地铁列车在出站晚点情况下的_压赶结合_运行调整方法

地铁列车在出站晚点情况下的_压赶结合_运行调整方法 地铁列车在出站晚点情况下地铁列车在出站晚点情况下 的“压赶结合”运行调整方法的“压赶结合”运行调整方法 1123 洋 霞 王月明 理 吴罗曾 1.西南交通大学,交通运输学院, 成都 610031 2.西南交通大学, 机械工程学院, 成都 610031 牵 3.西南交通大学, 成都 610031 引动力研究中心, 摘 要:针对地铁列车站停时间外延长所导致的“出站晚点”情况和基于“车站发到间隔”与“列车 追踪间隔”的均衡目标,本文论述后续列车站前“压点”运行与站后“赶点”运行相结合的应对策略的有 效性及合理性,提出地铁列车“压点”运行过程中 ATO 模式曲线的实时调整方法,作为现行的“赶点”运 行调整方法的扩充,优化随机客流的有效吸纳。 关键词:地铁列车;出站晚点;运行调整;ATO 模式曲线 中图分类号:U492.2文献标识码:A文章编号:1672-4747:2004:02-0096-07 Running Time-Delaying and Time-Exceeding Methods to Adjust the Operation of Departure Delay Metro Trains 1123 WU YangLUO XiaWANG Yue-mingLiZENG 1.College of Traffic and Transportation; 2.Collegeof Mechanical Engineering; 3.Traction Power State Key Laboratory; Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China Abstract:Concerned about the metro train’s stoppage time out of scheme caused by “departure 收稿日期:2003-11-11. 作者简介:吴 洋(1977-)，男，成都人，西南交通大学交通运输学院交通工程研究所，博士研究生，专业:交通工程。 地铁列车在出站晚点情况下的“压赶结合”运行调整方法吴 洋 等 delay” at station and based on the pursuit of the equilibrium of “interval of trains atstation” and “headway of trains”, this paper studies the validity and rationality of the operation adjustment method that the successor trains adopt the operations of “time-delay running” before arriving at station and of “time-exceeding running” after departure from the station. A real-time adjustment method of the modeling curve of ATO during the “time-delaying running” process is presented as a supplement of the current running” adjusting method. The method could optimize the effective “time-exceeding absorption of the random traveler flow. Key words:Metro trains, departure delay, operation adjustment, modulating curve of ATO 整方法:“赶点”运行(仅针对晚点列车本身，即前 0引言 车)，在保持前车“赶点”运行调整方法的基础上， 地铁列车运营中，“车站(不同时)发到间隔” 针对移动闭塞条件，增加用于后车的“压赶结合”调 作为车站最小间隔的指标之一，与列车在站停留时分 整策略，在恢复追踪间隔的同时保障必要的车站发到 共同决定列车的平均追踪间隔。为提升列车群对某一 间隔。该方法可作为现行运行调整方法的扩充。 时段客流均匀吸纳的实际效果，需提高车站发到间隔 1.1 现行“赶点”运行调整方法 的均匀分布水平，避免:当前旅客集中搭乘前车、由 针对前车“出站晚点”，现行的“赶点 ”运行调 于后续旅客汇集时间过短导致可供后车吸纳的旅客 整方法如图 1 所示(假设图定列车追踪间隔与列车 数量将低于预期数目。 