技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地鐵列車(chē)沖突預(yù)警方法，尤其涉及一種基于魯棒策略的地鐵列車(chē)沖突預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)大中城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市交通系統(tǒng)面臨著越來(lái)越大的壓力，大力發(fā)展軌道交通系統(tǒng)成為解決城市交通擁塞的重要手段。國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要指出，有條件的大城市和城市群地區(qū)要把軌道交通作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。我國(guó)正經(jīng)歷一個(gè)前所未有的軌道交通發(fā)展高峰期，一些城市已由線(xiàn)的建設(shè)轉(zhuǎn)向了網(wǎng)的建設(shè)，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)已逐步形成。在軌道交通網(wǎng)絡(luò)和列車(chē)流密集的復(fù)雜區(qū)域，仍然采用列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃結(jié)合基于主觀經(jīng)驗(yàn)的列車(chē)間隔調(diào)配方式逐漸顯示出其落后性，具體表現(xiàn)在：(1)列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃時(shí)刻表的制定并未考慮到各種隨機(jī)因素的影響，容易造成交通流戰(zhàn)術(shù)管理?yè)頂D，降低交通系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；(2)列車(chē)調(diào)度工作側(cè)重于保持單個(gè)列車(chē)間的安全間隔，尚未上升到對(duì)列車(chē)流進(jìn)行戰(zhàn)略管理的宏觀層面；(3)列車(chē)調(diào)配過(guò)程多依賴(lài)于一線(xiàn)調(diào)度人員的主觀經(jīng)驗(yàn)，調(diào)配時(shí)機(jī)的選擇隨意性較大，缺乏科學(xué)理論支撐；(4)調(diào)度人員所運(yùn)用的調(diào)配手段較少考慮到外界干擾因素的影響，列車(chē)調(diào)配方案的魯棒性和可用性較差。為保證地鐵交通的安全運(yùn)行，實(shí)施有效的沖突預(yù)警就成為地鐵交通管制工作的重點(diǎn)。實(shí)施有效的地鐵沖突預(yù)警就成為地鐵交通管制工作的重點(diǎn)。

已有文獻(xiàn)資料的討論對(duì)象多針對(duì)長(zhǎng)途鐵路運(yùn)輸，而針對(duì)大流量、高密度和小間隔運(yùn)行條件下的城市地鐵交通系統(tǒng)的科學(xué)調(diào)控方案尚缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)。復(fù)雜路網(wǎng)運(yùn)行條件下的列車(chē)協(xié)調(diào)控制方案在戰(zhàn)略層面上需要對(duì)區(qū)域內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)上單列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行推算和優(yōu)化，并對(duì)由多個(gè)列車(chē)構(gòu)成的交通流實(shí)施協(xié)同規(guī)劃；在預(yù)戰(zhàn)術(shù)層面上通過(guò)有效的監(jiān)控機(jī)制調(diào)整交通網(wǎng)絡(luò)上部分區(qū)域的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)來(lái)解決擁塞問(wèn)題，但目前對(duì)地鐵列車(chē)軌跡的預(yù)測(cè)及看列車(chē)沖突預(yù)警均沒(méi)有較為準(zhǔn)確的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種魯棒性和可用性較好的地鐵沖突預(yù)警方法，該方法對(duì)地鐵列車(chē)的預(yù)測(cè)精度較高、地鐵列車(chē)沖突預(yù)警的準(zhǔn)確性及時(shí)效性均較好。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種地鐵沖突預(yù)警方法，包括如下步驟：

步驟A、根據(jù)各個(gè)列車(chē)的計(jì)劃運(yùn)行參數(shù)，生成軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

步驟B、基于步驟A所構(gòu)建的軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，分析列車(chē)流的可控性和敏感性二類(lèi)特性；

步驟C、根據(jù)各個(gè)列車(chē)的計(jì)劃運(yùn)行參數(shù)，在構(gòu)建列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)列車(chē)運(yùn)行沖突耦合點(diǎn)建立列車(chē)運(yùn)行沖突預(yù)調(diào)配模型，生成多列車(chē)無(wú)沖突運(yùn)行軌跡；

