城市轨道交通线仿真测试装置及仿真测试方法

摘要

本发明公开了一种城市轨道交通线仿真测试装置及仿真测试方法，所述仿真测试装置由线路仿真构件、客流仿真构件、车次仿真构件、运营仿真构件、评价仿真构件组成，能够对城市轨道交通线的车站布设、旅客动态、列车配置、车次编排和运营过程进行仿真测试，并对测试结果进行评价。本发明有助于在现有的技术条件下以经济的手段实现城市轨道交通线车站布设、列车配用及运行图的仿真优化，以改善城市轨道交通运营绩效和服务质量。

说明书

技术领域

本发明属于交通领域，尤其涉及一种城市轨道交通线仿真测试装置及仿真测试方法。

背景技术

为了实现城市出行的快捷、安全、舒适并有利于环境保护，人们发明了城市轨道交通系统。但城市轨道交通系统投资大、建设周期长、运营调整不便，要设计出行满意且运行高效的城市轨道交通系统相当困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过城市轨道交通线仿真测试支持车站布设、列车配用和运行图仿真优化，以经济、快速的手段提高城市轨道交通运营绩效和服务质量。

为解决上述问题，本发明公开一种城市轨道交通线仿真测试装置和仿真测试方法，其仿真测试装置包括：线路仿真构件、客流仿真构件、车次仿真构件、运营仿真构件和评价仿真构件；所述线路仿真构件用于城市轨道交通线车站布设仿真；所述客流仿真构件用于城市轨道交通线旅客集结动态仿真；所述车次仿真构件用于城市轨道交通线列车配用和运行图仿真；所述运营仿真构件用于城市轨道交通线运营过程和运营状态仿真；所述评价仿真构件用于城市轨道交通线仿真测试结果评价。

进一步的，上述装置中，所述线路仿真构件用于模拟多条行程，所述行程为列车运营单程依次经过的车站及在站停靠秒数、站间行驶秒数序列，其中，所述行程具有行程号、站号、站序、站台定员、距离、停靠秒数、运行秒数属性，所述行程号用于标识当前行程；所述站号用于标识当前行程中指定的车站，同时也指定了该车站的名称、地理位置等属性；所述站序用于标识指定车站在当前行程中列车途经车站的次序，所述站台定员用于模拟指定车站的当前行程站台设计容纳人数；所述距离用于模拟指定车站到当前行程的下一站距离；所述停靠秒数用于模拟当前行程在指定车站的列车计划停留时间；所述运行秒数用于模拟当前行程从指定车站到其下一站的列车计划运行时间。

进一步的，上述装置中，所述客流仿真构件用于模拟多个典型日的旅客在线聚集状态，所述典型日包含典型日号、时刻、站号、去站、人数属性，其中，所述典型日号用于标识典型日；所述时刻用于标识典型日客流有较大变化的各个时间点；所述站号用于标识指定的车站；所述去站用于标识旅客意欲到达的车站；所述人数用于模拟指定车站候车旅客中意欲到去站的人数。

进一步的，上述装置中，所述车次仿真构件用于模拟列车配用和运行图的多个方案，所述方案包含典型日号、方案号、车次号、车号、始到时间、行程号属性，其中，所述典型日号用于标识典型日；所述方案号用于标识针对典型日的列车配用和运行图方案；所述车次号用于标识指定方案所发列车的时间及行程；所述车号用于标识车次使用的列车，同时也指定了该车的定员、最大载客量、设计速度属性；所述始到时间用于模拟车次到达当前行程起点站的时间；所述行程号用于标识车次运行的行程。

进一步的，上述装置中，所述运营仿真构件用于模拟多个车次的运营过程和运营状态，所述运营状态包含车次号、到站、到站时间、去站、车内人数、候车人数、上车人数、甩客数属性，其中，所述车次号用于标识指定的车次；所述到站用于标识车次当前所到达的车站；所述到站时间用于模拟车次到站的时间点；所述去站用于模拟旅客意欲到达的车站；所述车内人数用于模拟车内意欲到达去站的乘客数；所述候车人数用于模拟到站候车人数中意欲到达去站的人数；所述上车人数用于模拟到站上车人数中意欲到达去站的人数；所述甩客数用于模拟到站候车人数中欲到去站因没有能够上车而放弃候车的人数。

