【城市轨道交通列车运行模拟研究13000字（论文）】

城市轨道交通列车运行模拟研究10604摘要 i109331绪论 1198702城市轨道交通列车运行过程研究 2195292.1列车牵引计算概述 2181812.2列车运行过程受力分析研究 3112092.2.1牵引力的计算方法 348632.2.2基本阻力的计算 480752.2.3附加阻力的计算 5274722.2.4制动力的计算 6194482.3列车运行过程策略 7218982.3.1最快速运行策略 740682.3.2经济运行策略 837352.4本章小结 8123963以乌鲁木齐地铁1号线为例的仿真建模 9152463.1乌鲁木齐地铁1号线基本情况 9104883.1.1乌鲁木齐地铁1号线线路概况 9210533.1.2乌鲁木齐地铁1号线列车概况 10266413.2乌鲁木齐地铁1号线仿真模型的建立 10325353.2.1仿真建模假设 10184793.2.2仿真环境建模 11151973.2.3仿真逻辑建模 12193673.3仿真结果分析 1476083.3.1列车运行速度 1475253.3.2列车时间信息 161743.3.3正线车站通过能力 2192383.3.4上线列车数 22137043.3.5折返站折返能力 2391873.4本章小结 23285864研究结论与展望 2428174.1研究结论 24131634.2研究展望 2410126参考文献 251绪论城轨系统与其他系统的地位截然不同。第一，城轨系统作为城市交通的一种，而且具有很强的旅客运输能力，不但收费亲民，而且服务设施较为完善，通行速度快，满足旅客出行的大多数需求。第二，它具有专用性，线路建设不同于公路建设，当轨道、列车等确认并且建造后，这些设施只为城轨运行服务，没有别的用途。第三，回收期很长。因为目前列车大多不是国内制造，成本相对高一些，加上列车收费标准低，再结合运营成本等，很难短期盈利。第四，城轨系统的出现离不开规划运营分析、列车制造等工作，前期投入多，合作关系丰富。同时，伴随着公路交通的污染等方面带来的消极因素出现，城轨系统的地位越来越突出。对城轨列车运行的研究，具有多个方面的重要意义，而且对于城轨系统的不同阶段有着不同的意义价值。（1）城市轨道交通规划建设时期在这一阶段，将列车运行仿真结果进行分析，将数据总结归纳评价，这样能够为前期建设工作提供合理建议，对线路设计、列车配置等方面的具体工作有很大的参考价值。并且也可以使列车运行图编制工作进行更加顺利，可以为节约列车运行能耗等工作作出贡献。（2）城市轨道交通运营管理时期在这一阶段，结合仿真研究的结果，可以对运营时可能存在的问题进行研究解决，选出最优解决方案。同时，也可以对列车运行方案进行合理、更优地变化，可以最大程度利用列车资源、解决隐患问题、提高列车运行整体水平，对于出行旅客也是积极的影响。发展轨道交通是现在的大趋势，它不仅能够降低公路交通压力，而且能够对整座城市的进步发展有很大的影响。城市居民的出行更加方便快捷，大幅度提高了人们的出行效率，对于人们工作效率的提升也是正面积极作用。因此，分析城市轨道交通列车的运行过程，这对于城市轨道交通来说有十分重要的实际意义。2城市轨道交通列车运行过程研究2.1列车牵引计算概述牵引力计算分析的对象是列车的纵向运动，在此基础上对列车受力分析，在这个工作的前提，可以确定列车相关的运行信息。这一工作的影响因素涵盖很多，例如车辆本身的状况、列车运行线路方案以及工作人员的操作条件等，这是一个非常困难的系统性研究。单质点模型与多质点模型，这两个模型是解决牵引力计算分析问题的首要方法，区别也是顾名思义，在于对物体的研究是视为单质点还是多质点。（1）单质点模型比较简单的模型是将列车认为是个独立的质点，但是没有体积属性，只有质量属性，并且发生的活动和受力都产生在那个质点，这也就是所说的单质点模型。在这个模型内，一节列车和十节列车的大小是一样的，但是质量是十倍的关系。在具体研究中，各节列车之间的碰撞受力等忽略不计。在这一模型中，需要采用一定的原则和方法实时地调整列车运行，这是受到各种影响因素的作用所导致的。列车在不同的线路上，所受到的限制速度是不同的，并且不同线路上的条件也是不一致的，道岔和信号的变化也很大。在列车牵引计算时，列车在不同运行区段的速度不同，分段的原则是保证列车在每一个区段内受到的线路附加阻力是不变的。列车的进站时的制动开始坐标一般不通过正向计算获得，而是由逆向推导得到。