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      地鐵沖突預(yù)警方法與流程

      文檔序號(hào):12382244閱讀:307來(lái)源:國(guó)知局
      地鐵沖突預(yù)警方法與流程

      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,...,xn]和y=[y1,y2,...,yn],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,...,△xn-1]和△y=[△y1,△y2,...,△yn-1],其中△xi=xi+1-xi,△yi=y(tǒng)i+1-yi(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,...,oT′)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,...,oH),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)程中所停靠的站點(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)所停靠的站點(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,...,A1n-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vG的映射函數(shù)vG=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)行階段距初始停靠位置點(diǎn)的距離,其中J0為初始時(shí)刻列車(chē)距初始停靠位置點(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)hI為第I型超曲面,與兩列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)hII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)需滿足的安全規(guī)則集dij(t)≥dmin,其中dij(t)表示列車(chē)i和列車(chē)j在t時(shí)刻的實(shí)際間隔,dmin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,...,A1n-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vG的映射函數(shù)vG=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)距初始停靠位置點(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??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,...,xn]和y=[y1,y2,...,yn],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,...,△xn-1]和△y=[△y1,△y2,...,△yn-1],其中△xi=xi+1-xi,△yi=y(tǒng)i+1-yi(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,...,oT′)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,...,oH),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)hI為第I型超曲面,與兩列車(chē)相關(guān)的連續(xù)函數(shù)hII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)需滿足的安全規(guī)則集dij(t)≥dmin,其中dij(t)表示列車(chē)i和列車(chē)j在t時(shí)刻的實(shí)際間隔,dmin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。

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