进一步的，上述装置中，所述运营仿真构件的车次号来自车次仿真构件的每一车次号；

所述运营仿真构件的到站等于线路仿真构件中当前行程的站号，所述当前行程的行程号等于车次仿真构件中与当前车次号对应的行程号；

如果当前的到站为当前行程之站序的最小值即起点站，则所述运营仿真构件的到站时间等于车次仿真构件当前车次号的始到时间；否则，所述运营仿真构件的到站时间等于当前车次号在当前行程前站的到站时间+前站的停靠秒数+前站的运行秒数；

所述运营仿真构件的去站等于线路仿真构件中当前站序以后的每一站号；

如果到站为当前行程起点站，则所述运营仿真构件的车内人数等于0；否则，所述运营仿真构件的车内人数等于当前行程同一去站的前站车内人数+前站上车人数；

如果到站为当前行程之站序的最大值即终点站，则所述运营仿真构件的候车人数等于0；否则，所述运营仿真构件的候车人数等于新增候车人数+剩余候车人数，其中，新增候车人数从以到站时间加停靠秒数的和为自变量的插值函数计算得出，该插值函数为客流仿真构件中当前典型日号、当前站号、当前去站且时刻与自变量最为最近的一组人数值构造出的插值多项式，剩余候车人数为：（上车次的候车人数-上车次上车人数）*剩余概率，其中，剩余概率与下一车次来车间隔秒数成反比、与上车次上车人数与候车人数之商成正比；

如果当前到站为终点站，则所述运营仿真构件的上车人数等于0；否则，所述运营仿真构件的上车人数为：候车人数*车空容量/Max（车空容量，各去站候车人数之和），其中，Max为最大值函数，车空容量等于：当前列车最大载客量-车内人数之和；

所述运营仿真构件的甩客数为：（候车人数-上车人数）*（1-剩余概率）。

进一步的，上述装置中，所述评价仿真构件用于对仿真测试结果做出评价，所述评价包含典型日号、方案号、客运量、甩客数、周转量、运营里程、旅行速度、车内平均满载率、车内最大满载率、车内最小满载率、站台平均满载率、站台最大满载率、站台最小满载率属性，其中，所述典型日号用于标识典型日；所述方案号用于标识指定的列车配用和运行图方案；所述客运量用于模拟指定方案全日运送乘客的人次数之和；所述甩客数用于模拟指定方案全日没有能够上车并放弃候车的人数之和；所述周转量用于模拟指定方案全日运送的人次公里数之和，所述运营里程用于模拟指定方案全日所有列车运营距离之和；所述旅行速度用于模拟指定方案全日所有列车平均运营速度；所述车内平均满载率、车内最大满载率和车内最小满载率分别用于模拟指定方案全日所有车次的车内人数与列车定员之商的加权平均值、最大值和最小值，所述站台平均满载率、站台最大满载率和站台最小满载率分别用于模拟指定方案全日所有车站站台的候车人数与站台定员之商的加权平均值、最大值和最小值。

进一步的，上述装置中，所述评价仿真构件的典型日号、方案号等于车次仿真构件的典型日号、方案号；

所述评价仿真构件的客运量等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次上车人数合计；

所述评价仿真构件的甩客数等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次甩客数合计；

所述评价仿真构件的周转量等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次车内人数与站间距离之积的合计，其中，所述站间距离为线路仿真构件中当前行程的上一站到当前站的距离；

所述评价仿真构件的运营里程等于车次仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次对应行程距离合计，其中，所述对应行程距离为线路仿真构件中相应行程号的各站距离之和；

所述评价仿真构件的旅行速度等于运营里程除以运营时间，其中，所述运营时间为车次仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次在每站的运行秒数与停靠秒数之合计数，每站的运行秒数、停靠秒数来自线路仿真构件中车次对应行程之每一站；

所述评价仿真构件的车内平均满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次的车内人数/列车定员*站间距离的合计数，再除以运营里程；

所述评价仿真构件的车内最大满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次在各站的车内人数/列车定员的最大值，以及该最大值所对应时间、车站和车号；

所述评价仿真构件的车内最小满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次在各站的车内人数/列车定员的最小值，以及该最小值所对应时间、车站和车号；

所述评价仿真构件的站台平均满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次每站的候车人数/站台定员*车次间隔秒数的合计数，再除以当前典型日号、方案号的每站车次间隔秒数之合计，其中，车次间隔秒数为车站前后车次间隔的时间，以秒作为计量单位，站台定员为线路仿真构件对应车站的属性；

