張樹(shù)天，李虎，李作周，牛凌，楊欣*，吳建軍

(1.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044;2.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000;3.北交智慧(山東)智能技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城市軌道交通相比于道路交通運(yùn)量大、能耗低、自動(dòng)化程度更高，因此在過(guò)去的十幾年間，取得了迅速的發(fā)展。對(duì)突發(fā)事件造成列車(chē)延誤的仿真評(píng)估，在城市軌道交通非正常情況下的行車(chē)組織、客運(yùn)組織中具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

Craven等[1]使用網(wǎng)絡(luò)模擬器，通過(guò)離散事件網(wǎng)絡(luò)模型模擬了列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)(automatic train control system, ATCS)的仿真環(huán)境，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果有助于分析ATCS的通信特性。仿真在列車(chē)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中有著很明顯的優(yōu)勢(shì)，更科學(xué)、更客觀，并且具備可重復(fù)性和預(yù)測(cè)性，即可以重現(xiàn)歷史的運(yùn)行狀況并模擬未來(lái)可能發(fā)生的各種情況再加以分析。

為了實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制系統(tǒng)的仿真模擬，學(xué)者們提出了多種算法和模型。Li等[2]提出了一種基于元胞自動(dòng)機(jī)模型，來(lái)模擬不同控制系統(tǒng)條件下的列車(chē)運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明，統(tǒng)一的元胞自動(dòng)機(jī)模型是模擬列車(chē)控制系統(tǒng)的一種有效工具。Wang等[3]研究了單軌路線上相對(duì)列車(chē)的軌跡優(yōu)化問(wèn)題，使用多階段最優(yōu)控制模型，提出的優(yōu)化方法可用于荷蘭單線鐵路走廊上行駛的兩列相對(duì)火車(chē)的案例研究。Yao等[4]認(rèn)為列車(chē)運(yùn)行調(diào)度是一種具有多約束的實(shí)時(shí)多目標(biāo)大規(guī)模組合優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種基于人工免疫算法和遺傳算法的雙向編組列車(chē)的調(diào)度優(yōu)化模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該模型的可行性。章優(yōu)仕等[5]建立了基于滿意優(yōu)化原理的單線列車(chē)運(yùn)行調(diào)整模型,并提出了基于該模型的仿真優(yōu)化算法。結(jié)果表明,該算法在解決單線列車(chē)運(yùn)行調(diào)整問(wèn)題時(shí)具有較好的效果。朱子軒等[6]提出了基于多Agent分析單線鐵路網(wǎng)絡(luò)中列車(chē)運(yùn)行沖突疏解及死鎖防護(hù)機(jī)制，結(jié)果表明所提出仿真模型能夠保證單線鐵路網(wǎng)絡(luò)列車(chē)運(yùn)行調(diào)度決策的有效性及合理性。上述仿真算法可以對(duì)列車(chē)單線運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行很好的建模，但在仿真實(shí)時(shí)性和對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)模擬方面的研究。

對(duì)于城市軌道交通單線多列車(chē)的運(yùn)行仿真建模，也有學(xué)者給出了解決方案。Xu等[7]提出了一種基于離散事件模型的方法，考慮節(jié)能因素模擬火車(chē)的行駛。仿真結(jié)果表明，此仿真方法適合以較少的迭代和處理器時(shí)間來(lái)表征一組火車(chē)在一條鐵路線上的運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)閉塞是城市軌道交通工程中重要的組成部分，作為一種先進(jìn)的閉塞制式，可以在確保列車(chē)運(yùn)行安全的前提下，使列車(chē)的追蹤間隔達(dá)到最短。劉文慧等[8]針對(duì)移動(dòng)閉塞條件下列車(chē)追蹤間隔，給出了列車(chē)對(duì)區(qū)間的時(shí)間占用帶計(jì)算方法，對(duì)影響追蹤間隔的要素進(jìn)行定量分析并得到其影響規(guī)律。Xu等[9]開(kāi)發(fā)了一種有效的算法，提出了一種基于離散事件模型的仿真方法，以觀察在移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中具有速度限制和坡度的單線鐵路上的交通流量。這些仿真建模方法可以很好地模擬城市軌道交通單線多列車(chē)的運(yùn)行場(chǎng)景，但對(duì)具體城軌線路案例分析還存在一些不足，并且在多列車(chē)停站處理方面有待優(yōu)化。

