專利名稱：城市軌道交通線路折返能力的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法，更具體地說是借助計算機仿真計算及采用簡化布置圖來完成分析計算的，屬于分析方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
線路折返能力的衡量標(biāo)準是折返間隔。折返間隔是指第一列車開始進行折返作業(yè)到第二列車開始進行折返作業(yè)間的最小允許間隔。
理論研究和現(xiàn)場實際運營經(jīng)驗表明，城市軌道交通的線路通過能力大都受終端站或長短交路站折返能力(即折返間隔)的限制，折返能力往往是城市軌道交通線路通過能力的瓶頸。因此折返能力分析是整條線路通過能力的關(guān)鍵所在。而折返能力分析需要考慮的因素眾多，它涉及到線路狀況、線路設(shè)計、列車模型、所采用閉塞制式、列車控車模式、信號系統(tǒng)工作流程、以及運營要求等各方面因素。因此對線路折返能力分析的科學(xué)性、全面性以及準確性也提出了更高的要求。
然而，由于目前我國城市軌道交通在能力分析方面的研究還不夠深入，現(xiàn)實情況是前期線路的設(shè)計往往限制了能力的提高，對能力造成了難以彌補的損失。通過對公開發(fā)表的相關(guān)期刊文獻的檢索和查閱(如①線路折返能力的計算，凌松濤，電氣化鐵道，2000.4；②終點站兩種折返方式的利弊分析及折返能力計算，藺增良，地鐵與輕軌，2002.4；③站后折返模式的分析與比較，鄧紅元，鐵路通信信號設(shè)計，2002.4；④淺談北京地鐵十號線萬柳站折返能力，張萬強，鐵路通信信號工程技術(shù)，2005.4)，可以看到現(xiàn)有的折返能力分析方法存在有如下問題1)采用的計算分析方法繁復(fù)、不科學(xué)，使得交叉折返和長短交路等復(fù)雜的折返方式難以得到全面而正確的分析；2)對所有閉塞制式的折返能力分析都按照固定閉塞制式的要求進行分析，沒有考慮固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞之間的區(qū)別；
3)忽略了車站過走防護距離對折返能力的影響；4)沒有考慮不同列車車載設(shè)備的控車模式對能力的影響；5)對列車運行數(shù)據(jù)的計算沒有針對線路特定的列車建立精確的列車模型僅采用簡化的加、減速度進行計算，分析過程中沒有考慮線路加算坡度對列車運行的影響，或雖然考慮了列車的牽引、制動特性卻忽略了列車的緊急制動建立時間、牽引切斷時間、車載設(shè)備反應(yīng)時間、常用制動響應(yīng)及建立時間、車門開關(guān)時間等重要的列車模型參數(shù)；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前城市軌道交通的線路折返能力分析方法不全面、不規(guī)范、不夠科學(xué)和準確，同時手工計算分析造成設(shè)計者浪費大量工作量的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種借助計算機仿真計算及采用簡化布置圖來分析城市軌道交通線路折返能力的方法。該分析方法采用簡化線路布置圖和簡化的列車運行時間-距離示意圖的方法使列車相互之間限制條件的分析變得簡單直觀；通過對每個限制條件設(shè)置裕量，不僅可以得到折返間隔，而且可以得到每個限制條件所具有的裕量；通過對站停時間和折返區(qū)域停留時間列出限制條件，不僅可以得到它們的取值范圍，而且可以得到當(dāng)前分析所采用的站停時間和折返區(qū)域停留時間所具有的時間裕量。
該方法可用來分析城市軌道交通線路各種可能的折返方式，同時借助計算機仿真計算不僅提高計算所依據(jù)的列車運行數(shù)據(jù)的可信程度，而且大大降低設(shè)計者的工作量，為設(shè)計者優(yōu)化線路設(shè)計提供了智能化研究平臺。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提出的一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法的軟件結(jié)構(gòu)包括至少下列信息處理模塊線路數(shù)據(jù)、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件、折返能力分析模塊、及分析結(jié)果打印輸出模塊；線路數(shù)據(jù)、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件三個數(shù)據(jù)準備模塊數(shù)據(jù)準備完畢后，輸入折返能力分析模塊，通過計算機仿真計算，最后將分析結(jié)果打印輸出。其中折返能力分析模塊中，在折返線路展開圖中計算線路合成限速曲線、從而實現(xiàn)對列車的仿真運行主要用于計算分析模塊中各關(guān)鍵點之間的列車運行時間ti/Ti，而關(guān)鍵點的位置涉及到列車安全間距的計算。
