專利名稱：城市軌道交通出入段線能力分析方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種城市軌道交通出入段線能力分 析方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
車輛段出入段線屬于城市軌道交通的配線，是列車從車輛段進入正線或由正線駛 回車輛段的運行線路，完成高峰加車、平峰收車的功能，其設(shè)置首先應達到早高峰來臨前規(guī) 定時間內(nèi)出段列車數(shù)的要求，以滿足高峰小時正線行車密度；其次應考慮早晚高峰結(jié)束前 規(guī)定時間內(nèi)入段列車數(shù)的要求，以提高正線運行列車載客量，所以出段能力是出入段線的 能力指標，入段能力是出入段線的經(jīng)濟指標。評價車輛段出入段線的重要標準是車輛段出入段能力。車輛段出入段能力是出段 能力和入段能力的總稱，指單位時間(通常指一小時)內(nèi)出段或入段的列車數(shù)，其計算公式 如下
^ 3600
_4] C = 丁⑴其中，C(列/小時)代表出段或入段能力，h(秒/列)代表出段或入段列車行車 間隔。由此可見，列車進出車輛段的最小行車間隔是評價車輛段出入段能力的關(guān)鍵因素。目前，確定最小行車間隔的一般方法是把從停車庫出發(fā)到進站停車或從車站出發(fā) 到停車庫分為幾個階段，在分析列車每個階段的走行時間后得出。以廣州地鐵3號線洛溪 車輛段為例，能力分析時把列車出段一般分成段內(nèi)(停車庫至列車轉(zhuǎn)換模式完成)、轉(zhuǎn)換軌 區(qū)段、出段(轉(zhuǎn)換后的列車進入正線運營)和進站。列車段內(nèi)運行時間100s，列車轉(zhuǎn)換軌運 行時間95s，列車出段運行時間采用正線追蹤間隔70s，列車進站時間95s，因此最終的列車 行車間隔是100s?，F(xiàn)有的分析方法存在以下問題(1)僅考慮出入段線方向的列車間隔，而忽略了出入段能力的正線因素；(2)基于限制因素設(shè)計時間，采用簡單的加減法得到出入段能力；(3)沒有考慮坡度、曲線半徑、車載反應時間等參數(shù)；(4)沒有考慮不同閉塞制式對能力的影響因素。實際上，影響出入段能力的因素眾多，例如線路狀況、列車參數(shù)及控制模式、閉塞 制式、信號系統(tǒng)工作流程和運營組織等，所以在分析出段能力時應對科學性、全面性、準確 性的提出更高要求。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是，提高出入段線能力分析的科學性、全面性以及 準確性。
4
本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是，實現(xiàn)出入段線能力分析過程的自動化，節(jié)省 勞動力。(二)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種城市軌道交通出入段線能力分析方法，該方 法包括步驟Si.確定線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若干區(qū)間；S2.根據(jù)步驟Sl確定的數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列車出清 計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；S3.根據(jù)仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出段行車間 隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線能力、能力儲備以及車站停車時間最大值，并 將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析結(jié)果。其中，步驟Sl進一步包括步驟Si. 1確定出入段線所在車站，調(diào)入線路數(shù)據(jù)，確定出段方向與正線運行方向的順 逆；Si. 2確定閉塞制式以及計時點；Si. 3確定列車數(shù)據(jù)，將列車編組，確定各列車起始位置；Si. 4檢查Si. 1-1. 3各步驟的數(shù)據(jù)的完整性和合法性，并通過所述計時點將線路 分成若干區(qū)間。其中，步驟S2進一步包括步驟S2. 1根據(jù)各區(qū)間的限速信息、列車在各區(qū)間的走行距離，計算列車在區(qū)間內(nèi)的走 行時間以及下一區(qū)間的起始速度；S2. 2根據(jù)所述列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間以及下一區(qū)間的起始速度，計算前后列車 出清計時點的時間以及在計時點間運行的時間。其中，步驟S3進一步包括如下步驟S3. 1根據(jù)仿真結(jié)果，分別列出不同追蹤情形下出段行車間隔與各計時點間運行的 時間、停站時間、信號系統(tǒng)動作時間以及能力儲備之間的關(guān)系方程組；S3. 2將方程組中的變量能力儲備都賦值0，計算出各對應出段行車間隔，以最大 出段行車間隔作為最終出段行車間隔；S3. 3根據(jù)所述最終出段行車間隔，計算出入段線能力；S3. 4輸出能力分析結(jié)果。其中，步驟S3. 3和步驟S3. 4之間包括如下步驟將所述最終出段行車間隔帶入到所述方程組中，得到各追蹤情形下的能力儲備 值，并根據(jù)所述出段行車間隔與運營需求中規(guī)定的線路通過能力，得到車站停車時間的取 值范圍。其中，根據(jù)所述最終出段行車間隔計算所述出入段線能力的公式為
「 π ^ 3600C =-