步驟D、在每一采樣時(shí)刻t，基于列車(chē)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和歷史位置觀測(cè)序列，對(duì)列車(chē)未來(lái)某時(shí)刻的行進(jìn)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)；其具體過(guò)程如下：

步驟D1、列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理，以列車(chē)在起始站的?？课恢脼樽鴺?biāo)原點(diǎn)，在每一采樣時(shí)刻，依據(jù)所獲取的列車(chē)原始離散二維位置序列x＝[x₁,x₂,...,x_n]和y＝[y₁,y₂,...,y_n]，采用一階差分方法對(duì)其進(jìn)行處理獲取新的列車(chē)離散位置序列△x＝[△x₁,△x₂,...,△x_n-1]和△y＝[△y₁,△y₂,...,△y_n-1],其中△x_i＝x_i+1-x_i,△y_i＝y(tǒng)_i+1-y_i(i＝1,2,...,n-1)；

步驟D2、對(duì)列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)聚類(lèi)，對(duì)處理后新的列車(chē)離散二維位置序列△x和△y，通過(guò)設(shè)定聚類(lèi)個(gè)數(shù)M'，采用K-means聚類(lèi)算法分別對(duì)其進(jìn)行聚類(lèi)；

步驟D3、對(duì)聚類(lèi)后的列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)利用隱馬爾科夫模型進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練，通過(guò)將處理后的列車(chē)運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)△x和△y視為隱馬爾科夫過(guò)程的顯觀測(cè)值，通過(guò)設(shè)定隱狀態(tài)數(shù)目N'和參數(shù)更新時(shí)段τ'，依據(jù)最近的T'個(gè)位置觀測(cè)值并采用B-W算法滾動(dòng)獲取最新隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'；具體來(lái)講：由于所獲得的列車(chē)軌跡序列數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)變化的，為了實(shí)時(shí)跟蹤列車(chē)軌跡的狀態(tài)變化，有必要在初始軌跡隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)的基礎(chǔ)上對(duì)其重新調(diào)整，以便更精確地推測(cè)列車(chē)在未來(lái)某時(shí)刻的位置；每隔時(shí)段τ'，依據(jù)最新獲得的T'個(gè)觀測(cè)值(o₁,o₂,...,o_T')對(duì)軌跡隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)進(jìn)行重新估計(jì)；

步驟D4、依據(jù)隱馬爾科夫模型參數(shù)，采用Viterbi算法獲取當(dāng)前時(shí)刻觀測(cè)值所對(duì)應(yīng)的隱狀態(tài)q；

步驟D5、每隔時(shí)段根據(jù)最新獲得的隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)和最近H個(gè)歷史觀測(cè)值(o₁,o₂,...,o_H)，基于列車(chē)當(dāng)前時(shí)刻的隱狀態(tài)q，在時(shí)刻t，通過(guò)設(shè)定預(yù)測(cè)時(shí)域h'，獲取未來(lái)時(shí)段列車(chē)的位置預(yù)測(cè)值O；

步驟E、建立從列車(chē)的連續(xù)動(dòng)態(tài)到離散沖突邏輯的觀測(cè)器，將地鐵交通系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)映射為離散觀測(cè)值表達(dá)的沖突狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)有可能違反交通管制規(guī)則時(shí)，對(duì)地鐵交通混雜系統(tǒng)的混雜動(dòng)態(tài)行為實(shí)施監(jiān)控，為地鐵交通控制中心提供及時(shí)的告警信息。

進(jìn)一步的，步驟A的具體過(guò)程如下：

步驟A1、從地鐵交通控制中心的數(shù)據(jù)庫(kù)提取各個(gè)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中所?？康恼军c(diǎn)信息；

步驟A2、按照正反兩個(gè)運(yùn)行方向?qū)Ω鱾€(gè)列車(chē)所?？康恼军c(diǎn)信息進(jìn)行分類(lèi)，并將同一運(yùn)行方向上的相同站點(diǎn)進(jìn)行合并；

