高速鐵路運輸之新世代行車控制系統研究

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陳德哲(Te-Che Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

高速鐵路運輸之新世代行車控制系統研究
(Study on Train Timetables Generation for Taiwan High-Speed Rail System Using Optimization and Agent Technologies)

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摘要(中)

高速鐵路運輸與其他運輸模式之最大不同，在於運行速度快、可滿足同時運輸眾多旅客，以及嚴格的定時運行性，也就是列車要依時刻表來運行不能誤點或提早。而臺灣高速鐵路每日平均載客量達10萬人次、假日達16萬人次以上，每當遇到異常狀況及災害時，所需面對之運行狀態及延誤時間、災損情況、旅客疏散救援、運轉調度，以及搶修復原動作等，皆需要當時即時之列車運行相關資訊，因此，如何協助列車調度指令員快速恢復正常時刻表的方法，為本論文研究的重點。
近年來，日本、歐美相關學術研究單位，積極研發新世代行車控制系統，主要目的是強化列車調度功能，在事故發生時造成的時刻表混亂，可使用電腦自動進行運轉整理，立即提供預測結果，希望能和有豐富經驗的列車控制員想要做到的結果相近，以達輔助或教育新進列車控制員的效果。
為解決這個問題，本研究首先應用歐系高鐵行之有年的最佳化技術，設計出台灣高鐵的時刻表，與現行時刻表技術不同處，在於現行做法為移植日本新幹線系統，未考慮列車從基地調度等問題，本研究之最佳化模式除可產生實際時刻表外，也可考慮將來新設車站等延伸因素；其次，本研究以此時刻表為基底資料，結合智慧型代理人技術，藉由高鐵系統實際運作參數，設計輔助行控中心、列車駕駛、基地列車管理員之間的溝通模式與系統，使得台灣高鐵在緊時事故發生時得以妥善安排列車調度，最後並驗證產生的時刻表與代理人溝通訊息，期望能強化台灣高鐵緊急事故應變的能力。

關鍵字：時刻表、列車計畫、時刻改正、波動計畫、交叉時隔時分、運轉時隔、
列車自動路徑設定、固定列車間隔、最佳化技術、代理人技術。

摘要(英)

As more and more governments are planning or constructing high-speed rail (HSR) systems, the central control mechanism of such systems, i.e., train timetables, should be investigated more in order to cope with various disturbances due to a disaster. Several optimization-based approaches have been successfully utilized for generating stable and reliable train timetables; however, few researchers have considered train circulation issues, especially for HSR systems, even though it could be such a way to reschedule the timetable against disturbances. This research proposed a scheduling optimization model that has the capability to accommodate not only basic requirements but train circulation as well for Taiwan HSR system. The intelligent agent technology was integrated with the optimization model proposed, so that the communication between train drivers, the control center, and the depot managers can be formalized and managed. Actions that can be taken to mitigate the impact of a disaster can be predicted. With proper enhancement, the proposed model could be a good simulation tool to help predict the effect of disruptions on the timetable without doing real experiments.

Key words: Timetables; Trainset utilization; Timetable correction; Timetable fluctuation; Timetable crossover; Train headway; Auto train route setting; Notch; Optimization; Intelligent agents.

關鍵字(中)

★ 時刻表
★ 列車計畫
★ 時刻改正
★ 波動計畫
★ 交叉時隔時分
★ 運轉時隔
★ 列車自動路徑設定
★ 固定列車間隔
★ 最佳化技術
★ 代理人技術

關鍵字(英)

★ Timetables
★ Trainset utilization
★ Timetable correction
★ Timetable fluctuation
★ Timetable crossover
★ Train headway
★ Auto train route setting
★ Notch
★ Optimization
★ Intelligent agents

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究問題與目的 3
1.3 研究範圍與限制 4
1.4 研究步驟 5
1.5 論文結構 7
第二章文獻回顧 8
2.1 臺灣軌道運輸與行車控制系統 8
2.1.1 臺灣鐵路公司系統 10
2.1.2 阿里山森林鐵路 15
2.1.3 臺灣糖業鐵路 17
2.1.4 太平山森林鐵路 18
2.1.5 大眾捷運系統 19
2.1.6 臺灣高速鐵路系統 27
2.2 日本新幹線鐵路與行車控制系統 35
2.3 各國高速鐵路與行車控制系統 38
2.3.1 法國TGV高速鐵路系統 39
2.3.2 德國ICE高速鐵路系統 43
2.3.3 義大利ETR高速鐵路系統 45
2.3.4 中國大陸高速鐵路系統 47
2.4 高速鐵路列車控制系統技術特點 50
2.4.1 軌道電路列車控制系統 52
2.4.2 無線通訊式列車控制系統 55
2.5 高速鐵路時刻表重要性 60
2.5.1 列車時刻表 65
2.5.2 時刻表的製作 80
2.5.3 時刻表的復原技術 87
第三章研究方法 97
3.1 數學規劃技術 97
3.2 智慧型代理人技術 111
3.2.1 智慧型代理人技術簡介 111
3.2.2套用智慧型代理人技術 115
3.3 研究方法總結 118
第四章智慧型代理人行車控制系統驗證 120
4.1 使用最佳化技術產生台灣高鐵班表的驗證 120
4.2 智慧型代理人系統的驗證 135
4.2.1 系統案例驗證 142
4.2.2 案例一：列車緊急煞車導致系統故障 145
4.2.3 案例二：道岔訊號發生異常 150
4.2.4 案例三：電力系統雷擊導致列車發生故障 154
4.2.5 案例討論 158
第五章結論 161
5.1 結論 161
5.2 建議 162
5.3 貢獻 163
參考文獻 164
評審意見回應表 170

參考文獻

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指導教授

周建成(Chien-Cheng Chou)

審核日期

2014-8-11

推文