出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，可以通過(guò)仿真系統(tǒng)對(duì)列車(chē)運(yùn)行延誤進(jìn)行評(píng)估和處理。張璐等[10]建立了基于均衡和接續(xù)的路網(wǎng)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整模型。結(jié)果表明，調(diào)整后的運(yùn)行圖能夠有效緩解突發(fā)事件對(duì)列車(chē)運(yùn)行造成的影響。馬洪楠等[11]基于地鐵運(yùn)營(yíng)商常用的調(diào)度手段，采取不同的調(diào)整策略對(duì)列車(chē)時(shí)刻表進(jìn)行調(diào)整，在部分區(qū)間完全封閉的情況下，實(shí)現(xiàn)開(kāi)行小交路的仿真方案。結(jié)果表明，其調(diào)整策略可使突發(fā)事件下的時(shí)刻表編制工作更高效、列車(chē)運(yùn)行調(diào)整更便捷。上述方案可以很好地模擬一定區(qū)間內(nèi)對(duì)常用城軌列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方法的評(píng)估，但不能具體呈現(xiàn)出單線多車(chē)的運(yùn)行情況中前后車(chē)關(guān)系，并且在數(shù)據(jù)表現(xiàn)直觀性和真實(shí)性上有待完善。

為了更加真實(shí)和直觀地模擬城市軌道交通中出現(xiàn)突發(fā)事件對(duì)列車(chē)運(yùn)行的影響，以及更加準(zhǔn)確地得到列車(chē)延誤的具體數(shù)據(jù)，本文針對(duì)城市軌道交通單線多列車(chē)的運(yùn)行情況，基于離散事件模型的仿真方法，在單線鐵路多列車(chē)的場(chǎng)景中，考慮到速度限制、列車(chē)加減速能力和各站間距等因素設(shè)計(jì)了一個(gè)仿真系統(tǒng)，有效地模擬和控制列車(chē)的運(yùn)行。該系統(tǒng)可在選定的位置添加運(yùn)行延誤事件，運(yùn)行數(shù)據(jù)表格可導(dǎo)出，并開(kāi)發(fā)了圖形界面，更為直觀準(zhǔn)確。和上述研究相比，本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)計(jì)了運(yùn)行延誤的事件模擬，對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)模擬較為直觀。同時(shí)應(yīng)用北京地鐵亦莊線數(shù)據(jù)進(jìn)行案例分析，對(duì)具體城軌線路的運(yùn)行有一定的指導(dǎo)作用。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)對(duì)城軌列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方法進(jìn)行評(píng)估，更為客觀準(zhǔn)確。

1 列車(chē)運(yùn)行仿真模型

本文構(gòu)建了單線多列車(chē)的運(yùn)行仿真模型，模型包括4部分(圖1)，即列車(chē)的超速防護(hù)、列車(chē)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)生成移動(dòng)授權(quán)、列車(chē)停站控制和列車(chē)運(yùn)行控制。

圖1 列車(chē)的運(yùn)行仿真模型Fig.1 Simulation model of the train operation

1.1 列車(chē)超速防護(hù)

列車(chē)自動(dòng)防護(hù)(automatic train protection, ATP)系統(tǒng)是確保列車(chē)運(yùn)行速度不超過(guò)目標(biāo)速度的安全控制系統(tǒng)，是ATCS的子系統(tǒng)，也是確保列車(chē)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備。ATP子系統(tǒng)的地面設(shè)備檢測(cè)到列車(chē)占用軌道區(qū)段時(shí)，將目標(biāo)速度或目標(biāo)距離等數(shù)據(jù)信息傳送給列車(chē)。車(chē)載ATP設(shè)備接收并解譯速度命令等數(shù)據(jù)信息，結(jié)合列車(chē)實(shí)際速度、制動(dòng)率、車(chē)輪磨損補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)條件，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)控制，并與列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行(automatic train operation, ATO)子系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)列車(chē)速度的自動(dòng)調(diào)整。

列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要依據(jù)線路的限速值對(duì)列車(chē)進(jìn)行超速防護(hù)。線路的限速值是指城市軌道交通線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合考慮機(jī)車(chē)車(chē)輛構(gòu)造速度、軌道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、彎道、坡度等路況或技術(shù)條件限制所允許達(dá)到的最高速度。在仿真系統(tǒng)中，一旦列車(chē)運(yùn)行速度超過(guò)線路的限速值會(huì)立刻觸發(fā)緊急制動(dòng)。

