循环迭代优化，当运行线趋于平稳时，就能够使运行图获得整体最优的效果。

参考文献

[1] 孟学雷，徐杰，贾利民.列车运行图稳定性研究综述[J]. 铁道科学与工程学报，2013（02）.

[2] 冉锋，陈瑞金，王文浩，孟令云.列车运行图冗余时间布局优化方法[J].科技与企业，2013（19）.

[3] 陈军华，张星臣，徐彬，褚文君.高速铁路列车运行图稳定性及其影响因素分析[J].物流技术，2011（15）.

高速列车运行仿真设计篇4

关键词：高速列车,综合仿真,电气特性,软件

0 引言

高速列车融合了机械工程、现代控制、电子、材料与结构、通信与计算机等多个学科的一系列高新技术,针对如此复杂的系统工程,开发优化设计仿真平台,进行前期良好的功能定位以及开发进程规划至关重要。

目前国内外关于高速列车综合仿真软件的研究比较少,而建立一套整体的电气综合仿真软件确实有着一定的难度,其他科研机构曾经就高速列车的牵引传动系统建立了基于Simulink和VC++混合编程的仿真软件,由于需要两者之间的数据交互和仿真,仿真周期比较长,同时其只是针对牵引传动系统进行了仿真,并没有结合列车实际的运行状态,故而其仿真与列车实际运行情况依然存在着一定的差异[1,2]。而本文基于列车顶层指标[3,4],针对高速列车的电气特性设计以及运行策略进行了分析,并且搭建了一套集设计、验证与展示为一体的电气综合仿真平台,该优化设计仿真平台还能够支持高速列车相关技术的研究[5,6]。

1 高速列车优化设计仿真软件平台框架

图1为高速列车优化设计仿真软件结构框架。仿真软件主要包括5部分,即基本数据设定、列车内部子系统建模、综合仿真、接口以及结果分析。

(1)基本数据设定。定义列车名称和基本编组信息,并对优化设计列车的顶层目标值进行设定。

(2)列车内部子系统建模。通过参数设计完成列车子系统搭建,包括牵引传动子系统和制动系统。其他子系统随着仿真的深入,将逐步搭建。

(3)综合仿真。针对建立的列车模型进行多样化仿真,以验证列车性能;根据仿真结果,优化列车模型,包括列车运行仿真。随着平台的完善,可进行的仿真逐渐增加,例如轮轨关系动力学仿真、车体与空气的流固耦合仿真等。

(4)接口。为实现与硬件实验平台、三维视景仿真、司机模拟控制台、外部系统模型以及其他软件平台的数据交互和联合仿真,在综合仿真部分留有系列接口。

(5)结果分析。以实时展示和设计报告等多种形式对仿真结果进行分析,对设计结果进行总结。

2 电气特性设计

2.1 牵引传动系统能量转换

动车组牵引时,将电能转换成机械能,其能量转换和传递途径如下:接触网高压交流电→受电弓→机车变压器(低压交流电)→ 整流器(直流电)→ 逆变器(VVVF)→牵引电动机→齿轮→旋转力矩→轮轨间黏着作用→机车牵引力。而再生制动时,轮轨间黏着作用提供给动车组制动力,其能量转换和传递途径与牵引时相反。

2.2 牵引/制动特性曲线设计

列车牵引特性曲线的设计是在对列车性能有明确要求基础上,得到一条满足列车各项运行指标的列车牵引力-运行速度曲线。列车牵引特性曲线的设计流程如下:

(1)根据列车相关参数(如列车动车和拖车辆数、单位乘客体重、每辆车的轴数、列车运行基本阻力、列车启动阻力、惯性系数以及最高运行速度时剩余加速度等)计算列车牵引特性相关参数。

(2)根据列车牵引特性相关参数求解列车最高运行速度时的牵引力。先计算出列车牵引功率,根据牵引力、列车运行速度及牵引功率的关系求解出此时的列车牵引力。

(3)计算启动(即速度为0)时的列车牵引力。

(4)目前国内采用日本黏着公式,计算得到列车牵引特性曲线方程。

2.3 异步牵引电机特性设计

异步牵引电机特性曲线计算就是根据传动比和轮径将机车特性曲线转换成电机的转矩- 转速特性曲线,以确定电机的恒功功率及恒功范围、启动转矩、最高转速、最大转矩、电机电流和定转子漏感等参数。

图2为高速列车运行时电机转速和电机转矩之间的关系曲线,随着电机转速的增加,电机转矩几乎呈线性下降趋势。图3为列车速度与转矩之间的关系,当列车速度小于120km/h时,转矩保持恒定,当列车速度大于120km/h时,转矩呈下降趋势,但仍然保持功率恒定。

3 软件功能

3.1 列车模型与线路条件设定

该软件可以进行较为详细的列车编组数据设定。单节车辆为最小模块,动力单元由少量动车和拖车组成,连接多个动力单元即可构建列车模型。细致的列车建模,能够区分不同类型的动力单元在牵引和制动性能方面的差异,同时可以对线路条件进行详细的编辑,能够完成线路坡道、曲线以及其他标记数据的编辑,作为运行仿真的线路数据。

3.2 运行仿真策略

3.2.1 最小时分运行策略

列车最小时分的基本运行模式是以最大牵引力牵引到第一限速区,接着在任一限速路线段,最大可能地采用限制曲线均速运行。在任一限速提高过渡段,在出最低限速段后用最大牵引过渡到高限速段;在任一减速过渡路段,在最迟的时间采用最大制动实现速度的过渡;在停车点前,采用最大制动力进行反推。