該分析方法包含以下步驟步驟1輸入折返分析的三大數(shù)據(jù)準備模塊線路數(shù)據(jù)、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件，自動檢查判斷準備模塊數(shù)據(jù)的合理性和完備性；步驟2根據(jù)線路數(shù)據(jù)庫判斷并列出可進行折返作業(yè)的所有車站及相應(yīng)可能的折返方式；步驟3選擇需要進行折返能力分析的車站及折返方式；步驟4根據(jù)所選擇的車站和折返方式，根據(jù)數(shù)據(jù)準備模塊輸入的車站線路數(shù)據(jù)、列車模型以及信號系統(tǒng)限制條件，分析模塊通過分析計算，輸出該車站折返能力分析結(jié)果。
在能力分析過程中，分析模塊是方法的核心，它采用簡化的布置圖(包括線路簡化布置和列車運行的簡化時間-距離示意圖)對列車折返時在各關(guān)鍵點相互制約的條件進行分析，在計算中使用的列車運行時間數(shù)據(jù)ti/Ti是通過計算機仿真計算得到的。
分析模塊進行折返能力分析的具體方法如下1、鋪畫線路圖，并用箭頭標(biāo)注該車站的折返方式；2、計算該折返方式能力分析的關(guān)鍵點，并用不同的字母和顏色在線路圖中標(biāo)示；關(guān)鍵點的確定與不同的折返方式、線路狀況、列車模型、所采用閉塞制式、列車控車模式、信號系統(tǒng)工作流程以及運營要求有密切的關(guān)系。這些關(guān)鍵點原則上包括上下行車站的停車點、前行列車離開車站進入折返區(qū)域的關(guān)鍵點、對應(yīng)于前行列車關(guān)鍵點的后車干擾點、道岔防護點、列車完成折返駛離車站的關(guān)鍵點、折返區(qū)域的停車點等等。
1)上下行車站的停車點由運營要求規(guī)定或根據(jù)列車車長和站臺長度確定；2)前行列車離開車站進入折返區(qū)域的關(guān)鍵點，與折返方式和車站站型有關(guān)站前折返 該點為進入折返前的道岔防護點；站后折返①當(dāng)車站過走防護距離足夠時該點為道岔前方的防護點；②當(dāng)車站過走防護距離不夠時該點為道岔后方的防護點；3)對應(yīng)于前行列車關(guān)鍵點的后車干擾點，與閉塞制式、折返方式和車站站型有關(guān)①當(dāng)車站站型為站后折返、車站過走防護距離足夠時，該干擾點與列車未折返前的車站停車點重合；②否則a)在移動閉塞制式中，S＝Xsb)在準移動閉塞制式中，S＝Xs+Xic)在固定閉塞制式中，S由閉塞要求前車與后車所需的最小分區(qū)數(shù)確定其中，S的含義——站前折返 S為后車車頭與干擾點的距離站后折返，車站過走防護距離不夠時S為后車車頭與進入車站前的站界的距離Xs——后車車頭與前車車尾之間所需的安全間距，安全間距是指在保證列車不減速的前提下，后車與前車所能達到的最小安全距離，該值與列車超速防護系統(tǒng)ATP采用的模式曲線制動模型有關(guān)Xi——該干擾點所在的閉塞分區(qū)的長度4)折返道岔防護點包括正向防護點和反向防護點；5)列車完成折返駛離車站的關(guān)鍵點與閉塞制式和運營要求有關(guān)；6)折返區(qū)域的停車點由運營規(guī)定或根據(jù)列車車尾進入折返區(qū)域后開始減速停車所需的距離計算確定；3、對應(yīng)各關(guān)鍵點畫出相應(yīng)顏色的直線，把各關(guān)鍵點按照列車折返的時序從上到下依次排列，同時對處于同一折返時序上的關(guān)鍵點、可合并為一條直線，做出簡化線路布置圖；4、在簡化線路布置圖中，作出列車運行的簡化時間-距離運行示意圖；5、根據(jù)不同的折返方式，分析并標(biāo)出每列車在出清各關(guān)鍵點時，在相應(yīng)的信號系統(tǒng)工作時間限制條