ATP的具體實(shí)現(xiàn)要根據(jù)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的巡航、制動(dòng)以及停車(chē)過(guò)程生成列車(chē)的運(yùn)行目標(biāo)速度曲線。系統(tǒng)通過(guò)ATO采用多種控制算法調(diào)控列車(chē)速度，使其盡可能與目標(biāo)速度曲線中的目標(biāo)速度一致，目標(biāo)速度曲線將直接影響列車(chē)的運(yùn)動(dòng)特性。

1.1.1 列車(chē)巡航過(guò)程

在實(shí)際列車(chē)控制系統(tǒng)工作過(guò)程中，存在控制超調(diào)和測(cè)量誤差等情況，為確保其實(shí)際運(yùn)行速度不超過(guò)限速值，在列車(chē)的勻速巡航運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)列車(chē)目標(biāo)速度計(jì)算時(shí)，應(yīng)保留安全速度余量Vx。安全余量使得列車(chē)實(shí)際運(yùn)行速度略低于限速值，但列車(chē)可以在限速內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1.2 列車(chē)制動(dòng)過(guò)程

在線路靜態(tài)限速降低時(shí)，要考慮列車(chē)的制動(dòng)過(guò)程。制動(dòng)點(diǎn)位置如式(1)所示，制動(dòng)曲線如式(2)所示。

(1)

(2)

其中，S0為限速降低位置，m；V0為限速降低前限速值，km/h；V1為限速降低后限速值，km/h；a為常用制動(dòng)加速度，m/s2；ib為距離限速降低位置的距離，m。

1.1.3 列車(chē)停車(chē)過(guò)程

在列車(chē)臨近車(chē)站時(shí)，要考慮列車(chē)的停車(chē)過(guò)程。停車(chē)點(diǎn)位置如式(3)所示，停車(chē)曲線如式(4)所示。

(3)

(4)

其中，S1為車(chē)站位置，m；V為當(dāng)前運(yùn)行速度，km/h；a1為常用停車(chē)加速度，m/s2；is為距離車(chē)站位置的距離，m。

1.1.4 列車(chē)故障停車(chē)過(guò)程

在列車(chē)運(yùn)行遇到突發(fā)事件時(shí)，要考慮故障停車(chē)曲線，如下

(5)

其中，S2為故障停車(chē)位置，m；ae為緊急停車(chē)加速度，m/s2；ie為距離故障停車(chē)位置的距離，m；Lt為車(chē)長(zhǎng)量，m。

將所有制動(dòng)曲線和停車(chē)曲線取最小值，即為運(yùn)行目標(biāo)曲線。

1.2 移動(dòng)閉塞和移動(dòng)授權(quán)計(jì)算

移動(dòng)閉塞是指后續(xù)列車(chē)根據(jù)與先行列車(chē)之間的距離和進(jìn)路條件，自動(dòng)設(shè)定運(yùn)行速度的基于通信的閉塞方式。這種閉塞制式其列車(chē)間的間隔并不固定，只要保證后續(xù)列車(chē)的制動(dòng)距離和適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)距離，行車(chē)密度會(huì)大大提高，尤其適用于高密度的城市軌道交通系統(tǒng)。列車(chē)的移動(dòng)授權(quán)速度由運(yùn)行目標(biāo)曲線和前車(chē)移動(dòng)閉塞曲線在當(dāng)前運(yùn)行里程處取較小值得到。

移動(dòng)閉塞速度曲線計(jì)算公式為：

(6)

其中：S3為前車(chē)運(yùn)行位置，m；im為和前車(chē)的距離，m；Lt為車(chē)長(zhǎng)量，m；Lx為列車(chē)追尾安全距離，m。

1.3 列車(chē)運(yùn)行控制

ATO系統(tǒng)根據(jù)ATP系統(tǒng)生成的運(yùn)行目標(biāo)曲線對(duì)列車(chē)進(jìn)行啟動(dòng)、加速、制動(dòng)、減速等操作。仿真系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)ATO系統(tǒng)對(duì)列車(chē)的控制，又要模擬列車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的物理關(guān)系。

