城市軌道交通調(diào)度指揮智能集成系統(tǒng)研究.pdf

1、大力發(fā)展地鐵和輕軌交通為主的城市軌道交通是解決我國目前城市交通堵塞的重要手段。我國已經(jīng)進(jìn)入了城市軌道交通的大發(fā)展時(shí)期，一些城市已經(jīng)由“線”的建設(shè)轉(zhuǎn)向了“網(wǎng)”的建設(shè)。隨著我國新線的不斷建成和投入使用，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，今后的研究熱點(diǎn)將會(huì)集中到列車運(yùn)行調(diào)度指揮與運(yùn)營管理方面。如何提高信號系統(tǒng)的國產(chǎn)化率已成為繼軌道車輛后又一事關(guān)城市軌道交通發(fā)展大局的重要課題。調(diào)度指揮工作是保證列車安全、正點(diǎn)運(yùn)行的重要內(nèi)容，其重要性不言而喻。解決城軌

2、調(diào)度指揮的關(guān)鍵是保持服務(wù)的準(zhǔn)時(shí)性及穩(wěn)定性，在確保行車安全的前提下提高效率則是城市軌道交通調(diào)度指揮的主題。 如何保證運(yùn)輸服務(wù)的連續(xù)穩(wěn)定性(即可用性)，是一條城軌交通線的首要目標(biāo)。由丁外界因素(如災(zāi)害、人身傷亡事故等)的影響導(dǎo)致服務(wù)中斷是不可避免的，這種非正常情況下的快速恢復(fù)是一個(gè)關(guān)鍵。在正常情況下，列車群自動(dòng)控制依賴于運(yùn)行圖，在非正常情況下，要實(shí)現(xiàn)列車群的協(xié)調(diào)，傳統(tǒng)的列車群控制大多依賴于調(diào)度員的指揮，難于實(shí)現(xiàn)快速的事故恢復(fù)。當(dāng)列車

3、故障或其他運(yùn)營因素造成運(yùn)行偏離計(jì)劃運(yùn)行圖情況時(shí)，由中心調(diào)度人工依靠縮短站停時(shí)分、取消車次、調(diào)用新圖等手段人工介入調(diào)整。在恢復(fù)行車指揮功能的過程中，如何使系統(tǒng)具備自動(dòng)或輔助調(diào)度員使系統(tǒng)盡快投入運(yùn)用的能力，同時(shí)對于如何解決城市軌道交通中的“自動(dòng)化孤島”以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的信息共享以及聯(lián)動(dòng)控制等問題，這些都是現(xiàn)實(shí)中亟待解決的重要問題。解決這些問題對于提高城市軌道交通調(diào)度指揮的科學(xué)性，減輕調(diào)度員的工作強(qiáng)度，提高城市軌道調(diào)度指揮系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有著重

4、要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義，這也是論文研究的問題所在。 本論文主要做了以下幾方面的創(chuàng)新性的研究工作： (1)分析了城市軌道交通調(diào)度指揮和運(yùn)營管理向智能化、集成化發(fā)展的趨勢，提出了建設(shè)“城市軌道交通調(diào)度指揮智能集成系統(tǒng)”(URTIIDMS， Urbarl Rail Trallsit Intelligentand Integrated Dispatch Manage System)的理念與框架。論文圍繞著如何實(shí)現(xiàn)城市軌道交通調(diào)度

5、指揮的“智能化”和“集成化”展開本文的研究工作。在“智能化”方面，作者指出：調(diào)度指揮系統(tǒng)智能化的關(guān)鍵點(diǎn)，就是系統(tǒng)應(yīng)該具備非正常狀況下的智能化調(diào)度指揮功能。作者提出了建立城市軌道交通調(diào)度指揮智能決策支持系統(tǒng)(URTDIDSS， Urban RailTransit Dispatch Intelligent Decision Support System)的解決方案，并將人工智能領(lǐng)域的CRB(Case-based Reasoning)和RBR

6、(Rule-based Reasoning)引入事故處理決策支持子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。在“集成化”方面，針對城軌在調(diào)度指揮時(shí)對各子系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)信息共享、聯(lián)動(dòng)控制的要求，提出了信息集成平臺的構(gòu)架設(shè)想，以達(dá)到提高運(yùn)營效率、改善服務(wù)質(zhì)量、提高應(yīng)急反應(yīng)能力等目的。 (2)本文通過建立城軌交通線模型，引入了城軌列車運(yùn)行的數(shù)學(xué)描述，對城市軌道列車的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了分析。論文對列車晚點(diǎn)的原因和造成的影響進(jìn)行了探討，同時(shí)針對城軌列車出現(xiàn)發(fā)車的晚點(diǎn)情況，