单质点模型也是作为了我国的《列车牵引计算规程》的重要制作参考。（2）多质点模型由多个质点组合后成为的模型，并且这些点之间互不完全相同，这样模型称之为多质点模型。在分析研究中，研究各个点之间的受力情况成为了分析难点，需要考虑各点的碰撞运动等，同时还要考虑到整体的受力分析，这是一个较为复杂的分析过程。列车在爬行坡道或者侧向拐弯时，会发生列车的各节车厢之间发生偏移，位置关系不再是处于一条直线，这种情况下的受力也不一致。在这一模型中，各质点之间的运动情况尤为重要，局部影响整体，车辆之间的牵引制动关系与整辆列车的运行工况密不可分，整体的加速度和速度与单个点的数值关系也是一个重要分析方面。2.2列车运行过程受力分析研究地铁列车的运动过程较为丰富，列车本身的受力、天气方面的影响以及列车的运行环境都会对运行过程产生干扰，受力情况相对复杂，因此，对受力情况的分析成为了整体研究的重要内容。4到8的编组状况是现在使用最多的，列车往往在制造结束后，就可以根据计划编组装配使用了，城市轨道交通列车编组的情况通常是稳定的。因此，可以使用单质点模型，把列车的受力情况集中到独立的点上，如下图2-1所示。图2-1列车受力分析列车运行时受力类型主要为以下几种，并且全部作用在质点：（1）牵引力（2）基本阻力（3）附加阻力（4）制动力（5）列车重力（6）线路对列车的支持力我们可以看到最后两种力的作用方向都是在竖直方向（列车不在坡道运行），这两种力可以构成一对平衡力，使列车纵向保持稳定。前四种力的是改变列车运动状态的主要力，因此对列车在横向上的分析更为重要。2.2.1牵引力的计算方法列车的牵引力是推动列车运行的重要因素，尤其是在起动阶段，需要依靠牵引力在短时间内提速。牵引力的产生源自于列车的动力传动系统，通过系统控制来选择是否牵引以及牵引力的大小，不同功率参数的动车、不同的行驶速度以及当前的运行策略都会对牵引力的大小有不同程度的影响。在牵引计算分析中，通常根据列车牵引特性曲线来确定牵引力的具体大小。这样可以按照算法得到需求速度的对应牵引力，牵引力与速度的关系如式2-1所示：Fq=式中：Fq——列车的牵引力大小（千牛顿），v——列车关于牵引特性的数值参数信息并不是通过实验测量获得，大多是制造公司提供这一信息，不同的公司和不同的列车所对应的具体形式也不一定相同，如图2-2是本文所采用的牵引特性曲线。已知点A(v1，w1）和点B(v2，w2）是位于牵引特性曲线，需求点C(vx，wx）是处在A点和B点之间，需求点C速度w单位重量的牵引力大小的计算如式2-3所示：w式中，M——列车的质量(吨)，wx'图SEQ图\*ARABIC2-2牵引力特性曲线2.2.2基本阻力的计算基本阻力是物理层次上的阻力，主要是因为两者接触而产生的碰撞以及摩擦而产生的。由于发生接触的两个对象是不同的，所以有多种类型基本阻力的存在，累计为五种，在不同运行阶段，存在的基本阻力类型可能也有所不同。基本阻力w0w式中：v——列车当时的运行速度（千米每小时），a、b、c——经验常数，这一具体数值受到列车具体参数影响。在进行实际计算时，需要根据情况，对不同的列车编组和列车参数，需要查找与之对应的内容，本文中具体计算公式如下式2-5所示：w2.2.3附加阻力的计算附加阻力的产生主要是因为线路情况的问题，在不同的线路上，这个力的类型也不一样。例如列车不在平路上运行，而是在纵向上存在高度差的坡道上行驶时，就会产生坡道附加阻力；如果列车处于向左或向右的线路上，则会导致曲线附加阻力出现；当列车进入隧道后，由于列车本身与空气摩擦，产生了隧道附加阻力。（1）坡道附加阻力w这个力的出现主要是因为重力存在的状况，列车在坡道上会有一种想要后退的力，这是重力沿着轨道的分力。根据文献资料查找，为了更好地表示单位坡道附加阻力，而且能够更简单的理解，以这样一种形式来表示：坡度千分数。但是这样也不是完全准确的，是近似的结果，如下式2-6所示：w式中：wi——（2）曲线附加阻力w这个力的出现，主要是因为列车不在直线行驶时，车轮不像在直线上，在曲线上时会受到离心作用，导致发生剧烈摩擦，也就有了曲线附加阻力的出现。在不同的曲线上、列车行驶速度的不同以及轨道线路的设计不同都会造成这一附加阻力的具体大小发生变化。根据文献资料查找，通过参考铁路设计规范中的相关数据表格，可以直接得到对应的数值，下式2-7是计算公式。