1.3.1 模型中的物理關(guān)系

列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，里程S、速度V和加速度a滿足下列微積分關(guān)系：

(1)連續(xù)事件下，速度V可表示為里程S對(duì)時(shí)間t的微分和加速度a對(duì)時(shí)間t的積分。

(7)

(8)

(2)離散事件下，微分運(yùn)算可看作后向差分運(yùn)算，如式(9)，積分運(yùn)算可看作求和運(yùn)算，如式(10)。

V=S(t)-S(t-1)

(9)

(10)

1.3.2 模型中的控制方法

列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)中多使用PID(proportional integral differential)控制器，顧名思義，PID控制算法是結(jié)合比例、積分和微分3種環(huán)節(jié)于一體的控制算法。在控制過(guò)程中，連續(xù)控制系統(tǒng)的理想PID控制規(guī)律為：

(11)

本文僅使用比例控制方法，在離散系統(tǒng)中，控制規(guī)律可簡(jiǎn)化為式(12)，并對(duì)a限幅(a∈[-0.5,0.5])，算法流程見(jiàn)圖2。

圖2 列車(chē)運(yùn)行控制算法流程圖Fig.2 Algorithm flow of the train control

a=Kp(V0-V)

(12)

1.4 列車(chē)停站控制

循環(huán)判定各列車(chē)的位置，當(dāng)某列列車(chē)的運(yùn)行位置達(dá)到某車(chē)站位置時(shí)，該車(chē)站對(duì)象的停站標(biāo)志為真，記錄停車(chē)的時(shí)刻，停站倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，直至停站倒計(jì)時(shí)遞減為0，將停站標(biāo)志為假，停站倒計(jì)時(shí)結(jié)束重置，列車(chē)起步出站。算法流程見(jiàn)圖3。

圖3 列車(chē)停站控制算法流程圖Fig.3 Algorithm flow of the train dwelling

2 系統(tǒng)仿真與算例分析

使用Processing和G4P (GUI for processing)控件庫(kù)，進(jìn)行仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。Processing是一種具有革命前瞻性的新興計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，支持現(xiàn)有的Java語(yǔ)言架構(gòu)，其圖形表現(xiàn)語(yǔ)言簡(jiǎn)單高效，在圖形開(kāi)發(fā)、界面設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)可視化等方面都具有突出的優(yōu)勢(shì)，非常適合用于列車(chē)的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

突發(fā)事件下城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行仿真系統(tǒng)模擬了北京地鐵亦莊線(宋家莊站—亦莊火車(chē)站)方向的單線多車(chē)運(yùn)行場(chǎng)景，可以在RM(手動(dòng)控制)模式下通過(guò)司機(jī)控制器控制列車(chē)運(yùn)行，也可在AM(自動(dòng)控制)模式下運(yùn)行全線。系統(tǒng)采用北京地鐵亦莊線真實(shí)線路數(shù)據(jù)，包括限速區(qū)段長(zhǎng)度、限速區(qū)段開(kāi)始位置、限速結(jié)束位置、限速值、列車(chē)加減速能力等參數(shù)(表1),并實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛運(yùn)行速度、里程、工況等信息，系統(tǒng)可以對(duì)列車(chē)進(jìn)行超速防護(hù)和前車(chē)移動(dòng)閉塞防護(hù)。系統(tǒng)還可以通過(guò)改變發(fā)車(chē)間隔、停站時(shí)間等參數(shù)，綜合評(píng)估在突發(fā)事件下列車(chē)運(yùn)行的延誤情況。

表1 仿真參數(shù)Table 1 Simulation parameters

列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)限速數(shù)據(jù)生成列車(chē)限速曲線，再通過(guò)限速曲線計(jì)算列車(chē)運(yùn)行目標(biāo)曲線，見(jiàn)圖4,其中紅色為限速曲線,綠色為目標(biāo)曲線。

圖4 北京地鐵亦莊線運(yùn)行目標(biāo)曲線Fig.4 Target speed curve of Beijing Subway Yizhuang Line

設(shè)置發(fā)車(chē)間隔、總列車(chē)數(shù)和停站時(shí)間后即可開(kāi)始全線仿真。設(shè)置故障點(diǎn)位置和臨時(shí)停車(chē)倒計(jì)時(shí)后，可開(kāi)啟故障臨時(shí)停車(chē)模擬。為確保各次運(yùn)行場(chǎng)景一致，實(shí)驗(yàn)中均使用程序自動(dòng)開(kāi)啟故障模擬。仿真過(guò)程界面見(jiàn)圖5。

