試論移動閉塞條件下地鐵列車的運行優(yōu)化

王美俊

文章編號：2095-6835（2016）07-0067-01

摘 要：移動閉塞系統(tǒng)是一種智能化控制系統(tǒng)，它可保證地鐵的安全、平穩(wěn)運行。近年來，我國鐵路部門加大了研究力度，旨在得出移動閉塞條件下地鐵的優(yōu)化運行方案，從而有效提升地鐵的運行效率。主要對單列地鐵和多列地鐵在移動閉塞條件下的運行優(yōu)化進行了相應的試驗研究。

關(guān)鍵詞：移動閉塞系統(tǒng)；單列地鐵；多列列車；運動數(shù)學模型

中圖分類號：U231.7 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.067

“移動閉塞系統(tǒng)”的概念是，相對固定閉塞系統(tǒng)而言，在列車的運行過程中，將先行列車與后續(xù)列車看作一個整體，通過連續(xù)檢測先行列車的速度、位置，對列車間的間隔進行有效的控制，從而保證列車與列車之間的安全距離，是一種列車安全系統(tǒng)。在移動閉塞條件下，地鐵的運行需要依據(jù)其實際運行情況不斷地優(yōu)化和調(diào)整，從而保證列車的安全運行。

1 單列地鐵的運行優(yōu)化

1.1 建立運動數(shù)學模型

地鐵在運行過程中，其運行環(huán)境十分復雜，許多因素會對運行速度產(chǎn)生影響——線路條件、列車自身條件、信號條件等。在建立運動數(shù)學模型時，需要先對影響因素進行充分的分析。以數(shù)學的思維來看，地鐵運行時存在運動方程，解釋和推導該方程的過程就是牽引計算的過程。牽引計算時，需要對影響地鐵運行的力（牽引力、運行阻力和制動力）進行充分分析。分別計算出各種力之后，先將制動力與運行阻力相加，再利用牽引力減去二者的和得到合力，最后再分析地鐵的運行工況。

1.2 對單列地鐵的車間站運行進行優(yōu)化

運動數(shù)學模型建成之后，以該模型為基礎，以車站間最短運行時間為優(yōu)化目標函數(shù)，利用事件控制技術(shù)進行運行優(yōu)化。所謂“事件控制技術(shù)”，是指將新的運動參考變量引入優(yōu)化系統(tǒng)中，所選的參考變量直接與輸出相關(guān)聯(lián)，無論在哪個時刻，將給定的量輸入到模型中后，都會形成定量與參考變量之間的函數(shù)關(guān)系。此種控制技術(shù)避免了傳統(tǒng)離線控制的缺點，實現(xiàn)了實時調(diào)整，提升了地鐵運行的安全性。以蘇州地鐵一號線為例，列車數(shù)量100輛，編為25列，始發(fā)站為蘇州吳中區(qū)木瀆站，終點站為工業(yè)園區(qū)鐘南街站，單程運行時間為48 min，運行速度為35.03 km/h。應用計算機仿真與事件控制技術(shù)可以將參考變量引入到模型中。這樣一來，即可得出列車運行距離與速度、加速度之間的函數(shù)關(guān)系式。司機駕駛地鐵時，通過輸入變量可對運行速度進行實時的調(diào)整，確保地鐵運行的穩(wěn)定性，同時，還能保證運行時間最優(yōu)。

2 多列地鐵的運行優(yōu)化

在一個運行區(qū)間，并不是只有一輛運行的地鐵，而是多列地鐵按照安全間隔共同運行。為了保證列車運行的安全性，列車群在站間的運行規(guī)律應相同，但由于影響因素比較多，還需要控制和優(yōu)化多列地鐵的運行。實際上，列車群站間運行優(yōu)化屬于一類編隊問題，因此，在對問題求解時，采用的方法為基于運動參考變量的機器人編隊方法。當控制系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)比較多時，其模型為：

. （1）

式（1）中：xi為變量，表示狀態(tài)；ui為控制變量；ri為函數(shù)，表示各個子系統(tǒng)的耦合；hi（xi）為輸出函數(shù)，其中，hi表示列車的位置；i表示第i個系統(tǒng)，取值在1～k之間，子系統(tǒng)的個數(shù)就是k的數(shù)值。

對于隊列控制問題的研究，由于隊列中包含多個自治體，因此，其協(xié)調(diào)性為研究的重點，同時，可利用參考變量映射法進行反饋控制，在分布式控制器的基礎上設計相應的控制器。這樣一來，即使子系統(tǒng)的個數(shù)發(fā)生變化，也可以重新配置，從而保證地鐵安全、平穩(wěn)地運行。在基于運動參考變量的隊列控制問題中，時間并不是希望反饋的基礎，為了實現(xiàn)協(xié)調(diào)，希望動作參考變量的數(shù)值可以被子系統(tǒng)的控制器共享。因此，在設計過程中，參考變量的映射各不相同，選擇的依據(jù)為具體的協(xié)作要求。

多列地鐵通同時運行時，運行的優(yōu)化控制不僅要保證安全性，還要提升運輸能力，因此，應盡量縮短列車的追蹤允許間隔時間，并保證各個列車具有相似的運行軌跡。在移動閉塞條件下，相鄰的兩輛地鐵之間需要建立動態(tài)安全距離，以提升地鐵的運動性能。為了達到這一目的，各個地鐵在運行的過程中需要將自己的位置、速度等不斷上報給中心控制單元，隨后，中心控制單元再將這些信息傳送至后面的地鐵中，進而有效實現(xiàn)運行優(yōu)化。在蘇州地鐵一號線運行的過程中，應用移動閉塞信號的共25列列車組，利用計算機仿真技術(shù)，編程時采用VB軟件動態(tài)模擬地鐵的運行。在前車不斷運行的過程中，后續(xù)列車與前車之間的距離不斷發(fā)生變化。為了保證二者之間的距離滿足制動及安全的要求，需要后續(xù)列車在恰當?shù)奈恢脤崿F(xiàn)制動。假設某列地鐵出發(fā)后，后續(xù)列車停車的安全距離為12 m，結(jié)合地鐵運行的最快速度，當后續(xù)列車制動時，要想保證安全停車，就需要在距離停車點395 m開始制動。由仿真結(jié)果可知，在移動閉塞系統(tǒng)的輔助下，多列地鐵運行時，各個子系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)有效協(xié)作，從而保證列車運行的安全性，提升列車的運載能力。

3 結(jié)論

在地鐵運行的過程中，借助移動閉塞系統(tǒng)的輔助作用進行相應的調(diào)整和優(yōu)化，可保證前車與后續(xù)列車之間的制動距離、安全距離符合要求，從而保證地鐵的安全運行。同時，通過運行優(yōu)化可保證地鐵車站間的運行時間最優(yōu)，在保證運行效率的前提下提升列車的運載能力，有效緩解城市的交通壓力，促進城市快速發(fā)展。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