所述评价仿真构件的站台最大满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次在各站的候车人数/站台定员的最大值，以及该最大值所对应的时间和车站；

所述评价仿真构件的站台最小满载率等于运营仿真构件中对应典型日号、方案号的所有车次在各站的候车人数/站台定员的最小值，以及该最小值所对应的时间和车站。

根据本发明的另一面，本发明还提供一种城市轨道交通线仿真测试方法，包括以下步骤：

步骤1：按照城市轨道交通线设计数据设置线路仿真构件；

步骤2：按照城市轨道交通线预测或统计的典型日客流数据设置客流仿真构件；

步骤3：按照城市轨道交通线列车配用和运行图方案设置车次仿真构件；

步骤4：运行运营仿真构件；运营仿真构件的运行触发线路仿真构件、客流仿真构件、车次仿真构件运行以进行联合仿真运算，运营仿真构件运算结果保存在运营仿真构件中；

步骤5：运营仿真构件运行结束时触发评价仿真构件运行，评价仿真构件运行结果保存在评价仿真构件中；

步骤6：根据评价仿真构件运行结果，修正、优化城市轨道交通线车站布设方案和列车配用及运行图方案；

步骤7：根据多套方案的评价仿真构件运行结果，优选城市轨道交通线车站布设方案和列车配用及运行图方案。

本发明的优点是：能够在现有技术条件下，以较经济的手段模拟城市轨道交通车站、列车和客流的交互状态和交互结果，为提高城市轨道交通系统运营绩效和服务质量提供一种手段。此外，本发明应用范围广泛，虽主要针对城市轨道交通系统，但不限于此。

附图说明

图1为本发明一实施例的仿真测试装置原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1所示的仿真测试装置原理示意图，现以上海轨交16号线仿真测试为例加以说明。图1所示仿真测试装置包括线路仿真构件1、客流仿真构件2、车次仿真构件3、运营仿真构件4和评价仿真构件5；所述线路仿真构件1用于上海轨交16号线车站布设仿真；所述客流仿真构件2用于上海轨交16号线旅客集结动态仿真；所述车次仿真构件3用于上海轨交16号线列车配用和运行图仿真；所述运营仿真构件4用于上海轨交16号线运营过程和运营状态仿真；所述评价仿真构件5用于上海轨交16号线仿真测试结果评价。

上海轨交16号线设计北起龙阳路，南到滴水湖，全长58.962公里，有13个车站，运营方式包括直达、大站和站站停三种形式，直达列车全程运行30分钟。根据上述设计数据，线路仿真构件1模拟上海轨交16号线6条行程，所述行程为列车单程运营依次经过的车站及在站停靠秒数、站间行驶秒数序列。设定6条行程的行程号及其行程含义如下：

行程号=1：龙阳路到滴水湖直达

行程号=2：滴水湖到龙阳路直达

行程号=3：龙阳路到滴水湖大站停

行程号=4：滴水湖到龙阳路大站停

行程号=5：龙阳路到滴水湖站站停

行程号=6：滴水湖到龙阳路站站停

上述每一行程均具有行程号11、站号12、站序13、站台定员14、距离15、停靠秒数16、运行秒数17属性。在这些属性中，所述行程号11用于标识当前行程；所述站号12用于标识当前行程指定的车站，同时也指定了该车站的名称121及地理位置122等属性（图中未标示）；所述站序13用于标识本站在当前行程中列车途经的车站次序；所述站台定员14用于模拟本站的当前行程站台设计容纳人数；所述距离15用于模拟本站到当前行程的下一站距离；所述停靠秒数16用于模拟当前行程本站列车计划停留时间；所述运行秒数17用于模拟当前行程从本站到下站的列车计划运行时间。当行程号=1或行程号=2时为直达快车行程，故中途各站的停靠秒数16=0，车站间的运行秒数17也小于其它行程。

上海轨交16号线设计连接城区客流聚集中心和远郊城市副中心区域，车站分别布设在上海高新技术产业聚集区和限价房聚集区域。根据车站的布设状态和上海市限价房政策，预测该线路有大量的工作客流，其中节假日、周一、周五及其它工作日（周二～周四）均有不同的客流，故需要用4个典型日分别代表该线路上述4种日客流数据。另外，在龙阳路附近的新国际展览中心有重大展览期间，或在滴水湖畔的鲜花港花开盛期，预测有大量的旅游客流，故需要用12个典型日分别表示这两个展期及其重叠期与日常典型日叠加的日客流数据。所述客流仿真构件2模拟上述16个典型日旅客沿线聚集状态。每一典型日包含典型日号21、时刻22、站号23、去站24、人数25属性。在这些属性中，所述典型日号21用于标识指定的典型日，所述时刻22用于标识本典型日客流有较大变化的各个时间点，所述站号23用于标识指定的车站，所述去站24用于标识本站候车旅客意欲到达的车站，所述人数25用于模拟在本站候车旅客中意欲到去站的人数。