件后，對后車及有沖突進路的列車(長短交路折返中存在)所在關(guān)鍵點位置的要求，從而列出各列車之間在時間條件上的制約關(guān)系；同時，可以標(biāo)注同一列車在車站站停時間以及在折返區(qū)域所需的最小信號系統(tǒng)工作時間的限制；對每個信號系統(tǒng)工作時間的限制條件都分別賦予時間裕量mi；利用列車運行的簡化時間-距離示意圖分析折返能力時，分析所需的列車數(shù)由完成一個折返分析周期所需的最少列車數(shù)決定，該值與折返方式有關(guān)；6、對單線折返的列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間用ti進行標(biāo)注，對交叉折返及長短交路折返的列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間分別用ti和Ti進行標(biāo)注(因為同一條關(guān)鍵點所對應(yīng)的直線可能同時代表兩個屬于同一折返時序上的關(guān)鍵點，這時列車所經(jīng)過的進路不同，運行時間也必然不同)；7、根據(jù)折返間隔的定義，對照分析圖，逐一列出列車之間的折返間隔Ii與各關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti、折返前/折返后車站站停時間Dwell/DW(站前折返只有Dwell)、折返區(qū)域停留時間TB(站前折返沒有)以及信號系統(tǒng)限制條件Signal之間的關(guān)系方程組；I1=T(ti,Ti,Dwell/DW,TB,Signal,mi)I2=T(ti,Ti,Dwell/DW,TB,Signal,mi)...Ii=T(ti,Ti,Dwell/DW,TB,Signal,mi)]]>對方程組中各方程式相關(guān)的時間裕量mi分別賦值為0，代入各變量的數(shù)值，計算對應(yīng)的列車折返間隔Ii；最終的列車折返間隔Imin＝max(I1，I2，...，Ii)；將Imin代入各方程式中還可以計算出各限制條件所具有的時間裕量mi＝Imin-Ii；根據(jù)同一列車在車站站停時間以及在折返區(qū)域所需的最小信號系統(tǒng)工作時間的限制，可列出列車折返區(qū)域停留時間TB、車站站停時間Dwell/DW與某些關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti、信號系統(tǒng)限制條件Signal、列車出發(fā)準備時間Dt、旅客上/下車時間Tim、車門開關(guān)時間T_door、屏蔽門反應(yīng)時間T_PSD_react之間的關(guān)系方程式TB＝T(ti，Ti，Signal，Dt，mi)
Dwell/DW＝T(Tim，T_door，T_PSD_react，Dt，mi)對各方程式的時間裕量mi分別賦值為0，代入各變量的時間值計算，可以得到列車在折返區(qū)域停留時間及車站站停時間的最小取值；當(dāng)站停時間、折返區(qū)域停留時間與間隔計算公式發(fā)生關(guān)系時，將方程式中相應(yīng)的時間裕量設(shè)為0，代入折返間隔Imim及各變量值，可得到在滿足折返間隔時折返區(qū)域停留時間和車站站停時間的最大取值。
能力分析中所使用的站停時間和折返區(qū)域停留時間的預(yù)設(shè)值必須滿足在最大值和最小值范圍之間；且各自的預(yù)設(shè)值與最小值的差值為當(dāng)前站停時間和折返區(qū)域停留時間所具有的時間裕量。
在分析模塊中，提取列車各關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti數(shù)值的具體方法如下首先，按照列車折返進路，以折返區(qū)域的列車停車點的公里標(biāo)為中心分別向上行和下行兩個方向展開，形成折返線路展開圖；其次，在展開圖中根據(jù)線路限速以及分區(qū)限速計算并作出合成線路限速曲線，在移動閉塞中不存在分區(qū)限速，準移動閉塞和移動閉塞合成曲線的計算與具體的閉塞和控車方式有關(guān)；然后，根據(jù)列車模型、線路合成限速要求并考慮線路坡度加速度、回轉(zhuǎn)質(zhì)量因數(shù)、沖擊率以及滑動摩擦系數(shù)等因素對列車加、減速度的影響，按照列車最大牽引力和舒適制動力(通常取列車最大制動力的80％)仿真計算單輛列車在正常運行狀況下(其理論依據(jù)是按照列車追蹤間隔是指兩列列車按規(guī)定的速度曲線無障礙安全運行的最小時間間隔的定義)的運行曲線，在線路展開圖中作出列車的V-S曲線和T-S曲線；最后，在折返線路展開圖中標(biāo)出各關(guān)鍵點，即可提取各關(guān)鍵點之間的列車運行時間ti/Ti。
