(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105835912 A(43)申请公布日 2016.08.10
(21)申请号 201610211104.6(22)申请日 2016.04.06
(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 董海荣 孙绪彬 郑博文 郭亮
陈静 (74)专利代理机构 北京正理专利代理有限公司
11257
代理人 付生辉 戴元毅(51)Int.Cl.
B61L 27/00(2006.01)G05B 17/02(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
CN 105835912 A(54)发明名称
城市轨道交通运行仿真系统及方法(57)摘要
本发明公开一种城市轨道交通运行仿真系统及方法，该系统包括：运行管理模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表；列车运行仿真模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；车站仿真模块，用于实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间。本发明考虑到突发状况下运行图调整因素和客流因素对于列车运行的影响，仿真性能好且实用性强。
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权 利 要 求 书
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1.一种城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，该系统包括：运行管理模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并
列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表；根据列车的实时速度、
列车运行仿真模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；
车站仿真模块，用于实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述列车运行仿真模块，还用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真。
3.根据权利要求1所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述车站仿真模块，还用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息。
4.根据权利要求3所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述车站仿真模块，还用于根据车站的候车人数及分布车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。
5.根据权利要求1所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述运行管理模块包括：
时刻表生成子模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；
列车运行过程监控子模块，用于根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表。
6.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述列车运行仿真模块包括：
列车控制子模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真；曲线跟踪子模块，用于跟踪运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；
仿真过程调整模块，用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真。
7.根据权利要求4所述的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述车站仿真模块包括：
车站人数统计子模块，用于实时统计车站的候车人数；车站客流仿真子模块，用于根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数信息和车站的乘客上下车时间；
引导信息生成子模块，用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；
应急疏散通知生成子模块，用于根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。
8.一种城市轨道交通运行仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
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权 利 要 求 书
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根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；
根据列车的实时速度和列车的实时位置信息调整时刻表；实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间；
根据车站的乘客上下车时间调整时刻表。
9.根据权利要求8所述的城市轨道交通运行仿真方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真。
10.根据权利要求8所述的城市轨道交通运行仿真方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；
根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。
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说 明 书
城市轨道交通运行仿真系统及方法
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技术领域
[0001]本发明涉及城市轨道交通运行仿真技术领域。更具体地，涉及一种城市轨道交通运行仿真系统及方法。
背景技术
[0002]随着社会的发展和时代的进步，人口流动成为当今社会日益突出的一个问题，无论是上下班通勤还是节假日旅行，人口流动渗透到生活的方方面面。近些年来，为满足人口流动的刚性需求，解决日益增长的城市交通拥堵、出行环境恶劣等问题，城市轨道交通在新时代，新环境的要求之下，以其容量大、准点率高、方便快捷的运输特点，迅速成为人们出行的重要方式。脱离于传统的地上交通形式，城市轨道交通地下盾构以及地上高架的道路特点也能创新性的满足人们不断提高的出行需求，在准点率、舒适度、安全性等方面都具有较为突出的优势。