w式中：A——经验常数，在这一计算中，大多数情况取值600，R——曲线半径（米），wr——（3）隧道附加阻力w这个力的产生原因是列车处于隧道当中时，因为高速行驶导致空气相对于列车是高速向列车尾端运动，产生了隧道内封闭的空气摩擦阻力。在不同的隧道内，随着隧道参数的不同以及列车自身参数的不同，受到的这种附加阻力大小也就不同。列车运行速度高和低两种情况，对应的隧道附加阻力也就不同。通过文献资料查找，对这一附加阻力的计算采取下式2-8。w式中：Ls——隧道的整体设计距离(米)，ws介绍完毕三种附加阻力后，可以得到整体的计算公式，如下式2-9.w式中：wfj——以上则为对于附加阻力的全部计算分析。2.2.4制动力的计算列车的制动力是对列车速度进行降低的重要因素，主要是在制动阶段，需要依靠制动力在短时间内降速。制动力的产生源自于列车的制动系统，通过系统控制来选择是否进行制动以及制动力的大小，不同的行驶速度以及进行这一工作的具体方式都会对制动力的大小有着不同程度的影响。在制动计算分析中，通常根据列车制动特性曲线来确定制动力的具体大小，本文使用的特性曲线见图2-3。这样可以按照算法得到需求速度的对应制动力，制动力与速度的关系如式2-10所示：F式中：Fz——列车的制动力大小（千牛顿），v——目前应用最广泛的方式是电阻制动。具体的计算方式也是依据它的具体参数数据，使用在2.2.1中的方法。图2-32.3列车运行过程策略2.3.1最快速运行策略为了达到最快通过运行区间的目的，在起动和制动两个阶段都要采取最大程度的加速度，将列车能力利用率最大化，当速度到达最大要求后，选择匀速运行的方式，这就是这一策略的具体方案，如图2-4所示。图2-4最快速运行策略时对应的列车速度——距离趋势图根据前面的研究分析，最快速运行策略满足绝大多数的需求，可以用来进行牵引计算分析工作。2.3.2经济运行策略为了达到积极响应国家号召，对列车资源能力在不影响线路运行方案的前提下进行最大程度节约的目标，需要采用这一运行策略，当列车速度达到一定程度，既不进行牵引工作也不进行制动工作，让列车以惰行的方式运行，这样可以节省列车能量的使用，同时也在继续向前行驶，当速度减少至一定程度时，再对列车进行牵引工作，这样列车的速度再次提升，如此反复到达车站，如图2-5所示。图2-5经济运行策略时对应的列车速度——距离趋势图这一策略中不能一直进行惰行是因为速度太低对线路整体运行会造成影响，因此需要进行再牵引工作。2.4本章小结本章先后对列车牵引过程的使用模型进行探讨，分析两种模型的优缺点，在此基础上对列车可能受到的不同种类的力进行分析，结合现有列车运行策略来确认本文使用方案，并且对这一方案下的列车运行过程进行模型建立分析，方便在后文进行仿真运行研究。3以乌鲁木齐地铁1号线为例的仿真建模3.1乌鲁木齐地铁1号线基本情况3.1.1乌鲁木齐地铁1号线线路概况这条线路是该市区内唯一的一条正在使用的地铁线路，其他线路还在规划建设阶段。这条线路是一条南北贯通的直线型的流线，最北侧的车站是国际机场站，最南侧是三屯碑站，累计共二十一座车站，都不是位于地面上的车站，而是地下站。线路全长为27.615千米，计算得到两个车站之间的距离平均为1.34千米。受到2020年的疫情影响，线路停止运营，直至当年九月下旬，线路开始继续运营，并且全部车站都恢复正常使用，上午第一辆列车发出时刻为7：40，晚上最后一辆列车发出时刻为23：30。一号线的正线全部采取九号道岔，在这条线路上，限制速度最高为85千米每小时，根据设计时的信息，列车在车站通过的限速为60千米每小时。列车的速度也是有变化的，当列车加速时，这一变化也就是平均加速度。根据文献资料学习，列车运行速度不同时，这个变化率也是不同的。当列车速度小于30千米每小时，加速度为1.04m/s/s；当列车速度小于80千米每小时，加速度为0.77m/s/s。当列车需要进行制动工况时，速度变化率为1.2m/s/s左右。在线路运行系统方面，配备工作中心较为周全。百园路车辆段设置在大地窝堡站和宣仁墩站中间，燕儿窝停车场设置在三屯碑站附近，同时线路上还有一个控制中心。线路的北段所有车站的设施资源较为丰富，均至少设置三台自动售票机，车站通过口的闸机也是四到六个。关于车站内的设计也不全是统一布置，每一个车站内的具体设计风格都在突出本站的特色。植物园站以生命绿为主题进行设计，充满了自然植物的生命力，站内的四壁和地面也是紧紧围绕主题，给乘客一种刚进站就到了大自然的感觉。