铁路编组站运营系统动态仿真

论文摘要

编组站运营系统动态仿真是对编组站日常运营工作相关的各类技术作业、日常作业计划、管理措施以及设备运用方案等进行的仿真研究,在编组站的运营系统相关指标如设备能力、建设合理性、运营效果等进行计算及评价等领域有重要作用。 论文以计算机仿真相关理论和技术为手段,主要研究铁路编组站运营系统仿真领域相关方法、模型以及实现技术。在仿真方法和模型构建方面,针对传统仿真方法及模型在对编组站运营系统进行仿真模拟过程中产生的仿真结果理想化,与实际运营情况存在一定距离的问题,提出一种旨在解决上述问题的新型仿真方法——前向环馈仿真方法。以前向环馈仿真理论、模型及算法的研究为基础,论文进一步在编组站运营系统的应用层领域进行仿真研究,分析了线路层、作业设备层、作业对象层和运营计划层的仿真模型和相关算法。在此基础上以Agent建模方法及技术研究了各仿真层次的相关Agent模型结构。 在编组站运营系统仿真理论方面,论文从编组站运营系统仿真方法与建模技术、仿真系统研究结构、仿真算法等三个方面展开讨论,以复杂系统仿真研究为背景提出编组站运营系统的层次化仿真方法,将系统划分为核心仿真模块和应用层仿真模块,其中核心仿真模型主要研究前向环馈仿真方法的理论、模型与算法,应用层仿真模块包括线路层、作业设备层、作业对象层以及运营计划层。最后本章以Agent建模方法及技术研究了各仿真层次的相关Agent模型结构。 前向环馈仿真方法的核心思想是在仿真过程中采用前向环馈计算这一思路,前向环馈计算的粗略方法为:在每一个仿真计算循环中除了计算当前时刻状态外,还将时钟虚拟向前推进,在当前计算结果上,结合各类预确报信息进行前向状态预计算,然后评估预计算结果,并向后反馈到当前时间,对当前仿真计算进行修正,如此循环直到达到预先设定的结束条件为止。前向环馈计算步骤划分为四步:基准计算、虚拟仿真推进计算、前向时段匹配计算以及调整量计算。通过分析前向环馈仿真的具体技术步骤和计算内容,论文提出基于作业链思路和神经网络计算方法的前向环馈仿真计算技术。以此为基础,论文还讨论了前向环馈仿真的具体实现过程,包括各类数据结构、相关模型的构建、关键计算流程、算法以及代码实现等。 编组站运营系统仿真应用模块划分为四个层次,分别是线路层仿真、作业设

