《基于CBTC的轨道交通线路运输能力评估方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于CBTC的轨道交通线路运输能力评估方法.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102376075 A (43)申请公布日 2012.03.14 CN 102376075 A *CN102376075A* (21)申请号 201110233188.0 (22)申请日 2011.08.15 201010255912.5 2010.08.18 CN G06Q 50/30(2012.01) (71)申请人 北京交通大学 地址 100044 北京市海淀区上园村 3 号 (72)发明人 郜春海 王海峰 唐涛 张路 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 王莹 (54) 发明名称 基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方。
2、 法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 CBTC 的轨道交通线 路运输能力评估方法， 涉及轨道交通技术领域， 包 括步骤 ： A、 获取运输能力评估的相关参数 ； B、 建 立移动闭塞能力消耗模型 ； C、 计算最小运行间隔 时间并确定瓶颈区段 ； D、 评估轨道交通线路运输 能力。根据本发明， 通过计算移动闭塞能力消耗 模型的消耗值， 可以直观的发现影响运输效率的 关键区段， 评估列车运行过程对线路基础设施的 利用率， 结果可以直接指导工程建设和运营维护 ； 相比传统的运输能力评估验证指标， 能力消耗值 更客观的反映了线路基础设施的利用率， 确定了 线路运输能力的瓶颈因素， 并体现了线路。
3、能力进 一步挖掘的潜力。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 CN 102376082 A1/2 页 2 1. 一种基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方法， 其特征在于， 包括步骤 ： A、 获取运输能力评估的相关参数 ； B、 建立移动闭塞能力消耗模型 ； C、 计算最小运行间隔时间并确定瓶颈区段 ； D、 评估轨道交通线路运输能力。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 步骤 A 中的相关参数包括 ： 线路坡度及曲 率、 列车长度、 重量、 牵引特性。
4、、 制动特性、 转动惯量系数、 停站时间、 折返方式、 交路设置和 客流量中的一种或多种。 3. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 步骤 B 具体包括 ： 通过下述公式根据常规制 动曲线得到防护曲线 ： Vbec Vest+Vsci+Aest1Ttraction+Aest2Tberem dSBI(Vest) dSBD(Vbec)-Dbec 其中， S dSBI(V) 是防护曲线 ； S dSBD(V) 是已知的常规制动曲线 ； Dbec是列车从检测 到超速到实施制动之间的实际运行距离 ； Vest是列车的测速值 ； Vsci是列车测速值的置信区 间 ； Ttraction是系统响应时。
5、间， 在此期间的加速度为 Aest1； Tberem是动力失效后的滑行时间， 在 此期间的加速度为 Aest2； Vbec是常规制动曲线处的速度值。 4. 如权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 所述移动闭塞能力消耗模型包括 ： 在预告点 和逻辑区段起点之间运行所需的接近时间、 列车车头从进入逻辑区段到驶出逻辑区段的运 行时间和列车车尾出清逻辑区段的出清时间。 5. 如权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述步骤 C 具体包括 ： 步骤 C1、 获取相邻两车的移动闭塞能力消耗模型序列 ； 步骤 C2、 针对每一个逻辑区段， 用前车车尾出清该逻辑区段的出清时间减去后车车头 抵达该逻辑区。