为提高计算效率,初始化时将各处限速尽量计算清楚,初始化完成后,系统将显示线路与车站设置,并将根据线路限速、特殊限速及列车制动能力计算出的系统限速显示出来。

3.2.2 固定时分运行策略

针对固定时分运行策略,需将整段线路进行分段处理,分段的节点可以选择线路的限速节点,也可以选择过分相节点。这样做有利于算法的构建以及数据的查找,减小计算量。

每个分段采用固定的时间会导致一定的误差,最终无法满足列车运行的精确度要求,因此可以利用时间和距离的关系,每到一个分段的开始节点就对分段时间进行计算。

这种策略是采用距离分配整个线路段的富裕时间,需要注意的一点是富裕时间一定为正,否则就按照最短时间运行。采用该种策略可以很好地保证列车固定时分的运行。

3.3 运行仿真

该软件建立了功能比较完善的牵引计算模型,以京沪线实际线路数据为线路模型,可采用最小时分、常态运行、固定时分3 种仿真策略进行列车运行模拟。计算输出运行速度、时分、电机电力、功率、全程能耗等数据,三维仿真效果图如图4所示。

4 结束语

本文根据高速列车的电气特性的设计、验证与展示,研发了一套高速列车综合仿真软件,该软件可以对列车牵引制动特性、列车电气特性以及运行策略进行仿真分析,可以对不同种类高速列车进行仿真分析和验证。在列车运行策略方面,介绍了列车最小时分运行和固定时分运行条件下的运行策略计算流程。最终完成了高速列车电气综合仿真软件的设计,软件在实现牵引/制动曲线设计、列车常态运行仿真外,还增添了运行仿真动画显示和三维仿真的动态显示界面,增加了用户操作的趣味性和真实感。

参考文献

[1]董继维,汪斌,卢琴芬,等.基于Simulink和VC++混合编程的高速列车牵引传动系统仿真软件[J].机电工程,2011,28(12):1519-1522.

[2]汪斌.列车牵引传动系统性能分析和仿真技术研究[D].杭州:浙江大学,2013:35-65.

[3]张曙光.京沪高速铁路系统优化研究[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[4]王月明.动车组制动技术[M].北京:中国铁道出版社.2010.

[5]黄问盈.铁道轮轨黏着系数[J].铁道机车车辆,2010,30(5):17-25,33.

济南铁路局列车运行图调整方案篇5

为优化铁路运输组织，充分利用新增铁路运力资源，自1月10日零时起，我局实行底调整列车运行图，具体如下：

.1.10济南运行图

一、直通旅客列车变化

1.增开直通旅客列车

(1)增开济南西～郑州东G1706/7 G1708/5次高速动车组列车1对，经由京沪高铁、津霸客专、霸徐线、京广高铁运行，开行日期另行通知，

(2)增开安庆～北京南G162/G161次高速动车组列车1对，经由宁安客专、合福、合蚌、京沪高铁运行，开行日期另行通知。

(3)增开北京南～杭州东G165/G166次高速动车组列车1对，经由京沪、宁杭高铁运行。G165次由北京南、G166次由杭州东均自1月10日起开行。

2.变更运行区段列车

(1)丹东～青岛北K958/5 K956/7次运行区段变更为白城～青岛北。K958/5次由白城自1月10日，K956/7次由青岛北自1月11日起按新时刻运行。

(2)石家庄～烟台K1215/4/5 K1216/3/6次运行区段变更为石家庄～青岛北。K1215/4/5次由石家庄自1月9日起按新时刻运行，K1216/3/6次由青岛北自1月10日起按新时刻运行。因新旧交替关系，K1216/3/6次由烟台自1月10日起停运。

(3)齐齐哈尔～天津K568/9 K570/67次延长东莞东。 K568/9次由齐齐哈尔自1月10日、K570/67次由东莞东自1月13日起按新时刻运行。

3.停运列车

贵阳～天津K1342/3 K1344/1次停运。

4.其他调整列车

(1)哈尔滨-汉口T184/1次改为哈尔滨西始发。T184/1次由哈尔滨西自1月10日起按新时刻运行。

(2)济南～乌鲁木齐南Z105/Z106次改为乌鲁木齐始发终到。Z105次由济南自1月8日、Z106次由乌鲁木齐自1月10日起按新时刻运行。

(3)青岛～成都K208/5 K206/7次、沈阳北～成都K388/5 K386/7次，增加广元办理客运业务。按新时刻开行日期另行通知。

(4)海口-哈尔滨Z112/3次、汉口-哈尔滨T182/3次、重庆北-哈尔滨K1064/1次改为哈尔滨西终到。均自1月10日起按新时刻运行。

(5)北京南-合肥南G269次由周末线改为日常线，北京南-合肥G271次由日常线改为周末线，同时合肥～北京南G262/G271次改为合肥南始发终。均自1月10日起按新时刻运行。

二、管内旅客列车变化

1.增开2对

增开平度～青岛T7565/T7566次、平度～青岛北T7567/T7568次特快旅客列车2对，经由胶济、海青线运行。因车底检修需要，青岛-平度T7566次、平度-青岛北T7567次每周三停运。T7565次由平度、T7566次由青岛、T7567次由平度、T7568次由青岛北均自1月10日起开行。

2.变更运行区段1.5对

(1)济南西～荣成D6071/D6080次运行区段变更为枣庄(滕州东)～荣成，车次改为D6086/7 D6088/5次。D6086/7次由枣庄、D6088/5次由荣成均自1月10日起按新时刻运行。

(2)青岛-济南D6008次运行区段变更为青岛北-济南。D6008次由青岛北自1月10日起按新时刻运行。

3.停运2对

青岛～平度T7562/T7563次、青岛北～平度T7564/T7561次停运。T7563次由平度自1月9日起停运，T7562次由青岛、T7561次由平度、T7564次由青岛北均自1月10日起停运。

4.其他调整5对

(1)青岛～济南D6006/D6013次、济南(济南西)～荣成D6077/D6082次、济南～烟台D6051/D6054次改为使用4组CRH2A统型车底,重联开行。D6006次由青岛、D6013次由济南、D6077次由济南、D6082次由荣成、D6051次由济南、D6054次由烟台均自1月10日起按新时刻运行。

