遺傳優(yōu)化算法的城市軌道交通多列車運行節(jié)能計算方法

提出了城市軌道交通列車區(qū)間運行的節(jié)能駕駛策略,分析了能耗節(jié)約量與區(qū)間運行時分增加量的關(guān)系.通過解析方程,分析了列車區(qū)間運行的節(jié)能效果.通過實例驗證了惰行進站策略的節(jié)能效果優(yōu)于降速行駛策略.利用動態(tài)規(guī)劃的方法,在城市軌道交通服務(wù)水平的約束下,求解了全線路能耗節(jié)約量與列車旅行時間的關(guān)系,便于運營管理部門制定更節(jié)能的列車運行計劃.

地鐵列車在運行過程中會出現(xiàn)偏離計劃運行圖的情況,為使列車盡量正點運行,提升列車的正點率及乘客滿意度,需對偏離運行圖的列車進行調(diào)整。改變列車的運行等級是列車調(diào)整的一種重要手段。通過對現(xiàn)有運行等級的研究,改進了列車運行等級劃分,將列車運行等級劃分為p1—p8共8個等級,每個運行等級對應(yīng)一個運行的速度上限,包括列車允許的最大行駛速度、最大牽引加速度及制動減速度。并基于鄭州地鐵1號線的部分線路進行牽引仿真計算,驗證該運行等級劃分的合理性。仿真結(jié)果表明,運行等級的劃分合理,通過改變列車的運行等級,能夠在很大程度上改善列車偏離的情況。

隨著城市交通壓力不斷增大,人們的交通需求無法得到充分滿足,城市軌道交通隨之發(fā)展起來本文在建立單質(zhì)點模型基礎(chǔ)上,進行列車牽引計算分析,對城市軌道交通列車運行過程進行仿真研究,希望能夠為城市軌道交通列車運營提供參考。

隨著城市交通壓力不斷增大,人們的交通需求無法得到充分滿足,城市軌道交通隨之發(fā)展起來本文在建立單質(zhì)點模型基礎(chǔ)上,進行列車牽引計算分析,對城市軌道交通列車運行過程進行仿真研究,希望能夠為城市軌道交通列車運營提供參考.

隨著城市交通壓力不斷增大,人們的交通需求無法得到充分滿足,城市軌道交通隨之發(fā)展起來本文在建立單質(zhì)點模型基礎(chǔ)上,進行列車牽引計算分析,對城市軌道交通列車運行過程進行仿真研究,希望能夠為城市軌道交通列車運營提供參考。

探討了開發(fā)城市軌道交通多列車運行模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵問題.研制了可用于多列車運行模擬、牽引計算、方案評價的模擬系統(tǒng),該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆椒ê湍K化的設(shè)計,具有良好的可擴展性.重點介紹了模擬系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和多列車追蹤運行的計算模型.此外,本文以實際線路為背景,對多列車的運行過程進行了模擬,模擬結(jié)果表明,系統(tǒng)可用于分析列車安全運行間隔、研究多列車運行時相互間的影響、研究不同的信號顯示制式對列車運行的影響等.

研究了單列和多列列車運行能耗優(yōu)化決策問題。城市軌道交通系統(tǒng)對能源的需求量非常大,通過對列車的合理調(diào)度,可使列車的運行能耗進一步降低。列車運行環(huán)境和線路路型的復(fù)雜性,導(dǎo)致列車運行過程中其本身所受到的力是隨時變化的。通過模擬現(xiàn)實列車運行狀態(tài)得出優(yōu)化模型,具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。主要采用極大值原理、非線性方程模型、多目標二次規(guī)劃對列車消耗的能量進行優(yōu)化。在能量最優(yōu)化的情況下,對速度與位移和時間與速度的變換規(guī)律進行了研究。

當下,城市經(jīng)濟發(fā)展加快,城市內(nèi)的人口也逐年增加,增加了人們對交通工具的需求,而道路的擁堵已經(jīng)成為城市交通的主要問題,所以,城市軌道交通列車的設(shè)計,是基于當下交通擁堵的基本情況,增設(shè)安全、環(huán)保的交通工具,改善城市的交通環(huán)境,但交通列車運行的部分問題還有待解決。