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 编组站运营系统
• 1.1.1 编组站运营系统概述
• 1.1.2 编组站运营技术作业包含内容及种类
• 1.2 系统仿真概述
• 1.2.1 仿真概述
• 1.2.2 复杂系统仿真
• 1.2.3 复杂系统特性及仿真建模相关方法
• 1.3 编组站运营系统动态仿真研究内容
• 1.4 国内外研究概述
• 1.4.1 国外相关研究概况
• 1.4.2 国内相关研究概况
• 1.4.3 既有研究存在问题
• 第二章 编组站运营仿真理论及方法
• 2.1 编组站运营系统动态仿真研究结构
• 2.1.1 仿真研究结构框架
• 2.1.2 仿真模块划分
• 2.1.3 各模块关系
• 2.2 核心仿真模块分析
• 2.2.1 确定型仿真模型
• 2.2.2 随机型仿真模型
• 2.2.3 前向环馈仿真模型
• 2.3 仿真应用模块分析
• 2.3.1 分层仿真概念
• 2.3.2 编组站运营系统应用层仿真层次划分
• 2.3.3 各仿真层次协调
• 2.4 基于Agent的仿真建模
• 2.4.1 Agent概念及技术特点
• 2.4.2 编组站运营系统仿真Agent模型分类、结构及特点
• 2.5 各仿真模块、层次间的协同
• 2.5.1 数据同步
• 2.5.2 仿真计算协同
• 2.5.3 时钟同步
• 2.6 各类通用数据及其编码分析
• 2.6.1 属性数据结构及编码
• 2.6.2 状态数据结构及编码
• 2.7 本章小结
• 第三章 前向环馈仿真模块
• 3.1 前向环馈仿真基础理论
• 3.1.1 概念及定义
• 3.1.2 计算步骤
• 3.1.3 作业链
• 3.1.4 编组站运营系统作业链分类及结构特点
• 3.1.5 基于神经网络的作业链网络
• 3.2 前向环馈仿真算法
• 3.2.1 基础算法概述
• 3.2.2 基准计算过程
• 3.2.3 虚拟仿真推进
• 3.2.4 前向时段匹配
• 3.2.5 调整量计算
• 3.3 前向环馈仿真模块仿真实现
• 3.3.1 基础数据结构
• 3.3.2 作业链及其神经网络构建
• 3.3.3 前向环馈仿真模块运行过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 线路层仿真研究
• 4.1 编组站线路分类及构成
• 4.1.1 到发场线路
• 4.1.2 驼峰线路
• 4.1.3 编组场线路
• 4.1.4 其他相关线路
• 4.2 各类线路简化抽象
• 4.3 线路数据结构
• 4.3.1 到达场股道基础数据
• 4.3.2 到达场咽喉基础数据
• 4.3.3 驼峰及推送线基础数据
• 4.3.4 编组站衔接线路及衔接方向
• 4.4 线路类实体仿真建模
• 4.4.1 线路类实体元模型
• 4.4.2 一般线路类实体模型
• 4.4.3 咽喉区模型
• 4.4.4 溜放区模型
• 4.5 线路层与其他仿真层次协同作用
• 4.5.1 与前向环馈仿真模块协同
• 4.5.2 与调机、作业对象协同
• 4.5.3 与运营层协同
• 4.6 本章小结
• 第五章 作业设备层仿真研究
• 5.1 作业设备分析
• 5.1.1 编组站运营技术作业设备分类及组成
• 5.1.2 数据结构分析
• 5.2 调机仿真
• 5.2.1 调机作业以及仿真内容分析
• 5.2.2 基于Agent的调机仿真模型
• 5.2.3 调机模型环境感知
• 5.2.4 调机动作仿真研究
• 5.2.5 调度命令处理
• 5.2.6 数据接口
• 5.3 调机仿真算法研究
• 5.3.1 算法分析
• 5.3.2 计算流程分析
• 5.3.3 关键代码实现
• 5.4 列检组仿真
• 5.4.1 列检组仿真模型
• 5.4.2 列检组作业计划生成
• 5.4.3 列检时间仿真
• 5.4.4 数据接口
• 5.5 列检组仿真算法研究
• 5.5.1 算法研究
• 5.5.2 计算过程分析
• 5.6 作业设备层与其它仿真层次协同
• 5.7 本章小结
• 第六章 作业对象层仿真研究
• 6.1 概述
• 6.2 作业对象逻辑关系及数据分析
• 6.3 基于Agent的作业设备仿真模型
• 6.3.1 模型构建
• 6.3.2 模型分析
• 6.3.3 相关仿真流程
• 6.4 作业设备仿真关键算法
• 6.4.1 到达列车及其编组构成
• 6.4.2 车组溜放过程
• 6.4.3 各类行为持续时间生成
• 6.5 作业对象实体群计算分析
• 6.5.1 到达列车算法分析
• 6.5.2 到达列车计算流程
• 6.5.3 车组计算分析
• 6.5.4 车组计算流程
• 6.5.5 其他作业对象状态计算
• 6.6 与前向环馈仿真模块协同作用
• 6.7 本章小结
• 第七章 运营计划层仿真研究
• 7.1 运营计划仿真研究内容分析
• 7.1.1 运营计划类别及内容分析
• 7.1.2 阶段计划仿真概述
• 7.2 编组站阶段计划仿真模型
• 7.2.1 模型构建
• 7.2.2 阶段计划的编制
• 7.3 阶段计划生成算法
• 7.3.1 计算目标
• 7.3.2 计算思路
• 7.3.3 作业链—阶段计划映射方法
• 7.3.4 创建初步阶段计划
• 7.3.5 修正初步阶段计划
• 7.4 仿真流程分析
• 7.5 运营层与前向环馈仿真模块协同作用
• 7.6 本章小结
• 第八章 仿真软件设计与实现
• 8.1 仿真软件需求分析
• 8.1.1 概述
• 8.1.2 仿真软件功能要求
• 8.1.3 运行环境
• 8.2 仿真软件结构设计
• 8.2.1 系统总体框架
• 8.2.2 系统结构及模块划分
• 8.2.3 人机交互模式
• 8.2.4 仿真系统硬件构成
• 8.3 仿真软件各模块详细设计
• 8.3.1 基于Agent的基础类实现
• 8.3.2 前向环馈仿真模块
• 8.3.3 应用层仿真模块
• 8.3.4 编组站基础信息制定维护模块
• 8.3.5 数据操作接口模块
• 8.4 仿真流程分析
• 8.5 仿真计算示例
• 8.6 本章小结
• 第九章 结论
• 9.1 论文主要工作与成果
• 9.2 论文主要创新工作
• 9.3 今后研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士期间发表的论文及科研成果