步驟A3、根據(jù)站點(diǎn)合并結(jié)果，按照站點(diǎn)的空間布局形式用直線(xiàn)連接前后多個(gè)站點(diǎn)。

進(jìn)一步的，步驟B的具體過(guò)程如下：

步驟Bl、構(gòu)建單一子段上的交通流控制模型；其具體過(guò)程如下：

步驟Bl.1、引入狀態(tài)變量Ψ、輸入變量u和輸出變量Ω，其中Ψ表示站點(diǎn)間相連路段上某時(shí)刻存在的列車(chē)數(shù)量，它包括單路段和多路段兩種類(lèi)型，u表示軌道交通調(diào)度員針對(duì)某路段所實(shí)施的調(diào)度措施，如調(diào)整列車(chē)速度或更改列車(chē)的在站時(shí)間等，Ω表示某時(shí)段路段上離開(kāi)的列車(chē)數(shù)量；

步驟B1.2、通過(guò)將時(shí)間離散化，建立形如Ψ(t+△t)＝A₁Ψ(t)+B₁u(t)和Ω(t)＝C₁Ψ(t)+D₁u(t)的單一子段上的離散時(shí)間交通流控制模型,其中△t表示采樣間隔，Ψ(t)表示t時(shí)刻的狀態(tài)向量，A₁、B₁、C₁和D₁分別表示t時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、輸入矩陣、輸出測(cè)量矩陣和直接傳輸矩陣；

步驟B2、構(gòu)建多子段上的交通流控制模型；其具體過(guò)程如下：

步驟B2.1、根據(jù)線(xiàn)路空間布局形式和列車(chē)流量歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲取交叉線(xiàn)路各子段上的流量比例參數(shù)β；

步驟B2.2、根據(jù)流量比例參數(shù)和單一子段上的離散時(shí)間交通流控制模型，構(gòu)建形如Ψ(t+△t)＝A₁Ψ(t)+B₁u(t)和Ω(t)＝C₁Ψ(t)+D₁u(t)的多子段上的離散時(shí)間交通流控制模型；

步驟B3、根據(jù)控制模型的可控系數(shù)矩陣[B₁,A₁B₁,...,A₁^n-1B₁]的秩與數(shù)值n的關(guān)系，定性分析其可控性，根據(jù)控制模型的敏感系數(shù)矩陣[C₁(zI-A₁)^-1B₁+D₁]，定量分析其輸入輸出敏感性，其中n表示狀態(tài)向量的維數(shù)，I表示單位矩陣，z表示對(duì)原始離散時(shí)間交通流控制模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基本因子。

進(jìn)一步的，步驟C的具體過(guò)程如下：

步驟C1、列車(chē)狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模，列車(chē)沿軌道交通路網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程表現(xiàn)為在站點(diǎn)間的動(dòng)態(tài)切換過(guò)程，根據(jù)列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃中的站點(diǎn)設(shè)置，建立單個(gè)列車(chē)在不同站點(diǎn)間切換轉(zhuǎn)移的Petri網(wǎng)模型：E＝(g,G,Pre,Post,m)為列車(chē)路段轉(zhuǎn)移模型，其中g(shù)表示站點(diǎn)間各子路段，G表示列車(chē)運(yùn)行速度狀態(tài)參數(shù)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，Pre和Post分別表示各子路段和站點(diǎn)間的前后向連接關(guān)系，表示列車(chē)所處的運(yùn)行路段，其中m表示模型標(biāo)識(shí)，Z⁺表示正整數(shù)集合；