本發(fā)明所述的分析方法的特點和優(yōu)勢在于1.可以進行固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞不同閉塞制式的折返間隔分析；2.采用簡化布置圖使折返能力分析計算的過程變得直觀且簡單易行；3.通過分析不僅可以得到折返間隔，而且可以得到車站站停時間以及折返線停留時間的取值范圍以及各個限制條件在滿足設(shè)計間隔時所具有的裕量；4.根據(jù)城市軌道交通列車車輛的特點，同時參考ERTMS/ETCS列車模型相關(guān)標(biāo)準的基礎(chǔ)上建立了精確的列車模型列車仿真計算不僅按照自身的牽引、制動特性運行，同時根據(jù)列車多質(zhì)點運行的特性考慮了實時的坡度加速度、回轉(zhuǎn)質(zhì)量因數(shù)、沖擊率以及滑動摩擦系數(shù)等因素對列車加、減速度的影響，使得列車的運行曲線更加接近真實的運行工況，為分析提供了可信的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；5.采用折返線路展開圖作出列車V-S及T-S曲線，使各關(guān)鍵點之間的列車運行時間ti或Ti數(shù)值的提取變得一目了然。


圖1是本發(fā)明城市軌道交通線路折返能力分析的軟件結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明城市軌道交通線路折返能力的數(shù)據(jù)準備流程圖；圖3是本發(fā)明城市軌道交通線路折返能力的程序流程圖；圖4是本發(fā)明折返能力分析示例圖；圖5是本發(fā)明在折返線路展開圖上繪制的列車仿真運行V-S和T-S曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細描述。
如圖1所示，折返能力分析的軟件包括線路數(shù)據(jù)、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件、折返能力分析及分析結(jié)果打印輸出5大模塊；線路數(shù)據(jù)、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件三個數(shù)據(jù)準備模塊數(shù)據(jù)準備完畢后，輸入折返能力分析模塊，通過計算機仿真計算，最后將分析結(jié)果打印輸出。其中折返能力分析模塊中，在折返線路展開圖中計算線路合成限速曲線、從而實現(xiàn)對列車的仿真運行主要用于計算分析模塊中各關(guān)鍵點之間的列車運行時間ti/Ti，而關(guān)鍵點的位置涉及到列車安全間距計算。
如圖2所示，折返能力分析包括三個數(shù)據(jù)準備模塊線路數(shù)據(jù)庫、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件。只有三大數(shù)據(jù)準備模塊都完成且通過各自及相互之間的數(shù)據(jù)檢查后，方可進行下一步能力分析。線路數(shù)據(jù)包括線路、道岔、車站、折返區(qū)域、坡度、曲率、隧道開闊區(qū)域、限速信息(包括線路、道岔、車站、坡度及曲率的限速)、軌道分區(qū)及分區(qū)限速等數(shù)據(jù)信息；輸入線路數(shù)據(jù)有兩種方式建立一條新的線路數(shù)據(jù)庫文件或者從已有的線路數(shù)據(jù)庫中選取需要進行能力分析的線路數(shù)據(jù)庫。如果是選擇建立一條新的數(shù)據(jù)庫，則需要錄入新的線路數(shù)據(jù)，保存時自動進行數(shù)據(jù)完整性檢查，繼而可以進行上下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，完成上述工作后，線路數(shù)據(jù)庫模塊的顏色由粉色變?yōu)榫G色，表明線路數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)準備完畢；如果是選擇既有的線路數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)進行了修改操作時，數(shù)據(jù)將自動重新進行完整性檢查和上下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，否則直接提示線路數(shù)據(jù)的準備模塊數(shù)據(jù)準備完畢，同時數(shù)據(jù)準備模塊背景由粉色變?yōu)榫G色，以提示線路數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)準備完畢。
