基于元胞自动机的轨道交通模型与交通流特性分析

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1、致谢本论文的工作是在我的导师高自友教授与了李克平副教授的悉心指导下完成的，高自友教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来高自友老师对我的关心和指导。李克平副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向李克平老师表示衷心的谢意。陈建华和杨立新两位老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，李锋、付印平等师兄对我论文研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校

2、专心完成我的学业。1绪论1．1研究背景与意义随着经济一体化发展，物资、人员在城市之间及城市内部的调配R益频繁。这无疑需要发达的综合交通运输体系。而轨道交通系统在一个国家的综合交通运输体系中发挥着重要的骨干作用。轨道交通系统具有很多公路交通不具有的优势，例如运量大、占地少、能耗及运输成本低，受气候条件影响小，同时相对来说比较安全准时。因此，轨道交通的建设成为世界各国综合交通系统建设中的重点【l】。轨道交通系统包括干线铁路系统，城市地铁和轻轨系统等。在一个城市的交通系统中，在一个区域的综合交通系统中，在一个国家的综合交通运输体系中，轨道交通系统都发挥

3、着重要的骨干作用(王庆云，2004)。无论是轮轨列车，还是磁悬浮列车，无论是高速轮轨还是常规轮轨，无论是城市地铁轻轨铁路还是干线铁路，轨道交通作为一种社会可持续发展的陆上交通工具，已经得到普遍的公认。特别是上个世纪六十年代高速铁路的出现以及人类对即将要面临的能源危机的觉醒，使得人们对轨道交通的认识不断发生变化。由于轨道交通系统具有运量大，占地少，单位运量能耗小，有利于环境保护等诸多优点，因此，目前世界各国均将轨道交通的建设作为其综合交通系统建设中的重点，特别是高速铁路的建设和城市轨道交通的建设更是如此。目前，我国的经济正处在特殊的发展时期，再加上

4、人口众多，幅员辽阔，因此干线铁路在国家的综合运输系统中的骨干作用是任何其它交通系统都无法代替的。2004年初，国务院批准了铁道部主持制定的中国《铁路中长期规划》，其中明确提出到2020年，将要建成具有lO万公里运营线的中国干线铁路网。其中复线铁路5万公里，电气化铁路5万公里。目前国家的铁路运营线路不足8万公里。复线铁路和电气化铁路均不足3万公里。干线铁路的新线建设、复线和电气化工程的任务十分艰巨。这也将是中国铁路史上从来没有过的快速发展期。在未来的5年里，中国铁路将要建成9条铁路客运专线，时速均在200公里／d,时以上。从而在既有线六次大提速的基

5、础上，构成一个连接国内主要城市的高速铁路客运网络，实现中国干线铁路的跨越式发展。随着国家城镇化建设的快速发展，我国城市综合交通系统的建设任务十分巨大。而城市地铁和轻轨系统的建设是城市综合交通系统建设的重中之重。且不谈我国具有百万人口以上的城市有几十个之多，就北京，上海，广州和深圳几个大城市，在未来十年的地铁和轻轨系统的建设里程就超过了一千多公里。这在世界城市地铁和轻轨建设历史上也是史无前例的(施仲衡，2003)。同时，我国目前经济最为发达的三大经济圈，珠江三角洲，长江三角洲和环渤海经济圈(也称京津冀地区)，轨道交通的规划也已经完成。每个经济圈的城

6、市和城际轨道交通规划里程都在上千公里。可以肯定地讲，未来二十年，也是我国城市轨道交通快速发展的时代。因此，轨道交通系统的建设，是未来国家经济建设的重要领域之一。在轨道交通系统中，安全与效率是永恒的主题，而在站台里存在着很多的道岔来实现列车的交汇与越车，岔道口处的列车运行效率与安全措施是实现这个主题的关键因素。高效的岔道口进路选择策略，是提高轨道交通系统整体运行效率的关键因素；对这一方面的研究也成为轨道交通领域的重点研究领域【Il。我国目前的铁路干线和城市轨道交通仍然不能满足经济发展的需要。其中铁路干线和国民经济发展不相适应，运量和运能之间的矛盾成

7、为限制整个国民经济发展的一个重要因素；因此我国未来的轨道交通系统只有应用高效的区间闭塞系统，缩短列车发车间隔，提高运输能力，才能满足交通运量的需求和经济发展的需要。移动闭塞系统作为一种新型先进的列车间隔系统，在近年来的研究中得到很好的发展与应用，其代表了21世纪轨道交通信号系统发展的趋势，中国轨道交通要在这种大趋势中迎头赶上，必须要加强移动闭塞的基本理论及其相关技术的研究。列车在区间运行，难免会出现偏离运行计划发生延迟的现象，这不仅严重影响了区间通过能力，而且造成能耗的浪费。在移动闭塞系统下列车追踪间隔时分的缩短有可能带来列车间相互影响增大，当前

8、车出现列车延迟的时候，后续列车有可能因追踪间隔的缩小而发生减速或停车，从而造成列车延迟向后传播。在移动闭塞系统中，由于列车密度的增大，轨