步驟C2、列車(chē)全運(yùn)行剖面混雜系統(tǒng)建模，將列車(chē)在站點(diǎn)間的運(yùn)行視為連續(xù)過(guò)程，從列車(chē)的受力情形出發(fā)，依據(jù)能量模型推導(dǎo)列車(chē)在不同運(yùn)行階段的動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)合外界干擾因素，建立關(guān)于列車(chē)在某一運(yùn)行階段速度v_G的映射函數(shù)v_G＝λ(T₁,T₂,H,R,α)，其中T₁、T₂、H、R和α分別表示列車(chē)牽引力、列車(chē)制動(dòng)力、列車(chē)阻力、列車(chē)重力和列車(chē)狀態(tài)隨機(jī)波動(dòng)參數(shù)；

步驟C3、采用混雜仿真的方式推測(cè)求解列車(chē)軌跡，通過(guò)將時(shí)間細(xì)分，利用狀態(tài)連續(xù)變化的特性遞推求解任意時(shí)刻列車(chē)在某一運(yùn)行階段距初始?？课恢命c(diǎn)的距離，其中J₀為初始時(shí)刻列車(chē)距初始?？课恢命c(diǎn)的航程，△τ為時(shí)間窗的數(shù)值，J(τ)為τ時(shí)刻列車(chē)距初始?？课恢命c(diǎn)的路程，由此可以推測(cè)得到單列車(chē)軌跡；

步驟C4、列車(chē)在站時(shí)間概率分布函數(shù)建模，針對(duì)特定運(yùn)行線(xiàn)路，通過(guò)調(diào)取列車(chē)在各車(chē)站的停站時(shí)間數(shù)據(jù)，獲取不同線(xiàn)路不同站點(diǎn)條件下列車(chē)的停站時(shí)間概率分布；

步驟C5、多列車(chē)耦合的無(wú)沖突魯棒軌跡調(diào)配，根據(jù)各列車(chē)預(yù)達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)間，通過(guò)時(shí)段劃分，在每一采樣時(shí)刻t，在融入隨機(jī)因子的前提下，按照調(diào)度規(guī)則對(duì)沖突點(diǎn)附近不滿(mǎn)足安全間隔要求的列車(chē)軌跡實(shí)施魯棒二次規(guī)劃。

進(jìn)一步的，步驟D中，聚類(lèi)個(gè)數(shù)M'的值為4，隱狀態(tài)數(shù)目N'的值為3，參數(shù)更新時(shí)段τ'為30秒，T'為10，為30秒，H為10，預(yù)測(cè)時(shí)域h'為300秒。

進(jìn)一步的，步驟E的具體實(shí)施過(guò)程如下：

步驟E1、構(gòu)造基于管制規(guī)則的沖突超曲面函數(shù)集：建立超曲面函數(shù)集用以反映系統(tǒng)的沖突狀況，其中，沖突超曲面中與單一列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)h_I為第I型超曲面，與兩列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)h_II為第II型超曲面；

步驟E2、建立由列車(chē)連續(xù)狀態(tài)至離散沖突狀態(tài)的觀測(cè)器，構(gòu)建列車(chē)在交通路網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行時(shí)需滿(mǎn)足的安全規(guī)則集d_ij(t)≥d_min，其中d_ij(t)表示列車(chē)i和列車(chē)j在t時(shí)刻的實(shí)際間隔，d_min表示列車(chē)間的最小安全間隔；

步驟E3、基于人-機(jī)系統(tǒng)理論和復(fù)雜系統(tǒng)遞階控制原理，根據(jù)列車(chē)運(yùn)行模式，構(gòu)建人在環(huán)路的列車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制，保證系統(tǒng)的運(yùn)行處于安全可達(dá)集內(nèi)，設(shè)計(jì)從沖突到?jīng)_突解脫手段的離散監(jiān)控器，當(dāng)觀測(cè)器的離散觀測(cè)向量表明安全規(guī)則集會(huì)被違反時(shí)，立刻向地鐵交通控制中心發(fā)出相應(yīng)的告警信息。