[0003]城市轨道交通，即通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称，已经成为缓解城市交通运输压力的主要方式。根据铁轨单双线的特点，要想达到最大限度的客运能力和最高效率的客运效力，必须按照行之有效的列车运行计划和列车运行图控制车辆准时、高效的行驶。但是，固定的行车时间点和流动的乘客之间存在着一定的冲突，预先设定的列车运行图和实际的道路突发状况之间也存在着一定的冲突。所以，在实际运营中，自然因素或者人为因素造成的列车晚点、加开、扣停、临时限速等情况时有发生，对于提高运行效率、保障出行安全无疑是负面的影响，无法满足乘客的需求。[0004]现有的轨道交通运行仿真系统主要分为两大类。第一，基于某些特定的功能而开发的列车仿真系统，如RailSys、Opentrack等，该类系统必须在现有的时刻表条件下，对列车进行模拟运行仿真，并在此基础上进行数据处理和科学研究。正是由于软件封闭性和特定性的特点，无法模拟列车实际运行中遇到的突发状况，从而不具备突发情况下，时刻表实时调整的能力；第二，基于教学环境而开发的列车仿真系统，该类系统主要用于提升从业人员的专业技能，达到教学与培训的目的。但是由于铁路行业的专业化程度较高，造成了仿真系统的针对性较强，不能实现系统的通用性，特别是在站台层面的客流交互方面基本没有涉及，从而与实际情况存在脱节现象。[0005]因此，需要提供一种城市轨道交通运行仿真系统及方法。发明内容
[0006]本发明的目的在于提供一种充分考虑到突发状况下运行图调整因素和客流因素对于列车运行的影响，在功能上模拟时刻表生成，时刻表动态调整，列车模拟运行，乘客上下车等城市轨道交通运行过程中的各个环节，在物理结构上形成调度、站台和线路的分层结构模型，设计并实现结构间的接口和功能间的通信的城市轨道交通运行仿真系统及方法。
[0007]为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
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说 明 书
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一种城市轨道交通运行仿真系统，该系统包括：
[0009]运行管理模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表；[0010]列车运行仿真模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；[0011]车站仿真模块，用于实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间。
[0012]优选地，所述列车运行仿真模块，还用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真的仿真过程。[0013]优选地，所述车站仿真模块，还用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息。[0014]优选地，所述车站仿真模块，还用于根据车站的候车人数及分布车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。[0015]优选地，所述运行管理模块包括：[0016]时刻表生成子模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；
[0017]列车运行过程监控子模块，用于根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表。[0018]优选地，所述列车运行仿真模块包括：[0019]列车控制子模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真；[0020]曲线跟踪子模块，用于跟踪运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；[0021]仿真过程调整模块，用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真的仿真过程。[0022]优选地，所述车站仿真模块包括：[0023]车站人数统计子模块，用于实时统计车站的候车人数；[0024]车站客流仿真子模块，用于根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数信息和车站的乘客上下车时间；[0025]引导信息生成子模块，用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；[0026]应急疏散通知生成子模块，用于根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。
[0027]一种城市轨道交通运行仿真方法，该方法包括如下步骤：[0028]根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；[0029]根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；
[0030]根据列车的实时速度和列车的实时位置信息调整时刻表；[0031]实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘
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客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间；[0032]根据车站的乘客上下车时间调整时刻表。[0033]优选地，该方法在执行步骤“根据车站的乘客上下车时间调整时刻表”的同时还执行如下步骤：根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真的仿真过程。[0034]优选地，该方法还包括如下步骤：
[0035]根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；
[0036]根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。[0037]本发明的有益效果如下：[0038]本发明所述技术方案，在结构上将客流也纳入整个城市轨道交通仿真系统之中，使得系统更贴近实际，建立起来的模型具有更好的仿真性能；在功能上将列车延迟调整也纳入整个城市轨道交通仿真系统中，使得系统的实用性更强，更能解决现实行车过程中所遇到的突发状况；在模块上，实现实时通信，各模块相互影响，相互制约，搭建起来了列车实际运行与模拟运行的平行控制系统，对于基于客流因素和列车运行调整因素的城市轨道交通研究起着积极的作用，更为其他行业的研究提供了一种新的思路。附图说明
[0039]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；[0040]图1示出城市轨道交通运行仿真系统的信息流示意图。[0041]图2示出城市轨道交通运行仿真系统的构架示意图。[0042]图3示出城市轨道交通运行仿真方法的流程图。
具体实施方式
[0043]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。[0044]如图1和图2所示，本实施例提供的城市轨道交通运行仿真系统，包括：[0045]运行管理模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表；[0046]列车运行仿真模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；[0047]车站仿真模块，用于实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间。
[0048]列车运行仿真模块，还用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量选择合适的控制算法调整列车运行仿真的仿真过程。[0049]车站仿真模块，还用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息。
