8列车运行仿真软北京交通大学丁勇(交通仿真技术PPT)

1列车运行计算系统列车运行过程计算模型目标函数下一个时间步长的机车工况/手柄位约束条件运行时分约束；运行限速约束；信号约束；运行进路约束；机车操纵基本规则的约束；运输组织规则约束；列车运行模式约束。23等时间步长法列车运行模拟的基本流程根据限速、线路条件、列车编组和运行时分确定机车工况/手柄位计算机车牵引力或制动力计算列车阻力计算列车单位合力计算列车加速度计算列车在时间步长末的速度、距离和能耗4系统主要特点采用等时间步长模拟算法，以牵引计算理论为基础对列车运行过程进行建模计算计算的核心是机车工况转换与手柄位的确定列车牵引力、动力制动力以及能耗的线性插值计算，按质量带原理计算列车单位附加阻力采用多种牵引模式（有级/无级）、不同的机车牵引策略（节时/节能）、不同的信号闭塞制式的多列车运行计算模型，电力牵引条件下电流、电压的求解模型5通用列车运行计算系统6系统的适用对象及功能(1)用于设计部门。系统可以为工程设计人员提供各种条件下系统相关指标的自动计算。(2)用于运营管理部门。系统可以用于机车操纵方案的优化、铁路既有线提速方案的分析模拟等方面。(3)用于教学研究部门。系统可以为铁路各级学校及生产一线的教学人员提供不同运行模式下列车运行过程的动态演示。7系统结构介绍8通用列车运行计算模拟系统适用于城市间大铁路的运行模拟包括如下运行模式：节时、定时下的节能、目标模式。节时模式是一种单目标的极端运行模式，并不直接用于实际工作中。而定时模式综合考虑了线路条件和机车牵引性能，是一种具有实用价值和优化意义的运行模式。9节时模式包括以下几个要点：(1)列车从较低的限速向高限速过渡时，采用机车最大可能的牵引力；(2)列车从较高限速向较低限速过渡时，采用制动方式。(3)在某一恒定限速处，尽可能采用与限速接近的手柄位；10定时情况下的节能模式(1)给定列车运行时分(2)从较低限速过渡到较高限速时，采用最大可能牵引力；(3)从较高限速过渡到较低限速时，尽量利用惰行来减少能量消耗；(4)列车进站时，在进站前段仍可采用惰行，直到某一临界速度，采用制动停车。国外列车运行计算仿真系统RAILSIMRailSysOpentrackDynamis11RAILSIM（北美铁路）(1)建立了庞大的各类机车车辆参数库；(2)支持自定义列车牵引力和阻力模型；(3)提供了多种列车运行计算模型；(4)高精度的列车运行模型；(5)支持复杂的列车制动算法；(6)提供各类输出报表。12RAILSIM主要模块包括列车运行行为计算器（TPC）、RAILSIM路网编辑器、机车车辆库、负载电流分析器、报告生成器、时刻表设计评估以及列车群运行仿真等。TPC是RAILSIM中最核心、也是最著名的模块。它根据线路平纵断面和列车编组，计算分析列车运行速度、时分、制动距离以及能耗，评价评估机车、车辆性能以及进行轨道交通线路设计分析，很多轨道交通仿真系统均加载了该计算程序。RAILSIMTPC能够准确分析计算各种类型列车的运行行为，可以设置仿真时钟从0.01s到10.0s，可以为列车运行仿真选择不同的车站停车时间和停车模式，能够仿真计算不同闭塞方式、不同类型列车控制系统以及不同机车牵引策略的列车运行行为，也能够研究运输能力分析、列车运行间隔计算、信号设计、列控系统与机车车辆设计、系统能耗计算以及车站客流分布等问题。13RAILSIMRAILSIM1415161718TPCRunTypesENDTOENDRUN—TPCrunfromterminaltoterminalwithstationstoppingasrequiredFLYINGSPEEDRUN—maximumattainablespeedrun,ALLOUTSPEEDRUN—stationtostationrunwithnocoastingortrainpacing,SCHEDULEDSPEEDRUN—stationtostationrunwithcoastingasrequired,ACCELERATE—canbecombinedwithotherruntypes,suchasforthe“run-away”portionofsafebrakingdistancecalculations,MAINTAINSPEED—canbecombinedwithotherruntypes,suchasforthereactiontimeperiodforsafebrakingdistancecalculations,COAST—canbecombinedwithotherruntypes,suchasforthebrakebuild-uptimeofsafebrakingdistancecalculations,andBRAKE—canbecombinedwithotherruntypes,andincludesfrictionservicebraking,combinedbraking(frictionanddynamic/regenerative),blendedbraking(dynamic/regenerativewithfrictionatlowvelocities)andemergencybrakingoptions.21Passengerflowreports23242526272829RAILSIMNetworkSimulator30Railsys32RailSys包括4个功能模块,包括：设施管理、时刻表管理、仿真管理以及评价管理。RailSys最擅长处理的是对铁路既有或新建线路、车站以及网络的比较评估，对列车运行计划的编制、验证以及评价等。RailSys还通过仿真分析有干扰和无干扰条件下的轨道交通系统运行情况来评价运行时刻表的质量与可靠性。在给定时刻表的前提上，计算仿真在各个时刻轨道交通网络上运行的多个列车的位置、速度，分析列车相互之间以及与信号等设施的相互影响，通过在仿真过程中考虑不同的交通控制策略以及不同的运输扰动情况，输出各个列车的实际运行速度时分曲线。333435Railsys系统结构Railsys36Railsys3738基础数据管理器3940运行图管理器41运行图管理器42434445评价管理器4647OpenTrack48Opentrack可以实现列车在简单线路运行的仿真计算，也可以实现在一些较为复杂的区域，比如在多股道、多方向的车站，再现列车的到发、通过、折返以及车站的轨道占用以及进路排列等多种现象，以及线路沿线信号设备显示状态与变化情况。基于给定运行时刻表的多列车运行仿真计算是Opentrack的另一大特色，按照用户输入的线路数据和列车，按照预定义的时刻表和仿真参数实现列车运行全过程的再现。Opentrack具有列车时刻表的编制、验证与管理功能。它能实时铺画列车实际运行图，可在运行图上进行运行调整，重新生成运行图。Opentrack可设定多种运营故障场景，分析各种扰动对列车运行效果运行和运营指标的影响。495253Dynamis55Dynamis根据给定的线路、列车等数据可进行精确的列车运行速度、时分、距离以及能耗计算，最新版本开发了先进的列车运行能耗与阻力计算模型，提出了列车运行的节能控制算法。Dynamis主要应用在德国与奥地利铁路运营部门与科研机构，并嵌入到RailSys等系统进行列车运行动态行为的计算。应用Dynamis可计算出的列车运行速度-距离曲线，分析不同运行富裕时分条件下通过合理设置惰行控制地段来有效降低运行能耗。5657