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原文传递城市轨道交通调度指挥智能集成系统研究

论文题名：	城市轨道交通调度指挥智能集成系统研究
关键词：	城市轨道交通;调度指挥系统;系统工程;智能控制;列车运行调整;遗传算法;仿真系统;集成系统;多智能体系统
摘要：	大力发展地铁和轻轨交通为主的城市轨道交通是解决我国目前城市交通堵塞的重要手段。我国已经进入了城市轨道交通的大发展时期，一些城市已经由“线”的建设转向了“网”的建设。随着我国新线的不断建成和投入使用，城市轨道交通网络的逐步形成，今后的研究热点将会集中到列车运行调度指挥与运营管理方面。如何提高信号系统的国产化率已成为继轨道车辆后又一事关城市轨道交通发展大局的重要课题。调度指挥工作是保证列车安全、正点运行的重要内容，其重要性不言而喻。解决城轨调度指挥的关键是保持服务的准时性及稳定性，在确保行车安全的前提下提高效率则是城市轨道交通调度指挥的主题。如何保证运输服务的连续稳定性(即可用性)，是一条城轨交通线的首要目标。由丁外界因素(如灾害、人身伤亡事故等)的影响导致服务中断是不可避免的，这种非正常情况下的快速恢复是一个关键。在正常情况下，列车群自动控制依赖于运行图，在非正常情况下，要实现列车群的协调，传统的列车群控制大多依赖于调度员的指挥，难于实现快速的事故恢复。当列车故障或其他运营因素造成运行偏离计划运行图情况时，由中心调度人工依靠缩短站停时分、取消车次、调用新图等手段人工介入调整。在恢复行车指挥功能的过程中，如何使系统具备自动或辅助调度员使系统尽快投入运用的能力，同时对于如何解决城市轨道交通中的“自动化孤岛”以实现各子系统的信息共享以及联动控制等问题，这些都是现实中亟待解决的重要问题。解决这些问题对于提高城市轨道交通调度指挥的科学性，减轻调度员的工作强度，提高城市轨道调度指挥系统的自动化水平有着重要的理论意义和现实意义，这也是论文研究的问题所在。本论文主要做了以下几方面的创新性的研究工作： (1)分析了城市轨道交通调度指挥和运营管理向智能化、集成化发展的趋势，提出了建设“城市轨道交通调度指挥智能集成系统”(URTIIDMS， Urbarl Rail Trallsit Intelligentand Integrated Dispatch Manage System)的理念与框架。论文围绕着如何实现城市轨道交通调度指挥的“智能化”和“集成化”展开本文的研究工作。在“智能化”方面，作者指出：调度指挥系统智能化的关键点，就是系统应该具备非正常状况下的智能化调度指挥功能。作者提出了建立城市轨道交通调度指挥智能决策支持系统(URTDIDSS， Urban RailTransit Dispatch Intelligent Decision Support System)的解决方案，并将人工智能领域的CRB(Case-based Reasoning)和RBR(Rule-based Reasoning)引入事故处理决策支持子系统的设计当中。在“集成化”方面，针对城轨在调度指挥时对各子系统间实现信息共享、联动控制的要求，提出了信息集成平台的构架设想，以达到提高运营效率、改善服务质量、提高应急反应能力等目的。 (2)本文通过建立城轨交通线模型，引入了城轨列车运行的数学描述，对城市轨道列车的运行规律进行了分析。论文对列车晚点的原因和造成的影响进行了探讨，同时针对城轨列车出现发车的晚点情况，对其在随后车站造成的自身晚点以及对第一后行列车造成的连带晚点的晚点传播过程及传播规律进行了研究，推导出相应的理论计算公式，分析探讨了乘客流与城轨列车运行稳定性的重要关系。 (3)论文对城市轨道交通列车运行调整问题进行了特征分析，提出了在出现区间堵塞、线路故障、列车故障这些非正常运营状态下列车运行调度指挥方案。详细分析并论述了列车在晚点状况下的常用调度策略、城轨特有的列车间隔调整策略以及自动列车运行调整ATR的实现原理与存在的问题。 (4)针对列车运行调整优化问题，作者指出：目前调度员考虑问题的出发点都是从列车的角度出发的，在整个过程中并没有考虑乘客流的状况。而实际上城轨的服务对象是乘客，车流是为客流服务的。对列车的运行调整效果需要考虑乘客的利益，适当地从乘客的角度出发。也就是说，调度员不仅仅考虑的是行车调度的问题，要时时刻刻都要考虑到做出的列车运行调整对客流的影响后果，要考虑到乘客的感受。作者建立了运行调整优化问题的数学模型。在优化目标的选取上，摒弃过去常用从列车的角度出发的优化策略，并构造了求解该问题的遗传算法，并进行了实验计算。应用AFC获取OD数据后算法将具有实用性。 (5)为验证本文所建立的模型和提出的调整优化方法，方便对城市轨道交通列车运行调度的有关问题进行研究，本文设计和实现了一个城市轨道交通列车运行调度指挥的计算机仿真系统。论文详细介绍了该系统的体系结构、网络构建以及系统组成设备及其功能，并软件系统的功能模块细成进行了划分。在模型构建上，由于城轨列车运行系统是典型的离散事件动态系统(DEDS)，故采用离散事件系统仿真技术来建立该模型。在实现手段上，采用了面向对象的分析设计方法(OOP)，对城轨交通系统进行了实体分析，并由此确定了主要对象类。论文针对列车运行仿真、列车自动追踪(ATT)功能、白动进路设定(ARS)功能、运行图铺画与调整功能、控制中心的图形用户界面(GUI)这几个主要功能模块的实现做了详细探讨。 (6)现代城市轨道交通的各专业之间相互依托，相互渗透的联动性要求必须打破专业系统封闭的传统观念。针对“集成化”，论文提出了基于Web的城市轨道交通信息集成平台的解决方案。本文运用了Web技术、XML技术以及Multi-Agent技术，提出了集成平台的总体设计方案并论述了各子系统信息需求内容与特征、信息的访问方式与统一的信息管理流程。论文给出基于Agent和XML的系统集成框架的实现，其中详细论述了Agent的构成与功能描述、Agent的结构模型和语义描述、Multi-Agent通信协作模型设计、异构数据集成实现以及数据仓库构建等内容。作者认为：城市轨道交通调度指挥智能集成系统的建设与实现，将从根本上提高调度指挥系统对运营状况的实时掌握与应变能力，从内部讲能提高运营管理的集约化水平，从外部讲能提高城轨的社会服务水平。因此，本文所提山的城市轨道交通调度指挥智能集成系统的研究，无论从理论上，还是从实际应用价值上而言，都具有重要的研究意义，也是城市轨道交通调度指挥系统逐渐发展的趋势。
作者：	李为为
专业：	系统工程
导师：	唐祯敏
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文