本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明的地鐵沖突預(yù)警方法在滿(mǎn)足軌道交通管制安全間隔的前提下，以列車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘手段動(dòng)態(tài)推測(cè)列車(chē)軌跡；依據(jù)軌道交通管制規(guī)則，對(duì)可能出現(xiàn)的沖突實(shí)施告警，對(duì)沖突的預(yù)警效果較好，可有效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地預(yù)測(cè)列車(chē)的軌跡并預(yù)測(cè)列車(chē)沖突，有效提高地鐵交通的安全性。

(2)本發(fā)明基于軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可控性和敏感性分析結(jié)果，可為地鐵交通流預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)，克服常規(guī)預(yù)警方案選取的隨意性。

(3)本發(fā)明基于所構(gòu)建的“人在環(huán)路”的場(chǎng)面監(jiān)控機(jī)制，可以對(duì)列車(chē)內(nèi)部連續(xù)變量和外部離散事件的頻繁交互及時(shí)做出有效反應(yīng)，克服常規(guī)開(kāi)環(huán)離線(xiàn)監(jiān)控方案的缺點(diǎn)。

(4)本發(fā)明基于所構(gòu)建的列車(chē)運(yùn)行軌跡滾動(dòng)預(yù)測(cè)方案，可以及時(shí)融入列車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行中的各類(lèi)干擾因素，提高列車(chē)軌跡預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，克服常規(guī)離線(xiàn)預(yù)測(cè)方案精確度不高的缺點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為列車(chē)流運(yùn)行特性分析圖；

圖2為無(wú)沖突3D魯棒軌跡推測(cè)圖；

圖3為列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)混雜監(jiān)控圖。

具體實(shí)施方式

(實(shí)施例1)

一種地鐵交通流優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括線(xiàn)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、車(chē)載終端模塊、控制終端模塊以及軌跡監(jiān)視模塊，軌跡監(jiān)視模塊收集列車(chē)的狀態(tài)信息并提供給控制終端模塊。

所述控制終端模塊包括以下子模塊：

列車(chē)運(yùn)行前無(wú)沖突軌跡生成模塊：根據(jù)列車(chē)計(jì)劃運(yùn)行時(shí)刻表，首先建立列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，然后依據(jù)列車(chē)運(yùn)行沖突耦合點(diǎn)建立列車(chē)運(yùn)行沖突預(yù)調(diào)配模型，最后生成無(wú)沖突列車(chē)運(yùn)行軌跡。

列車(chē)運(yùn)行中短期軌跡生成模塊：依據(jù)軌跡監(jiān)視模塊提供的列車(chē)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，利用數(shù)據(jù)挖掘模型，推測(cè)未來(lái)時(shí)段內(nèi)列車(chē)的運(yùn)行軌跡。

列車(chē)運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控模塊：在每一采樣時(shí)刻t，基于列車(chē)的軌跡推測(cè)結(jié)果，當(dāng)列車(chē)間有可能出現(xiàn)違反安全規(guī)則的狀況時(shí),對(duì)其動(dòng)態(tài)行為實(shí)施監(jiān)控并為控制終端提供告警信息。

列車(chē)避撞軌跡優(yōu)化模塊：當(dāng)列車(chē)運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控模塊發(fā)出告警信息時(shí)，在滿(mǎn)足列車(chē)物理性能、區(qū)域容流約束和軌道交通調(diào)度規(guī)則的前提下，通過(guò)設(shè)定優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)，采用自適應(yīng)控制理論方法由控制終端模塊對(duì)列車(chē)運(yùn)行軌跡進(jìn)行魯棒雙層規(guī)劃，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊將規(guī)劃結(jié)果傳輸給車(chē)載終端模塊執(zhí)行。列車(chē)避撞軌跡優(yōu)化模塊包含內(nèi)層規(guī)劃和外層規(guī)劃兩類(lèi)規(guī)劃過(guò)程。

應(yīng)用上述地鐵交通流優(yōu)化控制系統(tǒng)的地鐵沖突預(yù)警方法，包括以下步驟：

步驟A、根據(jù)各個(gè)列車(chē)的計(jì)劃運(yùn)行參數(shù)，生成軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；其具體過(guò)程如下：