体育中心站以体育运动为主题进行设计，这也是结合了全民健身的国家号召得到的设计方案。八楼站以丝绸之路为主题进行设计的，也是建立在新疆沙漠的基础上，通过高级拼搭设计，把车站内营造一种沙丘的风格，给人一种非常有氛围的感觉。国际机场站的设计风格更加与众不同，雪莲成为了这一站的主题，以车站的天花板为天空背景，车站内充满了雪花的元素。乌鲁木齐地铁一号线的出现，解决了城市交通中很多问题，分担旅客运输压力，之后旅客的出行增添了新的选项。同时，随着国家的倡导和一带一路的发展，这条线路对整座的城市的影响将是积极的和正能量的，尤其是对经济发展，起到了至关重要的作用，南北流线的设计更加贴切符合城市的发展观念。3.1.2乌鲁木齐地铁1号线列车概况全线列车型号的选取都是A型，编组情况为四辆动车和两辆拖车共六辆，每组列车的乘客最大容量是2650人。列车的最大速度80千米/小时。列车的尺寸是：长140米，宽3米，高2.8米。列车内的空间设计也比较丰富，在基础设施的前提上，还增设了推车轮椅等的放置区域，并且对扶手的种类也增加了两种，同时为了方便乘客，也增加了信息显示区域。列车外观方面，以白色为主，交叉穿接着蓝色，是一种高级配色。车头以城市为设计理念，增加了代表城市的字母，并且放置了代表地铁的logo。3.2乌鲁木齐地铁1号线仿真模型的建立3.2.1仿真建模假设建立仿真模型，首先需要对数据进行收集和处理，包括乌鲁木齐地铁1号线的线路设计，车站大体布置布局及其服务能力等方面。然后进行环境建模和逻辑建模。在建立具体模型之前，需要考虑到细节问题，统一部分条件的设定，这可以减少其他因素的影响程度，因此需要在环境建模和逻辑建模之前，提出本模型的假设要求。虽然其中部分说明并非本文重点，但是大幅度提升了论文中涉及的相关流程的完整性，基于假设和说明的提出，提高了本文对于仿真过程的精密程度，可以获得更为合理有价值的结果，现提出乌鲁木齐地铁1号线的相关假设说明，主要包括站内乘客行动流程，限制因素以及列车本身的运行方案等，如下：（1）乘客行动流程：乘客进站后默认的流程顺序为通过机器安检（通过时间平均为5秒钟），站内窗口排队买票，通过闸机查票（平均时间为3秒钟），按照站内结构行走或乘坐电梯、走楼梯到达站台进行等车，并且所有乘客有序在候车区排队等待。（2）乘客自身条件限制：乘客全部为身体健康，不存在肢体障碍或者坐错车的乘客，也不存在携带过多行李导致行走速度缓慢以及占用空间过大的乘客。同时认为乘客拥有乘车经验，进站后选择最快速度的线路行走，了解进站后的乘车流程，不存在找工作人员问询信息、向周围旅客请问路线以及原地停留查手机的情况。同时乘客在站内行走速度不仅与自身主观想法有关，还与周围乘客的行走速度以及客流量有关系。（3）在研究时间内，不存在任何不可抗力的情况出现，例如地震、电路问题、车站工作人员自身突发问题以及恶劣天气的出现。（4）在研究时间内，列车以最快速运行策略为目的运行，列车全部以同一方式行车（如果有调试列车，则调试列车不考虑在内）。（5）列车发车和到站。假设列车发车间隔时间为10分钟，停站时长为30-60s。列车到达后，下车乘客全部下车，候车乘客全部上车。（6）不考虑大小交路与列车越站情况，列车在折返站的折返方式，独立运用，互不干扰。（7）由于乌鲁木齐1号线路是直线线路，并且城市内不存在其他已经建设好的线路，所以区段内的全部列车分担着这一区段内的所有客流，在这一段时间内，这些列车是按照平均分配的方式。3.2.2仿真环境建模本部分中的环境建模较少，主要为轨道和列车建模这两方面。轨道建模是直接使用空间标记中的轨道，并且设置轨距为1435毫米，如图3-1所示，并按照线路图进行轨道铺建。图3-1轨道属性设置列车建模是选用智能体建模，机车和客车两种分别作为地铁列车车头和车厢。模型比例调整后为1米=1像素，如图所示，标尺长度对应100米，长度为100像素。图3-2比例设置3.2.3仿真逻辑建模本部分对整体模型的运行起到决定作用。列车发出后，加速运行至最大速度后，保持匀速，在即将到达车站时进行制动。由于惰行工况在仿真中较难实现，取消了经济策略中的加速惰行再加速再惰行这样的运行方式，因此相当于使用最快速运行策略。在仿真过程中，需要列车由上一站或者起始站发出，在区段内按运行方案行驶，进入车站并停车，进行站内工作，主要为乘客下车出站以及进站乘车这两个环节，当结束这一工作，继续行驶至下一车站。通过前面对AnyLogic的介绍，需要使用轨道库进行仿真来实现这一工作。