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系統識別號 U0002-1807200611381100
中文論文名稱 不同行車制度下台鐵區段容量分析模擬模式之研究
英文論文名稱 A Simulation Model for Line Section Capacity Analysis of Taiwan Railway Administration with various train operation systems
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 運輸管理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Transportation Management
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 劉嵩瀚
研究生英文姓名 Song-han, Liu
電子信箱 firegila@yahoo.com.tw
學號 693540063
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-15
論文頁數 144頁
口試委員 指導教授-陶治中
委員-鍾志成
委員-林祥生
中文關鍵字 軌道容量分析  固定自動閉塞  移動自動閉塞  模擬模式 
英文關鍵字 Capacity, Fixed Auto-blocked System(FAS), Moving Auto-blocked 
學科別分類 學科別社會科學管理學
中文摘要 國內近年來重大交通建設舉凡捷運、高鐵乃至於台鐵轉型,由於其能夠大量且快速達到運輸之目的,因此漸受重視。在各國如火如荼地運用高科技於軌道運輸以提升安全、效率的趨勢下,我國對於軌道運輸系統智慧化之規劃與建置計畫,亦應及時進行。目前台鐵採用固定自動閉塞系統來確保列車行車安全,然而當因應特殊或緊急需求而加開列車時,由於大部分班表固定且行車制度上又有安全間距之考量,縮短發車間隔以提升容量之策略即難以奏效。因此提升鐵路運輸容量的根本方法即為改變行車制度,亦即在保證安全的前提下,藉由不同行車控制方式,進行多種列車調度以滿足乘客最大的需求。
本研究係以台鐵西正線下行松山-新竹段作為研究對象,建構符合台鐵特性多車種混跑、允許超車、越行之列車運行模式,探討採行「移動自動閉塞行車制」對於軌道容量提升之變化。
軌道容量方法論大致可分為解析模式、最佳化模式、模擬模式等三種。解析模式與最佳化模式由於隱含達到系統之穩定狀態,因此較適於相關班表排點問題或時刻表容量問題之求解,且其隱含穩定之系統狀態與現實情況不符,致使求得之軌到容量相對較小且與實際狀況較不符合。模擬模式精確度最高,與系統相依程度高,能夠高度反應真實情況且有利於各種情境之分析模擬。本研究係採用模擬模式並擷取解析模式中若干數學方程式作為模式構建之依據。
模擬結果須與理論值(即時刻表)或實際列車運行實際值經由統計檢定進行驗證之後,始能宣稱模擬模式可代表真實世界;然後進行敏感度分析,以確認各影響變數對於軌道容量之影響程度,最後進行情境模擬,在「固定自動閉塞」與「移動自動閉塞」兩種行車制下,檢視不同車種組成、不同發車間隔下所產生的軌道容量變化值並進行比較。
研究結果發現:在軌道容量計算上,應選定不受列車任務影響之最瓶頸觀察基準點,並以加權平均方式計算列車運轉最小時隔以考慮列車車種組成。在現行列車任務及車種組成下,採行「固定自動閉塞」行車制與「移動自動閉塞」行車制之觀察樣本服務時間可由14000秒減至10000秒,軌道容量則可由122(TU/day)增為273(TU/day),因此「移動自動閉塞」行車制的成效可見一斑。
英文摘要 The Applications of high technologies in the field of railways to improve safety and efficiency have become a global trend recently, such as Moving Auto-blocked System (MAS) has been promoted in USA, Europe and Japan. Taiwan Railway Administration (TRA) is often not able to cope with changeable travel demands to increase capacity because of using Fixed Auto-blocked System (FAS). It is, therefore, the main purpose of this study to quantify the possible capacity by comparing MAS and FAS.
The “Song Sang-Hsinchu” line section of TRA is chosen as the empirical case study to verify and validate the proposed simulation model considering the characteristics of running and overtaking behaviors with multiple train classes. First, speed-distance diagrams for each train class are identified by using mathematical formals derived from analytical models. Then the logical flows of train movements from starting station to end station for time-space diagrams with two different train operation systems are transformed into a simulation program by using C++. Verifications and validations are proceeded stepwise to ensure the simulation model to be almost realistic with statistical proofs.
It is concluded that a solid capacity analysis is feasible only when observed points without train tasks disturbances on a bottleneck line section are fixed. The weight averages method is also recommended to calculate train operation headways considering various train classes. In the case of existing train tasks and train classes, it is shown significantly that the capacity with FAS is 122 (TU/day), while the capacity with MAS is 273(TU/day). The existing capacity almost increases 124%.
