CN101941449A

CN101941449A - 城市轨道交通出入段线能力分析方法及系统

Info

Publication number: CN101941449A
Application number: CN 201010259516
Authority: CN
Inventors: 王海峰; 郜春海; 唐涛; 张宏韬
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Traffic Control Technology TCT Co Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101941449B

Abstract

本发明公开了一种城市轨道交通出入段线能力分析方法及系统，该方法包括步骤：S1.确定线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间；S2.根据上述数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；S3.根据仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据所述出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。本发明的方法及系统提高了出入段线能力分析的科学性、全面性以及准确性，实现出入段线能力分析过程的自动化，且节省劳动力。

Description

城市轨道交通出入段线能力分析方法及系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通出入段线能力分析方法及系统。

背景技术

车辆段出入段线属于城市轨道交通的配线，是列车从车辆段进入正线或由正线驶回车辆段的运行线路，完成高峰加车、平峰收车的功能，其设置首先应达到早高峰来临前规定时间内出段列车数的要求，以满足高峰小时正线行车密度；其次应考虑早晚高峰结束前规定时间内入段列车数的要求，以提高正线运行列车载客量，所以出段能力是出入段线的能力指标，入段能力是出入段线的经济指标。

评价车辆段出入段线的重要标准是车辆段出入段能力。车辆段出入段能力是出段能力和入段能力的总称，指单位时间(通常指一小时)内出段或入段的列车数，其计算公式如下：

C = \frac{3600}{h} - - - (1)

其中，C(列/小时)代表出段或入段能力，h(秒/列)代表出段或入段列车行车间隔。由此可见，列车进出车辆段的最小行车间隔是评价车辆段出入段能力的关键因素。

目前，确定最小行车间隔的一般方法是把从停车库出发到进站停车或从车站出发到停车库分为几个阶段，在分析列车每个阶段的走行时间后得出。以广州地铁3号线洛溪车辆段为例，能力分析时把列车出段一般分成段内(停车库至列车转换模式完成)、转换轨区段、出段(转换后的列车进入正线运营)和进站。列车段内运行时间100s，列车转换轨运行时间95s，列车出段运行时间采用正线追踪间隔70s，列车进站时间95s，因此最终的列车行车间隔是100s。

现有的分析方法存在以下问题：

(1)仅考虑出入段线方向的列车间隔，而忽略了出入段能力的正线因素；

(2)基于限制因素设计时间，采用简单的加减法得到出入段能力；

(3)没有考虑坡度、曲线半径、车载反应时间等参数；

(4)没有考虑不同闭塞制式对能力的影响因素。

实际上，影响出入段能力的因素众多，例如线路状况、列车参数及控制模式、闭塞制式、信号系统工作流程和运营组织等，所以在分析出段能力时应对科学性、全面性、准确性的提出更高要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的一个技术问题是，提高出入段线能力分析的科学性、全面性以及准确性。

本发明要解决的另一个技术问题是，实现出入段线能力分析过程的自动化，节省劳动力。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种城市轨道交通出入段线能力分析方法，该方法包括步骤：

S1.确定线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间；

S2.根据步骤S1确定的数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；

S3.根据仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据所述出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。

其中，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1确定出入段线所在车站，调入线路数据，确定出段方向与正线运行方向的顺逆；

S1.2确定闭塞制式以及计时点；

S1.3确定列车数据，将列车编组，确定各列车起始位置；

S1.4检查S1.1-1.3各步骤的数据的完整性和合法性，并通过所述计时点将线路分成若干区间。

其中，步骤S2进一步包括步骤：

S2.1根据各区间的限速信息、列车在各区间的走行距离，计算列车在区间内的走行时间以及下一区间的起始速度；

S2.2根据所述列车在区间内的走行时间以及下一区间的起始速度，计算前后列车出清计时点的时间以及在计时点间运行的时间。

其中，步骤S3进一步包括如下步骤：

S3.1根据仿真结果，分别列出不同追踪情形下出段行车间隔与各计时点间运行的时间、停站时间、信号系统动作时间以及能力储备之间的关系方程组；

S3.2将方程组中的变量能力储备都赋值0，计算出各对应出段行车间隔，以最大出段行车间隔作为最终出段行车间隔；

S3.3根据所述最终出段行车间隔，计算出入段线能力；

S3.4输出能力分析结果。

其中，步骤S3.3和步骤S3.4之间包括如下步骤：

将所述最终出段行车间隔带入到所述方程组中，得到各追踪情形下的能力储备值，并根据所述出段行车间隔与运营需求中规定的线路通过能力，得到车站停车时间的取值范围。

其中，根据所述最终出段行车间隔计算所述出入段线能力的公式为：

C = \frac{3600}{h}

其中，C为出段能力，单位为列/小时，h为最终出段行车间隔，单位为秒/列。

本发明还提供了一种城市轨道交通出入段线能力分析系统，该系统包括：数据确定模块，用于确定线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间，并将上述数据输入到列车运行仿真模块；列车运行仿真模块，用于根据所述数据确定模块确定的数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；出段能力分析模块，用于根据所述列车运行仿真模块的仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据所述出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。

