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基于铁路路网的行车组织仿真实验平台
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    1、       研究现状与研究目标
    利用计算机仿真技术,在不同的虚拟现实环境条件下对系统进行仿真试验,可取代繁重而昂贵的实际试验并能取得直接试验无法取得的数据和结果,这就使现代科学实验技术提高到一个新的水平。国外铁路运输领域内计算机仿真技术的应用开始也较早,在加拿大、法国、英国、匈牙利等许多西方发达国家的铁路运输领域,各类面向不同目的的铁路运输仿真系统得到了越来越广泛的应用,而且已经成为现代化铁路运输生产和研究的理论验证、方案评估、重大决策过程中不可缺少的重要支持工具。目前已具有一些较成熟的具有代表性的仿真系统,有的已实现商业化,这些仿真软件均各有其特点及优势,但也因其研究定位和重点的不同,或多或少地存在不同的缺陷。我国从80年代开始铁路运输计算机仿真的研究,总体而言,目前国内的仿真研究仍较为零散,以前的研究主要面向点或线的仿真,功能单一,应用面较窄。
    随着我国铁路科技水平的提高,铁路运输问题日渐复杂,铁路网的运输生产过程与运输状态涉及到各种相互关联的复杂因素,对铁路建设和生产中重大设计和决策的科学性、时效性的要求越来越高,以往的仿真系统难以满足现代化铁路运输生产和管理决策的要求。而且,中国铁路行车是客货混运、不同速度混运,车站分布密度、货物列车组成和种类、机务作业、铁路的运行组织、铁路信息的构成和传递存储等各方面与其它国家均有较大区别,由于种种因素的限制,国外的仿真软件很难适应中国铁路的具体情况。因此,很有必要改变目前国内零散的研究现状,加强系统性的研制和开发国内铁路运输仿真系统的研究工作,研究符合中国铁路实际情况和发展方向的、面向路网的大规模铁路运输综合仿真系统成为当前的迫切需要。
    本项目的建设目标是:采用计算机仿真和虚拟现实技术,在高性能计算机和高速网络的支持下,构建达到国际先进水平的,满足现代化铁路运输生产和管理决策要求的高性能的铁路行车组织通用仿真实验平台,在计算机上构造铁路运输生产布局与运输环境,在不同粒度上实现对路网条件下铁路运输生产状况和过程的动态仿真。根据仿真实验分析评估结果,提供对各种铁路运输新理论、新技术、新设想进行研究和测试的工具以及铁路运输工程技术人员的业务培训环境,以满足各种不同研究目的和对象的仿真需求。
    铁路行车组织通用仿真平台建设过程中所采用的技术规范标准要适应当今社会信息化发展趋势和潮流,代表当前及今后10年左右国内先进水平和国际同类系统发展方向,能与其他信息系统(如TMIS、DMIS、PMIS等)及技术标准、结构、兼容与衔接;同时,由于铁路技术设备及计算机软硬件产品发展变化很快,系统设计应为仿真实验平台的长期建设发展留足空间。
    2、       指导思想与原则
    铁路行车组织仿真实验平台的设计开发应结合中国铁路运输的特点,并充分认识铁路运输系统的复杂性和仿真实验平台建设的长期性。系统的设计开发既要考虑我国现行铁路管理体制、运营机制、运输业务及技术设备的特点,同时,随着技术进步以及铁路体制改革的逐步深入进行,仿真实验平台建设必须满足铁路运输新理论、新技术、新设想的运用,使规划与建设有较大的弹性,以适应铁路未来的发展。
    根据国内外铁路运输仿真系统建设现状与发展趋势以及我国铁路运输仿真系统建设的成绩与存在的问题,从可持续发展的战略角度出发,仿真系统的开发模式应该突破以往基于特定研究项目和特定目的进行系统设计开发的方式,建立通用的仿真实验平台,在平台之上再开发各种面向不同应用目的和需求的仿真应用系统,构造真正通用的铁路运输仿真系统。在这一指导思想下,系统研究与建设应符合开放性、功能可扩充性、规模可伸缩性、系统可重用性等原则。
    3、       建设内容
    3.1 基于路网的铁路行车组织仿真平台体系结构研究
    借鉴国外大规模复杂仿真系统尤其是HLA的成功经验,利用先进的计算机技术、仿真技术,研究铁路运输仿真系统的体系结构,建立开放的、可以适应技术和需求不断发展的铁路运输仿真体系结构并制定相关标准,确定系统的技术实现方案。
    3.2 铁路运输系统仿真建模方法及关键仿真技术研究
    从我国铁路运输生产的实际情况出发,通过调研与资料收集,在对铁路运输系统的网状特性和运输生产作业过程的动态特征进行分析的基础上,结合面向对象仿真、智能仿真、虚拟现实、并行仿真、分布交互仿真等当前先进的仿真理论与方法,应用先进的软件设计方法,建立基于路网的铁路运输仿真模型及相关的动态仿真算法。
    3.3铁路运输分布式仿真支撑环境的建立
    将完成具体仿真功能的应用层与完成系统集成和运行支持的底层支撑环境部分相分离,开发通用的铁路运输分布式仿真运行支撑环境,作为系统仿真体系结构的实现载体,支持系统高层次上的集成与仿真运行和实验功能。
    3.4 核心仿真器的建立
    包括实验方案生成器、初始映象生成器、车流分配仿真器、列车运行及其组织仿真拟器、仿真动态可视化输出器、仿真数据统计分析器等。
    3.5 智能化的铁路运输生产管理决策评估平台的建立。
    根据不同的仿真需求,利用仿真实验的输出结果,提供方案的智能化分析、评价手段。
    3.6 知识库与模型库的建立
    建立运输组织优化相关模型与算法库,并建立智能化建模和仿真实验的知识库,以根据用户的不同需求在仿真平台上构造各类仿真应用系统,并对仿真的全生命周期提供智能化支持。
    系统结构如下图所示:
    4、       系统应用
    4.1 铁路运输系统仿真分析
    抽取铁路运输生产过程中的基本要素和关键参数,建立与现实系统相对应的仿真模型。经过模型的验证、确认,对铁路运输系统进行仿真实验,自然地揭示车流结构、运输设备与不同运输组织措施的相互关系。观察系统状态变量随时间变化的动态规律性,并通过数据采集和统计分析,得到铁路运输系统的有关参数的统计特性,根据仿真结果推断和估计铁路运输系统的真实参数和性能测度,深刻认识铁路运输这样一个复杂的大系统的动态运行规律,发现薄弱环节和问题所在,为系统分析和科学决策提供依据。
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