网络轨道交通仿真软件Opentrack(产品网站Http://www.opentrack.com.cn)

OPENTRACK源于瑞士联邦研究院,是一款采用面向对象的思想开发、拥有友好用户界面的仿真软件，广泛应用于以下轨道交通工程领域：

l        铁路网络系统基础设施的需求分析与规划；

l        线路和车站的运营能力分析、列车牵引分析；

l        构建列车时刻表并分析其适应性和鲁棒性；

l        多种信号系统分析，如离散阻塞系统和移动闭塞系统等；

l        系统故障和延迟模拟分析（包括基础设施故障和车辆故障等）。

 

该软件可实现自动列车运行过程仿真，适合我国铁路工程应用，常用功能包括：

l        仿真列车运行调度方式；

l        仿真分析车站、线路的运能（分析车站接发车能力，从而确定车站设置到发线数量是否满足要求，辅助确定车站方案设计）；

l        仿真分析大型站场咽喉区道岔布置（分析咽喉区道岔使用频率，从而确定道岔排列的合理性）；

l        列车运行计划合理性分析及优化（分析过程中可输出预定运行计划与实际运行情况的对照图）；

l        仿真信号机工作状况；

l        仿真非正常情况行车组织（如：突发事件、晚点、事故等）；

l        信号系统的对比与分析（如：信号机设置间距、位置及所选用的信号系统进行比较分析）；

l        仿真列车运行过程中外部因素影响的敏感性分析（如额外增加停站时间）；

l        仿真人工干预场景（通过将控制方案作为仿真输入来反映运营中的人工干预情形）；

l        车辆特征曲线分析（对将投入使用的车辆性能进行仿真分析）；

l        仿真轨道占用情况，辅助制定合理利用轨道计划；

l        仿真列车解编或联编（一列车解编或多列车联编）；

l        列车运行中功率和能耗的计算。

 

图1显示了应用OpenTrack软件的仿真过程。预先设置好各类属性的列车根据列车时刻表在网络化轨道上运行。仿真过程中，OpenTrack在时刻表和信息系统约束下解算列车的运行。仿真结束后，OpenTrack支持以图像、列车运行图、轨道占用图和数据统计等形式显示结束结果。                                                    

                             

图1 OpenTrack 系统结构图：输入-仿真-输出

列车牵引数据（Rolling Stock data）

OpenTrack通过数据库存储每个机车的技术参数，包括牵引力-速度曲线、重量、长度和粘着系数等。数据库可以把机车数据分组保存以便仿真计算使用。仿真过程中列车通常包括来自机车数据库的机车和一定数量的客运或货用车辆。仿真的所有列车可以另行保存。

网络化轨道数据（Network data）

OpenTrack通过双顶点技术（Double Vertex Graph，DVG）来描述轨道网络结构。用户可以通过图形化操作编辑轨道网络拓扑结构。不同图形单元具有不同的属性。一个边界（Edge）代表一段轨道，具有长度、坡度、不同类列车最高限速以至更多的属性。用户可以生成并管理边界（Edge）、站点（Vertices）、信号机（Signals）、道岔（Switchs）以及车站等对象。图2为某车站轨道数据模型。

                             

图2 车站区域轨道布局图

列车时刻表（Timetable）

列车时刻表数据库存储每列车经过每个车站的时间信息，包括到站时间、发车时间，最小停车时间以及和其他车辆的联编运行等。

 

仿真（Simulation）

仿真过程中列车尽可能遵照列车时刻表运行。OpenTrack利用连续—离散混合求解算法来模拟列车运行和信号系统状态。列车运动微分方程是求解列车速度和里程的基础。轨道网络的信号系统对列车运行施加约束。当前被占用的轨道和禁止通过的信号系统会导致停车。

 仿真过程中每列车的速度、加速度、位置、消耗功率以及其他数据被保存，便于仿真后对结果的评估（如图3到图9）。

 支持用户以动画模式检测列车运行，该动画会动态显示列车运行、轨道占用、进路预留，信号状态等，便于用户分析网络运行状况。                          

图3  列车运行图

数据输出及后处理（Output data）

OpenTrack支持以多种格式输出仿真结果数据来评估列车、线路及车站情况。对车而言，OpenTrack可以提供加速度-里程、速度-里程（如图4）以及限速-里程曲线。对线路而言，OpenTrack可以给出列车运行图曲线（如图3）、轨道占用情况（如图5）和线路全部记录。可以把经过某车站可的列车信息全部输出，包括到站、发车和停留时间。

 OpenTrack支持用户以图像、EXCEL数据表或ASCII可读文件形式浏览、编辑或保存数据。

 

 图4 列车速度-里程图

 

 图5 车站站台轨道被占用情况

 

图6 到站延迟统计

图7 输出文件可用Excel打开

 

OpenTrack应用

OpenTrack支持多个操作系统，包括Windows NT/2000/XP/Vista和Mac OS以及Mac OS Server。

图8为OpenTrack仿真界面示例，OpenTrack仿真动画显示也支持多屏幕模式。

图8  OpenTrack仿真界面示例

 

图9  OpenTrack多屏幕运行

 

 迄今为止OpenTrack广泛应用于全球铁路行业评估和仿真，重要项目包括：

 

1. 瑞士巴塞尔地区评估：以优化巴塞尔地区的基础设施，最大程度地利用新建巴塞尔隧道为目的，对基础设施的规划和发展、运营的改变（如：列车长度）和时刻表变更进行仿真。

2．英国铁路线网现代化：制定重大基础设施改建项目发展规划，展开跨区线路（英格兰伯民翰-设菲尔德）的运营分析仿真（每3小时超过2000列车），优化轨道占用和开发意外事故的应对策略。

3．苏黎士地区运能研究：对泊尔尼郊区线网、巴塞尔-奥尔腾线、奥尔腾-卢森线（ETCS二级）、Mattstetten-Rothrist线（ETCS二级）和Bruenig线（齿轨铁路）进行仿真模拟。

4．德国吕贝卡、巴塞尔和鲁尔地区（磁浮线）、德国Vattenfall欧洲共同体采矿线网、奥地利格拉兹货运站以及法国诺曼底和塞纳河流域的快速服务线仿真。

5．英国南威尔士Carillion线网、英国 Amey 铁路、芬兰赫尔辛基车站方案、荷兰高速铁路线 Zuid、葡萄牙里斯本-波尔图干线铁路以及土尔其布鲁塞尔轻轨系统项目。

6．澳大利亚维多利亚快速铁路线、澳大利亚Latrobe流域的模拟、马来西亚吉隆坡捷运线、泰国曼古地铁MRTA、中国上海地铁和轻轨系统、北京南站项目、京津、京沪、武广和广珠高铁和北京地铁四号线和昌平线。

 

OpenTrack用户广泛分布在铁路和轨道交通行业、咨询公司和科研机构，目前在世界范围内拥有用户约100余家。

详情请浏览产品网站Http://www.opentrack.com.cn。