基于ga的列車自動調(diào)整算法在cbtc系統(tǒng)中應(yīng)用研究

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1、1引言1．1論文研究背景和意義隨著世界各國經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，城市軌道交通作為一種新型的城市交通運(yùn)載工具，以其方便、快捷、舒適、安全、準(zhǔn)時、節(jié)能、污染小等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視，得到了積極的發(fā)展。近幾十年間，隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛，在城市軌道交通的建設(shè)方面投入了大量的人力物力，北京編制的軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，共計(jì)20條線，1000余m。與此同時，全國范圍內(nèi)城市軌道交通都在大踏步的發(fā)展，天津、上海、廣州等地地鐵相繼開通，深圳、重慶、大連等地也已經(jīng)規(guī)劃。全國共15座城市編制的軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃線路相加，總里程近3000km【11。隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，軌道交通的新技術(shù)大量涌現(xiàn)。在這樣的

2、背景下，基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(Communications．basedTrainControl，簡稱CBTC)迅速發(fā)展，成為今后軌道交通信號系統(tǒng)的主要的發(fā)展方向之一。近年來，CBTC系統(tǒng)在世界各國軌道交通領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，我國也積極的進(jìn)行著相關(guān)的研究和應(yīng)用。盡管我國的起步較晚，但近幾年來也獲得了飛速地發(fā)展。到目前為止，香港、廣州、武漢等城市軌道部分線路已經(jīng)使用了CBTC系統(tǒng)，而大部分的在建線路以及一些老線路都準(zhǔn)備應(yīng)用CBTC系統(tǒng)或者進(jìn)行CBTC改進(jìn)。我國城市軌道交通需求量巨大，正迫切需要對CBTC系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。北京交通大學(xué)的軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了

3、2004年北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目——城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的集成研究。本文就是在這一課題的背景下完成相關(guān)研究的。CBTC系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的固定閉塞對于追蹤間隔的限制。使得列車的追蹤間隔前所未有的縮短，行車密度大大增加，運(yùn)輸效率顯著提高。但與此同時，也對列車自動調(diào)整提出了新的挑戰(zhàn)。列車自動調(diào)整是CBTC系統(tǒng)中列車自動監(jiān)控(AutomaticTrainSupervision，ATS)子系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，為了配合CBTC系統(tǒng)進(jìn)一步提高區(qū)段通過能力，改善ATS子系統(tǒng)的系統(tǒng)功能，提高列車運(yùn)行指揮的效率，對列車自動調(diào)整相關(guān)問題進(jìn)行研究是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。另外，就城市

4、軌道交通的列車運(yùn)行調(diào)整的相關(guān)理論研究而言，主要有仿真模擬的方法，運(yùn)籌學(xué)的方法，優(yōu)先調(diào)度的方法等，但是對于CBTC系統(tǒng)的列車運(yùn)行調(diào)整來說它們都在一定程度上存在著缺陷，無法完全適應(yīng)CBTC系統(tǒng)實(shí)時性、動態(tài)性的要求。而遺傳算法以其自身的隱并行性以及較強(qiáng)的魯棒性等優(yōu)良的特性近年來不斷得到學(xué)者們的青睞。鑒于此，本文選擇遺傳算法作為工具對列車自動調(diào)整問題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。1．2CBTC系統(tǒng)的技術(shù)概述1．2．1CBTC系統(tǒng)的特點(diǎn)在傳統(tǒng)的鐵路信號中，長期以來都是使用軌道電路來傳輸列車控制信息的，即基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)(TrackCircuitBasedTrainControl，TBT

5、C)。在鐵路運(yùn)輸100多年的發(fā)展歷程中它起到了不可磨滅的作用，有效的保證了行車安全，提高了行車效率。但是隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對交通運(yùn)輸?shù)男室约鞍踩?，舒適性提出了越來越高的要求，與此同時，TBTC的缺點(diǎn)也越來越明顯。自20世紀(jì)60年代起，世界各國相繼出現(xiàn)了大批的新型列車運(yùn)行控制系統(tǒng)及相關(guān)理論，實(shí)現(xiàn)地車的雙線傳輸成為了研究和開發(fā)的主流。1999年，電氣和電子工程師協(xié)會軌道交通運(yùn)輸車輛接口委員會(IEEERailTransitVehicleInterfaceStandardsCommittee，IEEERTVISC)制定并頒布了CBTC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1474．1．1999

6、(IIEEE基于通信列車控制的性能和功能要求(第一版)》。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)定義了CBTC系統(tǒng)的功能，并規(guī)定了CBTC系統(tǒng)的列車運(yùn)行間隔、安全性和可用性等技術(shù)指標(biāo)【2】。這是世界上第一個標(biāo)準(zhǔn)的CBTC系統(tǒng)的定義。IEEECBTC標(biāo)準(zhǔn)列舉了典型的CBTC系統(tǒng)的功能框圖，如圖l所示圖1典型的CBTC系統(tǒng)框圖【31Figure1TypicalCBTCSystemStructure[3】2整個系統(tǒng)包括“CBTC地面設(shè)備"和“CBTC車載設(shè)備"，地面和車載設(shè)備通過“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的核心。功能框圖中還單獨(dú)列出了“聯(lián)鎖”功能模塊，該功能模塊與CBTC地面設(shè)備連接。最后，在CBTC設(shè)

7、備的基礎(chǔ)上，增加ATS模塊，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的ATS功能。以上所說的是CBTC的典型結(jié)構(gòu)，實(shí)際的系統(tǒng)可能由于不同的設(shè)備提供商、不同的工程需要而有所差異。但是，所有CBTC系統(tǒng)均采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)連接CBTC地面和車載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)ATP功能，其控制列車安全運(yùn)行的核心是一致的pJ。CBTC系統(tǒng)從根本上將基于軌道電路的單向信息傳輸，改變?yōu)榛谕ㄐ诺碾p向、連續(xù)、大容量信息傳輸?？偟膩碚f，因其具有以下幾個方面的突出優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注：1)信息的傳輸量大，這是CBTC系統(tǒng)的一個突出特點(diǎn)。由于提供雙向的軌道／N車數(shù)據(jù)