由于车站数过多，累计二十一个车站，二十个运行区间，不易展示清晰完整流程图，所以仅展示部分区段，如下图3-3所示，展示的是三屯碑站至北门站这一区段的逻辑建模图。图3-3部分逻辑图模型的起始终止两端通过trainSource和trainDispose相连构成一个完整的城市轨道交通列车运行过程中到发停站作业的逻辑模型，其中trainDispose的模型设置是使列车到站后消失，上图3-是在列车到达北门站后进行乘客上下车工作后消失，完整流程图是列车在到达终点站国际机场站后消失。trainsSource三屯碑是设置从三屯碑站发出四动两拖编组的列车，对应轨道上的控制点位置为pointOnTrack1。同时默认起始发车时车上有一定数量的乘客，这是为了在到达后续站时，有乘客需要下车，也就保证各站的乘客上下车时长大致相同，趋于稳定。trainMoveTo“车站名”是设置为列车进站而且最后速度减少至零而停下的模型设置。trainMoveTo“数字或无”是设置列车运行过程的模型设置，列车运行过程中的速度控制通过在这一模块当中编写语言代码来实现。列车经过区段运行后，进站停车这一环节需要通过delay这个功能来实现，并且也可以实现行人进站上车与下车出站的目标。在这一模块当中，需要设置函数来实现目标工作，由于是包括两个环节，通过文献学习发现，可以通过设定两种函数，分别代表这两个环节的工作。具体停留时间一般为30-60秒，受车站的地理位置客流多少的程度随之变化。对单一方向的单列车的运行模型的所有逻辑关系搭建为：trainSource三屯碑、trainMoveTo、trainMoveTo新疆大学站、delay、trainMoveTo1、trainMoveTo二道桥站、delay1、trainMoveTo2、trainMoveTo南门站、delay2、trainMoveTo3、trainMoveTo北门站、delay3、trainMoveTo4、trainMoveTo新兴街站、delay4、trainMoveTo5、trainMoveTo南湖广场站、delay5、trainMoveTo6、trainMoveTo南湖北路站、delay6、trainMoveTo7、trainMoveTo王家梁站、delay7、trainMoveTo8、trainMoveTo八楼站、delay8、trainMoveTo9、trainMoveTo大西沟站、delay9、trainMoveTo10、trainMoveTo中营工站、delay10、trainMoveTo11、trainMoveTo小西沟站、delay11、trainMoveTo12、trainMoveTo铁路局站、delay12、trainMoveTo13、trainMoveTo体育中心站、delay13、trainMoveTo14、trainMoveTo植物园站、delay14、trainMoveTo15、trainMoveTo迎宾路口站、delay15、trainMoveTo16、trainMoveTo三工站、delay16、trainMoveTo17、trainMoveTo宣仁墩站、delay17、trainMoveTo18、trainMoveTo大地窝堡站、delay18、trainMoveTo19、trainMoveTo国际机场站、delay19、traindispose。为了进行仿真过程中收到数据收集和分析，需要通过加入分析库中的时间折线图这一模块来实现，同时需要加入智能体中的参数和事件这两个组件，并对参数组件命名为速度speed，同时需要添加一个新的事件event，对事件event组件内的行动部分，进行语法函数设置，使其在仿真运行过程中能够获取速度数据，如图3-4所示。图3-4部分语法设计3.3仿真结果分析3.3.1列车运行速度（1）速度——时间关系为获取运行后的速度仿真数据，通过调整，将数据更新选择设置为显示至多更新2500个最新的样本，运行后将速度-时间图像保存，获得AnyLogic内结果图，如图3-5，软件内图像纵坐标速度的单位是米每秒，横坐标时间的单位为秒。图3-5软件内速度时间图像但是很容易看到，软件得到的结论图像缺点很明显，为了同时涵盖所有数据，将时间窗的设置为2500，导致不能直观的看到速度值和时间值之间具体的一一对应关系，微观情况无法获得。因此，选择将数据导出后进行分析。首先对列车各个区间运行平均速度进行分析，如图3-6所示。