基于電子模擬系統下的鐵路運輸研究

摘要：我國對鐵路運輸進行電子模擬的初期研究，主要是將其應用在鐵路編組站及列車運行過程計算，為了能夠讓經營管理者更好地理解系統成本和運輸的能力，基于電子模擬系統下的鐵路運輸研能夠提供這樣一種工具。本文對鐵路運輸模擬進行了結構分類，研究了我國鐵路運輸系統模擬的開發要點，在此基礎上，分析探討了基于電子模擬系統下的鐵路運輸的關鍵技術及其日后的發展趨勢。

關鍵詞：電子模擬系統，鐵路運輸，發展趨勢

中圖分類號：U29 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712（2012）20-0006-01

一、鐵路運輸模擬的結構及分類

（一）按模塊分類

主要包括線路與網絡描述模塊，是最基本的層次；線路與連接設備的物理布局所決定的列車屬性模塊；各類交通控制信號系統下的列車運行環境模塊；列車運行與設備運用計劃模塊，該種模擬運輸模塊能夠提供各列車運行的時刻表、偏好路徑以及乘務組周轉表定義；鐵路運輸模擬結果分析模型，分析、顯示和輸出模擬結果。

（二）按應用領域分類

主要包括戰略決策模擬模型，主要研究在保證基本的安全性能條件下，鐵路服務的最有效利用資產利用以及費用控制策略；機車模型、車輛模型及線路維護模型等的基于資源的模擬；集中在獲得量化的線路的列車運營模擬；研究不同條件下軌道網絡的運營行為的干線與樞紐能力模擬；包括各種型號的火車的路徑選擇以及費用優化策略研究等的服務模擬；尋找最佳抗干擾途徑的鐵路交叉口及干擾模擬；最低效益與風險分析模擬。

（三）常用的模擬模型

主要包括線路搜索模型；優化模型，該模型可以是事件驅動的，但也可以不是，依靠復雜的數學算法來使運行行為最佳化；計算機輔助調度模型，在該種模型下，需要用戶事先對列車運行線路和調度決策進行描述，在列車的運營與控制系統中，如果有非預期的干擾情況發生，列車調度員應可能地將干擾影響減少到最低；基于事件的模擬模型，該模型最早的模擬模型之一，它們在處理列車運行時間的微觀模擬問題時差異很大；在當今的科技應用下，模擬軟件包的應用已經非常具備實用性和科學性。

二、基于電子模擬系統下的鐵路運輸研究的技術關鍵及發展趨勢

（一）模擬過程設計的技術關鍵

定義模擬研究的目標是模擬過程設計的關鍵所在，在模擬過程中所需要的數據是必須準確并且完備的，在提供充分可靠的數據的基礎上，才能夠更好地進行鐵路運輸的模擬實驗。如果情況需要并且實際可行，則可以選用列車真實情況的運營數據來作為案例的參考數據和依據。

（二）模擬方法的技術關鍵

鐵路運輸系統的核心是交通控制，如果能夠采用正確適當的交通控制方法，那么在很大程度上就能夠增加鐵路運輸電子模擬的成功概率，足以見得交通控制在其中的重要性。在進行交通控制的過程中，為了盡量地減少延誤，則必須妥善處理列車之間的接續，從而制訂科學合理的列車的周轉和調配計劃。為了在資源得到最為合理以及最優的利用的基礎上，使得列車系統得到運行，可以在交通規劃中采用一些合適的模型。在實際情況中，長期的鐵路規劃與短期的交通控制有一些相通之處，所以自然可以利用這些方法，然而要將規劃中的控制方法利用在交通控制中有一個難點之處，主要是用來計算的時間資源比較有限，規劃中所采用的一些算法是需要很多時間。然而在交通控制中往往需要給出及時的答案，不允許用太長的時間去計算，因此，這些方法并不能夠替代原先的算法，只是為了減少原先算法的求解范圍，方便計算過程。

（三）模擬技術的發展趨勢

模糊集理論，鐵路運輸系統中確實存在許多不確定的因素，模糊集理論則是處理這些不確定性的較好的方法。隨著模擬技術的發展，除了模糊集理論，智能體技術得到了較為廣泛的應用，近些年來，該模擬技術是在鐵路系統模擬領域應用得較多的一種技術，它是以分布式系統和目標技術為基礎的，在該種技術的作用下，布式系統的資源可以共享，而且在智能控制下有很強的自動性。在多智能體系統中，子系統之間由活動本身來自行協調，面向智能體的技術在微觀模擬領域起源于多目標技術，可以較大幅度地改善既有技術。復雜的數據目標間的界面被極小化，內部數據只能通過定義好的界面來接近，一個智能體包括了一個數據集以及通訊的方法，多智能體技術擴展到目標定位思想。

在采用多智能體系進行模擬研究時，如果拿來參考的數據不同，職能體系之間的運行和計算則會發生沖突，一旦這些體系發生了沖突，那么需要各個職能體系之間相互協調相互談判，得出最好的解決方案。多智能體系統的主要思想是對復雜問題，通過將分解為自動問題得出近似解，在局部問題解決的基礎上，將通訊環境集成，在鐵路運輸中，多智能體系統的應用案例是列車的編組與摘掛系統。

鐵路運輸調度系統是一個典型的多智能體系統，列車的日常運輸組織工作主要是由站段、分局、路局三級來負責，一旦出現沖突，需要通過上級來進行協調，整個過程主要是基于經驗的，協調的水平與調度員的性格和相互關系有很大的關系。我國鐵路正在探討網運分離改革，網運分離將會導致調度結構發生重大變化，智能體結構在該種情況下更適合采用實施調度系統。

三、我國鐵路運輸系統模擬開發的要點

多數發展中國家的模擬的基礎交通數據統計不完備，我國在數據統計方面也存在很多的不足之處，在鐵路建設的不斷發展下，已經大致建立了鐵路運輸基礎數據系統收集的框架，如何充分利用這些系統來積累所需要的數據，是未來進一步的研究重點。在開發有效的研究型模擬系統之前，要高度重視建模技術的研究。經過各項研究表明，對應用型軟件系統來說，編程實現問題在多數情況下不足以成為系統發展的難題，當前我國基于電子模擬系統下的鐵路模擬系統的薄弱環節，主要是關于系統設計與系統建模算法的研究。

除了基礎交通數據的統計資料的完善，還應該注意模擬系統的可持續發展，一個好的模擬系統需要長期不懈的努力才能初步完成，同時還需要更長時間的運行維護才能走向成熟和商業化，做到真正服務于鐵路運輸。為實現這一點，極為必要發展一個持續穩定的專家及研發隊伍，不斷加強測試及軟件文檔工作，軟件測試是軟件發展中不可忽視的一個環節，而文檔則是軟件維護和系統發展的必備文件，應該引起足夠的重視。注重軟件系統技術含量的積累，軟件投產后，其間包含大量的數據與案例積累，模擬軟件的發展包括功能擴充和案例與數據的積累兩部分，在積累前人的經驗和數據的同時，還要努力研發和創新。

四、結語

基于電子模擬系統下的鐵路運輸研究對于我國的鐵路發展是非常重要的，在科學技術的日新月異的發展下，要不斷探究鐵路系統模擬研究，力爭使我國的鐵路事業更上一步臺階。

參考文獻：

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