(2)济南西～荣成D6081/D6072次改为使用2组CRH380B统型车底重联开行。D6081次由济南西、D6072次由荣成均自1月10日起按新时刻运行。

(3)青岛北(烟台)～菏泽5032/3 5034/1次车次改为5014/5 5016/3。5014/5次由青岛北、5016/3次由菏泽均自1月10日起按新时刻运行。

三、高峰线变化

1.直通调整0.5对

济南西-上海虹桥G4261次改为济南始发。

2.直通停运1对

北京南～杭州东G4201/G4202次停运，

3.原有直通高峰线保留9.5对

(1)北京南～荣成G4217/G4218次1对。

(2)枣庄(济南西)～北京南G4288/G4287次1对。

(3)上海虹桥-济南西G4262次0.5对。

(4)枣庄(济南西)～沈阳G4266/7 G4268/5次1对。

(5)济南西～北京南G4524/G4523次1对。

(6)北京南～烟台G4219/G4220次1对。

(7)北京南～济南G4961/G4962次(原车次G4061/G4062)1对。

(8)北京南～青岛北D4959/D4960次(原车次D4059/D4060)1对。

(9)北京南～济南西G4215/G4216次1对。

(10)北京南～杭州东G4903/G4904次(原车次G4203/G4204)1对。

4.管内增加高峰线3对

(1)青岛北～济南东D9462/D9461次管内动车组列车1对。

(2)济南东～烟台D9451/D9452次管内动车组列车1对。

(3)荣成～烟台D9472/D9471次1对。

以上信息如有变化，请以车站公告为准!

列车运行图篇6

【关键词】轨道交通；CBTC；列车自动运行调整；移动闭塞

1、城市轨道交通列车运行调整发展概况

J．E．Cury等人首先针对巴西圣保罗地铁公司的南北运营线，提出了一种产生“最优调度计划”的方法。他们采用动态规划的方法求解问题，为保证大范围求解的有效性，采用了分解/协调技术，将原问题化为一些不相关的小规模优化问题，进而使问题得到解决。

日本学者f1．Susam与Y．Ohkama，S．Araya与S．Sone在此后较全面地论述了行车动态特性在城市轨道交通行车控制过程中的重要性。他们在建立了车流模型和客流模型的基础上，完成了两个行车动态特性的模型描述：SSM(StationSequential Model)和TSM(Train Sequential Model)，并给出了相应的全局状态反馈控制解。但该模型同样也有控制量的得出，需要简化才能适用于现有调度集中系统的缺点。

目前，轨道交通行车调整的研究基本是围绕智能处理方法这一主线展开，包括专家系统、模糊决策等。1990年，意大利的G．Vernazza等人运用分布式人工智能的思想，以车站为单元构成了一种分布式的行车指挥方法，以期实现实时性的调度。他将调整问题简化为资源分配的问题，并通过“合同网”冲突消解机制进行问题求解，取得了一定的实用效果。

2、列车运行调整的目标

列车运行调整的目的是尽快使列车从无序变为有序。评价一个运行调整方案的好坏，无论是人工调整还是自动调整，都可以从以下几个方面来衡量。

2.1 减少列车实际运行图与计划运行图的偏差

当某一列车出现晚点或早点时，应使该列车恢复到计划运行图上。运行调整的目标是使实际运行图和计划运行图之间的偏差尽量小。

2.2 使所有列车的总延迟最短

当多列车出现晚点，应使所有晚点列车的延迟时问总和尽量小。运行调整的目标为最小化所有列车的总延迟时间。

2.3 减少旅客平均等待时间

从乘客满意度的角度出发，在列车间隔的期望不变的前提下，列车间隔的方差越小则乘客平均等待时间的期望越小。因此，使列车到站时间间隔尽量均匀也应作为列车运行调整的目标。

2.4 列车运行调整的时间尽量短

当列车运行偏离计划运行图时，总是希望用最少的时间完成调整。有两种因素会影响整个运行调整的时间：一是希望自动调整算法能尽快的找到最优的算法，这是对算法实时性和收敛性的要求，但它不是调整算法的优化目标；另一个是希望自动调整算法搜索得到的调整策略能尽量少的时间完成整个调整，这可以作为调整算法的优化目标。

2.5 实施运行调整的范围尽量小

在实施调整时，希望不要涉及太多的列车，这也是调整算法搜索最优算法的一个目标。

2.6 使整个交通系统尽快恢复正常运营

当整个系统因列车故障或意外事故而陷于瘫痪时，这时的目标应是尽快使整个系统恢复正常运营，此时恢复到计划运行图己不是主要矛盾。

由此可见，列车自动调整问题是一个多目标优化问题，其中有些目标之间甚至相互矛盾，无法同时达到最优，因此，设计列车自动调整算法时需具体选择优化目标。

3、列车运行调整建模

列车运行调整主要是在列车运行受到干扰的情况下，列车运行偏离了原来的计划运行图，通过列车运行调整，使得列车尽可能恢复按图行车，在移动闭塞条件下和固定闭塞条件下的列车运行调整的总体模型和优化目标大致相同，区别主要在于约束条件的不同。列车运行调整问题的抽象形式采用具有广泛意义的形式表示如下所示。

状态方程：

G(j+1)=G(j)+T*G(j)……(1)

其中，G(t)——t时刻列车运行状态，T——由列车运行调整决策所决定的状态转移算子；

优化目标集：Object (1) and Object (2)……and Object （N），N为整数；

约束条件集：Restrain (1) and Restrain (2)……and Restrain（I），I为整数。

根据移动闭塞条件，可以通过表达式构建该模型。

3.1 优化目标

Object1下列列车总偏离时间最小

其中，——下行列车总偏离时间，

——下行列车总数，

——下行列车i在t时刻的实际到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，

——下行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。

Object2上列列车总偏离时间最小

其中，DAU——上行列车总偏离时间，

n2——上行列车总数，

Ai(t)——上行列车i在t时刻的实际到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，

Ai'(t)——上行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。

Object3下列列车总偏离数最小

……（4）

……（5）

其中，DND——下行列车总偏离时间，

n1——下行列车总数，

Ai(t)——下行列车i在t时刻的实際到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的实际到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的预计到站时间)，

