列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，应用于城市轨道交通高峰客流的应对，包括列车运行仿真和高峰站台客流特征；列车运行仿真包括相互连接的驾驶仿真模块

【技术实现步骤摘要】
列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统


[0001]本专利技术涉及一种轨道交通领域，尤其涉及一种列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统
。

技术介绍

[0002]城市的轨道交通建设一直都是整个城市的发展重点与难点，是城市发展的基础之一，但是在实际的建设过程中，需要考虑到各种情况，例如在早高峰或者晚高峰时段，某个公交站或者地铁站的人流量会出现人流较多，为了避免人员较多从而造成的不良后果，同时提高轨道交通的运作能力，就需要针对各种情况能够及时作出反应，从而确保轨道交通的良好运转
。
[0003]列车运行与动态客流之间的关系的理论研究较多，但由于无法随意应用于真实调度系统当中；海天威教学实验设备有限公司开发的“城市轨道交通
CBTC
信号控制及运营管理仿真实训系统”采用主流的城轨
CBTC
信号系统架构组成及技术，基于工作过程构建实训课程体系，按照真实的工作场景
、
真实的设备和界面
、
真实的作业流程构建实训场地，可以实现线路上列车行车调度信号
、
指挥系统和调度系统的模拟训练，沙盘采用若干个实体站
+N
个虚拟仿真站的方式实现完整的线路模拟系统，其优势在于投资量小，但可以通过虚实结合的方式模拟完整地铁线路，满足学生实训环境及工作环境全真模拟的要求
。
但其缺陷在于无法进行全线路的真实模拟，且实物沙盘不利于后期更新维护，维护成本较高
。
[0004]“DB
‑
>DCZ21
城市轨道交通
ATS(OCC)
虚拟实训系统”由上海顶邦教育设备有限制造公司开发，系统让学员可以从操作层面上贴近实际的列车运行
、
办理接发列车，仿真数据取自真实的现场数据，并配备屏幕显示系统，实时显示列车的运行情况
。
系统的优势在于，它能使学员充分体会接发列车作业全过程和作业情景，提高学员的故障处理能力和应对能力
。
但其缺陷在于，在仿真过程中，没有加入列车行驶的牵引数据，使得仿真过程出现的情景和实际情景还有较大差距
。
[0005]西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室“城市轨道交通调度指挥仿真系统”以成都地铁一号线为背景，通过科研成果转化
、
自主研发建成，为虚实结合仿真实验系统
。
该系统包括控制中心
、
集中联锁站
、
车辆段
、
模拟演练管理等四个平台，具有城市轨道交通列车调度与控制
、
列车运行图编制与调整
、
车站联锁设备控制
、
车辆段车辆运营计划管理等功能，为国内同类高校首创
。
通过该系统的实验操作，学员可熟悉列车运行调度指挥过程，进一步掌握
ATC
模式和手动进路模式下的列车调度指挥基本操作方法
。
但其缺陷在于暂未实现模拟列车运行与动态客流的耦合，仿真真实性有待提升，且不具备输出节能曲线的能力
。
[0006]由于列车运行与客流演变二者互相影响，早高峰过多的乘客候车
、
不文明乘车以及突发事件会影响列车正常运行及站台过度拥挤，而针对大客流而进行的列车运行方案调整又会反作用于各个站点候车的乘客数量
。
因此如何通过研究探讨列车运行调度与客流之间的关系，解决不同行车调整策略对线路客流的影响，这是我们所面临的难题
。