待仿真結(jié)束，系統(tǒng)輸出各列車(chē)在各站的停靠時(shí)刻。如表2所示，每列表示每列車(chē)的停站時(shí)間數(shù)據(jù)，從第2行到第15行表示列車(chē)從宋家莊站發(fā)車(chē)至終點(diǎn)站亦莊火車(chē)站，列車(chē)在每站的?？繒r(shí)刻，單位為s，將仿真開(kāi)始時(shí)間作為0 s。由此可進(jìn)一步計(jì)算列車(chē)延誤時(shí)間。

表2 列車(chē)在各站的?？繒r(shí)間Table 2 Arrival time stamp of trains at each station 單位：s

由于仿真系統(tǒng)與實(shí)際運(yùn)行情況存在一定的偏差，本文對(duì)列車(chē)實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景中的一些條件進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。在列車(chē)運(yùn)行中，列車(chē)的編組、質(zhì)量、載重、電機(jī)特性均會(huì)影響列車(chē)運(yùn)行中的牽引和制動(dòng)過(guò)程，由于本文不涉及對(duì)功耗的討論，對(duì)上述條件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，直接對(duì)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的加速度進(jìn)行控制。

2.2 算例分析

得到有故障事件和無(wú)故障事件發(fā)生的兩組對(duì)應(yīng)的全線運(yùn)行仿真數(shù)據(jù)后，按對(duì)應(yīng)位置求差，即可求出每列車(chē)在每站的延誤時(shí)間，進(jìn)而可評(píng)估突發(fā)事件對(duì)列車(chē)流的運(yùn)行延誤情況。如表3所示，故障位置處在亦莊文化園站和萬(wàn)源街站之間，故障發(fā)生時(shí)間在第二列車(chē)到達(dá)亦莊文化園站后。

表3 列車(chē)運(yùn)行延誤數(shù)據(jù)Table 3 Train delay data 單位：s

在實(shí)際情況中，列車(chē)故障發(fā)生的持續(xù)時(shí)間是不確定的。為了研究故障持續(xù)時(shí)間、位置和一定運(yùn)行調(diào)整手段對(duì)列車(chē)延誤的影響，文中采取已知的故障位置或持續(xù)時(shí)間，通過(guò)控制變量的方法進(jìn)行了3組試驗(yàn)。

2.2.1 故障持續(xù)時(shí)間

列車(chē)延誤分為初始延誤和連帶延誤，其中研究的重點(diǎn)是連帶延誤。連帶延誤具備時(shí)間和空間雙重傳播特性，延誤發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)不同，延誤造成的影響也不同[12]。同一故障發(fā)生位置，故障持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，延誤的情況越嚴(yán)重，波及的范圍也越廣。

為研究延誤發(fā)生時(shí)間對(duì)后續(xù)列車(chē)的影響，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案，控制延誤發(fā)生位置不變。仿真參數(shù)設(shè)置為：發(fā)車(chē)間隔180 s，列車(chē)數(shù)15，停站時(shí)間30 s，故障位置10 000 m，故障持續(xù)時(shí)間分別為120 s、240 s和360 s。仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 相同位置不同時(shí)間的故障延誤情況Fig.6 Simulation results on urban rail delay at same position in different time intervals

由圖6可知，故障持續(xù)時(shí)間為120 s時(shí)，故障波及5列車(chē)，其中1列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min；故障持續(xù)時(shí)間為240 s時(shí)，故障波及7列車(chē)，其中3列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min；故障持續(xù)時(shí)間為360 s時(shí)，故障波及9列車(chē)，其中5列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min。

2.2.2 故障發(fā)生地點(diǎn)

故障持續(xù)時(shí)間相同，故障發(fā)生的位置越靠近始發(fā)站，延誤情況越嚴(yán)重，波及的范圍也越廣。為研究因故障導(dǎo)致的延誤發(fā)生位置對(duì)后續(xù)列車(chē)的影響，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案，控制故障持續(xù)時(shí)間不變。仿真參數(shù)設(shè)置為：發(fā)車(chē)間隔180 s，列車(chē)數(shù)15，停站時(shí)間30 s，故障持續(xù)時(shí)間240 s，故障位置分別在4500 m、10 000 m和19 000 m。仿真結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 同一時(shí)間不同位置的故障延誤情況Fig.7 Simulation results on urban rail delay at different position but same continuous time