进一步的，针对每一典型日的客流数据，事先需要编排对应的列车配用和运行图方案。所述车次仿真构件3能够模拟列车配用和运行图的多个方案。所述方案包含典型日号31、方案号32、车次号33、车号34、始到时间35、行程号36属性。在这些属性中，所述典型日号31用于标识典型日；所述方案号32用于标识针对本典型日的列车配用和运行图方案；所述车次号33用于指定当前方案所发列车的时间及其行程；所述车号34用于标识当前车次使用的列车，同时也指定了该车的列车定员341、最大载客量342、设计速度343等属性（图中未标示）；所述始到时间35用于模拟当前车次到达当前行程起点站的时间；所述行程号36用于标识当前车次运行的行程。

上述仿真构件设置完好后，运行运营仿真构件4。所述运营仿真构件4模拟车次仿真构件3中所有车次的运营过程和运营状态。所述运营状态包含车次号41、到站42、到站时间43、去站44、车内人数45、候车人数46、上车人数47、甩客数48属性。在这些属性中，所述车次号41用于标识指定的车次，所述到站42用于标识本车次当前所到达的车站，所述到站时间43用于模拟本车次到站的时间点，所述去站44用于模拟旅客意欲到达的车站，所述车内人数45用于模拟当前车内意欲到达去站的乘客数，所述候车人数46用于模拟当前车站候车人数中意欲到达去站的人数，所述上车人数47用于模拟当前车站意欲到达去站的上车人数，所述甩客数48用于模拟当前车站欲到去站的候车人中没有能够上车并放弃候车的人数。

运营仿真构件4运行结束时触发评价仿真构件5运行。所述评价仿真构件5对运营仿真构件4的运行结果做出评价。所述评价包含典型日号51、方案号52、客运量53、甩客数54、周转量55、运营里程56、旅行速度57、车内平均满载率581、车内最大满载率582、车内最小满载率583、站台平均满载率591、站台最大满载率592、站台最小满载率593属性。在这些属性中，所述典型日号51用于标识指定的典型日，所述方案号52用于标识指定的列车配用和运行图方案，所述客运量53用于模拟本方案全日运送乘客的人次数之和，所述甩客数54用于模拟本方案全日没有能够上车并放弃候车的人数之和，所述周转量55用于模拟本方案全日运送的人次公里数之和，所述运营里程56用于模拟本方案全日所有列车运营距离之和，所述旅行速度37用于模拟本方案全日所有列车平均运营速度，所述车内平均（最大、最小）满载率581（582、583）用于模拟本方案全日所有车次的车内人数与列车定员之商的加权平均值（最大值、最小值），所述站台平均（最大、最小）满载率591（592、593）用于模拟本方案全日所有车站站台的候车人数与站台定员之商的加权平均值（最大值、最小值）。

进一步的，运营仿真构件4属性采用如下算法：

车次号41：等于车次仿真构件3的车次号33；车次仿真构件3中车次号33在本属性中逐一出现。

到站42：等于线路仿真构件1中当前行程的站号12；当前行程对应的站号12在本属性中逐一出现。所述当前行程的行程号等于车次仿真构件3中行程号36，其中车次仿真构件3的行程号36对应的的车次号33等于本车次号41。

到站时间43：如果当前到站为当前行程之站序的最小值（起点站），则到站时间43等于车次仿真构件3当前车次号的始到时间35，即车次仿真构件3对应车次号33等于本车次号41；否则，到站时间43等于当前车次号在当前行程前站的到站时间43+前站在线路仿真构件1对应的停靠秒数16+运行秒数17。