Ai'(t)——下行列车i在t时刻的计划到站时间(如果列车t时刻为停站状态，则为到达该站的计划到站时间；如果列车t时刻为运行状态，则为前方到站的计划到站时间)。

Object4上列列车总偏离数最小

……（6）

……（7）

其中，DNU——下行列车总偏离时间，

n2——上行列车总数，

3.2 约束条件

Restraint1列车的停站时间在最大/最小停站时间之间

……（8）

其中，Di,k——列车i从k站的实际发车时间，

Ai,k——列车i实际到达k站的时间，

Sk(max)——列车在k站的最大停站时间，

Sk(min)——列车在k站的最小停站时间。

Restraint2列车的站间运行时间在最大/最小站间运行时间之间

……（9）

其中，Ra,b——列车从a站到b站的站间运行时间(a站和b站为相邻的两个车站），

Ra,b(max)——列车从a站到b站的最大站间运行时间，

Ra,b(min)——列车从a站到b站的最小站间运行时间。

Restraint3列车追踪间隔约束条件

……(10)

其中，L一追踪列车与前行列车的间隔距离，

V1——追踪列车的运行速度，

V2——前行列车的运行速度，

β1——追踪列车的加速度(小于0时，为列车的减速度)，

β2——前行列车的加速度(小于0时，为列车的减速度)，

τ1——追踪列车的空走时间，

τ2——前行列车的空走时间。

4、结束语

轨道交通移动闭塞条件下列车运行密度大、间隔小，在遇到突发情况时，人工调整随意性大、对调度员的综合素质要求很高，调整方案很难尽善尽美。本文建模分析了城市轨道交通列车运行调整的方法策略，可以充分发挥计算机的优越条件，能够比较及时、全面的制定出优化的调整方案。

参考文献

[1]张勇,赵明,汪希时.基于移动自动闭塞条件的列车运行仿真系统[J].系统仿真学报,1999,11

[2]张莉艳,李平,贾利民,杨峰雁.在移动闭塞条件下列车运行调整的仿真研究[J].系统仿真学报,2004,10

列车运行图篇7

目前, 我国列车模拟驾驶系统主要存在的问题有［1，2］:

( 1) 缺少有效的运行控制策略, 无法在满足教学培训的同时也满足工程分析的要求。

( 2) 无法实现同一区间多列列车的前后追踪运行。

( 3) 大多数列车模拟驾驶系统只能实现单列车的独立运行, 无法实现联锁系统和列控中心 ( 或无线闭塞中心) 对列车运行的控制。

本文着重探讨了列车牵引力学条件下的列车运行问题, 建立了多质点列车动力学仿真模型; 并采用改进的混合控制策略, 完成列车的节能运行控制。模型具有分析列车不同线路条件和不同编组条件下的运行性能和运行效率的功能, 主要用于教学培训和演示; 同时, 由于采用准确的列车动力学模型, 系统可用于优化列车编组, 提高线路运行效率和优化列车速度控制的可行性分析研究中。

1系统框架

列车模拟驾驶系统总体结构, 如图1所示, 由操作仿真模块、动力学仿真模块、视景仿真模块、音响仿真模块、运动仿真模块、仿真结果输出模块、操作评价模块和数据管理模块构成。其中操作仿真模块是学员与列车模拟驾驶系统交互的主要通道; 动力学仿真模块是系统的核心, 采用多质点动力学模型, 完成对仿真列车速度的控制; 视景仿真模块、音响仿真模块和运动仿真模块使系统的表现形式更加接近现实, 采用的VR虚拟现实技术, 提高系统的真实感。

2列车多质点模型的建立

2. 1多质点模型的理论基础

牵引计算模型多种多样, 大体上分为单质点模型和多质点模型。单质点模型是将列车简化为一个刚性质点, 进行受力分析, 很大程度地简化了受力计算; 但由于是将列车视为单个的刚性质点, 忽略了列车长度, 也不考虑列车车辆间相互作用力。当列车跨越变坡点或变曲率点时, 列车受力是瞬时变化的, 这种简化较大地偏离了列车实体属性, 不能反映出列车间的纵向力的变化。当列车经过变坡点或变曲率点时, 模型计算的受力分析与实际差距较大, 为了修正单质点模型的不足, 多质点模型应运而生［3，4］。

多质点模型是将机车和每节车辆分别简化为一个质点, 构成一个质点链, 能够反映出列车长度和编组对受力和牵引运行的影响。多质点模型在列车运行过程中可以单独计算车辆间的纵向力, 并在列车经过变坡点和变曲率点时, 使其受力变化呈现渐变过程; 但传统的多质点模型以长度为量度, 将整个列车的质量平均化, 无法满足不同车辆混合编组条件下的牵引计算。

2. 2改进的多质点模型

本文中多质点动力学模型与线路信息相结合, 在线路上设置标记点记录线路信息, 将列车简化为一个个相连接的质点, 每个质点在经过标记点时可接收标记点记录的线路信息, 再将接收到的线路信息传给牵引计算模块, 控制列车的运行速度。

如图2, 在一段模拟线路AD上有A、B、C、D四个标记点分别记录AB、BC、CD及以后路段的线路信息, 列车运行过程中, 在经过B和C两个变坡标记点处分别读取BC和CD段线路信息 ( 坡度、曲度、隧道等) , 即当车辆K1经过B点时, 接收BC段的线路信息, 并将接收的信息传输给牵引计算模块, 随后K2、K3, …, Kn将重复K1的操作。当K1经过C点时, K1记录的原线路信息被刷新, 从而准确地反应每一辆车在不同线路运行过程中所产生的不同的附加阻力, 从而使计算更加精确。

