城市轨道交通ATS系统监控子系统研究

摘要

城市轨道交通的列车自动监控(ATS，Automatic Train Supervision)子系统，是城市轨道交通列车自动控制系统（ATC，Automatic Train Control）的上层管理系统，负责对整个线路列车进行实时监视、控制和调度管理，是智能现代化城市轨道交通运营管理系统的“神经中枢”。对城市轨道交通 ATS系统功能模块分析，研究子模块功能实现技术和实现方法的数学基础，不断引进先进的智能控制新理论，完善 ATS系统功能构架，提高系统稳定性、高效性和完整性，是ATS系统研究的长期课题。
　　本论文充分参考前人的工作经验，以城市轨道交通 ATS系统功能需求为出发点，以引进子模块新算法，仿真实现其功能为目的，主要做了以下工作：
　　（1）分析城市轨道交通列车监控子系统ATS的设备组成和功能需求，对列车车次号识别、自动列车进路技术和列车运行自动调整三项ATS系统核心功能提出重点分析；
　　（2）详细分析列车车次号追踪过程，选择基于轨道电路和计轴设备、标准步进技术，实现车次号（车次窗）的动态传递，并绑定车次窗到列车车头位置，连续动态传递车次号；
　　（3）基于二叉树的数据存储模式，以链表的形式存储站场图抽象的有向图结点和边的数据，设置二重进路触发点，以广度优先和深度优先结合的搜索算法实现自动进路搜索；
　　（4）引进蝙蝠算法，初始化蝙蝠群数量和最优解搜索频率，以局部最优解组成最优解集合，判断列车晚点情况，在解集中迭代搜索最优解选择列车单车晚点和集群晚点最佳调整策略，在实现列车运行的自动调整功能的基础上，使调整后新的列车运行图趋近计划运行图或重绘最佳运行图；
　　（5）在VC++6.0平台上，选择以ActiveX控件技术和XML文本存储技术、SQL Server2000数据库技术，在MFC框架下图元化城市轨道交通ATS站场图，并实现列车在站场图监视界面的动态运行仿真模拟；
　　（6）基于Matlab平台，对城市轨道交通列车进行等间隔追踪模式和基于蝙蝠算法的列车自动运行调整策略可行性进行仿真验证，并对仿真结果结合列车在站场图界面模拟运行结果给出了合理性分析。
　　经过对城市轨道交通 ATS系统列车车次号识别与追踪、列车自动进路和自动列车运行调整功能实现技术的数学分析和控件模块化设计，实现了城市轨道交通列车动态模拟运行仿真，结合Matlab平台等间隔追踪和运行图调整仿真，验证了车次号追踪算法、进路搜索算法和蝙蝠算法在实现城市轨道交通列车跟踪、自动进路和运行调整功能方面，具有良好的可用性、智能性和有效性，得到了有价值的模拟数据。

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1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及结构安排

2 城市轨道交通ATS系统概述

2.1 ATS系统结构

2.2 ATS系统主要功能

2.3 ATS系统的控制模式

2.4 ATS系统与外部系统接口

2.5 本章小结

3 ATS列车监控子系统主要功能原理及实现方法

3.1 列车监视和追踪功能（TMT）

3.2 ATS系统列车自动进路功能（ARS）

3.3 ATS列车运行调整功能（ATR）

3.4 本章小结

4 城市轨道交通ATS系统仿真建模

4.1 ATS站场图设计

4.2 列车识别追踪模型设计

4.3 ATS列车自动进路模块设计

4.4 列车运行调整模块设计

4.5 ATS仿真系统接口技术

4.6 本章小结

5 城市轨道交通ATS列车监控子系统仿真分析

5.1 ATS列车车次号识别与追踪仿真分析

5.2 ATS列车自动进路ARS仿真分析

5.3 ATS列车自动运行调整ATR算法验证结果

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果