站停时分分别为 90 s 和 30 s、晚点发生在站 n 、晚 基于文献[1] 、[2] 对前车出站晚点的分析，需制 定相应措施，避免车站发到间隔、第一后车与第二后 t 点时分为 s)，即，前车在站后区间的“赶点”运d 行;以及在必要情况下的压缩前车在下一车站的站 车间追踪间隔的极度异常，消除列车晚点传播的影 停时分。 响，最终恢复图定运行秩序。 由图 1 可知，现行“赶点”运行调整方法存在以 下缺陷: 1晚点运行调整方法 (1)仅用于前车(即运行图“单线”调整);(2) 首先，分析固定闭塞条件下现行列车晚点运行调仅用于前车晚点发生之后;(3)对前车晚点发生期间 车站:n + 2 30 s 30 s 车站:n + 1 30 s 30 s 车站:n 30 + ts d 车站:n - 1 T+ t，T+ 90， TT+ 90 + t 00 n0 n0 t——区 间 n(站 n-1 至站 n)运行时分(s)。n T——前车从“ 站 n-1 ”发车时刻;0 图 1 现行前车“赶点”运行调整方法 Fig.1 Current predecessor train’s “time-exceeding” running adjustment method 97 交通运输工程与信息学报2004 年 第 2 期 的后车“紧随到站”或“站外停车”现象不予调整，运行的实时调整，减免后车“紧随到站”、“站外停车” 仅恢复事后列车追踪间隔。的可能、并实现列车节能运行。 因此，无法满足车站发到间隔的均衡要求，同时前车晚点发生期间:(1)通过“降低牵引末速以 存在列车运行能耗的浪费。及调速制动”延长后车的区间运行时分 t(由于降低 n 均速，本文称作 “压点”运行);(2)后车于站后区 1.2 “压赶结合”运行调整方法 间“赶点”运行，是“均衡车站发到间隔”、“消除晚 针对“出站晚点”情况，在保持现行“赶点”运[1],[2] ，并在一点传播恢复图定运行”的一种可行策略行调整方法基础上，借助移动闭塞系统列车精确定位 个区间范围内通过运行图的“双线”调整，消除晚点 功能、“地,车 ”间连续式列车运行信息的双向传输 优势，在“前车晚点发生期间 ”，可以增加对于后车传播根源、恢复正常追踪间隔，如图 2 所示。 ts t s d 站:n + 2 30 s 30 s 站:n + 1 30 s 30 s 30 s 站:n 30 + ts 30 s d 站:n - 1 T T+ t，T+ 90， T+ 90 + t，T+ 180， 0T+ 180 + t 0 n0 0 n0 0 n 图 2 后车“压赶结合”运行调整方法 Fig.2 Successor train’s “time-delaying & time-exceeding” running adjustment method 同理，本文提出的“压赶结合”运行调整方法中，后车在区间 n 的运行时分调整为 tO = t+ Ä(t Ät = n n [1],[2]后车“压点”效果的最大程度体现在:最低的牵引末 0.5 t)。对于前车出站晚点 t导致的异常车站间隔，“压 dd 赶结合”运行调整方法通过第一后车与第二后车的共同承 速、“惰行”的最大限度延长、最低的制动初速(甚 担(适当牺牲第一后车与第二后车之间的正常追踪间隔)，至取消制动过程)。但是，区间运行时分增量 Ä t ( Ä t 实现晚点危害的“分散化解”。= 0.5 t)以 t为根据的实时累加，必须保证:即使 d d 取消制动工况、以最低平均速度运行，列车仍然能够 t 惰行进站停车，避免途中停车(除非 过长，后车被d 2 “压赶结合”运行调整方法应用条件 迫站外停车)。并且，随着后车向车站的不断推进，Ä t [2] 的调整空间将逐渐缩小。 现行地铁列车晚点的“赶点”运行调整方法，是 限于一定条件的:(1)列车瞬时速度须低于区间限速 (取决于线路条件);(2)列车牵引工况的持续时间 3 “压赶结合”运行调整方法实现 在电机功率的允许范围之内受制于电枢电流的温升 限制。换言之，“赶点”效果的最大程度体现在:(1) 移动闭塞条件下，根据时刻T+ t+ t(站停时 0 n s2)最大限度地减少甚至取消“惰 采用最高牵引末速;(分 t= 30)之后前车的 t数值(正点 t= 0;晚点 t> 0)， s d d d 行”;(3)以最高制动初速进站停车。O ATO 系统实时修正后车 t ，同步更新 ATO 模式曲线。n 98 地铁列车在出站晚点情况下的“压赶结合”运行调整方法吴 洋 等 3.1 列车操纵调整方式隔较小，“压点”运行调整方法以“避免后车站外停 车”为主要目标。ATO 模式曲线建立在列车操纵基础上，所以，其 调整也通过列车操纵的调整实现。 