號誌系統自動列車控制(ATC)，包含自動列車監視(ATS)、自動列車
保護(ATP)與自動列車運轉系統(ATO)三大部份，本論文主要針對高雄捷運號誌系統，探討在ATP 速度限制下，ATO 控制之牽引動力電能消耗與列車站間運行時間的函數關係，整合列車自動控制功能，求解最佳行車時刻表之規劃。
ATO 考慮列車特性、軌道定線與行車時刻表要求等，計算最低電力消耗之行車速度指令，連結至牽引動力系統變頻變壓控制器，控制列車行駛。最佳電能效率之ATO 行車速度指令，其原理係考量列車運行之限制條件，施以最適當的定速運行速度(Cruising Speed)與無動力慣性滑行(Coasting)兩種方法來達成。
由於列車自動保護系統，列車自動運轉系統與行車時刻表規劃之間
關係密切，本論文首先針對ATP 作探討，確保系統在安全運轉之，
模擬最佳電能效率之ATO 行車電能消耗，最後再結合ATO 之行車電能消耗模擬、列車數量與人力成本及行車營運策略要求等，建立旅運成本目標函數。
本論文運用遺傳演算法(GA)求解目標函數的最低解，以列車行車保留時間及列車負載因數為染色體，搜尋空間一切可行之最佳解，在疊代過程中，利用突變產生新品種的子代，避免陷入局部的最佳解，並且於每一子代保留最佳基因，達到快速收斂至整體最佳解。藉由遺傳演算法求解之行車時刻表規劃，可有效的降低列車旅運成本，提高捷運系統營運之效能。

Automatic Train Control(ATC) of Signaling System for a Metro Systems comprise Automatic Train Supervision(ATS), Automatic Train Protection(ATP) and Automatic Train Operation(ATO). Based on theAutomatic Train Control(ATC) of Signaling System for a Metro Systems comprise Automatic Train Supervision(ATS), Automatic Train Protection(ATP) and Automatic Train Operation(ATO). Based on the Signaling Control System of Kaohsiung Mass Rapid Transit System(KMRT),the relationship of ATO propulsion power consumption and the run time between stations of train sets under the constraint of Automatic Train Protection(ATP) is investigated. By integrating the ATC function for the planning of timetable, the optimal timetable can be established.
ATO solves the speed command for train sets operation by considering the propulsion system, track alignment and the operating timetable to achieve the efficiency of energy consumption by applying the operation modes of Cruising and Coasting to derive the speed profiles of train sets.
Because of the correlationship of ATP, ATO and Operation Timetable of train sets, the ATP system is investigated first to ensure the safety of system operation. Based on the constraint of ATP, the energy conservation of train sets with ATO system is simulated. The optimal timetable is then derived by minimizing the objective function, which consists of the costs of train sets, driver’s manpower and the simulated energy consumption.
The Genetic Algorithm (GA) is applied to solve the optimal timetable by representing the Run Time Reserve and Loading Factor of train sets as the chromosomes. With the mutation of GA method, the global optimal solution can be obtained without falling into the local optimum. It is concluded that the optimal operation timetable solved by the proposed GA method can enhance the system performance of KMRT systems by reducing the operation cost of train sets.

目 錄
中文摘要i
英文摘要................................................................................................. iii
目錄......................................................................................................... v
圖目錄................................................................................................... viii
表目錄..................................................................................................... xi
第一章 緒論............................................................................................. 1
1.1 研究背景................................................................................ 1
1.2 研究動機與目的..................................................................... 2
1.3 論文內容概要........................................................................ 3
第二章 捷運號誌系統............................................................................... 4
2.1 前言....................................................................................... 4
2.2 號誌系統架構(以高雄捷運系統為例) 5
2.3 號誌系統功能........................................................................ 7
2.3.1 中央階層(ATS 自動列車監視與調度) ............................ 7
2.3.2 號誌設備室階層(Interlocking、ATP 與軌道電路)......... 11
2.3.3 軌旁階層(轉轍器與號誌燈等)..................................... 13
2.3.4 車載階層(ATP 與ATO) .............................................. 16
第三章 列車安全間距及速度監督曲線原理與實例17
3.1 前言17
3.2 ATP 列車安全間距(重疊保護區間)之原理17
3.3 ATP 列車安全間距計算之參數與數學式21
3.3.1 軌道資料參數21
3.3.2 列車資料參數與數學式23
3.4 軌道電路ATP 電傳碼31
3.4.1 速限曲線31
3.4.2 決定速度限制區間32
3.4.3 建構監督速度曲線33
3.5 列車安全間距計算式34
3.6 高雄捷運系統列車安全間距之計算案例36
3.6.1 安全間距之計算參數36
3.6.2 列車安全間距計算結果37
第四章 考慮電能節約之自動列車運轉速度曲線39
4.1 前言39
4.2 原理概述39
4.3 ATO 控制方塊圖與說明40
4.4 ATO 運行軌跡數學式探討41
4.5 高雄捷運ATO 速度軌跡及電能消耗探討與模擬46
4.5.1 ATO 速度曲線計算參數46
4.5.2 列車運行阻力分析47
4.5.3 列車煞車阻力49
4.5.4 軌道彎道阻力與坡度阻力50
4.5.5 列車牽引作用力52
4.5.6 列車牽引動力電能52
4.6 ATO 電能節約速度曲線模擬程式撰寫流程53
4.7 高雄捷運紅線電能節約之ATO 速度曲線模擬結果分析58
4.7.1 紅線R4 至R4A 不同行車預留時間之速度軌跡、牽引動力
與耗電量分析 58
4.7.2 紅線R11 至R12，設有速限40km/h 與50km/h 之不同行車
預留時間速度軌跡、牽引動力與耗電量分析 62
4.7.3 高雄捷運紅線不同行車預留時間之電能消耗分析67
第五章 行車時刻表規劃71
5.1 前言71
5.2 逐年旅運量預測71
5.3 行車時刻表規劃之相關參數73
5.4 行車時刻表規劃考量因素76
5.5 以遺傳尋優演算法執行行車時刻表之規劃79
5.6 紅線尖峰小時逐年時刻表規劃結果分析86
第六章 結論與未來研究方向91
6.1 結論91
6.2 未來研究方向92
參 考 文 獻 93

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