轨道交通系统中的列车运行追踪模型及交通流特性研究

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1、北京交通大学博士学位论文轨道交通系统中的列车运行追踪模型及交通流特性研究姓名：宁滨申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：高自友20050301——一．!!塞銮望查兰堡主兰焦笙苎摘要在现代综合交通系统的构建中，轨道交通系统，无论是干线铁路，还是城市地铁和轻轨，都具有非常重要的作用，占有突出的地位。目前我国的轨道交通系统正处在一个史无前例的快速发展时期。列车运行控制系统，作为轨道交通的核心系统之一，它的功能是确保列车运行安全和提高列车运行效率，是轨道交通系统的大脑与中枢系统。而列车运行追踪模型及交通流特性研究是列车运行控制系统中的关键

2、基础科学问题，因此，深入系统地开展对列车运行追踪模型及交通流特性的研究，对于指导我国轨道交通运行控制系统的开发和运用，掌握轨道交通运行控制系统的关键技术，指导我国轨道交通的实践与发展都具有重要意义。本文由七章构成。第一章作为绪论。第二章对列车运行控制系统的发展过程和国内外研究现状进行了回顾和分析。描述了列车运行控制系统的系统构成、工作原理和相关的关键技术。特别介绍了固定自动闭塞和移动自动闭塞的原理。指出了列车运行追踪模型及交通流特性研究是列车运行控制系统中的关键基础科学问题。第三章介绍了基于跟驰模型和元胞自动机模型的道路交通中的机动车跟随特性。

3、第四章基于元胞自动机模型分析了固定自动闭塞条件下的列车运行追踪机理和交通流特性。第五章基于元胞自动机模型分析了移动自动闭塞条件下的列车运行追踪机理，进行了数值模拟，分析了相应的交通流特性。第六章对考虑前车速度条件下的移动自动闭塞列车追踪模型进行了研究和数值分析。最后一章作了全文的总结与展望。研究结果表明，利用元胞自动机模型建立的轨道交通列车运行追踪模型，可以有效地描述各种信号制式条件下的列车运行追踪机理和模拟列车运行动态特性，是关于列车运行追踪机理及轨道交通流特性分析研究的一项重要创新。同时也从理论上验证了移动自动闭塞可以在确保列车运行安全的前

4、提下，有效地缩短列车运行间隔，为今后在实践应用中实现灵活的调度指挥，有效地提高运输效率奠定了坚实的理论基础。论文主要的创新点有以下四个方面：(1)对轨道交通系统中的列车运行追踪模式进行了较为全面和系统的分析，比较了道路交iron驰模型与轨道交通列车追踪模型，首次采用元胞自动机模型系统地研究了轨道交通中的列车运行追踪问题，并详细分析了轨道交通流的特性，在建立安全有效的轨道交通列车运行追踪模型方面进行了非常有益的创新性探索。该项研究对于指导移动自动闭塞系统的实际应用具有较高的理论价值。(2)提出了一种基于三显示固定自动闭塞控制系统下列车追踪的元胞自

5、动机模型，并用来模拟相应的轨道交通流状态，即单向、单线的轨道交通流状态。所提出的基于元胞自动机模型的列车运行追踪模型主要有三个方面特点：第一，模——．!!塞銮望莶兰堡主兰垡堡苎型规则简单，适合于大规模的并行计算及网络交通，而且计算时间相对较短；第二，模型具有很大的灵活性，通过适当地修改模型的规则，可以用来模拟其它类型的轨道交通方式：第三，可以模拟一些较复杂的列车加速和减速行为。数值模拟的过程中，通过分析交通流的时空相图、列车运行的速度分布及运行轨迹等等，研究和探讨了固定自动闭塞条件下车流的动态特性。研究的结果表明应用本文提出的元胞自动机模型，能

6、够很好的描述固定自动闭塞条件下车流的一些特点，尤其是列车较为复杂的加速和减速行为。(3)建立基于移动自动闭塞控制系统下列车追踪的元胞自动机模型，并用来模拟单向及单线的轨道交通流演化状态。在此模拟的基础上，通过分析交通流的时空相图、列车运行的速度分布及运行轨迹等等，来研究和探讨移动闭塞条件下车流的动态特性，发展能合理描述移动闭塞条件下轨道交通中车流状态演化规律的元胞自动机列车追踪模型。数值模拟的结果表明，应用本文所提出的模型能够模拟出实际轨道交通中一些复杂的列车追踪现象，例如列车的延迟和重新启动的现象，以及列车在站点附近复杂的加速和减速行为。应用

7、本文所提出的列车追踪模型，进一步讨论了移动自动闭塞条件下车流的一些特点。移动自动闭塞的条件下，列车在站点的发车间隔、列车在站点的停留时间以及前后相继的两列列车之间的安全距离对列车交通流的特性起着至关重要的作用。列车在站点的发车间隔决定了线路上列车的密度。列车在站点停留是导致车流出现停停走走现象的一个重要的原因。前后列车之间的安全距离是导致列车具有复杂的加速和减速行为的重要原因之一。(4)应用元胞自动机模型建立了移动自动闭塞条件下，考虑前车速度的列车运行追踪模型，并进行了相应的交通流特性分析。当列车运行控制系统采用移动自动闭塞系统时，线路上前后列

8、车之间的距离事实上是建立在两列列车的相对位置和相对速度的基础上，换言之，从理论上讲，就是续行列车的追踪速度曲线不仅要考虑前车的位置，而且应该考虑前车的