城市轨道交通调度指挥智能集成系统研究

论文摘要

大力发展地铁和轻轨交通为主的城市轨道交通是解决我国目前城市交通堵塞的重要手段。我国已经进入了城市轨道交通的大发展时期,一些城市已经由“线”的建设转向了“网”的建设。随着我国新线的不断建成和投入使用,城市轨道交通网络的逐步形成,今后的研究热点将会集中到列车运行调度指挥与运营管理方面。如何提高信号系统的国产化率已成为继轨道车辆后又一事关城市轨道交通发展大局的重要课题。调度指挥工作是保证列车安全、正点运行的重要内容,其重要性不言而喻。解决城轨调度指挥的关键是保持服务的准时性及稳定性,在确保行车安全的前提下提高效率则是城市轨道交通调度指挥的主题。如何保证运输服务的连续稳定性（即可用性）,是一条城轨交通线的首要目标。由于外界因素（如灾害、人身伤亡事故等）的影响导致服务中断是不可避免的,这种非正常情况下的快速恢复是一个关键。在正常情况下,列车群自动控制依赖于运行图,在非正常情况下,要实现列车群的协调,传统的列车群控制大多依赖于调度员的指挥,难于实现快速的事故恢复。当列车故障或其他运营因素造成运行偏离计划运行图情况时,由中心调度人工依靠缩短站停时分、取消车次、调用新图等手段人工介入调整。在恢复行车指挥功能的过程中,如何使系统具备自动或辅助调度员使系统尽快投入运用的能力,同时对于如何解决城市轨道交通中的“自动化孤岛”以实现各子系统的信息共享以及联动控制等问题,这些都是现实中亟待解决的重要问题。解决这些问题对于提高城市轨道交通调度指挥的科学性,减轻调度员的工作强度,提高城市轨道调度指挥系统的自动化水平有着重要的理论意义和现实意义,这也是论文研究的问题所在。本论文主要做了以下几方面的创新性的研究工作:（1）分析了城市轨道交通调度指挥和运营管理向智能化、集成化发展的趋势,提出了建设“城市轨道交通调度指挥智能集成系统”（URTIIDMS, Urban Rail Transit Intelligent and Integrated Dispatch Manage System）的理念与框架。论文围绕着如何实现城市轨道交通调度指挥的“智能化”和“集成化”展开本文的研究工作。在“智能化”方面,作者指出:调度指挥系统智能化的关键点,就是系统应该具备非正常状况下的智能化调度指挥功能。作者提出了建立城市轨道交通调度指挥智能决策支持系统（URTDIDSS, Urban Rail Transit Dispatch Intelligent Decision Support System）的解决方案,并将人工智能领域的CRB（Case-based Reasoning）和RBR（Rule -based Reasoning）引入事故处理决策支持子系统的设计当中。在“集成化”方面,针对城轨在调度指挥时对各子系统间实现信息共享、联动控制的要求,提出了信息集成平台的构架设想,以达到提高运营效率、改善服务质量、提高应急反应能力等目的。（2）本文通过建立城轨交通线模型,引入了城轨列车运行的数学描述,对城市轨道列车的运行规律进行了分析。论文对列车晚点的原因和造成的影响进行了探讨,同时针对城轨列车出现发车的晚点情况,对其在随后车站造成的自身晚点以及对第一后行列车造成的连带晚点的晚点传播过程及传播规律进行了研究,推导出相应的理论计算公式,分析探讨了乘客流与城轨列车运行稳定性的重要关系。（3）论文对城市轨道交通列车运行调整问题进行了特征分析,提出了在出现区间堵塞、线路故障、列车故障这些非正常运营状态下列车运行调度指挥方案。详细分析并论述了列车在晚点状况下的常用调度策略、城轨特有的列车间隔调整策略以及自动列车运行调整ATR的实现原理与存在的问题。（4）针对列车运行调整优化问题,作者指出:目前调度员考虑问题的出发点都是从列