列車模型包括車長、編組、回轉(zhuǎn)質(zhì)量因數(shù)、沖擊率、列車有效定位誤差、牽引特性、常用制動特性、緊急制動特性、常用制動反應(yīng)時間、緊急制動反應(yīng)時間、車載反應(yīng)時間、制動建立有效時間、滑動摩擦系數(shù)、列車出發(fā)準備時間等等；列車模型是生成列車仿真運行曲線的依據(jù)，列車仿真運行在考慮線路條件的同時，要遵從并受列車所有特性參數(shù)的限制。設(shè)計者可以選取已有的或輸入新的列車模型，并且通過列車模型數(shù)據(jù)完整性檢查，該模塊才能由粉色變?yōu)榫G色，表示該模塊數(shù)據(jù)準備完畢。
信號系統(tǒng)限制條件包括閉塞制式、列車進站的制動率、旅客上下車時間、車頭車尾互換時間、車門開關(guān)時間、屏蔽門反應(yīng)時間、信號系統(tǒng)反應(yīng)時間、聯(lián)鎖設(shè)備反應(yīng)時間等等。設(shè)計者可以選取已有的或輸入新的信號系統(tǒng)限制條件，在通過數(shù)據(jù)完整性檢查后，還要判斷所選取的閉塞制式如果是準移動閉塞或固定閉塞，則需要對線路數(shù)據(jù)的分區(qū)數(shù)據(jù)進行檢查——若分區(qū)數(shù)據(jù)尚未輸入，則進入分區(qū)表錄入界面，提示使用者錄入分區(qū)數(shù)據(jù)，當(dāng)分區(qū)表數(shù)據(jù)通過了完整性檢查后，信號系統(tǒng)限制條件模塊由粉色變?yōu)榫G色，提示信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)準備完畢，若沒有通過完整性檢查則繼續(xù)提示輸入分區(qū)數(shù)據(jù)；若分區(qū)數(shù)據(jù)已經(jīng)輸入且通過了完整性檢查，則該模塊將從粉色變?yōu)榫G色，提示信號系統(tǒng)限制條件數(shù)據(jù)準備完畢。如果是移動閉塞，則無需判斷分區(qū)數(shù)據(jù)，直接提示完成信號系統(tǒng)限制條件的數(shù)據(jù)準備工作，模塊顏色由粉色變?yōu)榫G色，同時折返能力分析模塊變?yōu)榭捎?，提示設(shè)計者所有數(shù)據(jù)準備就緒，可以進行線路的相應(yīng)閉塞制式的折返能力分析。
該數(shù)據(jù)準備模塊具有以下優(yōu)勢1.線路數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)上下行數(shù)據(jù)的自動轉(zhuǎn)換，從而大大簡化了數(shù)據(jù)輸入者的工作量；2.線路采用模塊化設(shè)計，無須對底層線路數(shù)據(jù)進行修改，通過疊加不同的分區(qū)數(shù)據(jù)即可疊加不同的閉塞制式；3.線路模塊可以自動判斷出可進行折返作業(yè)的所有車站，包括終端站、區(qū)間車站和長短交路車站，并列出各個車站可以進行的折返作業(yè)方式；設(shè)計者只需選擇需要分析的車站的某一折返方式，即可得到該車站進行該折返作業(yè)方式的折返間隔分析圖及相關(guān)的分析結(jié)論；4.根據(jù)城市軌道交通列車車輛的特點，同時參考ERTMS/ETCS列車模型相關(guān)標(biāo)準，建立了精確的列車模型。
折返能力分析的程序流程圖如圖3所示。
首先，使用者從軟件自動判斷并列出的可以進行折返作業(yè)的所有車站(包括終端站、區(qū)間車站和長短交路車站)以及各個車站可以進行的所有可能的折返作業(yè)方式列表中，選擇需要分析的車站及折返方式。確認后，程序提取相應(yīng)車站的線路圖，標(biāo)注折返箭頭，根據(jù)所選取的折返方式畫出折返區(qū)域。
