列车运行仿真关键技术及其应用
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摘要
在列车运行图生命周期的各个阶段,都涉及对列车运行图的评价、审核、检验等问题,因其工作量和难度大,可行的办法是用计算机仿真。列车运行图的仿真研究对中国铁路是一项重要的基础性工作。本文的研究背景源于铁道部运行图编制项目以及编图培训中心的研究工作,目的是研究列车仿真关键技术及其应用,并试图使所获得的研究成果具有较高的通用性。
本论文在借鉴既有研究成果的基础上,结合列车仿真的特点,对列车仿真关键技术及应用的相关问题展开研究,主要进行了以下五项工作：
(1)谓词变迁系统(Pr/T-S)未引入时间参数,不便描述列车运行仿真中个体状态变化与时间的联系,特引入时间参数,将Pr/T-S扩充为定时谓词变迁系统(TPr/T-S)。由于TPr/T-S在保证跟踪每个个体的状态变迁踪迹时,还能获取仿真中个体状态变迁与时间的联系,这就使其不仅可用于列车仿真研究建立车站模型和区间模型,还可用于有类似需求的其他环境中。
(2)为使客运专线车站站场模型与其结构及规模无关,定义客运专线站场通用模型为其全体进路和股道的集合,这种视图简化了对站场布置的描述和仿真系统的复杂性,且具有通用性。以TPr/T-S为基础,建立与拓扑和规模无关的客运专线车站TPr/T-S通用模型∑1,基于∑1设计客运专线车站作业通用仿真系统。运用客运专线车站作业通用仿真系统对京沪客运专线徐州东站进行仿真。仿真结果表明本文提出的客运专线站场通用模型与客运专线车站作业TPr/T-S通用模型∑1的有效性。
(3)将闭塞分区与相应色灯信号机看作一个整体,建立四显示信号体制铁路区间模型,简化了对铁路区间的描述和仿真系统的复杂性。以TPr/T-S为基础,构建铁路区间TPr/T-S通用模型∑2。基于该模型设计了客运专线区间通用作业仿真系统,仿真案例证实本文提出的四显示信号体制铁路区间模型与铁路区间TPr/T-S通用模型∑：的有效性。
(4)获得车站电子地图是构建全路仿真地图环境的前提条件。考虑到绘制全路车站电子地图的巨大工作量,研制通用、简便、可靠的车站电子地图绘制平台是一个重要任务。在功能需求分析并获得车站电子地图绘制平台数据流图的基础上设计了平台的总体结构、属性数据库及空间数据库,基于GIS软件MapX以及VC6.0开发实现了铁路车站通用电子地图平台。本电子地图平台已成为全路列车仿真系统的重要组成部分。
During the various stages of train operation diagram life cycle, evaluation, audit, inspection and other issuses are involved. Since the huge workload and difficulty, the feasible approach is computer simulation. The simulation research on train operation diagram is a foundamental work for China railway. The research background of this thesis derives from the China Railway Ministry Train Operation Diagram Research Project and the research work of Train Diagram Research and Training Center. The goal is to do research on the key technologies of train operation simulation and its application, and to ensure the universality of the reseach results
On the basis of referring the previous studing results, combining the features of train operation simulation, the study on the key technologies of train operation simulation and its application has been carried out, mainly focusing on the following five parts:
(1) The time parameter has not been introduced to Predicate/Transition-System (Pr/T-S), the relationship between time and the status changes of individuals cannot be described conveniently, so the Pr/T-S has been expanded to Timed Predicate/Transition-System (TPr/T-S) with time parameter introduced. Since TPr/T-S can not only ensure to trace the status changes of individuals, but also to gain the relationship between individual status changes and time in the simulation, it can be used in other environments with similar needs except for train simulation research.
(2) In order to guarantee the independence between the model of passenger-dedicated line station and its structure or scale, the model has been defined as a set of whole routes and tracks of station, which simplifis the description of the station yard and the complexity of the simulation system, and is of versatility. Based on TPr/T-S, the passenger-dedicated line station TPr/T-S universal model∑1has been built, which is irrelevant with the topology and scale of station, and the passenger-dedicated line station universal simulation system has been designed based on∑1. Adopting the passenger-dedicated line station universal simulation system to simulate Xuzhou East Station on the Beijing-Shanghai passenger dedicated line. The simulation results show the effectiveness of the passenger-dedicated line station universal simulation system and the passenger-dedicated line station TPr/T-S universal model∑1.
(3) Each Block section and their related signal are seen as a whole, and four signal system railway section model has been built, which simplifies the description of railway section and complexity of simulation system. Based on TPr/T-S, railway section TPr/T-S universal model∑2has been built. The passenger-dedicated line section universal operation simulation system has been designed. The simulation case proved the effectiveness of four signal system railway section model and railway section TPr/T-S universal model∑2.
(4) Achieving station electric map is the prerequisite for building the whole railway simulation map environment. Taking into account that it is a huge workload to draw electric maps for stations in the railway network, it is an important task to design a universal, convenient and feasible station electric mapping platform, the function requirement analysis has been done for station electric mapping platform, and the data flow diagram (DFD) has been achieved. The overall structure, property database and space database have been designed based on DFD; after that, the universal station electric mapping platform has been developed based on GIS software MAPX and VC6.0. The universal station electric mapping platform has become an important part of railway train simulation system.