每辆车在通过标记点 ( 记录下一段线路数据的点) 时都会接收到下一段线路所包含的坡度、曲率等数据, 其数据流程如图3所示, 通过这种方法真正地将每一车辆看成一个刚性质点, 从而组成质点链, 实现多质点模型的建立, 更加精确地反应列车每辆车运行中的受力状态, 则第n辆机车或车辆附加阻力W'n为［5，6］

式 ( 1) 中, Pn为第n辆机车或车辆的质量 ( t) ; in为第n辆机车或车辆所在坡道的坡度值 ( ‰) , 上坡为正, 下坡为负; Rn为第n辆机车或车辆所在曲线的半径; Ls为第n辆机车或车辆所在隧道的长度。

第n辆机车或车辆所受合力Fn为

式 ( 2) 中, an是第n辆车的运行加速度; γ 是转动惯量; Fnq是其前车钩拉力; Fnh是其后车钩拉力; Wn是所受的基本阻力; Bn是制动力。

速度v和位移S的计算:

式中, Δt为计算步长, Δt取值越小, 计算越精确。但考虑到计算量取 Δt = 0. 001 s。

2. 3运行控制策略

在列车模拟驾驶系统中, 控制列车运行采用什么样的控制策略至关重要, 传统的列车运行控制策略主要有节能控制策略、节时控制策略和混合控制策略。节能控制策略其控制原理如图4 ( a) 所示, 主要依靠惰行, 减少制动中的能量损耗从而达到节能的效果, 但其运行速度较慢, 严重影响区间的通过效率; 节时控制策略如图4 ( b) 所示, 主要依靠牵引电机的不断运转, 使列车速度保持在最大允许速度运行, 但能量的损耗较大, 其优点在于提高线路的通过率, 缩短运行时间［7］。传统的混合控制策略如图4 ( c) 所示, 是对牵引、惰行、制动的组合, 虽然在一定程度上兼顾了节能和节时, 但对于列车的长距离不间断运行时, 其节能效果有限。以上三种运行控制策略都不能很好地兼顾列车运行的经济性［8］。

为了使模拟驾驶系统有更好的通用性, 更好的兼顾节能和节时性能, 提高列车运行的经济性, 本系统中加入了改进的混合控制策略, 其控制原理如图4 ( d) 所示, 主要是将传统的控制策略的速度保持过程改为加速和惰行的过程, 在维持一个较高速度水平的同时, 达到节能的效果。

改进的混合控制策略是既考虑列车运行速度, 保证列车持续地高速运行, 尽可能地发挥列车牵引和制动的能力, 以缩短运行时间, 又兼顾其经济性, 即在加速阶段以最大牵引力加速, 在中间阶段采用加速和惰行交替转换的运行模式, 以减少能耗。

混合控制策略其核心是确定牵引、惰行和制动的起点和终点。启动后, 如图5所示, 速度vi以步长 Δt迭代增加, 但当接近线路限速vxs时, 由于不一定能够完全拟合, 即速度可能直接跨过vi= vxs, 跳跃惰行过程, 从牵引运行直接进入制动, 这并不符合节能的要求。所以, 设置vg上限转换速度, 使其与线路限速vxs构成速度接近区 ε, 当速度vi进入这一区域时, 由牵引转换为惰行, 而避免了频繁地启动制动。速度接近区 ε 大小应该满足式 ( 5) 。

在迭代过程中, 为了防止vi≤ vg, 而再次以 Δ 为步长迭代后速度vi +1≥ vxs, 取 ε = amaxΔt ( amax为最大牵引力下的加速度) 。

如图6所示, 列车启动后, 以最大牵引力加速运行。当vg≤ vi< vxs时, 结束牵引, 由牵引工况转换为惰行工况开始减速运行; 但如果列车在长大下坡道运行时, 其加速度ai有可能大于0, 则此时列车并非减速, 而是加速运行, 所以在惰行工况下迭代时应判断其加速度ai。当vi≤ vd时, 结束惰行, 由惰行工况转换为牵引工况; 如果vi≥ vxs时, 列车开始采用常用制动模式制动。

3模拟仿真验证

3. 1混合控制策略的节能性能验证

在此, 对传统的混合控制策略的节能性能和改进的混合控制策略的节能性能进行比较。由于两种控制策略只有在中间过程中其运行控制不同, 所以只对中间过程的运行做一对比。

采用一条6 km长的平直线路作为验证线路, 通过选用相同的运行线路和运行距离来确保计算能耗的可对比性, 采用HX3DB型电力机车模型, 牵引重量设置为2 000 t, 验证其节能效果。设置模拟列车初始速度为70 km/h, 最高运行速度为80 km/h, 即在传统的混合控制策略中, 当模拟列车速度从启动70 km / h的速度, 加速到80 km / h并以此速度保持运行; 而在改进的混合控制策略中, 模拟列车速度从70 km / h加速到80 km / h时由牵引转换为惰行, 当速度减速到70 km/h时再次重复其加速—惰行过程。

通过对图7 ( a) 和图7 ( b) 对比, 可看出改进的混合控制策略其节能效果明显优于传统的混合控制策略。结合表1看到, 传统的混合控制策略总能耗为144. 36 k W·h, 改进的混合控制策略的总能耗为91. 3 k W·h, 比前者节能53. 06 k W · h, 减少能耗36. 75% , 节能效果明显, 而其耗时仅比前者多0. 21 min。由此可看出, 改进的控制策略优于传统的控制策略, 具有更好的经济适用性。

