基於數字孿生的列車模擬運行監控系統檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

基於數字孿生的列車模擬運行監控系統隨着城市軌道交通網絡規模進一步快速發展擴大，對軌道交通中既有線路的運行調度必須進行研究和優化，對城市軌道交通不同場景下的列車運行調整問題也一直是專家研究的重點。但城市軌道交通列車的線路規劃、站點停靠及調度方案的問題不能通過簡單的調研得出，且其理論計算的方法存在明顯不足，採用實驗方法成本過高且得不償失。

2、數字孿生作為一種新興熱點技術，藉助數據、模型和分析技術為物理實體提供檢測、診斷、預測等服務，然而數字孿生技術市場日益擴張但尚未普及，近年來才出現包含交通領域方面的智慧數字孿生城市的研究，且數字孿生技術在優化列車運行方案方面的運用不多。目前成都已經基於數字孿生架構建設了地鐵全自動運行智慧平台，但在其他地區並沒有看到該技術的投入應用，存在着廣闊的需求市場。

解決方案

因此，發明一種基於數字孿生的列車模擬運行監控系統，在軟件中利用數字孿生模型重現列車運行狀況並模擬和驗證線路與列車調度運行方案設計是否可行，同時對城市軌道交通不同場景下的列車運行調整問題以及軌道交通中既有線路的運行調度問題進行研究，可大大節省實際列車運行所需的時間和資源成本給實際線路調度方案提供決策依據，具有很好的應用和研究價值。

技術方案

該項目設計一套基於數字孿生模型的列車模擬運行系統，藉助自主研發的一套列車模擬運行模型及數據監測及生成數據，利用生成數據進行復盤展示和調度運行方案優化分析，為解決列車運行、站點設置、調度優化等問題提供設計依據。

本系統可以定義模擬的路線及站點參數模型，然後按照預定的設置控制列車的運行，同時建立列車的數字模型以實時呈現列車的運行狀態，並將各項參數存儲進預設的數據庫，並進行數據分析，將結果可視化呈現，此為實時監測顯示。當需要利用自定義數據構建數字模型時，可以利用系統基於數字模型的仿真模擬顯示功能，輸入自定義的初始數據，結合前期得出的列車運行時各參數變化情況的函數模型，計算出列車在實際運行時應有的數據，將這些數據存入數據庫並構建數字模型。系統還具有復盤展示功能，可以在顯示結束後調用數據庫中的歷史數據重建列車的運行時的數字模型，繪製模擬運行圖，並將對應的數據呈現出來，且隨着模擬運行圖同步動態變化，以便於後續進一步的分析和研究。

軟件部分

設計創新

1、本系統可以模擬列車真實運行情況，通過定義模擬的線路及站點的模型、設置列車運行參數，如啟動加速度、制動加速度、運行速度等，根據定義的線路及列車運行狀態，生成相應的指令控制列車運行並進行在線監測，可以實現列車模擬運行的功能包括：

（1）可以以折線圖、柱狀圖等多種數據顯示形式實時顯示監測的參數，直觀反映各類監測數據的變化趨勢及變化情況；

（2）可以以模擬模型圖、實際線路圖的形式動態顯示列車的運動軌跡，且同步將所有監測數據存入數據庫，進行查詢統計和大數據分析；

（3）可以在軟件系統自主定義所需要的線路模型，包括線路、站點，並按照軟件系統的線路定義在實驗室搭建出相應模型軌道；

（4）可以進行實物模擬。通過實物模擬，可以直觀看到列車在自主定義線路上的運行狀況並作出分析，能更高效、方便以及更切合實際地去規劃列車的建設；

（5）本系統在實驗室搭建模型軌道，並安裝各類傳感器，能實時監測列車整個運行過程的狀態參數，採集列車的各類參數，包括電壓、電流、溫度、位置、速度等，並實時存入後台數據庫，通過後台數據分析，還能對各指標進行超限預警，提高列車運行的安全性。

2、利用孿生模型模擬可為既有線路和列車調度運行方案設計提供試驗和驗證功能，大大節省實際列車運行所需的時間和資源成本，具有很好的應用和研究價值。

（1）項目研究的重點在於搭建列車數字孿生體模型和實現動態數據驅動的仿真，即基於實時數據構建數字孿生模型和降低數字模型的誤差，以提高系統的可靠性和準確性。

（2）藉助新興熱點的數字孿生技術，建立與實際列車運行系統相匹配的複雜列車模擬運行孿生體模型，藉助數據、模型和分析技術搭建一套科學有效的列車模擬運行監測系統。

（3）此系統具有數據復盤和運行效果的展示，能提供運行調度方案分析功能，提高系統的實用性，對實驗所得數據進行更細緻的分析整理，給既有線路運行管理提供更多、更具有參考價值的實驗依據。

關鍵技術

本系統的關鍵技術主要有「模型層」的構建、虛擬時間線的構建、數據分析以及列車運行方案的優化評估。

4.1 「模型層」的構建

根據用戶定義的線路模型，對線路在二維平面上的線性模型虛擬劃分為三維平面上的邏輯模型。模型層的引入，使得系統能夠在有限的軌道上模擬任意線路，並且能任意地改變線路，提高本系統的適用性。模型層是對用戶定義的線路模型進行虛擬劃分的層。用戶通過定義站點、監測點、供電區間以及紅綠燈完成對線路模型的定義。由於線路在平面上是線性的，當線路長度相當大時，在二維平面難以完整的描述線路模型上所有的站點、監測點、供電區間以及紅綠燈的信息。而模型層的引入使得在有限的軌道上能夠模擬任意長距離的任意線路。模型層對二維平面的線路模型進行虛擬劃分，使之成為三維平面上的邏輯模型，換言之，有軌電車並非在二維平面線性的線路上運行，而是在各層模型層.上運行。由於有軌電車在線路上的運行是連貫且循序的，因此各模型層的先後關係應當是與有軌電車在線路模型運行的順序---對應並且各模型層上的站點、監測點、供電區間以及紅綠燈與線路模型也是一一對應的。模型層具有多樣性特點 ，用戶可按照實際需求改變模型定義中的某些可變參數，模擬不同的運行軌道與列車，可適應性強。