步驟A1、從地鐵交通控制中心的數(shù)據(jù)庫(kù)提取各個(gè)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中所?？康恼军c(diǎn)信息；

步驟A2、按照正反兩個(gè)運(yùn)行方向?qū)Ω鱾€(gè)列車(chē)所?？康恼军c(diǎn)信息進(jìn)行分類(lèi)，并將同一運(yùn)行方向上的相同站點(diǎn)進(jìn)行合并；

步驟A3、根據(jù)站點(diǎn)合并結(jié)果，按照站點(diǎn)的空間布局形式用直線(xiàn)連接前后多個(gè)站點(diǎn)。

步驟B、基于步驟A所構(gòu)建的軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，分析列車(chē)流的可控性和敏感性二類(lèi)特性；其具體過(guò)程如下：

步驟Bl、見(jiàn)圖1，構(gòu)建單一子段上的交通流控制模型；其具體過(guò)程如下：

步驟Bl.1、引入狀態(tài)變量Ψ、輸入變量u和輸出變量Ω，其中Ψ表示站點(diǎn)間相連路段上某時(shí)刻存在的列車(chē)數(shù)量，它包括單路段和多路段兩種類(lèi)型，u表示軌道交通調(diào)度員針對(duì)某路段所實(shí)施的調(diào)度措施，如調(diào)整列車(chē)速度或更改列車(chē)的在站時(shí)間等，Ω表示某時(shí)段路段上離開(kāi)的列車(chē)數(shù)量；

步驟B1.2、通過(guò)將時(shí)間離散化，建立形如Ψ(t+△t)＝A₁Ψ(t)+B₁u(t)和Ω(t)＝C₁Ψ(t)+D₁u(t)的單一子段上的離散時(shí)間交通流控制模型,其中△t表示采樣間隔，Ψ(t)表示t時(shí)刻的狀態(tài)向量，A₁、B₁、C₁和D₁分別表示t時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、輸入矩陣、輸出測(cè)量矩陣和直接傳輸矩陣；

步驟B2、構(gòu)建多子段上的交通流控制模型；其具體過(guò)程如下：

步驟B2.1、根據(jù)線(xiàn)路空間布局形式和列車(chē)流量歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲取交叉線(xiàn)路各子段上的流量比例參數(shù)β；

步驟B2.2、根據(jù)流量比例參數(shù)和單一子段上的離散時(shí)間交通流控制模型，構(gòu)建形如Ψ(t+△t)＝A₁Ψ(t)+B₁u(t)和Ω(t)＝C₁Ψ(t)+D₁u(t)的多子段上的離散時(shí)間交通流控制模型；

步驟B3、根據(jù)控制模型的可控系數(shù)矩陣[B₁,A₁B₁,...,A₁^n-1B₁]的秩與數(shù)值n的關(guān)系，定性分析其可控性，根據(jù)控制模型的敏感系數(shù)矩陣[C₁(zI-A₁)^-1B₁+D₁]，定量分析其輸入輸出敏感性，其中n表示狀態(tài)向量的維數(shù)，I表示單位矩陣，z表示對(duì)原始離散時(shí)間交通流控制模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基本因子；

步驟C、見(jiàn)圖2，根據(jù)各個(gè)列車(chē)的計(jì)劃運(yùn)行參數(shù)，在構(gòu)建列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)列車(chē)運(yùn)行沖突耦合點(diǎn)建立列車(chē)運(yùn)行沖突預(yù)調(diào)配模型，生成多列車(chē)無(wú)沖突運(yùn)行軌跡；其具體過(guò)程如下：

步驟C1、列車(chē)狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模，列車(chē)沿軌道交通路網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程表現(xiàn)為在站點(diǎn)間的動(dòng)態(tài)切換過(guò)程，根據(jù)列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃中的站點(diǎn)設(shè)置，建立單個(gè)列車(chē)在不同站點(diǎn)間切換轉(zhuǎn)移的Petri網(wǎng)模型：E＝(g,G,Pre,Post,m)為列車(chē)路段轉(zhuǎn)移模型，其中g(shù)表示站點(diǎn)間各子路段，G表示列車(chē)運(yùn)行速度狀態(tài)參數(shù)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，Pre和Post分別表示各子路段和站點(diǎn)間的前后向連接關(guān)系，表示列車(chē)所處的運(yùn)行路段，其中m表示模型標(biāo)識(shí)，Z⁺表示正整數(shù)集合；