7、對其在隨后車站造成的自身晚點(diǎn)以及對第一后行列車造成的連帶晚點(diǎn)的晚點(diǎn)傳播過程及傳播規(guī)律進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出相應(yīng)的理論計(jì)算公式，分析探討了乘客流與城軌列車運(yùn)行穩(wěn)定性的重要關(guān)系。 (3)論文對城市軌道交通列車運(yùn)行調(diào)整問題進(jìn)行了特征分析，提出了在出現(xiàn)區(qū)間堵塞、線路故障、列車故障這些非正常運(yùn)營狀態(tài)下列車運(yùn)行調(diào)度指揮方案。詳細(xì)分析并論述了列車在晚點(diǎn)狀況下的常用調(diào)度策略、城軌特有的列車間隔調(diào)整策略以及自動(dòng)列車運(yùn)行調(diào)整ATR的實(shí)現(xiàn)原理與存在的問題

8、。 (4)針對列車運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化問題，作者指出：目前調(diào)度員考慮問題的出發(fā)點(diǎn)都是從列車的角度出發(fā)的，在整個(gè)過程中并沒有考慮乘客流的狀況。而實(shí)際上城軌的服務(wù)對象是乘客，車流是為客流服務(wù)的。對列車的運(yùn)行調(diào)整效果需要考慮乘客的利益，適當(dāng)?shù)貜某丝偷慕嵌瘸霭l(fā)。也就是說，調(diào)度員不僅僅考慮的是行車調(diào)度的問題，要時(shí)時(shí)刻刻都要考慮到做出的列車運(yùn)行調(diào)整對客流的影響后果，要考慮到乘客的感受。作者建立了運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。在優(yōu)化目標(biāo)的選取上，摒棄過

9、去常用從列車的角度出發(fā)的優(yōu)化策略，并構(gòu)造了求解該問題的遺傳算法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)計(jì)算。應(yīng)用AFC獲取OD數(shù)據(jù)后算法將具有實(shí)用性。 (5)為驗(yàn)證本文所建立的模型和提出的調(diào)整優(yōu)化方法，方便對城市軌道交通列車運(yùn)行調(diào)度的有關(guān)問題進(jìn)行研究，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)城市軌道交通列車運(yùn)行調(diào)度指揮的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。論文詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以及系統(tǒng)組成設(shè)備及其功能，并軟件系統(tǒng)的功能模塊細(xì)成進(jìn)行了劃分。在模型構(gòu)建上，由于城軌列車運(yùn)行系統(tǒng)是典

10、型的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(DEDS)，故采用離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)來建立該模型。在實(shí)現(xiàn)手段上，采用了面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計(jì)方法(OOP)，對城軌交通系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)體分析，并由此確定了主要對象類。論文針對列車運(yùn)行仿真、列車自動(dòng)追蹤(ATT)功能、白動(dòng)進(jìn)路設(shè)定(ARS)功能、運(yùn)行圖鋪畫與調(diào)整功能、控制中心的圖形用戶界面(GUI)這幾個(gè)主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)探討。 (6)現(xiàn)代城市軌道交通的各專業(yè)之間相互依托，相互滲透的聯(lián)動(dòng)性要求必須打破專業(yè)系

11、統(tǒng)封閉的傳統(tǒng)觀念。針對“集成化”，論文提出了基于Web的城市軌道交通信息集成平臺的解決方案。本文運(yùn)用了Web技術(shù)、XML技術(shù)以及Multi-Agent技術(shù)，提出了集成平臺的總體設(shè)計(jì)方案并論述了各子系統(tǒng)信息需求內(nèi)容與特征、信息的訪問方式與統(tǒng)一的信息管理流程。論文給出基于Agent和XML的系統(tǒng)集成框架的實(shí)現(xiàn)，其中詳細(xì)論述了Agent的構(gòu)成與功能描述、Agent的結(jié)構(gòu)模型和語義描述、Multi-Agent通信協(xié)作模型設(shè)計(jì)、異構(gòu)數(shù)據(jù)集成實(shí)現(xiàn)以