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深度┆现代必发88有轨电车仿真在规划设计中的应用

2019-03-08 装备技术必发88官网

在道路交通和轨道交通领域,规划设计过程中的辅助决策和运营控制中的方案优化,计算机仿真都有较多应用。道路交通的仿真一般用于交叉口信号控制方案和车辆驾驶行为测试、道路交通设施服务水平评价等;轨道交通的运行仿真一般用于列车运行指标的计算以及轨道交通网络的运营计划测试等。

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在现代必发88有轨电车的规划设计阶段,从规划决策角度,仿真可以用于计算方案的全线运营指标、交叉口信号控制策略影响、必发88有轨电车线网关键节点运行等,为选线方案、车辆选型、线网结构等提供科学的决策支持。

一、轨道交通仿真和道路交通仿真

1-轨道交通行车相关的运行仿真一般包含两类:

1)列车的牵引计算仿真,对列车在线路上的运行状态和能耗等进行模拟计算,计算结果可以用于解决轨道交通在规划设计运营中的一些问题。

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牵引计算仿真-图片来自于Open Track软件介绍资料

2)列车运行图评价仿真,对于线路运营计划和车底运用计划进行模拟,以测试计划的可行性和车底运用的优化。

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运行图仿真-图片来自于Open Track软件介绍资料 

轨道交通牵引计算是基于时间步长的仿真,列车运行图的仿真一般采用图论或者其他算法来优化求解的方法,牵引仿真计算的结果可以作为列车运行图仿真的输入。以上两类仿真在分析绝对路权的轨道交通网络时广泛被使用。

道路交通仿真一般是指微观仿真,是模拟道路交通环境下的各种方式和流向交通流的行为、信号控制对交通流的反馈等现象,应用于交通管理方案、信号控制设备、交通设施运行评价等方面。

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道路交通仿真-图片来源与PTV VISSIM介绍资料

相对于轨道交通,道路交通具有较强的随机性,以及动态性。道路交通的车辆种类和数量多,行为模拟中对车辆的动力性能采用期望速度、期望加减速等直接的速度参数,对车辆自身动力性能和几何特征进行了简化,同时对道路的坡度、线形以及摩擦系数等也没有轨道牵引计算详细。

二、现代必发88有轨电车运行仿真的特点

现代必发88有轨电车在城市交通客运系统中,特别是在欧洲国家,有着较多的应用,近年来我国城市的现代必发88有轨电车建设运营也逐渐增多。现代必发88有轨电车具有在一定路权保障下行驶平稳,准点,乘坐舒适,成网之后的单位运营成本低,经济和环境可持续性较好等优点。与绝对路权的轨道交通不同,现代必发88有轨电车有较多部分运行在城市道路交通环境中,受到城市道路其他交通方式的影响,同时也需要遵从与城市道路的交通管理和控制。

轨道列车的动力性能、几何特征以及线路的方案中的平纵曲线、车站限速以及道岔区段的限速等也会对列车运行带来影响。车辆选型和线路方案的组合决定了全线的技术运行速度(不考虑道路交通随机性的影响)。现代必发88有轨电车线网的运行仿真需要考虑到道路交通随机性的影响,同时还具有类似地面公共交通车辆运行的特征,与绝对路权的轨道交通相比有两方面区别:

1)现代必发88有轨电车成网的影响

现代必发88有轨电车的成网和互联互通是其低成本高运能发挥的必要前提,从运营的角度,成网后的现代必发88有轨电车与地面公交有类似之处,即可以灵活调整交路、全局调度车辆周转。由于现代必发88有轨电车成网后较单线增加了高密度共线运行、线路间的交叉合流与分流、共用折返站等新的需求,这些成为影响线路以及线网整体能力的关键。

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复杂的墨尔本必发88有轨电车网络-图片来自网络

2)道路交通环境对轨道车辆运行的影响

现代必发88有轨电车大部分时间是行驶在地面道路环境中的,其他道路使用者,例如社会车辆、行人、非机动车等都会对必发88有轨电车运行带来影响,特别是在道路交叉口,由于共用空间,现代必发88有轨电车需要遵守道路交通信号控制。同样基于现代必发88有轨电车运行可靠性与稳定性的需求,道路交通也需要给与现代必发88有轨电车更多的优先路权。

