列车运行计算与操纵优化模拟系统的研究

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1、北京交通大学博士学位论文列车运行计算与操纵优化模拟系统的研究姓名：丁勇申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：毛保华;何天健20041201中文摘要摘要列车运行计算与操纵优化模拟系统是一个多种学科相结合的综合系统，在铁路的工程设计、运营管理以及科学研究部门都发挥着重要的作用。近年来，大规模的铁路新线建设、既有线提速改造以及频繁的列车运行圈调整对系统的需求越来越大、要求也越来越高。面对列车运行过程中日益提高的多目标要求，列车运行计算与操纵优化模拟系统的研究工作中还有许多问题亟待解决。能源问题是事关

2、人类生存的重大问题。我国人口众多，能源相对匮乏，开发利用率低。铁路运输虽然具有能耗低的优点，但是消耗能源的总量很大。因此，我国铁路运输的节能潜力大、任务艰巨。研究、开发以列车运行计算与操纵优化模拟系统为基础的驾驶员操纵指导系统及列车自动驾驶系统，可以优化机车操纵、降低列车运行能耗，具有广泛的研究前景与应用价值。论文在借鉴国内外已有研究成果的基础上，充分考虑到我国铁路运输组织模式的特点，以提高系统的计算精度、效率与效果为目的，对列车运行计算与操纵优化模拟系统开发的基础问题进行了深入的研究与探讨，主要内容包括以

3、下几个方面：1．根据国内铁路运输的特点，研究了列车牵引力学条件下有级控制模式机车牵引列车的节能运行优化操纵的模型构建与算法设计问题。提出了起伏坡道条件下尽可能地提高列车运行中情行工况的比例与在适宜地段采用较高手柄位(经济手柄位)牵引运行等方法相结合的节能操纵策略，构建了～套全新的定时约柬条件下列车节能运行优化操纵的模型算法。设计了列车定时运行的启发式算法，提出了早晚点情况下通过调整目标速度来保证列车既能恢复止点又能节能运行的模拟策略。2针对机车操纵的实际情况，从实时计算列车运行过程中机车．'L况转换与手柄位

4、确定作为核心与重点的新角度研究了列车节能优化操纵的算法设计问题。在节时策略计算结果的基础上，依据以往及本文从定性角度提出的列车优化操纵的原则与方法，提出了根据平衡坡道与目标速度等参数对机车工况及手柄位初始判定、专家控制原则、列车运行前推计算、计算是否满足持续时间等多种方法相结合的机车工况转换与手柄位确定的启发式求解算法。3．基于本文构建的模型算法，设计开发了列车节能运行优化操纵的实验模拟系统e以合肥东——芜湖东(上下行)区段实际运行的7列货物P0车(运行距离约110公里)为背景，应用该系统快速计算出了列车节

5、能运行的优化操纵方案，平均节能率为Il2％。对比分析了列车的实际操纵方案与模拟优化操纵方案，详细分析了模拟优化操纵方案能够使列车节能运行的原因，并提出了典型地段的优化操纵策略。该案例说明系统可以较好解决长距离铁路运输中有级控制模式机车牵引的列车在起伏坡道上定时运行的操纵优化问题。4研究了自动闭塞条件下追踪列车运行与操纵优化问题，分析了追踪列车运行与操纵的特点。在单列车运行计算模型的基础上，构造了自动闭塞条件下追踪列车节能运行与节时运行的模型，它可以明确反映出前行列车运行状态、信号显示变化对于追北京交通大学博

6、士学位论文踪列车操纵策略的影响。设计了列车运行过程中信号显示变化的启发式算法，在考虑信号显示变化时机的基础上研究了追踪列车运行过程中机车工况转换与手柄位确定的算法设计问题。提出了降低列车运行能耗的有关措施，如：优化机车操作、加强运营组织管理、加强各部门的协调配合、采用先进的技术设备等。5．研究了移动自动闭塞条件下追踪列车运行与操纵优化问题，对比分析了移动自动闭塞系统与固定自动闭塞系统中追踪列车运行及操纵的异同之处。提出了移动自动闭塞条件F追踪列车与前车的运行间隔应保持在最小安全间隔时间与追踪列车间隔时间范围

7、之内的优化操纵策略。在单列车运行计算模型的基础上，通过考虑前行列车对于追踪列车运行的影响，建立了移动自动闭塞条件下追踪列车节能运行与节时运行的模型，设计了能够控制前后列车适宜间隔的机车工况转换与手柄位确定的求解新算法。6．分析了电力牵引条件下列车运行计算过程中进行牵引供电实时计算的必要性，指出影响系统计算速度的主要原因是供电网络节点方程的求解时问过长。全面介绍了Intel心处理器(Pentium111，Pentium4)提供的SSE(单指令多数据流扩展指令集)的功能、特点、开发环境以及操作指令，设计了基于S

8、SE的牵引供电的并行计算模型。重点研究了并行算法的计算机实现问题，提出应用SSE地址计算和循环展开等方法优化计算过程，并行算法的加速比从最初的1．2～2．0提高到2．o～3．35。在PC机上实现了基于SSE的列车运行模拟的局部并行计算，实验结果表明：在保证计算精度的前提下，应用SSE后列车运行计算与操纵优化模拟系统的整体计算速度提高了一倍多。关键词：铁路运输，列车运行计算，列车操纵优化，追踪运行，节能，实施技术，