h其中，C為出段能力，單位為列/小時，h為最終出段行車間隔，單位為秒/列。本發(fā)明還提供了一種城市軌道交通出入段線能力分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)確定模塊，用于確定線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若干區(qū)間，并將上 述數(shù)據(jù)輸入到列車運行仿真模塊；列車運行仿真模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)確定模塊確定的 數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列車出清計時點的時間，得到列車在計時點 間的運行時間；出段能力分析模塊，用于根據(jù)所述列車運行仿真模塊的仿真結(jié)果，計算不同 追蹤情形下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車 出入段線能力、能力儲備以及車站停車時間最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出 最終分析結(jié)果。(三)有益效果本發(fā)明所述的分析方法及系統(tǒng)在綜合了線路信息、列車信息、信號系統(tǒng)信息進行 列車仿真的基礎(chǔ)上，考慮了正線因素，使分析結(jié)果更全面、更準確。與現(xiàn)有方案相比在效果 上有如下優(yōu)越性(1)能力分析結(jié)果精度更高。一般的實驗室條件下的分析方法，多沒有將線路分段 考慮，而只是分段列車出入段過程，計算各段時間得到出入段能力，這樣得到的能力多以5s 為分辨率。本發(fā)明在分段列車出入段線路的基礎(chǔ)上計算線路能力的，分辨率可以達到Is ；(2)能力儲備結(jié)果精度更高。一般的分析方法多以經(jīng)驗值10%作為能力儲備，本 發(fā)明提出的方法通過計算得到能力儲備的下限，更有利于使用者判斷出入段線設(shè)計的合理 性。


圖1是依照本法發(fā)明一種實施方式的城市軌道交通出入段線能力分析方法流程 圖；圖2是依照本法發(fā)明一種實施方式的城市軌道交通出入段線能力分析方法軟件 結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明所提出的城市軌道交通出入段線能力分析方法及系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實施例 詳細說明如下。針對目前城市軌道交通的出入段能力分析方法存在的問題和手工計算造成大量 勞動力浪費的現(xiàn)狀，本發(fā)明的方法通過計算機仿真得到出段能力，從而得到出入段線能力。如圖1-2所示，分別為依照本法發(fā)明一種實施方式的城市軌道交通出入段線能力 分析方法流程圖和軟件結(jié)構(gòu)圖。出段能力分析所涉及數(shù)據(jù)包括線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、信號 系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及運營要求4個部分，所涉及的功能模塊包括列車運行仿真和出段能力分析2 個模塊。1、線路數(shù)據(jù)包括線路長度、道岔號、上下行正線間的距離、正線運行方向、車站長 度、坡度、曲率、限速信息和非移動閉塞下的分區(qū)限速等數(shù)據(jù)信息。線路數(shù)據(jù)可以來源于數(shù) 據(jù)庫中的已有線路或使用者自行設(shè)計。在仿真開始前，系統(tǒng)會自動檢查線路數(shù)據(jù)的完整性 與合法性。2、列車數(shù)據(jù)包括編組、車輛長度、常用制動反應時間、制動建立有效時間、車載反 應時間、列車出發(fā)準備時間等等。列車仿真運行要遵從和受制于列車數(shù)據(jù)，列車數(shù)據(jù)主要來源于數(shù)據(jù)庫。在仿真開始前，系統(tǒng)也會自動檢查列車數(shù)據(jù)的完整性與合法性。3、信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括閉塞制式、旅客上下車時間、車門開關(guān)時間、屏蔽門反應時 間、聯(lián)鎖設(shè)備反應時間、聯(lián)鎖設(shè)備完成功能時間、分區(qū)數(shù)據(jù)(準移動閉塞或固定閉塞)、車頭 車尾互換時間(出段方向與正線運行方向相反時)等等。信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以來源于數(shù)據(jù)庫 或使用者手工設(shè)定，在仿真開始前，系統(tǒng)會提示使用者選取閉塞制式，然后再自動檢查信號 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性與合法性。整個分析過程包括如下步驟Si.確定完整且合法的線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若 干區(qū)間，具體為Si. 1確定出入段線所在車站，調(diào)入線路數(shù)據(jù)，確定出段方向與正線運行方向的順 逆?？梢詮募扔芯€路車站列表中選擇，也可以在界面中自行設(shè)計，系統(tǒng)中提供站型模版；Si. 2確定閉塞制式，繼而確定計時點并由系統(tǒng)在線路上以顏色標出。計時點的確 定與線路狀況、列車參數(shù)、閉塞制式和信號系統(tǒng)工作流程有密切關(guān)系，這些計算點有駕駛模 式轉(zhuǎn)換點、車站停車點、離站點、道岔防護點、站界點、后車常用制動曲線起點等等；Si. 3確定列車數(shù)據(jù)，由使用者從數(shù)據(jù)庫中選擇列車及其相應數(shù)據(jù)，將列車編組，確 定各列車起始位置；Si. 4檢查Si. 1-1. 3各步驟的數(shù)據(jù)的完整性和合法性，并通過所述計時點將線路 分成若干區(qū)間。本發(fā)明的分析方法在計算機輸入上述信息后，仿真不同列車追蹤情形進而得到出 段能力以及相應能力儲備。即數(shù)據(jù)完整性以及合法性檢查通過后，調(diào)入列車運行仿真模塊， 進行如下步驟S2.