技术实现思路

[0007]针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，以轨道交通线路真实数据为基础，针对早高峰站内客流存在的问题，有效设计行车调度调整方案进行仿真分析，一方面是有效提高早高峰站台客流拥挤场景下的调度方案的优化空间，二是通过系统仿真分析评价调度方案的合理性及有效性，并进一步验证列车运行与动态客流之间的关系
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，应用于城市轨道交通高峰客流的应对，包括列车运行仿真和高峰站台客流特征；
[0009]所述列车运行仿真包括相互连接的驾驶仿真模块
、
监控仿真模块
、
防护仿真模块和仿真时钟引擎，所述监控仿真模块向驾驶仿真模块发出指令信息，驾驶仿真模块接受后进行列车的运行调整，而防护仿真模块对相邻的列车进行速度监控，防止后方列车速度过快而与前方列车进行碰撞；仿真时钟引擎模拟真实时间，以达到定时保证的效果，实时保证各系统能够接收监控仿真模块所发出的指令信息，传递的信号在给定的时间内执行；
[0010]所述高峰站台客流特征包括拥挤度
、
进站客流和列车平均服务效率，通过对客流量的监测和分析，根据客流量的变化与列车运行仿真相结合，从而构建列车客流耦合模型
。
[0011]作为优选，在列车运行仿真中还包括动力学仿真模型，列车动力学仿真模型是通过对列车运行过程中的牵引
、
制动和加速运动参数及其背后的物理原理进行建模，包括牵引力
、
制动力和运行阻力，所述牵引力由牵引机电设备产生的与列车运行方向相同的力，将牵引力通过定量的力学试验数据分析拟合得到列车牵引特性曲线，在列车牵引特性曲线中有三个关键的速度控制点，分别为恒转矩阶段与恒功率阶段的转折速度
v
a
、
恒功率阶段与自然特性阶段的转折速度
v
b
和自然特性阶段的最大限制速度
v
c
。
[0012]作为优选，列车在恒转矩牵引控制阶段中，由于电机输出功率一直增加，使得列车钢轮运动能够维持最大旋转力矩，因此电机装置保持输出最大牵引力
F
t
，两者的关系为：
[0013][0014]作为优选，列车制动力是由最大制动力和列车牵引手表级位对应的牵引系数
μ
∈[0
，
1]所决定，列车的实际制动力
B
为
B
＝
μ
·
B
max
。
[0015]作为优选，所述运行阻力包括基本运行阻力和附加阻力，所述基本运行阻力是列车在水平直线运动时与空气摩擦和机械摩擦产生的力，其计算公式为
w0＝
a+bv+cv2，其中
w0为列车基本阻力，；
a
为基本阻力项常数；
b
为滚动阻力项常数；
c
为空气阻力项常数；
v
为列车速度
。
[0016]作为优选，附加阻力是列车在隧道
、
坡度
、
曲线上运行时比在平
、
直线路上增加的力，在计算附加阻力时，一般只考虑坡道阻力
、
曲线阻力和隧道空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，应用于城市轨道交通高峰客流的应对，其特征在于，包括列车运行仿真和高峰站台客流特征；所述列车运行仿真包括相互连接的驾驶仿真模块
、
监控仿真模块
、
防护仿真模块和仿真时钟引擎，所述监控仿真模块向驾驶仿真模块发出指令信息，驾驶仿真模块接受后进行列车的运行调整，而防护仿真模块对相邻的列车进行速度监控，防止后方列车速度过快而与前方列车进行碰撞；仿真时钟引擎模拟真实时间，以达到定时保证的效果，实时保证各系统能够接收监控仿真模块所发出的指令信息，传递的信号在给定的时间内执行；所述高峰站台客流特征包括拥挤度
、
进站客流和列车平均服务效率，通过对客流量的监测和分析，根据客流量的变化与列车运行仿真相结合，从而构建列车客流耦合模型
。2.
根据权利要求1所述的列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，其特征在于，在列车运行仿真中还包括动力学仿真模型，列车动力学仿真模型是通过对列车运行过程中的牵引
、
制动和加速运动参数及其背后的物理原理进行建模，包括牵引力
、
制动力和运行阻力，所述牵引力由牵引机电设备产生的与列车运行方向相同的力，将牵引力通过定量的力学试验数据分析拟合得到列车牵引特性曲线，在列车牵引特性曲线中有三个关键的速度控制点，分别为恒转矩阶段与恒功率阶段的转折速度
v
a
、
恒功率阶段与自然特性阶段的转折速度
v
b
和自然特性阶段的最大限制速度
v
c
。3.
根据权利要求2所述的列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，其特征在于，列车在恒转矩牵引控制阶段中，由于电机输出功率一直增加，使得列车钢轮运动能够维持最大旋转力矩，因此电机装置保持输出最大牵引力
F
t
，两者的关系为：
4.
根据权利要求2所述的列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，其特征在于，列车制动力是由最大制动力和列车牵引手表级位对应的牵引系数
u∈[0,1]
所决定，列车的实际制动力
B
为
B
＝
μ
·
B
max
。5.
根据权利要求2所述的列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，其特征在于，所述运行阻力包括基本运行阻力和附加阻力，所述基本运行阻力是列车在水平直线运动时与空气摩擦和机械摩擦产生的力，其计算公式为
w0＝
a+bv+cv2，其中
w0为列车基本阻力，；
a
为基本阻力项常数；
b
为滚动阻力项常数；
c
为空气阻力项常数；
v
为列车速度
。6.
根据权利要求5所述的列车运行与客流耦合动态建模与仿真系统，其特征在于，附加阻力是列车在隧道
、
坡度
、
曲线上运行时比在平
、
直线路上增加的力，在计算附加阻力时，一般只考虑坡道阻力
、
曲线阻力和隧道空气阻力，计算公式为
w1＝
w
i
+w
r
+w
s
；坡道阻力是列车在坡度线路上运行时，由列车自重产生的与轨道平行的分力，其大小主要与线路坡度值有关，计算公式为
w
i
＝
i
，其中
w
i
为单位坡道阻力系数，
i
为坡道坡度；曲线阻力是列车在曲线线路上运行时，由列车钢轮与轨道的横纵向摩擦产生的与列车前进方向相反的力，其大小主要与线路曲线半径值有关，计算公式为其中
W
r
为单位曲线阻力系数，
R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗钦，潘伟健，王奕，陈菁菁，李伟，刘晓舟，贺钰昕，李柏城，周珺，莫义弘，朱诚，侯宇菲，
申请(专利权)人：深圳地铁运营集团有限公司，
类型：发明
国别省市：