6、段的预告点的预告点时间得到每一个逻辑区段中相邻两车的移动闭塞能力 消耗模型在该逻辑区段的间隔时间 ； 步骤 C3、 找出相邻两车的移动闭塞能力消耗模型在所有逻辑区段中的间隔时间的最小 值， 用两车的发车间隔时间减去所述间隔时间的最小值得到两车的最小运行间隔时间， 所 述间隔时间的最小值对应的逻辑区段为线路的瓶颈区段。 6. 如权利要求 1-5 中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述步骤 D 具体包括 ： 通过下述公式来评估轨道交通线路运输能力 ： A n*h k A+B+C+D K k*100/U 其中 ： n 是时间窗口内的行车数量 ； h 是最小运行间隔时间的平均值 ； A 为基础设施占。
7、 用时间 ； B 为瓶颈区段的移动闭塞能力消耗模型间加入的缓冲时间 ； C 为车站会让和越行对 线路能力的影响时间 ； D 为线路维护时间 ； k 为被消耗的总时间 ； U 为分析选取的时间窗口 ； K 为能力消耗值。 7. 如权利要求 6 所述的方法， 其特征在于， 所述基础设施占用时间为最小运行间隔时 权 利 要 求 书 CN 102376075 A CN 102376082 A2/2 页 3 间与发车车次数的乘积。 8. 如权利要求 6 所述的方法， 其特征在于， 所述瓶颈区段的移动闭塞能力消耗模型间 加入的缓冲时间的取值范围为 40 秒 -100 秒。 9. 如权利要求 6 所述的方法。
8、， 其特征在于， 所述车站会让和越行对线路能力的影响时 间的取值范围为 0-120 秒。 10. 如权利要求 6 所述的方法， 其特征在于， 所述线路维护时间的取值范围 20 秒 -120 秒。 权 利 要 求 书 CN 102376075 A CN 102376082 A1/5 页 4 基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方法 技术领域 0001 本发明涉及轨道交通技术领域， 特别涉及一种基于 CBTC 的轨道交通线路运输能 力评估方法。 背景技术 0002 近年来， 我国各大城市轨道交通发展迅速。列车运行控制方法也由传统的司机根 据地面信号显示行车升级为 CBTC 系统控制。所谓 C。
9、BTC 系统， 是指基于通信的列车运行控 制系统(Communication Based Train Control)。 现有地铁线路逐步达到运输能力的极限， 如何评估轨道交通系统的运输能力是一个复杂的问题， 这是因为影响轨道交通系统运输能 力的因素有很多， 比如不同的列车类型， 种类繁多的基础设施及其布置， 不同的信号系统制 式， 不同设备配置， 以及根据客流和经济方面考虑的时刻表安排等等。 0003 目前， 我国铁路和城市轨道交通现行运输能力的评估方法主要包括 ： 0004 1、 图解法， 即在运行图上铺化列车， 所能最大限度铺化的列车总数， 即为该区段的 运输能力， 图解法虽然在理想条件。
10、下比较精确， 但实用性不强， 应用起来非常繁琐， 对于实 际运营过程中出现的各种干扰因素， 无法处理， 一旦出现晚点， 设备故障等情况时， 该方法 的分析结果会出现较大偏差。 0005 2、 分析法， 即根据列车的扣除系数， 近似地估计运输能力。所谓扣除系数， 是指因 铺化快速列车需要从平行运行图上扣除的慢速列车的对数。具体分析方法参见 1990 年铁 道部颁布的 轨道交通区间通过能力计算方法 ， 这里不再赘述， 分析法， 即扣除系数法局限 性很大， 不能体现追踪间隔小于 6 分钟、 列车采用不同追踪间隔、 列车区间运行时分不等、 列车对数超过 60 对、 不同列车速度等级与数量比例、 以及列。
11、车连发比例等因素对通过能力 计算结果的影响。 0006 综上所述， 现有的轨道交通线路运输能力评估方法都不能够精确地定位整条线路 的能力制约瓶颈区段， 都是在传统的列车运行指挥模式下的运输能力评估方法， 都不能很 好地适应 CBTC 系统条件下的移动闭塞列车运行控制模式。 发明内容 0007 ( 一 ) 要解决的技术问题 0008 本发明要解决的技术问题是， 针对上述缺陷， 如何提供一种高精度的基于 CBTC 的 轨道交通线路运输能力评估方法， 能够精确地定位整条线路的能力制约瓶颈区段， 并准确 地评估线路的运输能力。 0009 ( 二 ) 技术方案 0010 本发明提供了一种基于 CBTC 。
