面向鐵路行車組織的仿真建模方法研究.pdf

1、近年來，我國鐵路實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。從“組織型”向“規(guī)劃型”轉(zhuǎn)變，既有鐵路行車組織模式開始了新的變革，同時，多條客運專線、高速鐵路自明年起將先后開通運行，相應(yīng)的行車組織模式設(shè)計也在緊鑼密鼓的進行。鐵路行車組織計劃的制定與優(yōu)化是鐵路行車組織工作的核心內(nèi)容，行車組織模式的改革與發(fā)展在優(yōu)化目標、制約因素、精細程度、安全可靠及時效性要求等方面為行車組織計劃賦予了新的內(nèi)涵?；谛熊嚱M織模式及相應(yīng)行車組織計劃編制方法、技術(shù)及應(yīng)用的研究對鐵路行車組織仿

2、真提出了一系列更高、更新的要求。 在這一新的背景下，我們認為，面向行車組織模式研究的仿真已提到了議事日程上，特別是對行車組織計劃決策過程和方法進行建模與仿真，將為行車組織計劃的優(yōu)化和可靠性研究，分析和實驗新的行車組織模式，提供有力的支撐。面向鐵路行車組織方式的仿真，在系統(tǒng)性、復(fù)雜性、智能性、運算規(guī)模等方面將發(fā)生巨大變化，同時在環(huán)境適應(yīng)性要求方面也有很大提高。因此，開展這一研究將面臨兩個方面的困難，一是針對鐵路行車組織智能決策活動

3、的協(xié)作性和可演化性的仿真建模方法，二是具有高度可重用性和適應(yīng)性的仿真系統(tǒng)構(gòu)建方法。以往的鐵路行車組織仿真一般將相應(yīng)計劃作為外部輸入條件，屬于對行車組織某些最終決策結(jié)果的仿真評估和檢驗，相應(yīng)的研究方法難以解決這兩個方面的難題，有必要探索新的途徑。 本文以復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論作為研究行車組織系統(tǒng)發(fā)展與演變基本規(guī)律的理論基礎(chǔ)，并將建模和系統(tǒng)構(gòu)建兩大關(guān)鍵活動統(tǒng)一在這一理論基礎(chǔ)下。對于行車組織計劃制定這樣一個復(fù)雜問題，利用基于協(xié)作任務(wù)求解方式

4、和多主體建模方法，將行車組織計劃系統(tǒng)的決策問題分解為多個子任務(wù)，分布到若干決策主體上，通過自主決策和交互作用實現(xiàn)整體決策過程。利用個體間的交互所產(chǎn)生的復(fù)雜多變的協(xié)作行為，能自然表現(xiàn)不同行車組織方式下的決策過程以支持系統(tǒng)演化。對于在發(fā)展演變背景下仿真系統(tǒng)的構(gòu)建，本文圍繞仿真集成，利用SOI以粗粒度松散耦合方式便于支持系統(tǒng)流程重組和優(yōu)化的優(yōu)勢，在先進仿真技術(shù)的代表HLA的研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合SOA架構(gòu)的思想實現(xiàn)仿真集成單元間不同層次的互操作

5、與重用，以探索保障系統(tǒng)適應(yīng)性和開發(fā)效率的途徑。在此研究思路下，本文主要進行了如下研究工作： 1)根據(jù)鐵路行車組織系統(tǒng)的復(fù)雜性和可演化性特征，提出以結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、單元模型構(gòu)建和仿真集成三項基礎(chǔ)活動構(gòu)造鐵路行車組織仿真應(yīng)用的方式，建立了基于系統(tǒng)演化的鐵路行車組織面向領(lǐng)域建模與仿真框架，從不同層次上實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的可演化性，以適應(yīng)行車組織仿真在發(fā)展背景下的研究需求。 2)面向鐵路行車組織計劃制定與優(yōu)化，提出以分布的運輸流主體和資

6、源管理主體通過自主決策方式實現(xiàn)行車組織優(yōu)化的建模思想，研究了基于協(xié)作任務(wù)求解的鐵路行車組織計劃建模方法，建立了基于多主體的鐵路行車組織系統(tǒng)模型框架。以“運輸流”和“運輸資源與資源管理”建模為重點，利用多主體間的協(xié)作來實現(xiàn)行車組織計劃制定的決策目標。即，以車流聯(lián)盟的形式實現(xiàn)車流間通過協(xié)作來獲得合理編組方案的車流組織問題建模；用車流聯(lián)盟接續(xù)網(wǎng)描述了列車任務(wù)規(guī)劃求解中的協(xié)作關(guān)系，并建立了車流聯(lián)盟主體與車流主體間的協(xié)作求解模型；針對不同類別運行

7、資源協(xié)作實現(xiàn)列車任務(wù)的要求，提出了以列車任務(wù)作為協(xié)作框架的基于“懲罰金”的列車運行資源分配協(xié)同優(yōu)化方法。 3)在鐵路行車組織多層次仿真集成需求下，引入基于服務(wù)的思想實現(xiàn)仿真集成單元間粗粒度的松散耦合集成，并結(jié)合HLA規(guī)范提出了鐵路行車組織仿真集成機制，構(gòu)建了基于MAS的仿真集成框架結(jié)構(gòu)。在仿真集成框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路行車組織仿真的領(lǐng)域共性，構(gòu)建基于三個支撐功能層次的仿真支撐環(huán)境。 4)在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合路網(wǎng)貨車集結(jié)