城市軌道交通系統(tǒng)具有列車運行間隔小、站間距離短、車站線路布置比較簡單等特點,一旦列車發(fā)生運行延誤,其傳播的速度快、影響范圍大。本文在分析城市軌道交通列車運行延誤發(fā)生的隨機性特征的基礎(chǔ)上,指出城市軌道交通列車運行延誤具有直接性、快速性和雙向性的特點以及基于這些特點的列車運行延誤傳播的兩種表現(xiàn)形式,然后運用系統(tǒng)仿真的理論與方法,建立了基于列車運行圖的城市軌道交通列車運行延誤的仿真模型,通過設(shè)計合理的列車運行延誤統(tǒng)計指標和仿真分析方案,以某城市軌道交通線路為背景進行仿真分析。通過仿真分析發(fā)現(xiàn),列車運行延誤及其傳播主要與能力利用率、緩沖時間、備車數(shù)量以及輔助線數(shù)量等因素有關(guān),并且這些參數(shù)之間應(yīng)該保持一定的合理匹配關(guān)系。

本文根據(jù)目前我國地鐵車輛運行的實際情況,按照車輛和線路最高運行速度80km/h,以b型車為例,分析了列車運行的基本過程,計算出列車在不同運行距離情況下列車運行時間,從而為制定城市軌道交通列車運營時刻表提供具體的參數(shù)支持.

列車運行圖是軌道交通生產(chǎn)的綜合性計劃,結(jié)合天津地鐵1號線實際編制列車運行圖的經(jīng)驗,分析列車運行圖的編制要素及編制程序,歸納、總結(jié)列車運行圖的編制技巧,以提高列車運行圖編制的水平,使城市軌道交通列車運行圖計劃做到科學、合理和經(jīng)濟。

將列車編組納入城市軌道交通列車開行方案,優(yōu)化確定列車編組長度、列車數(shù)量和開行時段。在分析客流廣義出行費用的基礎(chǔ)上,合理考慮運輸能力、運輸組織要求、運輸效益和客流需求,明確列車開行的約束條件和目標函數(shù),建立了城市軌道交通列車開行方案的多目標規(guī)劃模型。根據(jù)模型特點,借鑒開行方案制定的實踐經(jīng)驗,設(shè)計了三階段求解方法。針對長沙地鐵2號線的應(yīng)用表明,優(yōu)化方法具有較高求解效率和較好求解質(zhì)量。

運用多質(zhì)點列車運行計算模型和列車節(jié)能運行算法,分析列車運行圖要素與能耗間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以沈陽地鐵一號線為例,提出了滿足不同運行策略下的列車運行圖優(yōu)化方案,為城市軌道交通運營企業(yè)在編制綠色節(jié)能列車運行圖時提供了參考依據(jù).

針對城市軌道交通全日客流時間分布不均衡下的列車開行方案優(yōu)化問題,以乘客等待時間和企業(yè)成本最小為優(yōu)化目標,以運輸供給、列車最小發(fā)車間隔、最大服務(wù)間隔,以及列車數(shù)為約束條件,構(gòu)建基于多編組模式下的多目標列車開行方案優(yōu)化模型,并設(shè)計兩階段求解算法.案例分析表明：與傳統(tǒng)單一編組列車開行方案相比,基于多編組的軌道交通列車開行方案使乘客等待時間和車公里數(shù)分別減少17%和27%,列車運行小時增加20%;當客流不均衡系數(shù)大于1.48時,宜采用多編組運輸組織方式.