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必发88有轨电车的道路交通运行环境——图片来自网络

综上,轨道列车动力几何性能、路线几何参数、道路交通环境以及与道路信号控制互动等因素需要在现代必发88有轨电车的运行仿真中综合考虑,以使得仿真分析的结果能更科学准确的支撑规划设计方案的分析和方案决策。

三、现代必发88有轨电车规划设计方案仿真的决策支持

1)仿真工具:EasyTram+PTV VISSIM

EasyTram是由上海邑途交通咨询(EasyTraffic Consulting)开发的一款专用于现代必发88有轨电车运行的仿真软件,能够模拟目视驾驶的必发88有轨电车行为、道路感应信号控制、以及复杂的互联互通轨道节点。以与道路交通仿真软件PTV VISSIM相结合的方式,为必发88有轨电车仿真提供了专业的道路交通环境。

EasyTram提供必发88有轨电车的线路信息、驾驶行为,并实时给PTV VISSIM提供车辆位置信息,同时根据道路信号控制状态实时调整列车驾驶状态;PTVVISSIM的道路信号检测设备可以实时检测到必发88有轨电车到达信息,触发相应信号优先控制逻辑。

通过轨道和道路交通混合环境的仿真,整个系统提供了实时的牵引计算和道路信号优先控制方案,可以通过混合运行图的形式以及三维动画展示必发88有轨电车和外部道路交通的运行以及信号灯状态,并生成相应的数据和图表。

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EasyTram+ PTV VISSIM

2)方案设计阶段的仿真支持案例

以某市现代必发88有轨电车规划设计阶段的方案比选为例,在方案阶段,对线路的敷设形式;与地面道路全部平交还是局部立交;高峰极限发车间隔;道路信号控制模式等都需要进行一定的决策。为此制定了不同情景的组合的设计方案作为建模仿真分析的输入。

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规划设计方案组合矩阵示意

仿真系统运可以提供相应的3D场景、必发88有轨电车牵引计算(技术速度和混合环境下的速度)、与道路信号同步的运行图显示等。

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道路交通环境中的必发88有轨电车运行3D视角

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必发88有轨电车牵引计算(选线技术速度的计算)

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必发88有轨电车牵引计算(混合交通环境下的牵引计算)

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必发88有轨电车实时运行和道路信号状态同步显示

仿真分析中引入了规划设计阶段对方案选定具有决定性影响的因素,包括:选线方案的详细参数:线形、坡度、车站、限速等;车辆选型:车辆动力参数、几何参数;设计发车间隔;交叉口信号控制方式;线路敷设形式等。

对于每一个方案采取了连续仿真一定时间以获取在足够数量的全线运行数据,通过随机仿真得出的大量全线运行数据统计分析客观体现了道路交通随机性对必发88有轨电车运行指标的影响。下图反映了仿真中必发88有轨电车在全线的距离速度曲线,包括了平均、最小、最大速度以及统计数据的标准差。可以直观的发现对应方案下必发88有轨电车运行稳定性的瓶颈区间以及线路运行的可能时间范围。

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多次随机仿真得到的全线运行距离速度曲线指标

在不同的信号控制条件下,通过连续的仿真运行的到数据可以直观分析不同发车密度下对必发88有轨电车的运行稳定性的影响。

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固定信号配时(左)和信号优先(右)条件下的必发88有轨电车运营稳定性比较

对发车间隔、敷设形式、信号控制不同组合方案进行测试得到所有方案的指标可以组合对比评价。对多因素对必发88有轨电车运行指标的影响进行综合评判,从而更为客观的对方案决策提供支撑。

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不同因素组合下的方案仿真测试指标对比

四、总结

现代必发88有轨电车的运行环境决定了其运行指标受到轨道交通系统自身以及外部道路交通系统的影响,同时必发88有轨电车成网后的互联互通以及高密度发车也会带来新的问题。在仿真分析中,将轨道和道路交通环境的结合能够更为准确的刻画必发88有轨电车的运行特征。通过不同因素组合方案的仿真模拟,能分析各个因素相互之间的关系,以及对运行指标的综合影响。在规划设计阶段,现代必发88有轨电车与道路交通一体化仿真可以对方案的比选和方案调整提供有力支撑。

▍来源:必发88官网邑途交通咨询

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