本论文在借鉴既有研究成果的基础上,结合列车仿真的特点,对列车仿真关键技术及应用的相关问题展开研究,主要进行了以下五项工作：
(1)谓词变迁系统(Pr/T-S)未引入时间参数,不便描述列车运行仿真中个体状态变化与时间的联系,特引入时间参数,将Pr/T-S扩充为定时谓词变迁系统(TPr/T-S)。由于TPr/T-S在保证跟踪每个个体的状态变迁踪迹时,还能获取仿真中个体状态变迁与时间的联系,这就使其不仅可用于列车仿真研究建立车站模型和区间模型,还可用于有类似需求的其他环境中。
(2)为使客运专线车站站场模型与其结构及规模无关,定义客运专线站场通用模型为其全体进路和股道的集合,这种视图简化了对站场布置的描述和仿真系统的复杂性,且具有通用性。以TPr/T-S为基础,建立与拓扑和规模无关的客运专线车站TPr/T-S通用模型∑1,基于∑1设计客运专线车站作业通用仿真系统。运用客运专线车站作业通用仿真系统对京沪客运专线徐州东站进行仿真。仿真结果表明本文提出的客运专线站场通用模型与客运专线车站作业TPr/T-S通用模型∑1的有效性。
(3)将闭塞分区与相应色灯信号机看作一个整体,建立四显示信号体制铁路区间模型,简化了对铁路区间的描述和仿真系统的复杂性。以TPr/T-S为基础,构建铁路区间TPr/T-S通用模型∑2。基于该模型设计了客运专线区间通用作业仿真系统,仿真案例证实本文提出的四显示信号体制铁路区间模型与铁路区间TPr/T-S通用模型∑：的有效性。
(4)获得车站电子地图是构建全路仿真地图环境的前提条件。考虑到绘制全路车站电子地图的巨大工作量,研制通用、简便、可靠的车站电子地图绘制平台是一个重要任务。在功能需求分析并获得车站电子地图绘制平台数据流图的基础上设计了平台的总体结构、属性数据库及空间数据库,基于GIS软件MapX以及VC6.0开发实现了铁路车站通用电子地图平台。本电子地图平台已成为全路列车仿真系统的重要组成部分。
During the various stages of train operation diagram life cycle, evaluation, audit, inspection and other issuses are involved. Since the huge workload and difficulty, the feasible approach is computer simulation. The simulation research on train operation diagram is a foundamental work for China railway. The research background of this thesis derives from the China Railway Ministry Train Operation Diagram Research Project and the research work of Train Diagram Research and Training Center. The goal is to do research on the key technologies of train operation simulation and its application, and to ensure the universality of the reseach results
On the basis of referring the previous studing results, combining the features of train operation simulation, the study on the key technologies of train operation simulation and its application has been carried out, mainly focusing on the following five parts:
(1) The time parameter has not been introduced to Predicate/Transition-System (Pr/T-S), the relationship between time and the status changes of individuals cannot be described conveniently, so the Pr/T-S has been expanded to Timed Predicate/Transition-System (TPr/T-S) with time parameter introduced. Since TPr/T-S can not only ensure to trace the status changes of individuals, but also to gain the relationship between individual status changes and time in the simulation, it can be used in other environments with similar needs except for train simulation research.
(2) In order to guarantee the independence between the model of passenger-dedicated line station and its structure or scale, the model has been defined as a set of whole routes and tracks of station, which simplifis the description of the station yard and the complexity of the simulation system, and is of versatility. Based on TPr/T-S, the passenger-dedicated line station TPr/T-S universal model∑1has been built, which is irrelevant with the topology and scale of station, and the passenger-dedicated line station universal simulation system has been designed based on∑1. Adopting the passenger-dedicated line station universal simulation system to simulate Xuzhou East Station on the Beijing-Shanghai passenger dedicated line. The simulation results show the effectiveness of the passenger-dedicated line station universal simulation system and the passenger-dedicated line station TPr/T-S universal model∑1.
(3) Each Block section and their related signal are seen as a whole, and four signal system railway section model has been built, which simplifies the description of railway section and complexity of simulation system. Based on TPr/T-S, railway section TPr/T-S universal model∑2has been built. The passenger-dedicated line section universal operation simulation system has been designed. The simulation case proved the effectiveness of four signal system railway section model and railway section TPr/T-S universal model∑2.
(4) Achieving station electric map is the prerequisite for building the whole railway simulation map environment. Taking into account that it is a huge workload to draw electric maps for stations in the railway network, it is an important task to design a universal, convenient and feasible station electric mapping platform, the function requirement analysis has been done for station electric mapping platform, and the data flow diagram (DFD) has been achieved. The overall structure, property database and space database have been designed based on DFD; after that, the universal station electric mapping platform has been developed based on GIS software MAPX and VC6.0. The universal station electric mapping platform has become an important part of railway train simulation system.
引文
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