其次，判斷信號系統(tǒng)限制條件模塊中所選擇的閉塞制式，分為固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞三個分支；按照每種閉塞制式的特點，做出折返線路展開圖，計算線路的合成限速曲線，按照列車模型數(shù)據(jù)仿真列車運行并計算V-S、T-S曲線。
然后，計算該線路能力分析各關(guān)鍵點的位置，標(biāo)注在折返線路展開圖中，提取各關(guān)鍵點之間的仿真運行時間ti/Ti，輸入各閉塞制式下相應(yīng)折返方式的分析模塊；最后，分析模塊根據(jù)前面所述的分析原則和方法輸出折返間隔的分析圖和分析結(jié)果，在分析圖中標(biāo)注了該折返所有的限制條件，通過電子數(shù)據(jù)表輸出列車仿真過程數(shù)據(jù)、折返間隔、相關(guān)站停時間以及所有重要的裕量。
如圖4和圖5所示，以某條線路為例，該車站采用移動閉塞制式，折返方式為車站過走防護距離不夠時的站后單線折返。下面對該車站折返能力進行分析1、鋪畫線路圖，并用箭頭標(biāo)注該車站的折返方式；2、計算該折返方式能力分析的關(guān)鍵點，并用不同的字母和顏色在線路圖中標(biāo)示分析的關(guān)鍵點包括道岔防護點A，B，C，前車出清B點時相對于后車的干擾點E，列車出清折返后車站站臺的站界D點；01、02為列車在上、下行車站的停車點，0為折返區(qū)域的停車點；各關(guān)鍵點位置計算原則遵守前面所述的方法；3、對應(yīng)各關(guān)鍵點畫出相應(yīng)顏色的直線，把各關(guān)鍵點按照列車折返的時序從上到下依次排列，做出簡化線路布置圖；4、在簡化線路布置圖中，作出列車運行的簡化時間-距離示意圖；
5、根據(jù)該折返方式的特點分析并標(biāo)出前車在出清各關(guān)鍵點時，在相應(yīng)的信號系統(tǒng)工作時間后，對后車所在關(guān)鍵點位置的要求，并分別對各限制條件賦予時間裕量mi，具體為1)前車出清B點后，經(jīng)TT+m1，后車方可到達E；2)前車出清C點后，經(jīng)TT+Dt+m2，后車方可從上行車站出發(fā)進入折返區(qū)；3)前車從車站出發(fā)到3km/h+T_signal+Dt+m3，后車才能從折返區(qū)域出發(fā)。
其中，TT為包括排列進路時間在內(nèi)的列車在折返區(qū)段運行的信號系統(tǒng)工作周期，Dt為列車出發(fā)準備時間，T_signal為列車在正線區(qū)段運行的信號系統(tǒng)工作周期。與固定閉塞不同的是，在移動閉塞中，后車得到前車出發(fā)到3km/h的信息就可從折返區(qū)域出發(fā)，而不需要前車出清站臺的站界D點。
同時，可以標(biāo)注列車在站臺站停時間所需的最小時間限制Tim+T_train_door+T_PSD_react、列車從車尾出清道岔防護點進入折返區(qū)域到發(fā)車前所需的最小時間限制TT+Dt，并分別賦予時間裕量m0和m4，如圖4所示；單線折返時分析所需的列車數(shù)為2輛；6、對列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間標(biāo)注為t0，t1，t2，t3，t4；7、對照分析圖，逐一列出列車之間的折返間隔I1與各關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti、折返前站停時間Dwell、折返后站停時間DW、折返區(qū)域停留時間TB以及信號系統(tǒng)限制條件之間的關(guān)系方程組1)I1＝t0+Dwell+t1+TT+m12)I2＝t1+t2+TB+t3+TT+Dt+m23)I3＝t3+t4+Dw+t_detect+T_signal+Dt+m3