平均速度主要位于40每小时至50千米每小时这个区间当中，稳定性较高，但存在一个区段的平均速度大幅度超出这个范围达到了60千米每小时，是宣仁墩站至大地窝堡站的区段，这一区段距离最长达到了2884米。同时结合区段距离分析，距离越长的区段，平均速度越高，这是因为在采取最快速策略的情况下，列车达到最大速度后匀速行驶的时间更长，提高整体速度水平。图3-6各区段平均速度列车在全线的仿真技术速度为46.09千米每小时，旅行速度为33.36千米每小时。各区间平均速度的标准偏差是4.7576千米每小时，这个表明了各区间车速的离散程度不高，比较稳定。对全部平均速度区间进行估计分析，当置信水平为95%时，根据计算公式E=S∗式中：K值为1.96，S为标准偏差4.7576千米每小时，LiE计算得到是5.707千米每小时，因此得到平均速度区间估计范围在40.383千米每小时至51.797千米每小时。再反观各区间平均速度的数值，几乎完全吻合估计范围。再选取部分数据进行分析研究，如图3-7所示，从三屯碑站到新疆大学站这段运行区间的运行状况来看，可以发现曲线斜率并不是一成不变的，加速度是存在波动变化的情况，这也符合前面章节讨论的加速度的变化主要是自身受力情况决定的，制动力等力的最终合力大小决定加速度，但也与列车行驶速度相关，通过文献学习发现列车速度在低于30千米每小时和30千米每小时至80千米每小时的这两个区间中，加速度是会存在变化的情况。图3-7三屯碑站至新疆大学站速度-时间图像（2）速度——距离关系这两者的关系可以更好地展现出列车在实际运行中的速度变化情况，图4.8速度——距离3.3.2列车时间信息（1）列车区段运行时间仿真软件按照最快速运行策略为目标，对列车的区间运行时间仿真数据结果如下表3-1所示。表3-1仿真运行计算结果序号区间名称区间距离（米）区间运行时间（秒）1三屯碑站—新疆大学站933.98782新疆大学站—二道桥站1189.95953二道桥站—南门站1427.471154南门站—北门站1057.35835北门站—新兴街站1436.651106新兴街站—南湖广场站968.99847南湖广场站—南湖北路站1262.14958南湖北路站—王家梁站1033.36909王家梁站—八楼站1552.6711110八楼站—大西沟站1270.7810411大西沟站—中营工站802.467512中营工站—小西沟站1440.4610513小西沟站—铁路局站1179.629414铁路局站—体育中心站1275.8710215体育中心站—植物园站1278.5410416植物园站—迎宾路口站1128.419717迎宾路口站—三工站1236.0111318三工站—宣仁墩站1371.2411919宣仁墩站—大地窝堡站2884.4817220大地窝堡站—国际机场站2052.4614621合计26782.892092列车计划的运行时间如表3-2所示：表3-2仿真结果与计划运行时间比较序号区间名称区间距离（米）实际运行时间（秒）误差率（%）1三屯碑站—新疆大学站933.9879-1.272新疆大学站—二道桥站1189.95941.063二道桥站—南门站1427.471131.774南门站—北门站1057.3585-2.355北门站—新兴街站1436.651081.856新兴街站—南湖广场站968.99831.207南湖广场站—南湖北路站1262.14941.068南湖北路站—王家梁站1033.36873.459王家梁站—八楼站1552.671082.7810八楼站—大西沟站1270.781030.9711大西沟站—中营工站802.4676-1.3212中营工站—小西沟站1440.46107-1.8713小西沟站—铁路局站1179.6295-1.0514铁路局站—体育中心站1275.87993.0315体育中心站—植物园站1278.541004.0016植物园站—迎宾路口站1128.41934.3017迎宾路口站—三工站1236.011111.8018三工站—宣仁墩站1371.241171.7119宣仁墩站—大地窝堡站2884.481710.5820大地窝堡站—国际机场站2052.461450.6921合计26782.8920681.16通过进行两种数据的对比，可以发现仿真获得的运行时间与计划时间两者之间的误差率整体较小，单区段误差率最大绝对值为4.3%，出现在植物园站到迎宾路口站，延迟4秒，但是不存在没有误差的区间，出现最小的误差率的区间是宣仁墩站至大地窝堡站，为0.58%。