論文目次 目錄
頁次
中文摘要
英文摘要
誌 謝
目 錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究對象與範圍 2
1.4 研究內容 3
1.5 研究方法與流程 4
第二章 文獻回顧 6
2.1 智慧型軌道運輸系統 6
2.1.1 國外IRS發展現況 7
2.1.1.1 北美、加拿大先進列車控制系統ATCS 7
2.1.1.2 歐洲鐵路運輸管理系統ERTMS 7
2.1.1.3 法國地鐵ASTREE系統 8
2.1.1.4 日本新幹線ATC系統 8
2.1.1.5 中國智能鐵路系統(RITS) 9
2.1.1.6 德國軌道運輸系統智慧化 11
2.1.2 台灣地區智慧型軌道運輸系統架構 12
2.1.3 小結 14
2.2 閉塞系統概述 15
2.2.1 固定自動閉塞系統 16
2.2.2 準移動閉塞系統 17
2.2.3 移動自動閉塞系統 19
2.2.4 小結 22
2.3 各國移動自動閉塞系統之發展現況與比較 25
2.3.1 北美、加拿大ATCS 26
2.3.2 歐洲鐵路運輸管理系統ERTMS 29
2.3.3 法國ASTREE系統 31
2.3.4 日本新幹線CARAT系統 33
2.3.5 德國LZB、FZB系統 35
2.3.6 英國地鐵Jubilee朱比利線WESTWACE列車自動保護系統 36
2.3.7 小結 38
2.4 各國軌道容量解析模式 41
2.4.1 小結 42
第三章 研究方法 43
3.1 軌道分析方法容量 43
3.1.1 解析模式 45
3.1.2 最佳化模式 45
3.1.3 模擬模式 48
3.2 小結 51
第四章 軌道運輸路線容量分析模式構建 52
4.1 軌道容量分析基礎架構及定義 52
4.1.1 名詞定義 54
4.1.2 軌道容量分析架構 55
4.2 台鐵容量分析模式 57
4.2.1 台鐵軌道運輸系統特性 57
4.2.2 台鐵容量分析之解析模式 59
4.2.2.1 區間軌道容量 59
4.2.2.2 最小運轉時隔 59
4.2.2.3 待避損失時間之計算 60
4.2.2.4 運轉寬裕時間之決定 61
4.2.2.5 平均最小運轉時隔之計算 62
4.2.2.6 運轉方式及前後車速差之影響 63
4.3 模擬模式之構建 66
4.3.1 行車動力學 66
4.3.1.1 路線坡度對列車加減速性能之影響 66
4.3.1.2 線型曲線對列車加減速性能之影響 67
4.3.2 列車排點 69
4.3.3 列車運行 72
4.3.3.1 號誌安全時距 73
4.3.3.2 列車運行安全間距 80
4.3.4 小結 88
第五章 實證分析 92
5.1 模擬模式簡介 92
5.1.1 模擬模式模組介紹 92
5.1.2 輸入輸出資訊 92
5.2 模擬模式驗證 93
5.2.1 小結 97
5.3 敏感度分析 98
5.3.1 停站時間 98
5.3.2 列車加減速性能因子 99
5.3.3 運轉寬裕時間係數 99
5.3.4 運行列車車種組成 100
5.3.5 列車延誤及延滯 101
5.3.6 小結 102
5.4 情境分析 103
5.4.1 台鐵FAS軌道容量分析 103
5.4.1.1 台鐵FAS軌道容量現況 103
5.4.2 MAS模擬結果 104
5.4.3 情境設定 105
5.4.3.1 現行列車任務下不同發車間距之容量分析 105
5.4.3.2 相同發車間距下不同列車組成之容量分析 108
5.4.3.3 不同發車間距下不同列車組成之容量分析 112
5.5 小結 116
第六章 結論與建議 119
6.1 結論 119
6.2 建議 120
參考文獻 121
附錄一 各國軌道容量解析模式變數定義 124
附錄二 模擬程式程式碼 126
圖目錄
圖1.1 研究流程圖 5
圖2.1 ATCS系統工作原理示意圖 7
圖2.2 中國大陸智能鐵路系統系統組成示意圖 10
圖2.3 德國軌道運輸系統智慧化系統架構示意圖 11
圖2.4 IRS系統實體架構 12
圖2.5 台灣智慧型軌道運輸系統系統架構示意圖 13
圖2.6 固定閉塞區間列車防護示意圖 17
圖2.7 準移動閉塞區系統閉塞原理示意圖 18
圖2.8 自動閉塞系統安全列車間隔示意圖 19
圖2.9 移動自動閉塞系統無線訊息傳輸示意圖 20
圖2.10 無線移動自動閉塞系統結構示意圖 21
圖2.11 ETCS各級系統示意圖 30
圖2.12 CARAT系統列車追蹤運行示意圖 33
圖2.13 WESTRACE移動自動閉塞系統工作原理 37
圖4.1 軌道容量分析架構圖 56
圖4.2 列車待避延誤示意圖 60
圖4.3 列車運轉時間中待避損失時間之示意圖 61
圖4.4 先行列車速度大於後續追蹤列車之瓶頸號誌時距 64
圖4.5 先行列車速度小於後續追蹤列車之瓶頸號誌時距 65
圖4.6 彎道阻力示意圖 67
圖4.7 模擬列車運行軌跡圖 72
圖4.8 固定自動閉塞列車安全時間間隔示意圖 82