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 研究现状与分析
• 1.3.1 我国实际应用现状综述
• 1.3.2 国内外研究现状与分析
• 1.4 论文的基本研究思路
• 1.5 论文的主要创新点
• 1.6 论文的结构安排
• 第二章 城市轨道交通调度指挥智能集成系统（URTIIDMS）的基础理论
• 2.1 系统工程学和控制理论对本研究的启示
• 2.2 城市轨道交通调度指挥系统分析
• 2.3 城市轨道交通自动化子系统
• 2.3.1 各自动化子系统
• 2.3.2 城市轨道交通ATC 系统
• 2.4 URTIIDMS 的理论分析与框架设计
• 2.4.1 URTIIDMS 技术实施手段
• 2.4.2 URTIIDMS 的智能化分析
• 2.4.3 URTIIDMS 的集成化分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 城轨列车运行分析及晚点传播问题的研究
• 3.1 列车晚点状况分析
• 3.1.1 列车进入晚点及其分类
• 3.1.2 列车晚点的原因分析
• 3.1.3 列车晚点造成的影响
• 3.2 城轨交通描述与模型建立
• 3.2.1 城轨交通描述
• 3.2.2 模型参数
• 3.2.3 列车停站时间模型
• 3.2.4 列车运行的数学描述
• 3.3 城轨列车晚点传播计算
• 3.3.1 自身晚点
• 3.3.2 连带晚点
• 3.4 城轨列车晚点传播分析
• 3.4.1 乘客流对晚点传播的重要关联性分析
• 3.4.2 追踪列车间隔对晚点传播的重要关联性分析
• 3.4.3 晚点对实际追踪列车间隔的影响分析
• 3.4.4 动态性能指标
• 3.5 仿真实例测试及结果分析
• 3.5.1 仿真计算
• 3.5.2 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 列车运行调整的系统分析及优化方法研究
• 4.1 调整问题的描述及分析
• 4.1.1 城轨列车运行调整的特征分析
• 4.1.2 城轨列车运行调整的基本手段
• 4.2 非正常情况下调度指挥
• 4.2.1 临时交路下调度指挥
• 4.2.2 线路故障下调度指挥
• 4.2.3 列车故障下调度指挥
• 4.3 晚点状况下列车调度指挥
• 4.3.1 调度指挥原则及常用策略
• 4.3.2 自动列车运行调整－ATR
• 4.3.3 列车间隔调整分析
• 4.4 列车运行调整的优化方法
• 4.4.1 问题的提出及分析
• 4.4.2 城轨乘客流的研究分析
• 4.4.3 城轨运输能力的分析
• 4.4.4 优化数学模型的构造
• 4.4.5 遗传算法对该问题的求解
• 4.4.6 数值算例
• 4.4.7 客流安全及客流调控
• 4.5 本章小节
• 第五章 城轨列车运行调度仿真系统的设计与实现
• 5.1 系统组成结构分析
• 5.1.1 系统层次划分
• 5.1.2 系统网络构建
• 5.1.3 系统组成设备及功能
• 5.2 仿真软件设计
• 5.2.1 系统模块划分
• 5.2.2 系统模型建模
• 5.2.3 仿真程序的基本流程
• 5.3 仿真调度软件的实现
• 5.3.1 车站及区间线路图铺画实现
• 5.3.2 列车运行仿真实现
• 5.3.3 自动进路控制（ARS）的实现
• 5.3.4 列车自动追踪（ATT）实现
• 5.3.5 列车运行图铺画与调整
• 5.3.6 系统实现
• 5.4 本章小节
• 第六章 基于WEB 的城市轨道交通信息集成平台研究
• 6.1 信息集成平台的实现技术
• 6.2 信息集成平台的总体设计方案
• 6.2.1 平台的建设目标
• 6.2.2 软件体系的构建原则
• 6.2.3 信息集成平台体系结构的建立
• 6.3 信息的需求分析及其管理流程
• 6.3.1 信息需求内容分析
• 6.3.2 信息需求特征分析
• 6.3.3 信息访问方式
• 6.3.4 信息管理流程
• 6.4 基于AGENT 和XML 的系统集成框架实现
• 6.4.1 系统实现方案
• 6.4.2 Agent 的构成与功能描述
• 6.4.2 Agent 的结构模型和语义描述
• 6.4.3 Multi-Agent 通信协作模型设计
• 6.4.4 异构数据集成实现
• 6.5 数据仓库构建
• 6.5.1 数据仓库体系结构
• 6.5.2 数据仓库主题域分析
• 6.5.3 维与粒度的设计
• 6.6 本章小节
• 第七章 本文的总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望与进一步的工作
• 参考文献
• 城市轨道交通常用术语中英文对照表
• 本文图表名称及页码索引
• 攻读博士学位期间研究成果
• 致谢