(三)有益效果

本发明所述的分析方法及系统在综合了线路信息、列车信息、信号系统信息进行列车仿真的基础上，考虑了正线因素，使分析结果更全面、更准确。与现有方案相比在效果上有如下优越性：

(1)能力分析结果精度更高。一般的实验室条件下的分析方法，多没有将线路分段考虑，而只是分段列车出入段过程，计算各段时间得到出入段能力，这样得到的能力多以5s为分辨率。本发明在分段列车出入段线路的基础上计算线路能力的，分辨率可以达到1s；

(2)能力储备结果精度更高。一般的分析方法多以经验值10％作为能力储备，本发明提出的方法通过计算得到能力储备的下限，更有利于使用者判断出入段线设计的合理性。

附图说明

图1是依照本法发明一种实施方式的城市轨道交通出入段线能力分析方法流程图；

图2是依照本法发明一种实施方式的城市轨道交通出入段线能力分析方法软件结构图。

具体实施方式

本发明所提出的城市轨道交通出入段线能力分析方法及系统，结合附图和实施例详细说明如下。

针对目前城市轨道交通的出入段能力分析方法存在的问题和手工计算造成大量劳动力浪费的现状，本发明的方法通过计算机仿真得到出段能力，从而得到出入段线能力。

如图1-2所示，分别为依照本法发明一种实施方式的城市轨道交通出入段线能力分析方法流程图和软件结构图。出段能力分析所涉及数据包括：线路数据、列车数据、信号系统数据以及运营要求4个部分，所涉及的功能模块包括：列车运行仿真和出段能力分析2个模块。

1、线路数据包括：线路长度、道岔号、上下行正线间的距离、正线运行方向、车站长度、坡度、曲率、限速信息和非移动闭塞下的分区限速等数据信息。线路数据可以来源于数据库中的已有线路或使用者自行设计。在仿真开始前，系统会自动检查线路数据的完整性与合法性。

2、列车数据包括：编组、车辆长度、常用制动反应时间、制动建立有效时间、车载反应时间、列车出发准备时间等等。列车仿真运行要遵从和受制于列车数据，列车数据主要来源于数据库。在仿真开始前，系统也会自动检查列车数据的完整性与合法性。

3、信号系统数据包括闭塞制式、旅客上下车时间、车门开关时间、屏蔽门反应时间、联锁设备反应时间、联锁设备完成功能时间、分区数据(准移动闭塞或固定闭塞)、车头车尾互换时间(出段方向与正线运行方向相反时)等等。信号系统数据可以来源于数据库或使用者手工设定，在仿真开始前，系统会提示使用者选取闭塞制式，然后再自动检查信号系统数据的完整性与合法性。

整个分析过程包括如下步骤：

S1.确定完整且合法的线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间，具体为：

S1.1确定出入段线所在车站，调入线路数据，确定出段方向与正线运行方向的顺逆。可以从既有线路车站列表中选择，也可以在界面中自行设计，系统中提供站型模版；

S1.2确定闭塞制式，继而确定计时点并由系统在线路上以颜色标出。计时点的确定与线路状况、列车参数、闭塞制式和信号系统工作流程有密切关系，这些计算点有驾驶模式转换点、车站停车点、离站点、道岔防护点、站界点、后车常用制动曲线起点等等；

S1.3确定列车数据，由使用者从数据库中选择列车及其相应数据，将列车编组，确定各列车起始位置；

本发明的分析方法在计算机输入上述信息后，仿真不同列车追踪情形进而得到出段能力以及相应能力储备。即数据完整性以及合法性检查通过后，调入列车运行仿真模块，进行如下步骤：

S2.根据步骤S1所确定的数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；

步骤S2进一步包括步骤：

通过计时点将线路分成若干区间，每个区间都有自身的限速信息v_lmt。列车在区间走行的距离-时间方程为：

S = v_{1} t + \frac{1}{2} {[a - w] t}^{2} - - - (2)