根據(jù)步驟Sl所確定的數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列車出 清計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；步驟S2進一步包括步驟S2. 1根據(jù)各區(qū)間的限速信息、列車在各區(qū)間的走行距離，計算列車在區(qū)間內(nèi)的走 行時間以及下一區(qū)間的起始速度；通過計時點將線路分成若干區(qū)間，每個區(qū)間都有自身的限速信息Vlmt。列車在區(qū)間 走行的距離_時間方程為S = vxt + ]^[a-wY(2)其中，列車區(qū)間走行距離S取決于線路長度、上下行正線間的距離、車站長度等， 加速度α取決于列車牽引力、坡度等因素，阻力w取決于坡度、曲率等因素。通過方程(2) 可以得到列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間t'。將t'帶入列車走行的速度_時間方程，則有V2 = Vi+ta-wjt'(3)由此可以得到列車在該區(qū)間末端的速度v2，并與區(qū)間限速信息Vlmt比較。若v2<vlmt，則V2就是下一區(qū)間的起始速度，t'就是列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間t ；否則，將Vlmt帶入公式(3)左端得到達到限速值時間t"，將t〃帶入公式(2)中 得到達到限速值時的列車走行距離S'，則可以通過勻速運動的速度-時間方程得到剩余距離(S-S')的走行時間，繼而得到列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間t，限速Vlmt就是下一區(qū)段起 始速度。S2. 2根據(jù)列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間以及下一區(qū)間的起始速度，得到列車出清計時 點的時間以及在計時點間運行的時間。前后列車出清計時點的時間分別用T',和Ti表示，在計時點間運行的時間分別 用t' i*、表示；S3.調(diào)入出段能力分析模塊，根據(jù)仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形下的出段行車間 隔，并根據(jù)出段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線能力、能力儲備以及車 站停車時間最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析結(jié)果。步驟S3進一步包括S3. 1根據(jù)仿真結(jié)果，分別列出不同追蹤情形下出段行車間隔Di與各計時點間運行 時間ti;停站時間td，信號系統(tǒng)動作時間ts以及能力儲備A之間的關(guān)系方程組D1 = f (t' ti td, ts, T1)D2 = f (t‘ ti td, ts, r2)(4)D3 = f (t' ti td, ts, r3)S3. 2將方程組(4)中的能力儲備變量A都賦值0，計算出各對應出段行車間隔Di, 則最終出段行車間隔為D = max (D1, D2, D3)；S3. 3根據(jù)所述最終出段行車間隔，計算出入段線能力；將最終出段行車間隔D帶回到方程組(4)的左邊可得到各出段情形的能力儲備變 量A ；將D帶入公式(1)中得到出入段線的能力。根據(jù)出段行車間隔和運營規(guī)定的線路通過能力I，利用關(guān)系式G <爐(Am/)可以 得到車站停車時間的最大值，而根據(jù)旅客上下車時間t。、車門開關(guān)時間ttd、屏蔽門反映時間tpsd、 車載動作時間tv。b。可以得到車站停車時間的最小值，進而得到車站停車時間的td取值區(qū)間。S3. 4輸出能力分析結(jié)果。本發(fā)明還提供了一種使用上述方法進行城市軌道交通出入段線能力分析的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)確定模塊，用于確定完整且合法的線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù) 據(jù)，并將線路分成若干區(qū)間，并將上述數(shù)據(jù)輸入到列車運行仿真模塊；列車運行仿真模塊， 用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)確定模塊確定的上述數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列 車出清計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；以及出段能力分析模塊，用于根據(jù) 所述列車運行仿真模塊的仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出 段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線能力、能力儲備以及車站停車時間 最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析結(jié)果。本發(fā)明的方法在線路數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上仿真列車運行，使得能力分析過程自動化；對 不同追蹤情形設(shè)置相應的能力儲備，在得到出段能力的同時得到能力儲備的具體值；在得 到出段能力后，還可以推算停站時間的取值區(qū)間。借助計算機仿真計算不僅提高了列車運 行數(shù)據(jù)的可信度，而且降低了設(shè)計者的工作量，為優(yōu)化配線提供了一個智能方法。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，該方法包括步驟S1.