去站44：等于当前到站42在线路仿真构件1对应站序13以后的站号12；当前到站42在线路仿真构件1对应站序13以后的站号12在本属性中逐一出现。

车内人数45：如果到站42为当前行程之起点站，则车内人数45等于0；否则，车内人数45等于当前行程同一去站44的前站42的车内人数45+前站42的上车人数47；

候车人数46：如果到站42为当前行程之站序13的最大值（终点站），则候车人数46等于0；否则，候车人数46等于新增候车人数+剩余候车人数。其中，新增候车人数从以（到站时间43+线路仿真构件1对应的停靠秒数16）为自变量的插值函数计算得出；所述插值函数为客流仿真构件2中当前典型日号21、当前站号23、当前去站24并与自变量最为最近的两个时刻22所对应的人数25构造出的线性插值多项式。剩余候车人数等于（上车次的候车人数46-上车次上车人数47）*剩余概率；其中，剩余概率=c*（1-（下一车次来车间隔秒数/3600））*（上车次上车人数47/上车次候车人数46），c=1为调节常数。

上车人数47：如果当前到站42为终点站，则上车人数47等于0；否则，上车人数47等于候车人数46*车空容量/Max(本站当前行程候车人数46之和，车空容量)。其中Max为最大值函数，车空容量等于当前列车最大载客量342-车内人数45之和。

甩客数：等于（候车人数46-上车人数47）*（1-剩余概率）。

进一步的，评价仿真构件5属性采用如下算法：

典型日号51、方案号52：等于车次仿真构件3的典型日号31、方案号32；车次仿真构件中的典型日号31、方案号32在本属性中逐一出现。

客运量53：等于当前典型日号51和方案号52对应的运营仿真构件4各车次的上车人数47合计。

甩客数54：等于当前典型日号51和方案号52对应的运营仿真构件4各车次的甩客数48合计。

周转量55：等于当前典型日号51和方案号52对应的运营仿真构件4各车次的车内人数45与站间距离之积的合计；其中站间距离为线路仿真构件1中当前行程的上一站到当前站的距离15。

运营里程56：等于当前典型日号51和方案号52对应的车次仿真构件4各车次行程号36在仿真构件1中相应距离15合计。

旅行速度57：等于运营里程56除以运营时间；其中运营时间为车次仿真构件3中当前典型日号51、方案号52的所有车次在每站的运行秒数17与停靠秒数16之合计。

车内平均满载率581：当前典型日号51、方案号52对应运营仿真构件4各车次的（车内人数45/列车定员341*站间距离15）合计数，再除以运营里程56。

车内最大满载率582：当前典型日号51和方案号52对应运营仿真构件4各车次在各站的（车内人数45/列车定员341）的最大值，以及该最大值所对应的到站时间43、到站42和车号34。

车内最小满载率583：当前典型日号51和方案号52对应运营仿真构件4各车次在各站的（车内人数45/列车定员341）的最小值，以及该最小值所对应的到站时间43、到站42和车号34。

站台平均满载率591：当前典型日号51和方案号52对应运营仿真构件4各车次在每站的（候车人数46/站台定员14*车次间隔秒数）合计数，再除以当前典型日号51和方案号52对应的运营仿真构件4各车次在每站车次间隔秒数之合计；其中车次间隔秒数为车站前后车次间隔的时间（以秒作为计量单位），站台定员14为线路仿真构件1当前站号12所对应的属性。

站台最大满载率592：当前典型日号51和方案号52对应运营仿真构件4各车次在各站的（候车人数46/站台定员14）的最大值，以及该最大值所对应的到站时间43和到站42。

站台最小满载率593：当前典型日号51和方案号52对应运营仿真构件4各车次在各站的（候车人数46/站台定员14）的最小值，以及该最小值所对应的到站时间43和到站42。

上海轨交16号线仿真测试方法包括以下步骤：

步骤1：用上海轨交16号线路设计数据设置线路仿真构件1。

步骤2：用上海轨交16号线预测或统计的典型日客流数据设置客流仿真构件2。

步骤3：用上海轨交16号线列车配用和运行图方案设置车次仿真构件3。

步骤4：运行运营仿真构件4；运营仿真构件4的运行触发线路仿真构件1、客流仿真构件2、车次仿真构件3运行以进行联合仿真运算，其联合仿真运算结果保存在运营仿真构件4中。

步骤5：运营仿真构件4运行结束时触发评价仿真构件5运行；其运行结果保存在评价仿真构件5中。

步骤6：根据评价仿真构件5的运行结果，修正、优化上海轨交16号线的车站布设方案和列车配用及运行图方案。

步骤7：根据多套方案的仿真评价结果，优选上海轨交16号线车站布设方案和列车配用及运行图方案。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。