3. 2改进的混合控制策略运行仿真

系统采用一条模拟线路进行运行仿真试验, 线路数据如表2所示, 线路长度14 500 m, 线路中包括了上、下坡以及曲线, 由于其模拟的是非高速列车运行, 所以隧道阻力可以忽略, 在此线路中没有设置隧道。采用HX3DB型电力机车牵引, 编组为滚动轴承重货车25辆, 牵引重量设置为2 000 t, 进行模拟牵引运行, 列车运行速度控制曲线如图7所示, V-S曲线反映列车不同工况下的运行情况, 开始列车加速运行, 在接近此区段的限速后, 其运行工况由牵引工况转换为惰行工况, 当速度小于或等于此线路限速下的转换速度时`, 再由惰行转换为牵引状态运行, 而在14 500 m处开始采用常用制动模式制动, 直到列车停车。在仿真过程中, 列车运行速度控制曲线平滑, 无速度跳变。模拟列车运行三维仿真试验, 如图9所示, 在仿真过程中, 三维仿真实体列车运行速平稳, 没有明显的纵向晃动, 符合其培训和工程分析的要求。

4结论

本文以多质点动力学模型为基础, 构建了列车仿真模型, 实现了列车模拟驾驶动力系统的构架, 采用改进的混合控制策略, 控制模拟列车的运行, 并通过其在一段模拟线路上的运行进行仿真验证, 证明了以改进的多质点模型为基础构建的基于改进的混合控制策略的列车模拟驾驶系统, 能够较大程度地减少能耗, 节约成本, 具有更好的经济适用性, 并能够更好地完成对列车速度的控制, 基本实现列车速度控制的实体再现, 使模拟驾驶系统更加贴近实际, 具有较强的实用价值。

参考文献

[1] 毛保华, 何天键, 袁振洲, 等.通用列车运行模拟软件系统研究.铁道学报, 2000;22 (1) :1—6

[2] 刘云.列车运行仿真系统的软件设计.北方交通大学学报, 1995;3:20—24

[3] 朱晓敏, 徐振华.基于单质点模型的城市轨道交通列车动力学仿真.铁道学报, 2011;33 (6) :14—19

[4] 马大炜, 康熊, 王成国, 等.关于列车牵引计算的研究.中国铁路, 2001;9:15—20

[5] 颜保凡, 郭垂江, 廖勇.列车运行时分力学模型的建立仿真.铁道运输与经济, 2010;32 (11) :90—94

[6] TB/T 1407—1998, 列车牵引计算规程

[7] 孙中央.列车牵引计算规程实用教程.北京:中国铁道出版社, 1999

列车运行图篇8

国内很多学者借鉴国外运行图的编制思想和方法,对运行图也进行深入的研究。文献[6]基于PESP模型,对网络模型的基本圈约束进行细化。文献[7]在充分研究国内外周期列车运行图规划理论与方法的基础上,设计基于Job-shop的遗传算法,弥补基于PESP理论所开发的周期列车运行图的算法不足。

1周期事件规划问题分析(PESP)

在周期运行组织模式下,每列列车在各站的到发时刻是在周期时间段T内循环发生的。因此,将列车的到达或出发看作周期时间T内循环发生的事件i,其发生时间为πi,其中,0≤πi≤T。将事件i扩展到整个运行时间段内,则i的发生时刻可以表示为{…,πi-T,πi,πi+T,…}。

对于周期T内发生的i,j两个事件,它们的发生是互相关联的。若给定时间窗[li,j,ui,j],则两个事件发生的关系满足如下约束

lij ≤πj-πi +TPi j≤uij . (1)

式中:πj,πi为决策变量;lij,uij分别为时间窗的上限和下限,是周期规划事件的给定参数;Pij为周期规划事件的模参数,Pij∈Z。

对于周期规划事件问题,可以用有向图G=(V,A)表示,其中,顶点V表示事件集合,有向弧A表示周期约束集合。如图1所示,事件v3在事件v1 发生的4~10min内发生,可用下式来表示

4≤v3 -v1 +60×Pi,j ≤10. (2)

当v1=35,v3=40,Pi,j=0时,满足上式。则v1,v3,Pi,j为周期事件的一组可行解。

2模型建立

2.1问题分析

对于周期性列车运行图,仅在一个周期时段内考虑列车运行图规划,只需要在求出解以后,在其他时段内重复当前时段内的规划结果,便可得到全天的运行图。

1)规划周期时长的选取应根据列车区间运行时间而定,使得列车运行线尽量不跨周期运行。研究短途高速铁路列车运行图,取周期为1h。

2)由于我国高速铁路主要采用双线运行,因此,主要研究双线铁路的不同速度等级列车运行的周期性列车运行图。

3)在铺画周期性列车运行图时,开行区段内不同速度等级的列车之间运行速度不能相差太大。否则,运行图中的某些时间区域不被运行线利用,如图2的阴影部分所示。

2.2模型的符号声明

模型涉及的符号如表1所示。

2.3约束条件

2.3.1发车和到达时间约束

周期列车运行图仅规划一个周期内的列车运行线铺画情况,其他周期与规划周期的运行线铺画情况一致,因此,列车的到达和出发时刻均满足周期定义域约束

0≤ TDju ≤ T -1, (3)

0≤ TAju ≤ T -1.(4)

2.3.2区间运行时间约束

列车在其区间上运行应满足区间运行时间约束,其中列车在区间的运行时间包括区间纯运行时分及起停附加时分,起停附加时分对应于列车在进入区间和离开区间的加减速时间

2.3.3停站时间约束

列车按照周期性的开行方案进行停站,应满足约束条件

2.3.4安全间隔时间约束

研究的是不同速度等级列车的运行图铺画,将列车在同一车站出发的安全间隔时间约束分两种情况进行讨论:

1)当相邻的两列车之间,前行列车的运行速度高于后行列车的运行速度时,如图3所示。

由图3可知两相邻列车的安全间隔约束为

2)当相邻的两列车之间,前行列车的运行速度低于后行列车的运行速度时,如图4所示。

由图4可知两相邻列车安全间隔约束为

根据周期事件规划问题的描述,将以上模型中的TDju和TAju看作一类事件,用πi∈[0,T-1]来表示这类事件的发生时刻,即出发变量或者到达变量。则以上的约束条件可以转换为如下形式

lij≤πj -πi ≤uij. (9)

