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(guó)目前城市交通堵塞的重要手段。我國(guó)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(guó)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(chē)運(yùn)行調(diào)度指揮與運(yùn)營(yíng)管理方面。如何提高信號(hào)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化率已成為繼軌道車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)群自動(dòng)控制依賴(lài)于運(yùn)行圖，在非正常情況下，要實(shí)現(xiàn)列車(chē)群的協(xié)調(diào)，傳統(tǒng)的列車(chē)群控制大多依賴(lài)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(chē)

3、故障或其他運(yùn)營(yíng)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(chē)次、調(diào)用新圖等手段人工介入調(diào)整。在恢復(fù)行車(chē)指揮功能的過(guò)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(duì)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(wèn)題，這些都是現(xiàn)實(shí)中亟待解決的重要問(wèn)題。解決這些問(wèn)題對(duì)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(wèn)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(yíng)管理向智能化、集成化發(fā)展的趨勢(shì)，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(kāi)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(duì)城軌在調(diào)度指揮時(shí)對(duì)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(tái)的構(gòu)架設(shè)想，以達(dá)到提高運(yùn)營(yíng)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(guò)建立城軌交通線模型，引入了城軌列車(chē)運(yùn)行的數(shù)學(xué)描述，對(duì)城市軌道列車(chē)的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了分析。論文對(duì)列車(chē)晚點(diǎn)的原因和造成的影響進(jìn)行了探討，同時(shí)針對(duì)城軌列車(chē)出現(xiàn)發(fā)車(chē)的晚點(diǎn)情況，

7、對(duì)其在隨后車(chē)站造成的自身晚點(diǎn)以及對(duì)第一后行列車(chē)造成的連帶晚點(diǎn)的晚點(diǎn)傳播過(guò)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(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要關(guān)系。 (3)論文對(duì)城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行調(diào)整問(wèn)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(chē)故障這些非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下列車(chē)運(yùn)行調(diào)度指揮方案。詳細(xì)分析并論述了列車(chē)在晚點(diǎn)狀況下的常用調(diào)度策略、城軌特有的列車(chē)間隔調(diào)整策略以及自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整ATR的實(shí)現(xiàn)原理與存在的問(wèn)題

8、。 (4)針對(duì)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化問(wèn)題，作者指出：目前調(diào)度員考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)都是從列車(chē)的角度出發(fā)的，在整個(gè)過(guò)程中并沒(méi)有考慮乘客流的狀況。而實(shí)際上城軌的服務(wù)對(duì)象是乘客，車(chē)流是為客流服務(wù)的。對(duì)列車(chē)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(shuō)，調(diào)度員不僅僅考慮的是行車(chē)調(diào)度的問(wèn)題，要時(shí)時(shí)刻刻都要考慮到做出的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整對(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。在優(yōu)化目標(biāo)的選取上，摒棄過(guò)

9、去常用從列車(chē)的角度出發(fā)的優(yōu)化策略，并構(gòu)造了求解該問(wèn)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(duì)城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行調(diào)度的有關(guān)問(wèn)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(chē)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(chē)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(lái)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(duì)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(duì)象類(lèi)。論文針對(duì)列車(chē)運(yùn)行仿真、列車(chē)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(huà)與調(diào)整功能、控制中心的圖形用戶(hù)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)系

11、統(tǒng)封閉的傳統(tǒng)觀念。針對(duì)“集成化”，論文提出了基于Web的城市軌道交通信息集成平臺(tái)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(tái)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(wèn)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(yǔ)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