淺談城市軌道交通列車混合編組運行的仿真與優化

【摘 要】本文就城市軌道交通列車混合編組運行的情況進行了簡要的分析，主要通過對城市軌道交通運行初期的列車編組數據以及最近的過渡階段列車編組數據進行探究，依據研究實例數據，對建立的列車運行方針進行研究，從而找出其中的不足，并對其進行不斷的優化，以提高列車運行的質量。希望本文的研究可以為同行提供一定的參考。

【關鍵詞】城市軌道交通；列車；混合編組運行；仿真；優化

目前，我國的城市軌道交通運營正面臨著轉型期。為了使得城市軌道交通運營的質量得到提升，需要對城市軌道交通運營初期到近期的過渡進行優化，以保障人們的出行。在目前許多的城市軌道交通運營中，采用的是列車混合編組運營的方式，這種方式的采用使得列車的運輸能力得到有效的優化，并在一定程度上緩解了公共交通給城市軌道帶來的壓力。就目前而言，如何做好城市軌道交通列車混合編組運行的仿真與優化，是現今城市軌道交通管理人員急需探討的問題。

1.城市軌道交通列車仿真運行考慮因素

1.1列車受力

就我國目前城市中軌道交通列車的編組狀況而言，主要分為3輛或6輛一組和4輛或8輛一組兩種混合編組模式。在對這些列車編組進行仿真運行研究時，可以通過對單質點受力模型進行分析，來對列車的運行規律進行總結。采用這樣的方式，可以高效的歸結出列車運行的整體規律。而在對引用受力進行分析時，需要注意到以下幾種狀況：

第一，在利用牽引力時，要注意根據列車的牽引特征的曲線形規律來對列車的受力進行分析，而這種牽引力相關參數一般是由車輛生產商所提供的。

第二，在引用基本阻力時，要根據已定的基本計算公式，來對列車的基本阻力進行計算，一般而言其采用的計算公式為F阻=a+bv+cv2。在這一組公式中，a、b、c主要表示的是車輛的相關經驗常數。就某軌道交通8號線某種型號的電動客車實例來說，其相關的a、b、c車輛經驗參數分別為2.4、0.013、0.001278，將這些數據帶進公式中，可以得到F阻=2.4+0.013v+0.001278v2。在這一公式中，v代表平均旅行速度，其單位用km/h來表示，而F阻的單位則用KN來表示。

再次，列車運行的曲線、坡道、道岔區域以及隧道都會產生一定的附加阻力，引用這些附加阻力時，需要嚴格按照相關條例中的規定和生產參數指標來進行處理。

第三，就是對制動力的引用，要想有效的掌握這種制動力，就需要對制動力的確定因素進行有效的掌控，而就制動力的計算來說，其中主要包含的因素為列車類型以及制動初速度，要想使得制動力得以確立，就需要對列車類型以及制動初速度進行有效的確定。

第四，針對加減速阻力的引用。所有的列車在加速或者是制動時，都會有人為操作差異因素、加減速度阻力因素的影響，但是這種影響也分級別，一般來說，目前我國列車的運行加速度的計算公式主要為F加減=ma（1+0.01λ）。在這一公式中，λ主要表示的是列車的質量系數，一般而言，我國的列車質量系數主要取值為6，而m而主要表示的是列車的具體運行質量，其中a則表示的是列車的加速度。

第五，是對列車重力的引用。在我國，要想對列車重力做到有效的判斷，就要依據列車的型號來進行判斷，不同型號的列車有不同的列車重力，要想熟練掌握列車重力，就要對列車的型號做到有效了解，或經由車輛生產商直接提供。

1.2混合編組列車對運行線的影響

由于城市軌道交通列車從初期到近期的運行過渡一般會采用混合編組模式。通常為3、4、6、7、8節混合編組模式。如某軌道交通8號線采用6、7節編組，某輕軌2號線采用4、6節混合編組、某軌道交通3號線采用3、6節混合編組模式。又如，列車在早晚高峰時刻會使用大編組模式以緩解交通壓力。不同的列車編組混合運行勢必會對運行線造成一定影響。

