基于ga的列车自动调整算法在cbtc系统中应用研究

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1、1引言1．1论文研究背景和意义随着世界各国经济与技术的发展，城市轨道交通作为一种新型的城市交通运载工具，以其方便、快捷、舒适、安全、准时、节能、污染小等优点越来越受到人们的重视，得到了积极的发展。近几十年间，随着中国经济的腾飞，在城市轨道交通的建设方面投入了大量的人力物力，北京编制的轨道交通网络规划，共计20条线，1000余m。与此同时，全国范围内城市轨道交通都在大踏步的发展，天津、上海、广州等地地铁相继开通，深圳、重庆、大连等地也已经规划。全国共15座城市编制的轨道交通网络规划线路相加，总里程近3000km【11。随着城市轨道交通的迅速发展，轨道交通的新技术大量涌现。在这样的

2、背景下，基于通信的列车运行控制系统(Communications．basedTrainControl，简称CBTC)迅速发展，成为今后轨道交通信号系统的主要的发展方向之一。近年来，CBTC系统在世界各国轨道交通领域广泛应用，我国也积极的进行着相关的研究和应用。尽管我国的起步较晚，但近几年来也获得了飞速地发展。到目前为止，香港、广州、武汉等城市轨道部分线路已经使用了CBTC系统，而大部分的在建线路以及一些老线路都准备应用CBTC系统或者进行CBTC改进。我国城市轨道交通需求量巨大，正迫切需要对CBTC系统的各项关键技术进行研究。北京交通大学的轨道交通控制与安全国家重点实验室承担了

3、2004年北京市科技计划项目——城市轨道交通CBTC系统的集成研究。本文就是在这一课题的背景下完成相关研究的。CBTC系统在城市轨道交通中的应用，打破了传统的固定闭塞对于追踪间隔的限制。使得列车的追踪间隔前所未有的缩短，行车密度大大增加，运输效率显著提高。但与此同时，也对列车自动调整提出了新的挑战。列车自动调整是CBTC系统中列车自动监控(AutomaticTrainSupervision，ATS)子系统的一项重要功能，为了配合CBTC系统进一步提高区段通过能力，改善ATS子系统的系统功能，提高列车运行指挥的效率，对列车自动调整相关问题进行研究是非常具有现实意义的。另外，就城市

4、轨道交通的列车运行调整的相关理论研究而言，主要有仿真模拟的方法，运筹学的方法，优先调度的方法等，但是对于CBTC系统的列车运行调整来说它们都在一定程度上存在着缺陷，无法完全适应CBTC系统实时性、动态性的要求。而遗传算法以其自身的隐并行性以及较强的鲁棒性等优良的特性近年来不断得到学者们的青睐。鉴于此，本文选择遗传算法作为工具对列车自动调整问题进行了深入细致的研究。1．2CBTC系统的技术概述1．2．1CBTC系统的特点在传统的铁路信号中，长期以来都是使用轨道电路来传输列车控制信息的，即基于轨道电路的列车控制系统(TrackCircuitBasedTrainControl，TBT

5、C)。在铁路运输100多年的发展历程中它起到了不可磨灭的作用，有效的保证了行车安全，提高了行车效率。但是随着经济的快速发展，对交通运输的效率以及安全性，舒适性提出了越来越高的要求，与此同时，TBTC的缺点也越来越明显。自20世纪60年代起，世界各国相继出现了大批的新型列车运行控制系统及相关理论，实现地车的双线传输成为了研究和开发的主流。1999年，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会(IEEERailTransitVehicleInterfaceStandardsCommittee，IEEERTVISC)制定并颁布了CBTC技术标准IEEEStd1474．1．1999

6、(IIEEE基于通信列车控制的性能和功能要求(第一版)》。该标准详细定义了CBTC系统的功能，并规定了CBTC系统的列车运行间隔、安全性和可用性等技术指标【2】。这是世界上第一个标准的CBTC系统的定义。IEEECBTC标准列举了典型的CBTC系统的功能框图，如图l所示图1典型的CBTC系统框图【31Figure1TypicalCBTCSystemStructure[3】2整个系统包括“CBTC地面设备"和“CBTC车载设备"，地面和车载设备通过“数据通信网络”连接起来，构成系统的核心。功能框图中还单独列出了“联锁”功能模块，该功能模块与CBTC地面设备连接。最后，在CBTC设

7、备的基础上，增加ATS模块，用于实现系统的ATS功能。以上所说的是CBTC的典型结构，实际的系统可能由于不同的设备提供商、不同的工程需要而有所差异。但是，所有CBTC系统均采用数据通信网络连接CBTC地面和车载设备，实现ATP功能，其控制列车安全运行的核心是一致的pJ。CBTC系统从根本上将基于轨道电路的单向信息传输，改变为基于通信的双向、连续、大容量信息传输。总的来说，因其具有以下几个方面的突出优点而倍受关注：1)信息的传输量大，这是CBTC系统的一个突出特点。由于提供双向的轨道／N车数据