步驟C2、列車(chē)全運(yùn)行剖面混雜系統(tǒng)建模，將列車(chē)在站點(diǎn)間的運(yùn)行視為連續(xù)過(guò)程，從列車(chē)的受力情形出發(fā)，依據(jù)能量模型推導(dǎo)列車(chē)在不同運(yùn)行階段的動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)合外界干擾因素，建立關(guān)于列車(chē)在某一運(yùn)行階段速度v_G的映射函數(shù)v_G＝λ(T₁,T₂,H,R,α)，其中T₁、T₂、H、R和α分別表示列車(chē)牽引力、列車(chē)制動(dòng)力、列車(chē)阻力、列車(chē)重力和列車(chē)狀態(tài)隨機(jī)波動(dòng)參數(shù)；

步驟C3、采用混雜仿真的方式推測(cè)求解列車(chē)軌跡，通過(guò)將時(shí)間細(xì)分，利用狀態(tài)連續(xù)變化的特性遞推求解任意時(shí)刻列車(chē)在某一運(yùn)行階段距初始?？课恢命c(diǎn)的距離，其中J₀為初始時(shí)刻列車(chē)距初始?？课恢命c(diǎn)的航程，△τ為時(shí)間窗的數(shù)值，J(τ)為τ時(shí)刻列車(chē)距初始?？课恢命c(diǎn)的路程，由此可以推測(cè)得到單列車(chē)軌跡；

步驟C4、列車(chē)在站時(shí)間概率分布函數(shù)建模，針對(duì)特定運(yùn)行線(xiàn)路，通過(guò)調(diào)取列車(chē)在各車(chē)站的停站時(shí)間數(shù)據(jù)，獲取不同線(xiàn)路不同站點(diǎn)條件下列車(chē)的停站時(shí)間概率分布；

步驟C5、多列車(chē)耦合的無(wú)沖突魯棒軌跡調(diào)配，根據(jù)各列車(chē)預(yù)達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)間，通過(guò)時(shí)段劃分，在每一采樣時(shí)刻t，在融入隨機(jī)因子的前提下，按照調(diào)度規(guī)則對(duì)沖突點(diǎn)附近不滿(mǎn)足安全間隔要求的列車(chē)軌跡實(shí)施魯棒二次規(guī)劃。

步驟D、在每一采樣時(shí)刻t，基于列車(chē)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和歷史位置觀測(cè)序列，對(duì)列車(chē)未來(lái)某時(shí)刻的行進(jìn)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)；其具體過(guò)程如下：

步驟D1、列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理，以列車(chē)在起始站的停靠位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，在每一采樣時(shí)刻，依據(jù)所獲取的列車(chē)原始離散二維位置序列x＝[x₁,x₂,...,x_n]和y＝[y₁,y₂,...,y_n]，采用一階差分方法對(duì)其進(jìn)行處理獲取新的列車(chē)離散位置序列△x＝[△x₁,△x₂,...,△x_n-1]和△y＝[△y₁,△y₂,...,△y_n-1],其中△x_i＝x_i+1-x_i,△y_i＝y(tǒng)_i+1-y_i(i＝1,2,...,n-1)；

步驟D2、對(duì)列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)聚類(lèi)，對(duì)處理后新的列車(chē)離散二維位置序列△x和△y，通過(guò)設(shè)定聚類(lèi)個(gè)數(shù)M'，采用K-means聚類(lèi)算法分別對(duì)其進(jìn)行聚類(lèi)；

