列车运行计算与设计课件：列车运行能耗计算

《列车运行计算与设计》列车运行能耗计算2在早期，列车运行计算是基于手工的。手工计算精度差、效率低，工程师们一直在探讨更有效的方法；80年代初，用计算机模拟手工计算过程；（单列车）到90年代，寻求在精度和通用性方面的改善；（质量带）21世纪后，在网络化条件下的运行计算与模拟。（多列车）列车运行计算软件的用途越来越广泛，包括线路和信号系统方案设计（设计院）、运行图的编制与调整、列车驾驶优化（运营管理）等。概述3列车模拟计算过程考虑要点计算方式：手工或自动列车的处理：点或带坡道处理：化简或不化简时钟推进方法：等步长法或事件表法停车处理算法：回退或不回退列车运行模式：节能、节时或定时优化其他：多列车间运行的相互影响，供电系统负荷，信号机布局等单列车运行行为建模列车牵引力F阻力R受力分析（质量带）牛顿第二定律时间步长法求解列车运行过程信息核心在与工况与手柄的选择。多列车运行仿真1）牵引供电系统的建模；

常用平台：PowerSystemAnalysisSoftwarePackage2）信号逻辑关系和车站联锁关系的描述以及车站进路分配；

常用方法：PetriNet、数学规划3）列车工况转换与手柄确定算法的设计；

常用方法：遗传算法、预测控制、专家规则、解析控制等4）列车运行调度与调整算法的设计；

常用方法：离散事件、分支定界、动态规划、模糊专家系统等5）验证系统设计的正确性。

常用方法：Formalmethod国外列车运行仿真软件RAILSIM（北美）：包括列车运行行为计算模块（TPC）、路网编辑模块与机车车辆库、牵引供电分析模块、运行图设计与评估模块、以及列车群运行仿真模块等。能仿真多种列车运行行为，可用于运输能力分析、列车追踪间隔计算、信号设计、列控系统设计、能耗计算以及车站客流分布等。国外列车运行仿真软件RAILSYS（德国）真实的呈现铁路路网全系统运行情况，微观模拟单个列车对某一股道的占用情况。可用于路网能力分析，新型信号安全技术研究和列车运行图评价，对列车时刻表制定和优化等起到重要的辅助决策作用。国外列车运行仿真软件OPENTRACK（瑞士）：可实现多列车运行过程仿真，再现列车在区间和车站的运行情况，可用于评价运行图和运行调整方案的效果，分析运营故障情景的影响。铁科院版列车牵引计算软件单列车牵引计算（自动和手动驾驶模式）辅助列车选型、线路方案设计和运营组织方案检算线路通过能力等国内列车运行仿真软件交大版列车牵引计算软件综合列车群运行仿真系统通用列车运行模拟系统高速铁路信号布点仿真及能力检算系统客运专线大型客运站作业仿真系统客运专线及城际铁路仿真系统信号布点计算节能操纵指导优化不同操纵策略下列车牵引计算（自动和手动驾驶模式）评价线路设计方案和机车车辆选型国内列车运行仿真软件国内列车运行仿真软件GTMS（北京交大和香港理工合作开发）：可实现地铁和干线铁路的列车运行过程自动和手动仿真，并计算列车运行时分与能耗，可用于评价线路设计方案和机车车辆选型、以及司机驾驶培训。系统包括大铁版和地铁版；国内30余家设计单位应用。12GTMS系统的主要功能主要功能：能模拟不同牵引模式（节时、定时、节能、目标速度）、不同线路条件、不同机车车辆参数、不同信号闭塞方式下的列车运行过程；可以自动计算不同设计方案下的运营能耗、运营费用等指标，验证并优化信号机布局方案。（用于设计部门）可以用于列车操纵优化、既有线提速方案的分析模拟、运行图指标的计算与分析等方面（用于运营管理部门）。13GTMS系统结构介绍信号机布点系统以牵引计算为基础以信号布点为应用铁路信号机布置在自动闭塞线路上，信号机布置对铁路运输工作具有十分重要的意义。信号机布置工作所要解决的问题：在每一个区间内应设置多少架通过信号机如何确定它们的具体位置信号机布置是一个影响因素复杂的多目标问题，很多因素难以定量描述。建立一种具有良好人机对话功能的辅助决策系统具有十分重要的现实意义。列车综合运行计划编制系统列车群运行计算验证子系统模拟列车群在区间和车站的运行，可用于运行图可实施性评价。客运车站作业仿真系统模拟列车群在车站及周边区域的运行过程，可用于车站作业计划编制、仿真与评价。主流列车运行仿真软件软件名称国家（时间）主要功能特点OpenTrack瑞士(1990s)车列车运行图仿真；非正常情况下列车运行仿真；信号布点与牵引供电设计；车站作业计划、咽喉区设计功能强大，但列车运行操纵刻画不够细致RailSim美国(1990)基于供电网络的列车潮流计算；分析不同闭塞方式、运行组织方案下列车的操纵策略；侧重于供电系统的刻画RailSys德国(2000s)路网能力分析及优化；列车运行图的评价与优化；线路和车站的仿真结果统计与分析等适用于宏观路网的仿真评价，对单列车操纵刻画不够细致铁科软件中国(1990s)优化列车操纵曲线；节时模式下列车运行仿真；手动操纵仿真手动操纵便捷；不能进行多列车仿真交大软件中国(2000s)节时、定时、节能三种操纵策略仿真；手动操纵仿真；信号布点计算；车站作业仿真；区段仿真等侧重于多种模式下的列车牵引计算列车运行仿真关键技术列车运动模型的精确刻画牵引供电系统建模与能耗计算多列车运行行为逻辑关系精确刻画列车操纵策略建模信号制式和列控系统建模列车运行仿真的发展趋势初期1960s-1980s中期1990s-2010s远期2010s后1.单质点、单列车牵引计算2.节时操纵策略3.基于牵引力做功的能耗计算（粗略）4.基础数据维护较为困难1.多质点、多列车牵引计算2.不同闭塞方式、信号制式下列车运行仿真3.基于供电网络的列车潮流计算4.运行图编制、评价和优化5.宏观和微观作业仿真等1.牵引计算仿真精度提升（增加现实约束等）2.多列车运行逻辑精确刻画3.设计方案自动化生成及智能优化4.软件模块化、集成化和开放式发展等小结评价列车运行图的可实施性；评价车站作业计划的可行性；评价不同运行调整方案的效果；计算线路的通过能力；提高列车控制水平（如节能优化）；分析牵引供电