1.3運營限速對運行線的影響

由于城市軌道交通的特殊性，區間線路距離一般比較短，列車發車密度比較大，列車運行中大部分時間都是以最高速度運行。因此，列車在各區間的限速會影響列車到站的時間。

2.列車運行過程仿真數學模型及算法

為建立城市軌道交通列車數學模型，假設列車為單質點，通過對其進行受力分析，可得列車的運動規律。在足夠的△Dt步長時間內，將列車整個運行過程看成是有限個△Dt牽引過程的合過程。

仿真模型具體算法如下：

（1）取得基礎設施、車輛、列車運行圖的基礎參數數據。

（2）根據曲線線路對列車速度的限制和運營的限速要求，將列車的運行路線分為若干個限速分段，并且判斷限速分段之間能否滿足列車的制動能力。

（3）計算列車在每一個步長時間內的速度值、時間值及位移值，并將數據保存。

（4）計算后續列車在下一個步長時間內，如果在采取牽引/制動/加速工況的條件下，是否能滿足列車制動和準確停站的要求；如果滿足要求，計算列車在下一個步長時間內的速度值、時間值、位移值，并將其保存。

（5）判斷列車是否達到站點，并計算滯后時間。

（6）將每個步長內的列車數據通過列車牽引的v—S（速度一距離）曲線與S-t（距離一時間）曲線表示出來。

3.城市軌道交通列車運行仿真與優化

3.1仿真系統的主要模塊

（1）線路數據管理模塊：主要包括定義運行線路（線路分段之間的距離、坡度、曲線半徑、隧道信息等），車站名稱、編號與線路進路檢測等。

（2）列車參數信息模塊：根據列車車型定義列車的長度、質量、構造速度，以及單位起動阻力、最大運行速度、最大運行加速度、列車轉動慣量系數等。

（3）系統參數管理模塊：仿真步長，曲線限速與曲線阻力計算公式，隧道阻力計算公式等。

（4）列車運行計算模塊：是整個系統的核心模塊，可以計算列車的S曲線與t曲線，并輸出列車延滯時間以及分析對后續列車的影響。

3.2仿真結果分析

仿真運行顯示，前方運行列車為長編組列車時對運行線路影響較大。由圖1可知，AC13.1次列車在3.6km處出現停留和晚點情況，并對后續AC07.2次列車造成影響。原因是由于不同列車編組混合運行時，追蹤列車須與前車保證最小安全距離；若小于最小安全距離，后續列車必須減速，且由于前行列車編組越長出站時間越長，造成后續列車的延誤。這種延誤不斷積累，造成多班次列車晚點。因后續列車晚點，為了追蹤前行列車、保證行車效率，造成列車速度波動較大。

圖1 仿真計算的列車運行曲線及延滯情況

3.3仿真優化

減小后續列車晚點的可行辦法之一是延長發車間隔，但這對運行線路中編組較短的列車是沒有必要的，并且過大的發車間隔會影響線路的運行效率。因此，現修改發車規則如下：若前方為編組較短的列車，不改變發車時間；若前方為編組較長的列車，則增加發車間隔。

4.結語

綜上所述，本文主要就采用CBTC系統的地鐵列車運行模型進行了探討，并針對某軌道交通線路的列車進行了仿真測試，在這一基礎上對不同列車編組混合運行的狀況進行了解，從而分析出在同一條運行線上不同的列車編組混合運行所帶來的影響作用，通過研究可以知道，發車間隔相同而列車編組不同，就會對后續列車的運行有著嚴重的影響，而要想使得列車的運行質量得以提高，就要根據乘客的流通量時間段，在運行圖上對列車混合編組的運行發車間隔進行有效的改進，只有這樣才能夠提高列車運營的正點率。 [科]

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