其中，列车区间走行距离S取决于线路长度、上下行正线间的距离、车站长度等，加速度α取决于列车牵引力、坡度等因素，阻力w取决于坡度、曲率等因素。通过方程(2)可以得到列车在区间内的走行时间t′。

将t′带入列车走行的速度-时间方程，则有

v₂＝v₁+[a-w]t′ (3)

由此可以得到列车在该区间末端的速度v₂，并与区间限速信息v_lmt比较。

若v₂≤v_lmt，则v₂就是下一区间的起始速度，t′就是列车在区间内的走行时间t；

否则，将v_lmt带入公式(3)左端得到达到限速值时间t″，将t″带入公式(2)中得到达到限速值时的列车走行距离S′，则可以通过匀速运动的速度-时间方程得到剩余距离(S-S′)的走行时间，继而得到列车在区间内的走行时间t，限速v_lmt就是下一区段起始速度。

S2.2根据列车在区间内的走行时间以及下一区间的起始速度，得到列车出清计时点的时间以及在计时点间运行的时间。

前后列车出清计时点的时间分别用T′_i和T_i表示，在计时点间运行的时间分别用t′_i和t_i表示；

S3.调入出段能力分析模块，根据仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。

步骤S3进一步包括：

S3.1根据仿真结果，分别列出不同追踪情形下出段行车间隔D_i与各计时点间运行时间t_i，停站时间t_d，信号系统动作时间t_s以及能力储备r_i之间的关系方程组：

D₁＝f(t′_i，t_i，t_d，t_s，r₁)

D₂＝f(t′_i，t_i，t_d，t_s，r₂) (4)

D₃＝f(t′_i，t_i，t_d，t_s，r₃)

S3.2将方程组(4)中的能力储备变量r_i都赋值0，计算出各对应出段行车间隔D_i，则最终出段行车间隔为D＝max(D₁，D₂，D₃)；

S3.3根据所述最终出段行车间隔，计算出入段线能力；

将最终出段行车间隔D带回到方程组(4)的左边可得到各出段情形的能力储备变量r_i；将D带入公式(1)中得到出入段线的能力。

根据出段行车间隔和运营规定的线路通过能力I，利用关系式

可以得到车站停车时间的最大值，而根据旅客上下车时间t_c、车门开关时间t_td、屏蔽门反映时间t_psd、车载动作时间t_vobc可以得到车站停车时间的最小值，进而得到车站停车时间的t_d取值区间。

S3.4输出能力分析结果。

本发明还提供了一种使用上述方法进行城市轨道交通出入段线能力分析的系统，该系统包括：数据确定模块，用于确定完整且合法的线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间，并将上述数据输入到列车运行仿真模块；列车运行仿真模块，用于根据所述数据确定模块确定的上述数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；以及出段能力分析模块，用于根据所述列车运行仿真模块的仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据所述出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。

本发明的方法在线路数据的基础上仿真列车运行，使得能力分析过程自动化；对不同追踪情形设置相应的能力储备，在得到出段能力的同时得到能力储备的具体值；在得到出段能力后，还可以推算停站时间的取值区间。借助计算机仿真计算不仅提高了列车运行数据的可信度，而且降低了设计者的工作量，为优化配线提供了一个智能方法。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，该方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，步骤S1进一步包括步骤：

S1.2确定闭塞制式以及计时点；

S1.3确定列车数据，将列车编组，确定各列车起始位置；

3.如权利要求2所述的城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，步骤S2进一步包括步骤：

4.如权利要求3所述的城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，步骤S3进一步包括如下步骤：

S3.3根据所述最终出段行车间隔，计算出入段线能力；

S3.4输出能力分析结果。

5.如权利要求4所述的城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，步骤S3.3和步骤S3.4之间包括如下步骤：

6.如权利要求4所述的城市轨道交通出入段线能力分析方法，其特征在于，根据所述最终出段行车间隔计算所述出入段线能力的公式为：

C = \frac{3600}{h}

7.一种城市轨道交通出入段线能力分析系统，其特征在于，该系统包括：

数据确定模块，用于确定线路数据、列车数据、以及信号系统数据，并将线路分成若干区间，并将上述数据输入到列车运行仿真模块；

列车运行仿真模块，用于根据所述数据确定模块确定的数据，仿真列车运行中的各种追踪情形，记录各列车出清计时点的时间，得到列车在计时点间的运行时间；

出段能力分析模块，用于根据所述列车运行仿真模块的仿真结果，计算不同追踪情形下的出段行车间隔，并根据所述出段行车间隔计算最终出段行车间隔，得到列车出入段线能力、能力储备以及车站停车时间最大值，并将其与运营需求进行比对分析，输出最终分析结果。