全线运行时间的误差合计为24秒，平均到每个区间为延迟2.4秒，总误差率为1.16%。同时可以认为，AnyLogic软件仿真结果比较贴切实际，在时间上具有很高的精密程度，对于城市轨道交通的规划和运营阶段有很大的参考价值。（2）列车停站时间仿真软件运行得到的列车停站时间如下表3-所示序号车站名称停站时间（秒）1三屯碑站-2新疆大学站403二道桥站474南门站405北门站406新兴街站417南湖广场站418南湖北路站419王家梁站4010八楼站3911大西沟站4012中营工站4013小西沟站4014铁路局站4515体育中心站4116植物园站4017迎宾路口站4018三工站6219宣仁墩站4120大地窝堡站4021国际机场站-22合计798列车的计划停站时间为下表序号车站名称停站时间（秒）误差率（%）1三屯碑站--2新疆大学站400.003二道桥站454.444南门站400.005北门站400.006新兴街站402.507南湖广场站402.508南湖北路站402.509王家梁站400.0010八楼站40-2.5011大西沟站400.0012中营工站400.0013小西沟站400.0014铁路局站450.0015体育中心站402.5016植物园站400.0017迎宾路口站400.0018三工站603.3319宣仁墩站402.5020大地窝堡站400.0021国际机场站--22合计7901.01通过仿真和计划的列车停站时间的对比，发现单站误差率绝对值最大为4.44%，出现在二道桥站，为延迟2秒；没有停站时间误差的车站为十一个。列车停站时间的误差合计为8秒，平均每个车站延迟0.42秒，总误差率1.01%，和列车运行时间的误差率1.16%相近，但是误差时间少了16秒，说明在停站方面，出现误差的情况较少。3.3.3正线车站通过能力仿真软件对乌鲁木齐地铁一号线按照发车间隔为十分钟，7：40发出第一班车，为23：30发出最后一班车的原则，进行一天运行的仿真，得到正线车站通过能力，为了便于观察，对时间的划分是四小时为一组，最后一小时单独为一组，总共分成六组，如表3-所示。表3-正线车站通过能力（单位：列/3小时，最后一列单位为列/小时）序号车站名称7：40-11：4011：40-15：4015：40-19：4019：40-23：4019：40-23：4023：40-0：401三屯碑站242424242402新疆大学站242424242403二道桥站242424242404南门站242424242405北门站242424242406新兴街站232424242417南湖广场站232424242418南湖北路站232424242419王家梁站2324242424110八楼站2224242424211大西沟站2224242424212中营工站2224242424213小西沟站2224242424214铁路局站2224242424215体育中心站2124242424316植物园站2124242424317迎宾路口站2124242424318三工站2124242424319宣仁墩站2024242424420大地窝堡站2024242424421国际机场站20242424244可以从上表中看到，全线21座地铁站在中间4组时间内的正线通过能力均为24列/小时，也就是6列/小时。产生的区别发生在第一组与最后一组内，这主要是列车从三屯碑站发车后，需要四十分钟左右的时间到达国际机场站，十分钟平均可以通过五站，同时到十分钟后，就会发出一辆新的列车，造成了第一个小时结束后，前几个站经过了6列列车，最后几个站只经过2列，中间站也是整体递减的情况；在最后一小时内，前几站就没有列车通过，最后几站通过了上一小时内发出的列车，中间站通的过情况是整体递增。3.3.4上线列车数上线列车数是指在全线路中，用来运行工作的列车底数。通常为了充分利用列车资源，不造成浪费，会选择适合当前时间段的上线列车数量。例如，高峰期间的上线列车数更为多，这个阶段的客流量也更大，所以对列车运力要求更高，当退出高峰期，多余的列车就会入库。列车退出线路的车站不一定是列车终点站，如果列车在没有乘客空载的情况下，一直到车辆段的这段行驶距离，势必对造成线路情况的承载能力过大。仿真软件对乌鲁木齐地铁一号线列车从三屯碑站到国际机场站的方向进行仿真，设置加入列车过程只能在三屯碑站进行，收车过程可以在三屯碑站和国际机场站进行，将数据导出，作折线柱状组合图，如图3-9所示。