試論移動閉塞條件下地鐵列車的運行優化

王美俊

文章編號：2095-6835（2016）07-0067-01

摘 要：移動閉塞系統是一種智能化控制系統，它可保證地鐵的安全、平穩運行。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化進行了相應的試驗研究。

關鍵詞：移動閉塞系統；單列地鐵；多列列車；運動數學模型

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”的概念是，相對固定閉塞系統而言，在列車的運行過程中，將先行列車與后續列車看作一個整體，通過連續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。在移動閉塞條件下，地鐵的運行需要依據其實際運行情況不斷地優化和調整，從而保證列車的安全運行。

1 單列地鐵的運行優化

1.1 建立運動數學模型

地鐵在運行過程中，其運行環境十分復雜，許多因素會對運行速度產生影響——線路條件、列車自身條件、信號條件等。在建立運動數學模型時，需要先對影響因素進行充分的分析。以數學的思維來看，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化

運動數學模型建成之后，以該模型為基礎，以車站間最短運行時間為優化目標函數，利用事件控制技術進行運行優化。所謂“事件控制技術”，是指將新的運動參考變量引入優化系統中，所選的參考變量直接與輸出相關聯，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關系。此種控制技術避免了傳統離線控制的缺點，實現了實時調整，提升了地鐵運行的安全性。以蘇州地鐵一號線為例，列車數量100輛，編為25列，始發站為蘇州吳中區木瀆站，終點站為工業園區鐘南街站，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、加速度之間的函數關系式。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整，確保地鐵運行的穩定性，同時，還能保證運行時間最優。

2 多列地鐵的運行優化

在一個運行區間，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律應相同，但由于影響因素比較多，還需要控制和優化多列地鐵的運行。實際上，列車群站間運行優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。當控制系統包含的子系統比較多時，其模型為：

. （1）

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

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，其協調性為研究的重點，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，即使子系統的個數發生變化，也可以重新配置，從而保證地鐵安全、平穩地運行。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，為了實現協調，希望動作參考變量的數值可以被子系統的控制器共享。因此，在設計過程中，參考變量的映射各不相同，選擇的依據為具體的協作要求。

多列地鐵通同時運行時，運行的優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，進而有效實現運行優化。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，編程時采用VB軟件動態模擬地鐵的運行。在前車不斷運行的過程中，后續列車與前車之間的距離不斷發生變化。為了保證二者之間的距離滿足制動及安全的要求，需要后續列車在恰當的位置實現制動。假設某列地鐵出發后，后續列車停車的安全距離為12 m，結合地鐵運行的最快速度，當后續列車制動時，要想保證安全停車，就需要在距離停車點395 m開始制動。由仿真結果可知，在移動閉塞系統的輔助下，多列地鐵運行時，各個子系統之間可以實現有效協作，從而保證列車運行的安全性，提升列車的運載能力。

3 結論

在地鐵運行的過程中，借助移動閉塞系統的輔助作用進行相應的調整和優化，可保證前車與后續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，通過運行優化可保證地鐵車站間的運行時間最優，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，促進城市快速發展。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