由圖7可知，故障發(fā)生位置4500 m處時(shí)，故障波及8列車(chē)，其中4列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min；故障發(fā)生位置10 000 m處時(shí)，故障波及7列車(chē)，其中3列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min；故障發(fā)生位置19 000 m處時(shí)，故障波及6列車(chē)，無(wú)列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min。

2.2.3 運(yùn)行調(diào)整

在遇到突發(fā)事件導(dǎo)致的列車(chē)延誤時(shí)，常用的調(diào)整措施有始發(fā)站提前或停止發(fā)車(chē)、增加/壓縮列車(chē)停站時(shí)間、組織列車(chē)跳站停車(chē)、扣車(chē)、停運(yùn)列車(chē)、加開(kāi)備車(chē)等。而最常用的調(diào)控方法為在影響車(chē)站內(nèi)，控制列車(chē)將要到達(dá)的數(shù)個(gè)車(chē)站，各次列車(chē)在控制車(chē)站除正常停站時(shí)間外，額外增加停站時(shí)間，列車(chē)在其余車(chē)站正常停車(chē)[13]。

基準(zhǔn)數(shù)據(jù)仿真參數(shù)為：發(fā)車(chē)間隔180 s，列車(chē)數(shù)15，停站時(shí)間45 s，故障持續(xù)時(shí)間300 s，故障位置在10 000 m。采取發(fā)車(chē)調(diào)整，觸發(fā)故障后，發(fā)車(chē)間隔由180 s調(diào)整為300 s。采取聯(lián)合調(diào)整，觸發(fā)故障后，發(fā)車(chē)間隔由180 s調(diào)整為300 s，并且故障處前兩站停站時(shí)間由45 s改為90 s，即亦莊橋站和亦莊文化園站。仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同運(yùn)行調(diào)整對(duì)列車(chē)延誤情況的影響Fig.8 Simulation results on urban rail delay after different operation adjustments

由圖8可知，采用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，故障波及9輛列車(chē)，其中5輛列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min。采用發(fā)車(chē)調(diào)整，故障波及6輛列車(chē)，其中5輛列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min。采用聯(lián)合調(diào)整，故障波及6輛列車(chē)，其中3輛列車(chē)平均延誤時(shí)間超過(guò)1 min。由仿真可知，在觸發(fā)故障后，采取發(fā)車(chē)調(diào)整，可以降低故障波及的列車(chē)數(shù)；采取停站和發(fā)車(chē)的聯(lián)合調(diào)整，可以有效降低故障波及的列車(chē)數(shù)及平均延誤時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)城市軌道交通單線多列車(chē)的運(yùn)行場(chǎng)景，考慮到實(shí)際列車(chē)和線路的運(yùn)營(yíng)條件，設(shè)計(jì)了仿真系統(tǒng)，可以更為直觀準(zhǔn)確地評(píng)估突發(fā)事件下的城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行及延誤情況。首先建立了城市軌道交通單線多列車(chē)運(yùn)行模型，模型中考慮了各站間距、線路限速、發(fā)車(chē)間隔、停站時(shí)間、列車(chē)加減速能力等實(shí)際運(yùn)行條件，以及列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中速度、加速度和運(yùn)行里程間的物理關(guān)系；然后開(kāi)發(fā)了圖形界面和交互系統(tǒng)，真實(shí)還原了北京地鐵亦莊線的全線運(yùn)行及停站場(chǎng)景，并設(shè)計(jì)了運(yùn)行延誤的事件模擬；最后進(jìn)行了3組運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析系統(tǒng)輸出的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，評(píng)估列車(chē)延誤影響因素和改善辦法。研究表明，故障發(fā)生的位置越靠近始發(fā)站、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)列車(chē)延誤影響越嚴(yán)重。并且，通過(guò)運(yùn)行調(diào)整手段，如增加發(fā)車(chē)間隔、延長(zhǎng)故障位置前兩站?？繒r(shí)間，均可以有效控制突發(fā)事件下城市軌道交通列車(chē)的延誤傳播，改善列車(chē)運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平。