12、的轨道交通线路运输能力评估方法， 包括步骤 ： 0011 A、 获取运输能力评估的相关参数 ； 0012 B、 建立移动闭塞能力消耗模型 ； 0013 C、 计算最小运行间隔时间并确定瓶颈区段 ； 说 明 书 CN 102376075 A CN 102376082 A2/5 页 5 0014 D、 评估轨道交通线路运输能力。 0015 其中， 步骤 A 中的相关参数包括 ： 线路坡度及曲率、 列车长度、 重量、 牵引特性、 制 动特性、 转动惯量系数、 停站时间、 折返方式、 交路设置和客流量中的一种或多种。 0016 其中， 步骤 B 具体包括 ： 通过下述公式根据常规制动曲线得到防护曲线 。
13、： 0017 Vbec Vest+Vsci+Aest1Ttraction+Aest2Tberem 0018 0019 dSBI(Vest) dSBD(Vbec)-Dbec 0020 其中， S dSBI(V) 是防护曲线 ； S dSBD(V) 是已知的常规制动曲线 ； Dbec是列车从 检测到超速到实施制动之间的实际运行距离 ； Vest是列车的测速值 ； Vsci是列车测速值的置 信区间 ； Ttraction是系统响应时间， 在此期间的加速度为 Aest1； Tberem是动力失效后的滑行时 间， 在此期间的加速度为 Aest2； Vbec是常规制动曲线处的速度值。 0021 其中， 所。
14、述移动闭塞能力消耗模型包括 ： 在预告点和逻辑区段起点之间运行所需 的接近时间、 列车车头从进入逻辑区段到驶出逻辑区段的运行时间和列车车尾出清逻辑区 段的出清时间。 0022 其中， 所述步骤 C 具体包括 ： 0023 步骤 C1、 获取相邻两车的移动闭塞能力消耗模型序列 ； 0024 步骤 C2、 针对每一个逻辑区段， 用前车车尾出清该逻辑区段的出清时间减去后车 车头抵达该逻辑区段的预告点的预告点时间得到每一个逻辑区段中相邻两车的移动闭塞 能力消耗模型在该逻辑区段的间隔时间 ； 0025 步骤 C3、 找出相邻两车的移动闭塞能力消耗模型在所有逻辑区段中的间隔时间 的最小值， 用两车的发车间。
15、隔时间减去所述间隔时间的最小值得到两车的最小运行间隔时 间， 所述间隔时间的最小值对应的逻辑区段为线路的瓶颈区段。 0026 其中， 所述步骤 D 具体包括 ： 0027 通过下述公式来评估轨道交通线路运输能力 ： 0028 A n*h 0029 k A+B+C+D 0030 K k*100/U 0031 其中 ： n 是时间窗口内的行车数量 ； h 是最小运行间隔时间的平均值 ； A 为基础设 施占用时间 ； B 为瓶颈区段的移动闭塞能力消耗模型间加入的缓冲时间 ； C 为车站会让和越 行对线路能力的影响时间 ； D 为线路维护时间 ； k 为被消耗的总时间 ； U 为分析选取的时间 窗口 。
16、； K 为能力消耗值。 0032 其中， 所述基础设施占用时间为最小运行间隔时间与发车车次数的乘积。 0033 其中， 所述瓶颈区段的移动闭塞能力消耗模型间加入的缓冲时间的取值范围为 40 秒 -100 秒。 0034 其中， 所述车站会让和越行对线路能力的影响时间的取值范围为 0-120 秒。 0035 其中， 所述线路维护时间的取值范围 20 秒 -120 秒。 0036 ( 三 ) 有益效果 0037 本发明提出了一种基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方法， 所述方法具有 说 明 书 CN 102376075 A CN 102376082 A3/5 页 6 下述优点 ： 0038。
17、 1、 本发明针对 CBTC 系统控制下线路的运输能力分析， 提出了一种实用性强、 目的 明确、 实施方便的验证和评估方法。 0039 2、 本发明采用移动闭塞能力消耗模型对运输能力建模， 该模型全面反映了基础设 施、 车辆参数、 信号系统及运营组织等因素对运输能力的影响， 从列车安全运行的基本原 理 - 闭塞分区的角度阐述了列车运行所能达到的最小间隔， 在参数正确获取的前提下， 分 析结果准确可靠。 0040 3、 通过计算移动闭塞能力消耗模型的消耗值， 可以直观的发现影响运输效率的关 键区段， 评估列车运行过程对线路基础设施的利用率， 结果可以直接指导工程建设和运营 维护。 0041 4、。