式中:lij,uij分别表示各约束的下限和上限。

对于模数T,加入周期性约束参数,则可表示为

lij≤πj-πi +Pij T≤uij. (10)

式中:Pij∈Z。

综上所述,可将周期性列车运行图模型转换为minz(π,P)的形式,并使其满足

对于周期性列车运行图模型的求解,国内外学者设计一系列的优化算法,如约束传播算法、Odijk算法、模单纯形算法及周期可行势差算法等。但这些算法求解得到是(π,P)的可行解对,也有可能出现无可行解的情况。

3模型的改进

考虑到基于PESP的列车运行图模型求解复杂,模型没有目标值,求出的解仅为可行解,并且有可能出现模型无可行解的情况。因此,假设列车的到发顺序是已知的。则有以下的模型。

3.1约束条件

当列车的到发顺序确定以后,模型可得到如下简化:

1)模型的约束条件中区间运行约束、停站时间约束、到发时间约束均不会改变;

2)由于已经确定列车的到发顺序,所以就没有必要考虑同种列车的频率约束;

3)列车到发顺序确定的情况下,相邻列车的发车或者通过安全间隔时间约束只需考虑区间的下线,即:

其一,当相邻的两列车之间,前行列车的运行速度高于后行列车的运行速度时

其二,当相邻的两列车之间,前行列车k′的运行速度低于后行列车k的运行速度时

4)根据PESP的性质,对模型中变量P的取值进行如下分析:假定PESP模型中事件发生的下线取值范围为0≤li,j≤T,且上下线之差的取值范围为0≤ui,j-li,j≤T,当ui,j<T时,变量P为二进制变量,即P∈{0,1}。

5)还需考虑相邻两列车的到达时间约束,即

根据查阅相关文献可知,μT的取值与一个周期内开行的列车数量和种类有关,一般情况下,μT取0.5~1。

3.2目标函数

列车周期运行图的目标函数是编制周期列车运行图质量的度量,因此,目标函数的设计至关重要。在以往的研究中,目标函数只考虑了列车的区间运行时间最小。这里以列车总的区间运行时间和停站时间最小为目标进行研究,提高列车的运行效率并减少列车的停站时间。

列车的总区间运行时间为

列车的总停站时间为

综上所述,目标函数为

4模型求解及算例分析

改进后的模型为整数线性规划模型,求解简单,文中使用通用建模软件GAMS编程来求解该问题的最优解。

以某短途高铁线为研究背景,选取研究时段为早高峰8:00—9:00。该条线路上共有7个站,在规定的周期时段内,共有8辆车在该周期内始发,其中6辆速度等级较高的A类列车(1、2、4、5、6、8),2辆速度等级较低的B类列车(3、7)。涉及到的各种参数如表2所示,不同速度等级的列车区间运行时间的上限和下限如表3所示,列车停站方案如表4所示。

min

使用通用建模软件GAMS/COINBONMIN编程求解得到最优解,目标函数为316 min。列车停站时间和区间运行时间如表5所示,列车运行时刻表如表6所示。

根据求解得到的列车运行时刻表分析可知:A类列车4在3站越行了B类列车3;A类列车5在6站越行了B类列车3;A类列车8在3站越行了B类列车7;其他列车之间无越行;列车3、5、6、7、8进行了跨周期运行。通过模参数P的调节,使运行线回归到本周期内。

5结束语

在分析了周期规划事件性质的基础上,建立以列车到发时间、区间运行时间、停站时间、安全间隔等为基本约束条件,构建周期性列车运行图模型。针对周期性列车运行图的特点对模型做了相应的改进,重新建立了以列车停站时间及区间运行时间最小为目标、以列车到发顺序为已知条件的周期运行图模型。最后,通过算例验证,得出列车到发时刻的最优解。

列车运行图篇9

在我国, 铁路机车的大灯采用固定方式, 安装在机车的头部。机车大灯的光束与机车前进的方向一致, 不能左右偏转。因此, 当机车运行到铁路弯道时, 大灯的光束会沿弯道切线方向射出, 不能始终照射在轨道的中心线上, 形成弯道内侧照明盲区。司机无法观察到安全距离范围内的情况, 存在重大安全隐患。机车大灯智能转向控制系统的研究及实现将能有效消除转弯时的视觉盲区, 大大提升行车安全。

1 系统的工作原理及分析

由于机车在行进至弯道时, 机车的前大灯与铁路存在夹角, 其示意图如图1。

图1中:A点为机车的位置, B点为弯道的起点。由图可见当机车行进至A点位置时, 前大灯只能照在C点, 而不能使光束落到前方200 m处的铁道上的D点, 所BD弧段为照明盲区。如果控制系统能够在机车进入弯道前的某个适当的时机, 提前得知前方弯道的距离和半径以及机车的速度, 就可以计算出前大灯和机车的夹角θ, 从而调节机车前大灯的方向, 使前灯准确地落在D点。

以往, 存在多个相关的发明专利和自动转向控制装置。这些专利和控制装置大都采用检测机车转向时的向心力或机架与车体的夹角来控制转向灯, 向心力和机架与机车的夹角均只反映机车目前的状况, 而不能测得机车前200 m的状态, 存在原理性的偏差。因此在应用中不能满足实际的需要。

另外, 随着GPS实时定位技术的应用越来越普及, GPS技术在机车大灯智能转向中的应用也在逐步开发研究。然而这需要将列车的运行线路公开化, 这对于国家铁路列车运行图的保密性来说是不允许的。其次, 我国的北斗双星定位还不能满足要求, 这就需要国外的GPS实时定位。然而一旦出现战略性问题, 定位数据信号可能会被封锁, 控制系统也将失去作用。再者, GPS接收机在接收信号时受到隧道、山区、气象等环境因素的限制。还有就是由于机车的快速运行导致信号传输滞后所造成的误差对控制的影响也比较大, 所以将其应用在机车大灯智能转向中是不能完全满足要求的。