針對軌道交通列車存在偏離列車時刻表的問題,為保證列車的實際到站時間和發(fā)車時間與計劃到站發(fā)車時間絕對值之差最小,將pso算法引入軌道交通運行調(diào)度,在構(gòu)建數(shù)學模型和約束條件的基礎(chǔ)上,運用pso算法優(yōu)化求解。研究結(jié)果表明,通過pso算法優(yōu)化調(diào)度,可以實時調(diào)整列車運行,確保列車晚點時間在較小的范圍內(nèi),與此同時,與其他算法相比,本文算法具有更快的收斂速度和更低的時間誤差。

為了使城市軌道交通列車運行曲線能更好地為司機提供駕駛指導(dǎo),進一步保證列車高效運行,在前人研究的基礎(chǔ)上,建立包含巡航模式的列車運行過程優(yōu)化模型。在建模過程中綜合考慮列車運行過程的時間、能耗、乘坐舒適度、精確停車等多個性能指標,并使用差分進化算法對建立的模型進行求解。由于傳統(tǒng)的差分進化算法存在許多不足,采用一種具有自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整策略的改進差分進化算法。通過調(diào)整算法的變異因子和交叉因子,增加了種群的多樣性、擴大了全局搜索區(qū)域,避免了局部最優(yōu)解,同時在后期也加快了收斂速度。通過對所選線路的仿真優(yōu)化,使各優(yōu)化性能指標達到了整體相對最優(yōu),驗證了模型與算法的有效性。

城市軌道交通是解決我國大城市交通擁擠現(xiàn)狀的有效途徑,但我國城市軌道建設(shè)卻面臨巨大的資金缺口。軌道交通作為“準公共產(chǎn)品”,有著明顯的外部效應(yīng),通過重點考查城市軌道交通對其沿線房地產(chǎn)的增值影響,就影響程度提出可行性計算方法,并就外部效應(yīng)內(nèi)部化提出建議。

介紹列車自動運行仿真系統(tǒng)(satm)中數(shù)據(jù)庫存儲模塊、列車自動監(jiān)控核心部件、列車運行仿真和列車調(diào)度終端系統(tǒng)的功能特點,給出該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架。

本文設(shè)計了一種多車協(xié)作利用再生能量的節(jié)能方法,提出時隙-能量格的再生能利用模型,可分析同一供電分區(qū)內(nèi)雙向任意多車、多次牽引/制動的再生能利用?；谠撃Ｐ?制定統(tǒng)一的調(diào)度控制一體化節(jié)能策略,通過選擇列車站間運行曲線,調(diào)整站間運行時間、站停時間和發(fā)車間隔,尋找列車牽引總凈能耗的全局最優(yōu)值。本文利用北京亦莊線、昌平線的線路和列車參數(shù),通過仿真對比現(xiàn)有調(diào)度控制一體化節(jié)能方法,驗證本文所提方法的有效性。仿真結(jié)果表明,本文方法在不同站間距和發(fā)車間隔條件下,再生能利用率明顯提升,牽引總凈能耗均明顯優(yōu)于現(xiàn)有方法,有較強的實用性。

城市軌道交通列車測速系統(tǒng)通常采用多傳感器融合方式實現(xiàn)。綜合分析了各種速度采集設(shè)備的原理、功能、性能及接口,對比了主流測速系統(tǒng)的配置方案、安裝布置及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不同測速算法的設(shè)計思路不同:車輛參數(shù)法是在車輛防滑控制研究的基礎(chǔ)上,提煉出信號系統(tǒng)判定車輪打滑的經(jīng)驗參數(shù);實時檢測法則是基于信號系統(tǒng)自身的速度采集設(shè)備判定車輪打滑,更加準確、貼近現(xiàn)場實際工況。

根據(jù)城市軌道交通的特點,分析客流需求的時變特征、乘客在車站的等待行為和列車與運行線的匹配關(guān)系。以軌道列車運行要求、動車組數(shù)量和運營企業(yè)利益為約束條件,以最小化乘客的等待時間為目標函數(shù),構(gòu)造擁擠環(huán)境下城市軌道交通列車開行方案的數(shù)學模型。采用遺傳算法求解模型,設(shè)計基于二進制結(jié)構(gòu)的特殊編碼方法。以南京市地鐵1號線為背景,應(yīng)用本文的模型和算法進行了仿真測算。計算結(jié)果表明,利用本文模型得到的非均衡列車開行方案能夠更好地滿足城市軌道交通乘客和運營企業(yè)雙方的利益。

列車牽引計算是整個城市軌道交通的重要組成部分。利用計算機對列車的牽引計算進行模擬研究,可以較好地實現(xiàn)在整個列車運行過程中牽引過程的模擬。