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研究生:吳坤鴻
研究生(外文):Kuhom Wu
論文名稱:單一列車平直路段最佳速率規畫模式
指導教授:李宇欣李宇欣引用關係
指導教授(外文):Yu-Sin Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:列車運轉曲線最大加速度最小最短運行時間最小耗能運行最佳化
外文關鍵詞:optimumminimum-energyminimum-accelerationminimum-timeoperation curve
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  在目前鐵路系統的規畫中,根據列車運轉曲線,來決定列車在每一個時空點上行駛的速率。在以往的設計,列車的運轉曲線是利用人力,在滿足運動學公式的情況下,以計算的方式模擬列車在鐵路上的運行,繪製而得的。隨著電腦的發展,以電腦計算能力來取代人力的計算,繪製列車運轉曲線。對於這一類曲線圖的設計,無論利用人工或是電腦的模擬繪製,針對不同的運行目標,均可獲得可行的運轉曲線。然而,所獲得的結果並非最佳解。當列車依模擬所得的運轉曲線圖來運行,對於列車營運的績效並無法表現到最好。
  當列車運行時,作用在列車上的作用力會對列車產生一個加速度。分別利用列車牽引力、煞車力與加速度值間的關係,來限制列車的末速率範圍。因此,將總運行距離以等距的方法切成若干個區間,以列車在兩相鄰區間間的速率為決策變數。利用目標函數的特性與決策變數間的關係,來求解列車最短運行時間運轉曲線。
  為使乘客有較佳的舒適感,在運行時間一定的情況下,列車的加速度值越小越好。利用每一個區間加速度變化的關係,最佳化列車在最大加速度最小的運轉曲線。
  最後,以最小能量耗損為目標,最佳化列車的運轉曲線。列車運行時,能量的損耗與初速率、末速率和距離有關。因此,考慮列車在實際上運行的狀況,分別針對列車以兩種不同的型式的運轉,規畫列車最小耗能為目標的運轉曲線。
  本研究以台灣鐵路局E200型的機車頭牽引的列車為例,來驗證在不同目標值時,列車運轉曲線最佳化的求解方法。
  In the planning of railway system, the train speed is designed according to the operation curve. In the past, the operation curve was drawn manually following Newton’s equations. With the help of computers, manpower is replaced by the computer in simulating the train motions. Whether artifical simulation or computer simulation, the curve using simulation is practicable with different proposes.However, it is not certain that the curve obtained by artifical or computer simulation is optimal. When the train is operated with the operation curve drawn by simulation, the performance of the train is not always optimal.
  When the train is operated, the force acted on the train will result in acceleration. We can constraint the final speed of the train according to these forces. Therefore, divide the total distance equally to some sections, we can take the speed between any two connected sections as the decision variable. Taking the characteristic of objection function and decision variables into consider, one can optimize the operation curve with the minimum-time.
  For the confortability of the passengers, we minimize acceleration in the same time. Using the change of acceleration in the total section, we can optimize the operation curve for the purpose of minimum-acceleration.
  Finally, we optimize the operation curve with the minimum-energy exhausted between stops. When the train is operated, the energy consumed is related with the initial speed, final speed and operated distance.Therefore, take the train operated practically into account, we optimum the operation curve with the minimum-energy consumed for two types of operations.
  In the research, we discuss the train powered by the locomotive of E200 in Taiwan Railway Administration to improve the method of optimising the operation curve with different purposes .
中文摘要I
英文摘要II
誌謝III
目錄IV
圖目錄VI
表目錄VII

第一章、緒論1
  1.1.研究動機1
  1.2.研究目的1
  1.3.研究內容與方法2
  1.4.研究流程2
  1.5.專有名詞介紹3

第二章、文獻回顧5
  2.1.前言5
  2.2.鐵路性質文獻5
  2.3.鐵路模擬文獻6
  2.4.其餘相關文獻6
  2.5.小結7

第三章、鐵路列車運行模式8
  3.1.前言8
  3.2.基本假設8
  3.3.列車基本運行限制模式9
    3.3.1.列車加速性能限制9
    3.3.2. 列車減速性能限制14
    3.3.3.列車區間點速率最大可行解17
  3.4.列車最短運行時間模式之構建18
  3.5.列車最短運行時間求解20
  3.6.列車最大加速度最小模式之構建22
  3.7.列車最大加速度最小求解23
  3.8.列車最小耗能運行模式之構建31

第四章、結論與建議50
  4.1.結論50
  4.2.建議51

參考文獻52
1.李宇欣、張仕龍,「整合式公路縱坡度與車道數設計自動化模式」,碩士論文,國立成功大學土木工程學系,民國89年6月。

2.李治綱、陳鑑康,「列車運行績效之模擬分析」,碩士論文,國立成功大學交通管理學系,民國83年6月。

3.林火攀,「動力車軔機裝置」,台鐵員工進修叢書,民國77年2月,p9-p10。

4.施能郁,「運轉理論」,台鐵員工訓練所,民國64年4月。

5.陳德年,「電力鐵路」,中國電機工程學會,民國71年8月五版。

6.鍾志成,「列車運轉時空特性分析」,新世際軌道運輸國際學術研討會,第255~266頁,民國89年10月。

7.陳雙源、林宜勝、宋豐華,「列車最短時間運運轉曲線之自動規劃研究」,新世際軌道運輸國際學術研討會,第241~253頁,民國89年
10月。

8.曾乙申,「列車運行模擬」,課程講義,民國91年。

9.樊祥孫,「鐵路工程」,中國土木水利工程學會,民國71年9月初版。

10.Karry, D., Harker, P. T. & Chen, B.,”Optimal pacing of trains in freight railroads: model formulation and solution,”Operations Research, 39, 82-99, 1991.
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