將方程式中的裕量分別m1，m2，m3賦值為0，代入各變量的時間值計算間隔值，得到I1＝125S，I2＝93S，I3＝73S得到折返間隔Imin＝max(I1，I2，I3)＝125S同時將Imin代入各方程式中，分別得出各限制條件所具有的時間裕量m1＝Imin-I1；m2＝Imin-I2；m3＝Imin-I3根據(jù)分析圖中對列車自身在折返過程中對站停時間Dwell和折返所需時間的限制條件列出如下關(guān)系方程式4)Dwell＝Tim+T_train_door+T_PSD_react+m45)TB＝TT+Dt+m0-t2將方程式的時間裕量m0和m4分別賦值為0，代入各變量的時間值計算，可以得到列車在折返區(qū)域停留時間TB及車站站停時間Dwell的最小取值TB(min)＝14S；Dwell(min)＝15S同時可以看到，列車站停時間Dwell、Dw、折返區(qū)域停留時間TB與方程式1)2)3)都有關(guān)系，將各方程式時間裕量設(shè)為0，代入折返間隔Imin及變量值，可得到在滿足折返間隔時折返區(qū)域停留時間和車站站停時間的最大取值Dwell(max)＝35S；Dw(max)＝87S；TB(max)＝46S能力分析中站停時間的預(yù)設(shè)值Dwell＝35S、折返區(qū)域停留時間的預(yù)設(shè)值TB＝14S，滿足各自的取值范圍，并且各自所具有的時間裕量為m0＝TB-minTB＝0m4＝Dwell-minDwell＝20S
以上對分析計算的結(jié)果均采用了進位取整的原則。
在上述分析計算中所帶入的列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間數(shù)據(jù)ti來自圖5所示的列車仿真計算的結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)為折返線路展開的相對公里標(biāo)，縱坐標(biāo)為速度v和時間t。紅色虛線為線路限速曲線，藍色粗曲線為列車通過仿真運行計算得到的V-S曲線，綠色細曲線為T-S曲線。橫坐標(biāo)下方標(biāo)注了各計算的關(guān)鍵點，其中B’、O’和C’為考慮了車長因素之后B、O和C的等效關(guān)鍵點。通過在T-S曲線上提取各關(guān)鍵點之間的縱坐標(biāo)時間值，即可以得到ti。
為了舉例說明本發(fā)明的實現(xiàn)，描述了上述具體實例。本發(fā)明應(yīng)用于其它線路折返類型的分析時所進行的變化和修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，在本發(fā)明所公開內(nèi)容的實質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改、變化或等效變換都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法，其特征在于包含以下步驟步驟1輸入折返分析的三大數(shù)據(jù)準備模塊線路數(shù)據(jù)庫、列車模型、信號系統(tǒng)限制條件，自動檢查判斷準備模塊數(shù)據(jù)的合理性和完備性；步驟2根據(jù)線路數(shù)據(jù)庫判斷并列出可進行折返作業(yè)的所有車站及相應(yīng)可能的折返方式；步驟3選擇需要進行折返能力分析的車站及折返方式；步驟4根據(jù)所選擇的車站和折返方式，根據(jù)數(shù)據(jù)準備模塊輸入的車站線路數(shù)據(jù)、列車模型以及信號系統(tǒng)限制條件，分析模塊通過分析計算，輸出該車站折返能力分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法，其特征在于步驟4中所述的分析模塊采用簡化的布置圖，對列車折返時在各關(guān)鍵點相互制約的條件進行分析，在計算中使用的列車運行時間數(shù)據(jù)ti/Ti是通過計算機仿真計算得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法，其特征在于所述的分析模塊進行折返能力分析的具體方法如下1)鋪畫線路圖，并用箭頭標(biāo)注該車站的折返方式；2)計算該折返方式能力分析的關(guān)鍵點，并用不同的字母和顏色在線路圖中標(biāo)示；3)對應(yīng)各關(guān)鍵點畫出相應(yīng)顏色的直線，把各關(guān)鍵點按照列車折返的時序從上到下依次排列，同時對處于同一折返時序上的關(guān)鍵點、可合并為一條直線，做出簡化線路布置圖；4)在簡化線路布置圖中，作出列車運行的簡化時間-距離示意圖；5)根據(jù)不同的折返方式，分析并標(biāo)出每列車在出清各關(guān)鍵點時，在相應(yīng)的信號系統(tǒng)工作時間限制條件后，對后車及有沖突進路的列車(長短交路折返中存在)所在關(guān)鍵點位置的要求，從而列出各列車之間在時間條件上的制約關(guān)系；同