图3-9仿真数据导出从表中可以看到，加车过程只发生在最初的两个小时内，数据显示是严格按照10分钟的发车间隔进行发送列车工作，7：40为第一辆列车发出，9：20为第十辆列车发出，当三屯碑站在9：30需要发出第十一辆列车时，此时早上的一辆列车已经返回可以继续在线路上运行，故不再发出新的列车。在没有突发事故产生的情况下，一直是这十辆列车，直至晚上进行入库工作，分别进入燕儿窝停车场和百园路车辆段。这样运行的优点是充分利用列车资源，线路上以最少的列车完成工作，大幅度提升了效率。但是缺点也很明显，列车状况磨损速度加快，没有得到充分保养，而且在高峰期间需要调整运行方案时，难以满足需求。3.3.5折返站折返能力在线路折返站上可以进行折返工作的最大列车数，在六十分钟内的数据，称之折返能力。通过仿真软件运行，得到折返站的能力数据，如表3-所示表3-序号折返站名称接车间隔时间（s）折返间隔时间（s）发车间隔时间（s）最小折返间隔（s）折返能力（列/h）1三屯碑站87105.594105.8342国际机场站112116.512012030通过上表发现，两个折返能力充足，但是在前面的仿真结果可以看到，正常工作期间折返站每小时的实际折返列车为6列，并没有充分利用折返站的折返能力，造成了能力资源浪费。这一情况出现的主要与列车发车间隔以及终点站作为折返站的条件有关。3.4本章小结本章通过对乌鲁木齐地铁1号线的研究，对线路本身具体情况和列车型号、编组选用进行了分析，以仿真系统AnyLogic为基础进行建模设计，获得需求模型并进行仿真获得列车运行速度、区间运行时间等其他数据，与实际情况中的线路计划数据比较分析，并进行评价。以获得结果和对比分析为据，说明这一仿真对于实际运营规划也有相当的理论意义，也证明了仿真系统自身存在的价值的。4研究结论与展望4.1研究结论本文在参考了大量学者的研究基础上，对城市轨道交通列车运行研究，对这一过程的具体情况进行分析，从列车模型的选取、运行的受力、运行策略的选择和最终模型的确定等方面进行研究。选取乌鲁木齐地铁一号线，以实际数据为基础对线路和列车进行研究，通过AnyLogic进行仿真建模，获得数据并分析对比进行评价，适当地给出建议。4.2研究展望（1）本文在对列车牵引计算理论进行研究时，考虑到两种模型，但是在仿真研究中只使用了一种，并不是很全面。同理，在列车运行策略方面，未使用经济运行策略和混合式运行策略的情况，完整性不足，获得结果和数据分析方面并不全面。（2）列车运行仿真时，只进行了单一方向的仿真，未将上下行两种全部考虑在内，若结合两种情况进行仿真分析，结果将更加拥有说服力。（3）未计算列车具体能耗情况，这一方面若加入研究，将会对列车运行速度时间并且结合列车能量消耗分析，这样可以从节能方面进行部分研究获得结果。参考文献侯秀芳，梅建萍，左超.2020年中国内地城轨交通线路概况[J].都市快轨交通，2021，34(01):1-17.李应.地铁列车运行操纵优化研究[D].北京交通大学，2015.1-14李欢.地铁列车运行仿真及策略优化[D].西南交通大学，2012.1-13徐纪康.城市轨道交通列车运行过程仿真研究[D].同济大学，2008.1-10Milroy，IanP.Aspectsofautomatictraincontrol[J].ianpetermilroy，1980.LeeD，MilroyI，TylerK.ApplicationofPontryagin'sMaximumPrincipletotheSemi-automaticControlofRailVehicles[C]//InstitutionofEngineers，Australia.InstitutionofEngineers，Australia，1982.233-236P.G.HowlettandI.P.MilroyandP.J.Pudney.Energy-efficienttraincontrol[J].ControlEngineeringPractice，1994.20-33ChangCS，SimSS.Optimisingtrainmovementsthroughcoastcontrolusinggeneticalgorithms[J].IeeProceedingsPartB，1997，144(1):p.65-73.Khmelnitsky，E.On