3.2 ATO 模式曲线调整策略 3.1.1 “牵引调整”与“惰行调整”的技术区别移动闭塞条件下，最优 ATO 模式曲线的调整必依据不同工况条件列车操纵的差异 — “— 牵引 须基于列车工况与位置实时信息。因此，前车 t增量 d 工况”采取牵引控制;“惰行工况”采取制动控制。 ATO 模式曲线的新一次 的每一次累加必将触发后车 实时更新，并且，前车晚点持续过程中，这种实时“累 列车操纵的调整分为两种: (1)“牵引调整”加—更新”循环执行，直至前车晚点结束。牵引工况下，提前切断电机功率输送，实现牵引 3.2.1 ATO 模式曲线调整的时序特性 考查后车“实际 ATO 模式曲线的 运行轨迹”与 末速的降低，进而间接降低制动初速，促成区间平均 时序关系，可以得出实时条件下“牵引调整 ”与“惰 速度降低，延长区间运行总时分。 行调整”不同时序特征。(2)“惰行调整” 惰行工况下，以空气制动或者电磁制动辅助电气 (1)“牵引调整” 如图 3 所示:后车运行至(V，t)点，曲线? 11 制动，通过调速制动，实现制动初速的降低，从而延 即为“当前最优”;由于前车晚点的发生，后车运行 长停车时分与区间运行总时分。 3.1.2 “牵引调整”与“惰行调整”的选用原则 在“降低区间均速 ”总体目标下，以“区间运行 ? V 3 ? 全过程”为研究对象，针对牵引末速的“牵引调整” ? 和针对制动初速的“惰行调整”两种方法，即可单独 V 2V 运用也可同时采取。V 1 考查前车、后车运行时序关系，在时刻 T+ t0 n + 30(正点情况下前车的第二次出站时刻):如果后 车尚未结束牵引工况，那末可供选择的操纵调整方式 ttt 1 23 则为“牵引调整”、“惰行调整”两种;反之，则仅“惰T 行调整”一种。所以，针对不同的区间采取不同的调? ——t 时刻“最优”模式 曲线; 1 整方式实现“压点”运行，是必需的。? ——t 时刻“最优”模式曲线; 2 ? ——t 时刻“最优”模式曲线 。3 (1)“牵引调整”选用 时刻 T+ t+ 30，若后车尚未结束牵引，则“牵 0 n “牵引调整”期间列车运行时序特征图 3 引调整”与“惰行调整 ”两者均可选用。由于电气制 Fig.3 Running sequence characteristic动消耗相当数量自用电流，则:在两可情况下优先选 during train’s “traction adjustment” 择降低“牵引末速 ”(避免不必要、不经济的列车制 至(V，t)点，“当前最优”更新为曲线? — — 并且 动及缓解操作)。这种情况下，后车与前车间的追踪22 列车能够顺利进入曲线? ;后车遵循曲线 ?运行至 间隔较大，“压点”运行调整方法以“均衡车站发到 (V，t)点，如果前车晚点尚未结束，那末“当前 间隔”为主要目标。33 最优”更新为曲线? — 但是列车实际运行轨迹已经— (2)“惰行调整“选用 “冒顶”，保持牵引则无法修回当前最优曲线?。时刻 T+ t+ 30，若后车已经结束牵引，则仅“惰 0 n 行调整“可行。这种情况下，后车与前车间的追踪间 上述列车实迹“冒顶”现象根源在于:牵引工况 99 交通运输工程与信息学报2004 年 第 2 期 下列车速度的“上升”趋势与模式曲线调整情况下牵依据 ATO 模式曲线调整的时序特性，可以确定 列车工况转换点。 引末速的“下降”趋势相反。因此，时刻 t前车晚点 3 尚未结束，后车“冒顶”作为自然规律必然发生。 (1)“牵引调整”的牵引终点 依据后车当前最优、次优模式曲线关系，牵引结 “冒顶”之后，后车需要结束牵引、转入惰行， 通过相应的调速制动(实质即:“惰行调整”)修回最束的方式分为“主动”与“被动”两种: 优模式曲线。因此，后车节能运行对策是:缩短移动?“主动”结束:后车实迹“冒顶”之前，前车出 闭塞系统列车实时信息传输周期，减少甚至避免后车 站(t较短)，后车遵循当前最优模式曲线结束牵引;d ?“被动”结束:后车实迹“冒顶”时刻前车尚 “制动修回最优模式曲线”这一非经济运行操纵。 (2)“惰行调整”未出站 (t较长)，后车必须在“冒顶”时刻立即结 d 束牵引，并实施“惰行调整”修回当前最优模式曲线。 如图 4 所示，考查(V，t)起点。此时，曲线? 22 担当“当前最优”角色;随后，后车遵循曲线?运行 (2)“惰行调整”的制动起点 依据后车运行实迹与 ATP 曲线关系，制动实施 至(V，t)点，如果前车晚点尚未结束，且后车运行 33 的方式分为“主动”与“被动”两种: 实迹尚未冲撞 ATP 安全警戒曲线，那末“当前最优” ?“主动”实施:实迹与 ATP 曲线不相冲突(前 更新为曲线?。此后，在当前最优曲线?与当前次优 车已经出站)，后车遵循当前最优模式曲线释放制动， ，t 曲线?交点(V)之前，后车只要及时进行调速制c c 动，均可顺利进入曲线?(曲线 a、b 效果相同)。 