18、 相比传统的运输能力评估验证指标， 能力消耗值更客观的反映了线路基础设施 的利用率， 确定了线路运输能力的瓶颈因素， 并体现了线路能力进一步挖掘的潜力。 附图说明 0042 图 1 本发明实施例所述的基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方法的流程 图 ； 0043 图 2 是本发明实施例所述的移动闭塞能力消耗模型的示意图 ； 0044 图 3 是本发明实施例所述的相邻两车的移动闭塞能力消耗模型序列的示意图。 具体实施方式 0045 下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施 例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。 0046 如图 1 所示， 本发明所。
19、述的基于 CBTC 的轨道交通线路运输能力评估方法包括步 骤 ： 0047 A、 获取运输能力评估的相关参数 ； 0048 影响运输能力的相关参数包括基础设施、 车辆因素、 列车运行控制模式及运营方 式等四大类参数， 具体包括线路坡度及曲率、 列车长度、 重量、 牵引特性、 制动特性、 转动惯 量系数、 停站时间、 折返方式、 交路设置、 客流量等参数。 这些参数可以从目前轨道交通建设 相关标准和工程数据中获得。 0049 B、 建立移动闭塞能力消耗模型 ； 0050 由于在 CBTC 系统控制下的列车运行， 没有固定的闭塞分区划分， 因此有必要在步 骤 A 获取的运输能力评估的相关参数基础上。
20、， 按照列车运行控制的速度防护曲线建立基于 CBTC 的移动闭塞能力消耗模型。 0051 在本步骤中， 可以通过下述公式 1-3 根据常规制动曲线得到防护曲线 ： 0052 Vbec Vest+Vsci+Aest1Ttraction+Aest2Tberem (1) 0053 0054 dSBI(Vest) dSBD(Vbec)-Dbec (3) 0055 其中， S dSBI(V) 是防护曲线 ； S dSBD(V) 是已知的常规制动曲线 ； Dbec是列车从 说 明 书 CN 102376075 A CN 102376082 A4/5 页 7 检测到超速到实施制动之间的实际运行距离 ； Ve。
21、st是列车的测速值 ； Vsci是列车测速值的置 信区间 ； Ttraction是系统响应时间， 在此期间的加速度为 Aest1； Tberem是动力失效后的滑行时 间， 在此期间的加速度为 Aest2； Vbec是常规制动曲线处的速度值。 0056 建立如图 2 所示的移动闭塞能力消耗模型， 其揭示了移动的列车运行防护控制过 程中， 列车走行一段距离所消耗的时间。如图 2 所示， 逻辑区段是 CBTC 控制模式下的列车 追踪运行最小线路间隔单元。 0057 所述移动闭塞能力消耗模型包含如下几个部分 ： 0058 在预告点和逻辑区段起点之间运行所需的接近时间 ； 0059 列车车头从进入逻辑区。
22、段到驶出逻辑区段的运行时间 ； 0060 列车车尾出清逻辑区段的出清时间， 取决于列车长度 ； 0061 则多个列车在线路上的运行实际上就是多个移动闭塞能力消耗模型构成的序列， 如图 3 所示为两个列车的移动闭塞能力消耗模型序列。 0062 C、 计算最小运行间隔时间并确定瓶颈区段 ； 0063 本步骤具体包括 ： 0064 步骤 C1、 获取相邻两车的移动闭塞能力消耗模型序列 ； 0065 步骤 C2、 针对每一个逻辑区段， 用前车车尾出清该逻辑区段的出清时间减去后车 车头抵达该逻辑区段的预告点的预告点时间得到每一个逻辑区段中相邻两车的移动闭塞 能力消耗模型在该逻辑区段的间隔时间 Tn， 下。