確定線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若干區(qū)間；S2.根據(jù)步驟S1確定的數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列車出清計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；S3.根據(jù)仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線能力、能力儲備以及車站停車時間最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，步驟Sl進 一步包括步驟Si. 1確定出入段線所在車站，調(diào)入線路數(shù)據(jù)，確定出段方向與正線運行方向的順逆；Si. 2確定閉塞制式以及計時點；Si. 3確定列車數(shù)據(jù)，將列車編組，確定各列車起始位置；51.4檢查Si. 1-1. 3各步驟的數(shù)據(jù)的完整性和合法性，并通過所述計時點將線路分成 若干區(qū)間。
3.如權(quán)利要求2所述的城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，步驟S2進 一步包括步驟52.1根據(jù)各區(qū)間的限速信息、列車在各區(qū)間的走行距離，計算列車在區(qū)間內(nèi)的走行時 間以及下一區(qū)間的起始速度；52.2根據(jù)所述列車在區(qū)間內(nèi)的走行時間以及下一區(qū)間的起始速度，計算前后列車出清 計時點的時間以及在計時點間運行的時間。
4.如權(quán)利要求3所述的城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，步驟S3進 一步包括如下步驟53.1根據(jù)仿真結(jié)果，分別列出不同追蹤情形下出段行車間隔與各計時點間運行的時 間、停站時間、信號系統(tǒng)動作時間以及能力儲備之間的關(guān)系方程組；S3. 2將方程組中的變量能力儲備都賦值0，計算出各對應出段行車間隔，以最大出段 行車間隔作為最終出段行車間隔；S3. 3根據(jù)所述最終出段行車間隔，計算出入段線能力；S3. 4輸出能力分析結(jié)果。
5.如權(quán)利要求4所述的城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，步驟S3.3 和步驟S3. 4之間包括如下步驟將所述最終出段行車間隔帶入到所述方程組中，得到各追蹤情形下的能力儲備值，并 根據(jù)所述出段行車間隔與運營需求中規(guī)定的線路通過能力，得到車站停車時間的取值范圍。
6.如權(quán)利要求4所述的城市軌道交通出入段線能力分析方法，其特征在于，根據(jù)所述 最終出段行車間隔計算所述出入段線能力的公式為^ 3600C =-h其中，C為出段能力，單位為列/小時，h為最終出段行車間隔，單位為秒/列。
7.一種城市軌道交通出入段線能力分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括2數(shù)據(jù)確定模塊，用于確定線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若干 區(qū)間，并將上述數(shù)據(jù)輸入到列車運行仿真模塊；列車運行仿真模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)確定模塊確定的數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種 追蹤情形，記錄各列車出清計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；出段能力分析模塊，用于根據(jù)所述列車運行仿真模塊的仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形 下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線 能力、能力儲備以及車站停車時間最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析 結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市軌道交通出入段線能力分析方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟S1.確定線路數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、以及信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將線路分成若干區(qū)間；S2.根據(jù)上述數(shù)據(jù)，仿真列車運行中的各種追蹤情形，記錄各列車出清計時點的時間，得到列車在計時點間的運行時間；S3.根據(jù)仿真結(jié)果，計算不同追蹤情形下的出段行車間隔，并根據(jù)所述出段行車間隔計算最終出段行車間隔，得到列車出入段線能力、能力儲備以及車站停車時間最大值，并將其與運營需求進行比對分析，輸出最終分析結(jié)果。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)提高了出入段線能力分析的科學性、全面性以及準確性，實現(xiàn)出入段線能力分析過程的自動化，且節(jié)省勞動力。
文檔編號B61L25/00GK101941449SQ20101025951
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者唐濤, 張宏韜, 王海峰, 郜春海 申請人:北京交通大學