进站停车，获得均匀的车站发到间隔; ?“被动”实施:实迹与 ATP 曲线冲突(前车 仍未出站)，后车立即释放紧急制动，并实施“站外a V 2 停车”，保证最小列车安全间隔。b V3 3.3 ATO 模式曲线调整算法V V C前车 t增量的每一次累加所触发后车 ATO 模式 d 曲线的新一次实时更新，每一计算周期(ATO 信号传 输周期)之内，目标函数(电能消耗)及约束条件(区 ttt 12c 间运行)如式(1)、(2)所示: T 3 a ——调速制动轨迹之一; min C = [U?I?t+ (U I t) ] / 1000 /3600(kw?h) p11 oi i i 1 b ——调速制动轨迹之二 。 (1) 图 4 “惰行调整”期间列车运行时序特征S.T. Ät (s) t + t+ t+ t= 1 2 3 (2) Fig.4 Running sequence characteristicS+ S+ S= S (m) 1 2 3 during train’s “sliding adjustment” 式中，U——接触网电压( V); 与“牵引调整”不同:惰行工况下列车速度的“下— —工况代 号(牵引 i = 1、惰行 i = 2、制 I 降”趋势与模式曲线调整情况下制动初速的 “下降”动 i = 3); 趋势相同，并且，当前最优曲线与当前次优曲线交点各工况运行时分(s); t—— i 各工况运行里程(m); (V，t)始终比列车运行实迹坐标点更低、更为提 S——c c i ”不存在列车实迹“冒顶”可 t ——区间总时分( s); 前。因此，“惰行调整 S ——区间总里程( m); 能性。 3.2.2 实时调整条件下的工况转换点I—— A 牵引工况有功电流();p1 100 地铁列车在出站晚点情况下的“压赶结合”运行调整方法吴 洋 等 [1],[2] I—— 各工况自用电流(A); 列。考查区间纵断面(凹、凸、二次变坡)坡度oi 及其速度特性，如图 5 所示。 Ät ——区间总时分调整增量( s)。 由此，可以确定“V-S”序列各工况阶段的速度 约束条件(2 )反映区间总时分、总里程的既定 变化趋势及调整范围。ATO 模式曲线“V-S”序 性，从而根据牵引计算确定 V 3V(V) 2b V? 1 ? ? ?V 1 V 3V(V) 2p V ? ? ? ? V(V) 04 SSSS 0 123 S 4V(V) 04 S 1S 4SS 03S 2 S S b)凸区间 a)凹区间 ?— — 牵引阶段; ?— — 凹区间“谷前”/凸区间“峰前”惰行阶段; ?— — 凹区间“谷后”/凸区间“峰后”惰行阶段; ?— — 制动停车阶段; V——坡谷列车速度; V——坡峰列车速度 。b p 图 5 区间纵断及速度特性示意 Fig.5Characteristics of line profile and train’s velocity V 算)，运用“压赶结合”运行调整方法，对文献[3] 提 4仿真算例 供的地铁列车运行计划进行晚点仿真测算，取得了初 建立地铁列车运行计算机仿真模型(基于牵引计 步的理想效果，部分数据如表 1 所示。 表 1 “文武路,骡马市”区间地铁列车“压赶结合”运行仿真数据Tab.1 Simulation data of metro train’s “time-delaying & time-exceeding” running in the section of “Wenwu Road—Luomashi ” 运行图恢复前追踪间隔 / s 区间能耗 状况区间时分 / s 调整方式是否冒顶发到间隔 / s /(kwh)前车/后车 后 1/后 2 73 60 90 90 正点情况1.40 ()(标准)(标准)(标准)(t= 0 s) d 晚点情况 不调整不调整73 1.40 40 70 90 (t= 20 s) d 压赶结合 先“牵调”是(晚点83 0.84 50 80 80 (t= 20 s) 第 12 d 再“惰调”秒) 站前“压点”运行与站后“赶点”运行结合策略(“压 5总结 赶结合”)、应用条件及相应 ATO 模式曲线的实时调 整方法，作为现行“赶点”运行调整方法的扩充，能 针对地铁列车的出站晚点，本文提出的后续列车 下转第 114 页 101 交通运输工程与信息学报2004 年 第 2 期 参考文献 [1] 姚雪珍 . 城市公共交通规划评价指标体系初探[J]. 玉溪市中心城区土地利用布局及其优化研 张 帆. [5] 西北建筑工程学院学报, 1999; (1) : 46-47. 究[J]. 云南环境科学, 2002; (8) : 67-68. 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