23、标 n 表示该逻辑区段序号 ； 0066 步骤 C3、 找出相邻两车的移动闭塞能力消耗模型在所有逻辑区段中的间隔时间 Tn 的最小值Tmin， 用两车的发车间隔时间减去所述间隔时间的最小值Tmin得到两车的最小运行 间隔时间， 所述间隔时间的最小值 Tmin对应的逻辑区段为线路的瓶颈区段。 0067 D、 评估轨道交通线路运输能力。 0068 本发明给出的轨道交通线路运输能力是从列车对轨道交通线路基础设施能力消 耗的角度给出的。能力消耗分析是指在一段线路上和一定时间内， 通过对一个给定的闭塞 能力消耗模型序列， 分析线路上消耗的运输能力， 计算出能力消耗的比率的方法。 0069 可以通过下述公。
24、式 4-6 来评估轨道交通线路运输能力 0070 A n*h (4) 0071 k A+B+C+D (5) 0072 K k*100/U (6) 0073 其中 ： n 是时间窗口内的行车数量 ； h 是最小运行间隔时间的平均值 ； A 为基础设 施占用时间， 等于最小运行间隔时间与发车车次数的乘积 ； B 为瓶颈区段的移动闭塞能力 消耗模型间加入的缓冲时间， 其目的是为了确保运行计划的稳定性。在相邻列车路径中加 入的间隔时间， 保证运营过程中小的扰动和误差不会被传播和放大。根据 CBTC 行车指挥方 式的特点， 在调研了线路情况、 车型数据以及客流高峰和分布情况， 通过实际验证， 相邻两 列。
25、列车缓冲时间的取值范围为 40 秒 -100 秒 ； C 为车站会让和越行对线路能力的影响时间， 根据实际情况和城市轨道交通车站作业规范， 结合 CBTC 行车指挥方式的特点， 在调研了线 路情况、 车型数据以及客流高峰和分布情况， 通过实际验证， 取值范围为 0 至 120 秒 ； D 为线 路维护时间， 本方法规定的取值范围 20 至 120 秒 ； k 为被消耗的总时间 ； U 为分析选取的时 间窗口， 根据线路运营特点取值， 单位是秒 ； K 为能力消耗值 ； 说 明 书 CN 102376075 A CN 102376082 A5/5 页 8 0074 根据上述公式4-6， 即可求出。
26、线路的运输能力。 该运输能力反应了给定的运行图对 基础设施的利用率。 0075 下面以北京地铁亦庄线的实际线路情况和信号系统布置以及车辆和运营参数为 基础， 举例说明本发明的技术方案。 0076 选取从宋家庄站到小红门站三站两区间作为运输能力分析区段。 北京地铁亦庄线 的信号系统为 CBTC 系统。 0077 选取从 6:00 到 6:15 的 900s( 秒 ) 作为时间窗口。 0078 根据上述步骤C可以得到最小发车间隔时间为94s。 其所在的逻辑区段27是瓶颈 区段。 0079 则最小发车间隔 h 94s ； A 94*3 282s ； B 60*3 180s( 这里， 相邻列车的 缓冲。
27、时间取值为 60s) ； C 30*3 90s( 取经验值 30s) ； D 30*3 90s( 取经验值 30s) ； k A+B+C+D 642 ； K 100*k/U 71。 0080 综上所述， 本发明的优点在于 ： 0081 1、 本发明针对 CBTC 系统控制下线路的运输能力分析， 提出了一种实用性强、 目的 明确、 实施方便的验证和评估方法。 0082 2、 本发明采用移动闭塞能力消耗模型对运输能力建模， 该模型全面反映了基础设 施、 车辆参数、 信号系统及运营组织等因素对运输能力的影响， 从列车安全运行的基本原 理 - 闭塞分区的角度阐述了列车运行所能达到的最小间隔， 在参数正。
28、确获取的前提下， 分 析结果准确可靠。 0083 3、 通过计算移动闭塞能力消耗模型的消耗值， 可以直观的发现影响运输效率的关 键区段， 评估列车运行过程对线路基础设施的利用率， 结果可以直接指导工程建设和运营 维护。 0084 4、 相比传统的运输能力评估验证指标， 能力消耗值更客观的反映了线路基础设施 的利用率， 确定了线路运输能力的瓶颈因素， 并体现了线路能力进一步挖掘的潜力。 0085 以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书 CN 102376075 A CN 102376082 A1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102376075 A CN 102376082 A2/2 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102376075 A 。