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车站仿真模块，还用于根据车站的候车人数及分布车站的乘客上下车人数生成应
急疏散通知。
[0051]在系统模拟运行的过程中，运行管理模块、列车运行仿真模块和车站仿真模块平行执行，并实时进行信息交互。
[0052]运行管理模块与列车运行仿真模块的信息流交互主要包括两个方面：一方面，运行管理模块根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并将时刻表发送给列车运行仿真模块，以使得列车运行仿真模块可根据时刻表进行列车运行仿真，并跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；另一方面，运行管理模块接收列车运行仿真模块发送的列车的实时速度和列车的实时位置信息，判断是否需要进行时刻表调整，如果需要，进行调整并将调整后的时刻表发送至列车运行仿真模块。
[0053]运行管理模块与车站仿真模块的信息流交互主要包括两个方面：一方面，运行管理模块根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表，并将时刻表发送给列车运行仿真模块，以使列车运行仿真模块可根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息；另一方面，运行管理模块接收车站仿真模块发送的车站的乘客上下车时间，判断是否需要进行时刻表调整，如果需要，进行调整并将调整后的时刻表发送至车站仿真模块。[0054]列车运行仿真模块和车站仿真模块的信息流交互主要包括两个方面：一方面，列车运行仿真模块接收车站仿真模块发送车站的乘客上下车人数，根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真的仿真过程；另一方面，列车运行仿真模块将列车实际到站时间发送至车站仿真模块，以使得车站仿真模块可根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息。[0055]其中
[0056]运行管理模块包括：[0057]时刻表生成子模块，用于根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；
[0058]列车运行过程监控子模块，用于采集列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间，并根据列车的实时速度、列车的实时位置信息和车站的乘客上下车时间调整时刻表。
[0059]列车运行仿真模块包括：[0060]列车控制子模块，用于根据时刻表进行列车运行仿真，具体为根据时刻表中的站间运行时间和乘客上下车所造成的列车质量变化作为列车运行仿真模型的输入量，生成站间运行曲线，并根据曲线特点选择合适的现有控制算法进行列车运行仿真；[0061]曲线跟踪子模块，用于跟踪运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；[0062]仿真过程调整模块，用于根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整列车运行仿真的仿真过程。[0063]车站仿真模块包括：[0064]车站人数统计子模块，用于实时统计车站的候车人数；[0065]车站客流仿真子模块，用于根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客
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上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数信息和车站的乘客上下车时间；[0066]引导信息生成子模块，用于根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；[0067]应急疏散通知生成子模块，用于根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。[0068]如图3所示，本实施例提供的城市轨道交通运行仿真方法包括如下步骤：[0069]通过输入接口输入列车参数、线路参数和运行参数这三个基础信息，根据外部输入的线路参数、列车参数和运行参数，生成时刻表；[0070]根据时刻表进行列车运行仿真，列车运行仿真的初始参数是时刻表中的首站发车时间和各站间的区间运行时间，自动生成列车运行仿真中的(最优)运行曲线，跟踪列车运行仿真中的运行曲线以获取列车的实时速度、列车的实时位置信息和列车的实际到站时间；
[0071]根据列车的实时速度和列车的实时位置信息调整时刻表，具体方法为采集列车的实时速度和列车的实时位置信息，并实时将其与时刻表比对，判断是否需要进行时刻表调整，如需要，则选择时刻表调整算法，通过时刻表调整更新时刻表，转入步骤“根据时刻表进行列车运行仿真”；
[0072]实时统计车站的候车人数，并根据车站的候车人数和列车的实际到站时间进行乘客上下车动作仿真以获取车站的乘客上下车人数和车站的乘客上下车时间，其具体方法为统计站台候车人数的实时变化，并获取列车的实际到站时间作为乘客上下车动作仿真的触发条件，在乘客上下车动作仿真过程中获取车站的行人流信息(行人流信息即乘客上下车人数)和车站的乘客上下车时间；
[0073]除了上述的根据列车的实时速度和列车的实时位置信息调整时刻表的步骤外，还应根据车站的乘客上下车时间调整时刻表并转入步骤“根据时刻表进行列车运行仿真”。[0074]该方法还包括如下步骤：根据车站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量通过调整列车控制算法而调整列车运行仿真的(后续)仿真过程；[0075]根据时刻表生成车站的乘客候车引导信息，根据列车的实际到站时间生成车站的乘客上下车引导信息；
[0076]根据车站的候车人数和车站的乘客上下车人数生成应急疏散通知。
[0077]下面将本实施例提供的城市轨道交通运行仿真方法应用于北京地铁亦庄线，做进一步地说明：
[0078]通过输入接口输入亦庄线的基本线路参数，包括车站数、区间长度、区间坡度、区间曲率等信息；输入亦庄线列车参数，包括列车型号、车次号、重量、编组方式等；输入列车运行参数，包括发车间隔、行车间隔、停站时间等，调用现有的时刻表生成算法对输入参数进行数据处理，生成时刻表。
[0079]获取列车的出车库时间和在车辆段至宋家庄站(首站)间的区间运行时间，并将区间运行时间作为列车运行仿真的初始参数，生成车库至宋家庄站间的最优运行曲线，选择现有控制算法来实时跟踪运行曲线，生成列车的实时速度、列车位置信息和列车的实际到站时间。
[0080]根据列车的实时速度和列车位置信息判断该速度和位置信息下是否需要进行时
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刻表调整，如果需要则选择现有的调整算法调整时刻表。[0081]统计宋家庄站候车人数的实时变化，通过列车的实际到站时间判断列车是否到站，如果到站则进行宋家庄站的乘客上下车动作仿真来获取行人流信息和车站的乘客上下车时间。
[0082]根据宋家庄站的乘客上下车时间是否超过预定停站时间来决定是否需要调整时刻表，根据时刻表生成肖村站(第二站)的乘客候车引导信息，根据列车的实际到(肖村)站时间生成肖村站的乘客上下车引导信息。
[0083]根据宋家庄站的乘客上下车人数计算列车质量并根据列车质量调整宋家庄站至肖村站之间的运行控制模型参数，结合时刻表中宋家庄站至肖村站之间的区间运行时间，进行宋家庄站至肖村站之间的列车运行仿真，循环执行上述过程。[0084]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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