该智能转向控制系统是基于列车运行图基础之上的, 充分利用机车计算机的信息化优势, 通过接口电路和软件能够在机车进入弯道前的某个适当的时机, 提前得知前方弯道的距离和半径以及机车的运行状态数据, 通过采用AVR系列单片机作为主控芯片的伺服控制, 依据事先建立的大灯运行的数学模型, 进行专家自适应控制, 计算出大灯转动的角度、转动的速度、运行的滞后时间以及脱离弯道时相应参数, 适时控制前大灯的转向, 保证前大灯照在控制要求的范围内。

该系统接收上位机发送的机车运行信息数据主要包括列车的当前速度、当前公里标以及运行线路的弯道方向、弯道半径、弯道开始公里标、弯道结束公里标、隧道开始公里标、隧道结束公里标。在控制过程中将这些参数赋给控制程序中的变量, 参与计算。在计算过程中, 由于知道机车的当前公里标, 就可以在机车行进至上述图中A点位置时, 根据上位机提供的列车运行图参数弯道半径、弯道开始公里标、弯道结束公里标等计算出计算出前大灯和机车的夹角θ, 然后根据步进电机的步距角和细分数可以计算出步进电机需要走的步数N, 另外需要根据列车的当前速度以及AB间的距离可以计算出步进电机走过N步需要的时间, 从而设置步进电机转动的速度、加减速等, 再者就是根据机车运行线路的弯道方向来确定步进电机的正反转, 从而控制前大灯的左右转动。

由于该系统是建立在列车运行图基础上的, 所以可以做到提前预估, 即在机车进入弯道前的某个适当的时机, 控制前大灯的转向, 但是由于机车的运行速度是一个动态的参数, 故机车走过AB间的时间也是一个估算值, 再加上系统从上位机获取机车运行信息数据、处理数据、输出脉冲、驱动步进电机都需要时间, 所以系统在时间上的误差也是需要考虑的。这就需要对这些时间做预测估计, 然后在调试中通过软件程序的控制来减小这些误差。

2 系统的硬件结构及分析

该系统的硬件结构主要包括AVR单片机控制系统、伺服驱动器、步进电机、涡轮蜗杆传动机构和旋转大灯架等, 如图2所示。

图2中, 机车前大灯是控制系统的对象, 步进电机通过涡轮蜗杆传动机构控制前大灯体做水平±6度的转动, 保证机车前方100 m处有±10 m的光束调整范围。AVR单片机控制系统被作为下位机来适时接收上位机发送的机车运行信息数据, 通过编写的控制程序计算出前大灯需要转动的角度、转动的速度, 然后发脉冲信号给伺服驱动器, 从而控制步进电机的启动、停止和加减速等。同时也要将前大灯的旋转位置信号反馈给上位机。

由于考虑到我国铁路上下坡的坡度都不是很大, 所以该系统在硬件上将大灯的上下转动设计成可调的, 但不是智能控制的。故该系统只控制大灯在二维平面内做水平转动, 暂不考虑三维的情况。

3 该系统获取机车运行信息数据的方法

该系统作为下位机主要通过串口根据通讯协议从机车的主控计算机即上位机获取机车的当前运行状态以及列车运行图的相关参数。具体硬件连接是在机车的主控计算机接口上扩展一块P型通讯板来供下位机采集数据。如图3所示。

通讯方面电气接口采用带光电隔离的RS485通讯, 半双工、双线制, 通讯速率为9 600 b/s。

上位机采用循环广播方式发送数据, 不断广播最近的一条弯道与最近的一条隧道数据给下位机。机车驶过弯道、隧道后没有新的弯道、隧道数据的, 则上位机仍然发送最后一次发送的历史数据。

下位机在上位机发送完毕后的70 ms内完成数据的组织、回送工作, 70 ms内发送不完的, 需要自行终止发送, 另外, 下位机必须判断上位机是否处于正常工作状态, 在非监控状态时, 发送的数据无效。

4 系统的应急安全措施

从安全性和可靠性的方面考虑, 一旦该系统出现故障不能正常工作, 需要使大灯自动转到正中央, 保证光束直射前方。为此, 我们设计了手动复位系统, 该系统包括一个单片机控制系统, 左右限位开关和零位开关。当主控系统系统不能正常工作时, 按下手动复位按钮, 此时将自动切断主控系统工作电源和输出, 切换到复位系统。单片机控制系统会发脉冲信号给伺服驱动器, 从而驱动步进电机, 此过程中当选转支架碰到左右限位开关中的任何一个电机就会自动反转, 直到碰到零位开关时电机停止, 从而保证大灯光束最终直射前方。

5 结束语

本文对机车大灯智能转向控制系统的原理、硬件结构以及通讯进行了详细的分析。该系统采集机车运行信息准确、快捷、安全, 系统可靠性高, 而且控制灵活, 操作方便。经过试验调试已经取得了良好的效果。研究意义方面, 由于目前铁路的提速, 使曲线上列车运行速度越来越快, 列车夜间在曲线上的运行安全越来越引起重视, 因此该智能转向控制系统的研发对铁路运输安全起到非常重要的作用。

摘要：针对铁路机车的大灯自动转向的需要, 设计了一种基于列车运行图的大灯智能转向控制系统。介绍了该系统的原理及硬件结构, 以单片机控制为核心, 实现对大灯转向角度的提前预估和适时控制, 使大灯始终照在轨道的中心线上。

关键词：列车运行图,智能转向控制,单片机控制

参考文献

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[3]马潮, 詹卫前, 耿德根.Atmega8原理及应用手册.北京:清华大学出版社, 2003

[4]孔凡才.自动控制系统.北京:机械工业出版社, 2003