步驟D3、對(duì)聚類(lèi)后的列車(chē)軌跡數(shù)據(jù)利用隱馬爾科夫模型進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練，通過(guò)將處理后的列車(chē)運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)△x和△y視為隱馬爾科夫過(guò)程的顯觀測(cè)值，通過(guò)設(shè)定隱狀態(tài)數(shù)目N'和參數(shù)更新時(shí)段τ'，依據(jù)最近的T'個(gè)位置觀測(cè)值并采用B-W算法滾動(dòng)獲取最新隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'；具體來(lái)講：由于所獲得的列車(chē)軌跡序列數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)變化的，為了實(shí)時(shí)跟蹤列車(chē)軌跡的狀態(tài)變化，有必要在初始軌跡隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)的基礎(chǔ)上對(duì)其重新調(diào)整，以便更精確地推測(cè)列車(chē)在未來(lái)某時(shí)刻的位置；每隔時(shí)段τ'，依據(jù)最新獲得的T'個(gè)觀測(cè)值(o₁,o₂,...,o_T')對(duì)軌跡隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)進(jìn)行重新估計(jì)；

步驟D4、依據(jù)隱馬爾科夫模型參數(shù)，采用Viterbi算法獲取當(dāng)前時(shí)刻觀測(cè)值所對(duì)應(yīng)的隱狀態(tài)q；

步驟D5、每隔時(shí)段根據(jù)最新獲得的隱馬爾科夫模型參數(shù)λ'＝(π,A,B)和最近H個(gè)歷史觀測(cè)值(o₁,o₂,...,o_H)，基于列車(chē)當(dāng)前時(shí)刻的隱狀態(tài)q，在時(shí)刻t，通過(guò)設(shè)定預(yù)測(cè)時(shí)域h'，獲取未來(lái)時(shí)段列車(chē)的位置預(yù)測(cè)值O；

上述聚類(lèi)個(gè)數(shù)M'的值為4，隱狀態(tài)數(shù)目N'的值為3，參數(shù)更新時(shí)段τ'為30秒，T'為10，為30秒，H為10，預(yù)測(cè)時(shí)域h'為300秒。

步驟E、見(jiàn)圖3，建立從列車(chē)的連續(xù)動(dòng)態(tài)到離散沖突邏輯的觀測(cè)器，將地鐵交通系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)映射為離散觀測(cè)值表達(dá)的沖突狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)有可能違反交通管制規(guī)則時(shí)，對(duì)地鐵交通混雜系統(tǒng)的混雜動(dòng)態(tài)行為實(shí)施監(jiān)控，為地鐵交通控制中心提供及時(shí)的告警信息；

所述步驟E的具體實(shí)施過(guò)程如下：

步驟E1、構(gòu)造基于管制規(guī)則的沖突超曲面函數(shù)集：建立超曲面函數(shù)集用以反映系統(tǒng)的沖突狀況，其中，沖突超曲面中與單一列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)h_I為第I型超曲面，與兩列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)h_II為第II型超曲面；

步驟E2、建立由列車(chē)連續(xù)狀態(tài)至離散沖突狀態(tài)的觀測(cè)器，構(gòu)建列車(chē)在交通路網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行時(shí)需滿(mǎn)足的安全規(guī)則集d_ij(t)≥d_min，其中d_ij(t)表示列車(chē)i和列車(chē)j在t時(shí)刻的實(shí)際間隔，d_min表示列車(chē)間的最小安全間隔；

步驟E3、基于人-機(jī)系統(tǒng)理論和復(fù)雜系統(tǒng)遞階控制原理，根據(jù)列車(chē)運(yùn)行模式，構(gòu)建人在環(huán)路的列車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制，保證系統(tǒng)的運(yùn)行處于安全可達(dá)集內(nèi)，設(shè)計(jì)從沖突到?jīng)_突解脫手段的離散監(jiān)控器，當(dāng)觀測(cè)器的離散觀測(cè)向量表明安全規(guī)則集會(huì)被違反時(shí)，立刻向地鐵交通控制中心發(fā)出相應(yīng)的告警信息。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。