列车运行仿真关键技术及其应用

论文摘要

在列车运行图生命周期的各个阶段,都涉及对列车运行图的评价、审核、检验等问题,因其工作量和难度大,可行的办法是用计算机仿真。列车运行图的仿真研究对中国铁路是一项重要的基础性工作。本文的研究背景源于铁道部运行图编制项目以及编图培训中心的研究工作,目的是研究列车仿真关键技术及其应用,并试图使所获得的研究成果具有较高的通用性。本论文在借鉴既有研究成果的基础上,结合列车仿真的特点,对列车仿真关键技术及应用的相关问题展开研究,主要进行了以下五项工作：（1）谓词变迁系统（Pr/T-S）未引入时间参数,不便描述列车运行仿真中个体状态变化与时间的联系,特引入时间参数,将Pr/T-S扩充为定时谓词变迁系统（TPr/T-S）。由于TPr/T-S在保证跟踪每个个体的状态变迁踪迹时,还能获取仿真中个体状态变迁与时间的联系,这就使其不仅可用于列车仿真研究建立车站模型和区间模型,还可用于有类似需求的其他环境中。（2）为使客运专线车站站场模型与其结构及规模无关,定义客运专线站场通用模型为其全体进路和股道的集合,这种视图简化了对站场布置的描述和仿真系统的复杂性,且具有通用性。以TPr/T-S为基础,建立与拓扑和规模无关的客运专线车站TPr/T-S通用模型∑1,基于∑1设计客运专线车站作业通用仿真系统。运用客运专线车站作业通用仿真系统对京沪客运专线徐州东站进行仿真。仿真结果表明本文提出的客运专线站场通用模型与客运专线车站作业TPr/T-S通用模型∑1的有效性。（3）将闭塞分区与相应色灯信号机看作一个整体,建立四显示信号体制铁路区间模型,简化了对铁路区间的描述和仿真系统的复杂性。以TPr/T-S为基础,构建铁路区间TPr/T-S通用模型∑2。基于该模型设计了客运专线区间通用作业仿真系统,仿真案例证实本文提出的四显示信号体制铁路区间模型与铁路区间TPr/T-S通用模型∑：的有效性。（4）获得车站电子地图是构建全路仿真地图环境的前提条件。考虑到绘制全路车站电子地图的巨大工作量,研制通用、简便、可靠的车站电子地图绘制平台是一个重要任务。在功能需求分析并获得车站电子地图绘制平台数据流图的基础上设计了平台的总体结构、属性数据库及空间数据库,基于GIS软件MapX以及VC6.0开发实现了铁路车站通用电子地图平台。本电子地图平台已成为全路列车仿真系统的重要组成部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 研究目标
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 Petri网引论及定时谓词变迁系统
• 2.1 引言
• 2.2 原型Petri网
• 2.2.1 有向网
• 2.2.2 网系统
• 2.3 库所/变迁系统（P/T-S）
• 2.3.1 P/T-S
• 2.3.2 加权Petri网
• 2.4 基本网系统与条件事件系统
• 2.4.1 基本网系统
• 2.4.2 条件事件系统
• 2.5 Petri网在离散事件系统建模中的应用
• 2.5.1 Petri网的可达性
• 2.5.2 半双工停止等待协议
• 2.5.3 用Petri网模型验证半双工停止等待协议
• 2.6 高级网系统
• 2.6.1 Pr/T-S
• 2.6.2 有色网系统
• 2.6.3 Pr/T-S与有色网系统的比较
• 2.7 定时谓词变迁系统
• 2.7.1 将时间引入Petri网
• 2.7.2 将时间引入Petri网的方法
• 2.7.3 定时谓词变迁系统的定义
• 2.8 本章小结
• 第3章 客运专线车站定时谓词变迁系统通用模型及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 客运专线车站站场结构
• 3.2.1 对客运专线车站站场的描述
• 3.2.2 进路和股道
• 3.3 车站TPr/T-S通用模型
• 3.3.1 客运专线车站主要技术作业描述
• 1'>3.3.2 客运专线车站TPr/T-S通用模型∑₁
• 1的解析'>3.3.3 对∑₁的解析
• 1中各变迁的定义'>3.3.4 ∑₁中各变迁的定义
• 3.4 客运专线车站作业通用仿真系统设计
• 3.4.1 软件结构
• 3.4.2 仿真流程图
• 3.5 仿真案例
• 3.6 本章小结
• 第4章 铁路区间定时谓词变迁系统通用模型及仿真
• 4.1 引言
• 4.2 铁路区间闭塞制式和列车运行控制系统
• 4.2.1 主要的闭塞制式和列车运行控制系统
• 4.2.2 中国列车运行控制系统CTCS
• 4.3 四显示信号体制铁路区间模型
• 4.3.1 四显示信号体制铁路区间描述
• 4.3.2 本章所采用的区间运行规则
• 4.4 四显示信号体制铁路区间定时谓词变迁系统通用模型
• 4.4.1 采用规则1时列车在区间的运行简况
• 4.4.2 区间TPr/T-S通用模型
• 2的解析'>4.4.3 对∑₂的解析
• 2各变迁的定义'>4.4.4 ∑₂各变迁的定义
• 4.5 客运专线区间作业通用仿真系统设计
• 4.5.1 软件结构
• 4.5.2 仿真流程图
• 4.6 仿真案例
• 2模型中列车追踪间隔的讨论'>4.7 对∑₂模型中列车追踪间隔的讨论
• 4.7.1 各追踪列车以相同速度v追踪运行的情况
• 4.7.2 不同速度列车追踪运行的情况
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于GIS的铁路车站通用电子地图平台
• 5.1 引言
• 5.2 系统分析
• 5.3 系统总体结构设计
• 5.4 开发和运行平台
• 5.5 详细设计
• 5.5.1 电子地图绘制平台结构设计
• 5.5.2 图层设计
• 5.5.3 电子地图绘制平台的功能分层
• 5.5.4 数据库设计
• 5.5.5 车站进路管理
• 5.5.6 车站电子地图设计
• 5.5.7 程序设计
• 5.6 由车站地图集成客运专线电子地图
• 5.6.1 车站地图翻转
• 5.6.2 车站地图变换
• 5.6.3 区间生成及连接车站
• 5.7 路网地图设计
• 5.8 全国路网电子地图下的鹰眼图设计
• 5.9 电子地图绘制平台的运用
• 5.10 本章小结
• 结束语
• 1 论文的主要工作与成果
• 2 论文的创新点
• 3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 车站仿真相关数据
• 附录2 区间仿真相关数据
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
• 1 发表论文
• 2 参与的主要科研课题