時，可標(biāo)注同一列車在車站站停時間以及在折返區(qū)域所需的最小信號系統(tǒng)工作時間的限制；對每個信號系統(tǒng)工作時間的限制條件都分別賦予時間裕量mi；6)對單線折返的列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間用ti進行標(biāo)注，對交叉折返及長短交路折返的列車在各關(guān)鍵點之間的運行時間分別用ti和Ti進行標(biāo)注；7)根據(jù)折返間隔的定義，對照分析圖，逐一列出列車之間的折返間隔Ii與各關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti、折返前/折返后車站站停時間Dwell/DW(站前折返只有Dwell)、折返區(qū)域停留時間TB(站前折返沒有)以及信號系統(tǒng)限制條件Signal之間的關(guān)系方程組；對方程組中各方程式相關(guān)的時間裕量mi分別賦值為0，代入各變量的數(shù)值，計算對應(yīng)的列車折返間隔Ii，從而得到最終的列車折返間隔Imin；將最終的列車折返間隔Imin代入各方程式中可計算出各限制條件所具有的時間裕量mi；根據(jù)同一列車在車站站停時間以及在折返區(qū)域所需的最小信號系統(tǒng)工作時間的限制，可列出列車折返區(qū)域停留時間TB、車站站停時間Dwell/DW與某些關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti、信號系統(tǒng)限制條件Signal、列車出發(fā)準備時間Dt、旅客上/下車時間Tim、車門開關(guān)時間T_door、屏蔽門反應(yīng)時間T_PSD_react之間的關(guān)系方程式對各方程式的時間裕量mi分別賦值為0，代入各變量的時間值計算，可以得到列車在折返區(qū)域停留時間及車站站停時間的最小取值；當(dāng)站停時間、折返區(qū)域停留時間與間隔計算公式發(fā)生關(guān)系時，將方程式中相應(yīng)的時間裕量設(shè)為0，代入折返間隔Imin及各變量值，可得到在滿足折返間隔時折返區(qū)域停留時間和車站站停時間的最大取值；繼而可以得出分析時所采用的站停時間和折返區(qū)域停留時間的預(yù)設(shè)值所具有的時間裕量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種城市軌道交通折返能力的分析方法，其特征在于在分析模塊中，提取列車各關(guān)鍵點之間的運行時間ti/Ti數(shù)值的具體方法如下1)按照列車折返進路，以折返區(qū)域的列車停車點的公里標(biāo)為中心分別向上行和下行兩個方向展開，形成折返線路展開圖；2)在展開圖中根據(jù)線路限速以及分區(qū)限速計算并做出合成線路限速曲線；3)根據(jù)列車模型、線路合成限速要求并考慮線路坡度加速度、回轉(zhuǎn)質(zhì)量因數(shù)、沖擊率以及滑動摩擦系數(shù)等因素對列車加、減速度的影響，按照列車最大牽引力和舒適制動力仿真計算單輛列車在正常運行狀況下的運行曲線，在線路展開圖中做出列車的V-S曲線和T-S曲線；4)在折返線路展開圖中標(biāo)出各關(guān)鍵點，即可提取各關(guān)鍵點之間的列車運行時間ti/Ti。
全文摘要
一種城市軌道交通線路折返能力的分析方法，采用簡化線路布置圖和簡化的列車運行時間－距離示意圖來分析列車相互之間的限制條件通過對每個限制條件設(shè)置裕量，不僅可以得到折返間隔，而且可以得到每個限制條件所具有的裕量；通過對站停時間和折返區(qū)域停留時間列出限制條件，不僅可以得到它們的取值范圍，而且可以得到當(dāng)前分析所采用的站停時間和折返區(qū)域停留時間所具有的時間裕量。列車在各關(guān)鍵點運行的時間ti/Ti的計算采用在折返線路展開圖上生成線路合成限速曲線、通過計算機仿真計算生成V－S，T－S曲線的方法進行提取。該分析方法簡單直觀，不僅提高分析的全面性和準確性，而且通過計算機仿真大大降低分析者的工作量。
文檔編號G06F19/00GK101025766SQ200610165598
公開日2007年8月29日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者馬琳, 郜春海, 唐濤, 荀徑 申請人:北京交通大學(xué)