圖4.9 準移動閉塞列車安全時間間隔示意圖 84
圖4.10 移動自動閉塞列車安全時間間隔示意圖 85
圖4.11 SMB-V方式移動閉塞列車間隔示意圖 86
圖4.12 MB-V方式移動自動閉塞列車間隔示意圖 87
圖4.13 MB-V0方式移動自動閉塞停車間隔示意圖 88
圖4.14 FAS列車模擬程式邏輯程序流程圖 89
圖4.15 FAS列車模擬程式邏輯程序流程圖 91
圖5.1 模擬模式驗證 94
圖5.2 停站時間增量與容量關係圖 98
圖5.3 列車加減速性能因子與容量關係圖 99
圖5.4 運轉寬裕時間係數與容量關係圖 99
圖5.5 列車組成與容量關係圖 100
圖5.6 列車誤點與容量關係圖 101
圖5.7 列車延滯與容量關係圖 102
圖5.8 現行列車運轉依原班表發車時間之MAS列車運行圖 104
圖5.9 發車間距=180秒之列車運行圖 105
圖5.10 發車間距=240秒之列車運行圖 106
圖5.11 發車間距=300秒之列車運行圖 106
圖5.12 發車間距=360秒之列車運行圖 107
圖5.13 不同發車間距下軌道容量比較圖 108
圖5.14 發車間距=300秒下(自強-莒光-電聯) 列車組成模擬運行圖 109
圖5.15 發車間距=300秒下(自強-電聯-莒光) 列車組成模擬運行圖 109
圖5.16 發車間距=300秒下(莒光-自強-電聯) 列車組成模擬運行圖 110
圖5.17 發車間距=300秒下(莒光-電聯-自強) 列車組成模擬運行圖 110
圖5.18 發車間距=300秒下(電聯-自強-莒光) 列車組成模擬運行圖 111
圖5.19 發車間距=300秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 111
圖5.20 發車間距=180秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 112
圖5.21 發車間距=240秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 113
圖5.22 發車間距=360秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 113
圖5.23 發車間距=420秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 114
圖5.24 發車間距=480秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 114
圖5.25 發車間距=540秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 115
圖5.26 發車間距=600秒下(電聯-莒光-自強) 列車組成模擬運行圖 115
圖5.27 軌道容量列車運轉時隔求解選擇示意圖 117
圖5.28 FAS下不同車種組成發車間距-容量圖 118
圖5.29 MAS下不同車種組成發車間距-容量圖 118
表目錄
表2.1 中國智能鐵路系統組成 9
表2.2 智慧型軌道運輸系統行控中心單元次系統 13
表2.3 閉塞區間發展進程 15
表2.4 閉塞系統列車停車目標點 22
表2.5 閉塞系統優劣比較一覽表 22
表2.6 北美鐵路ATCS系統試驗及發展一覽表 26
表2.7 北美鐵路ATCS系統試驗實例 27
表2.8 歐洲ETCS無線運用模式 30
表2.9 ASTREE系統試驗及發展 31
表2.10 CARAT系統試驗與發展 34
表2.11 LZB與FZB系統特性比較表 35
表2.12 軌道運輸閉塞方式演進歷程 38
表2.13 閉塞方式對列車容量之影響統整表 39
表2.14 固定自動閉塞區間與移動自動閉塞區間系統優劣比較表 39
表2.15 各國移動自動閉塞系統之比較 40
表2.16 各國軌道容量解析模式比較表 41
表3.1 軌道容量模擬模式文獻回顧一覽表 49
表3.2 軌道容量分析方法方法論比較 51
表4.1 定義軌道容量之基本要素及其分類 52
表4.2 曲線速限表 68
表5.1 發車headway及停站時間統計分配一覽表 93
表5.2 模擬模式驗證T-value表(I-1) 94
表5.3 模擬模式驗證T-value表(I-2) 95
表5.4 模擬模式驗證T-value表(II-1) 95
表5.5 模擬模式驗證T-value表(II-2) 96
表5.6 列車組成與容量關係圖 100
表5.7 模擬現行班表最大運轉時隔 103
表5.8 採行MAS行車制不同發車headway下之軌道流量 107
表5.9 發車間距=300秒下不同列車組成模擬容量表 112
表5.10 不同發車headway下特定列車組成模擬容量表 116
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