遺傳優(yōu)化算法的城市軌道交通多列車運(yùn)行節(jié)能計(jì)算方法

提出了城市軌道交通列車區(qū)間運(yùn)行的節(jié)能駕駛策略,分析了能耗節(jié)約量與區(qū)間運(yùn)行時(shí)分增加量的關(guān)系.通過解析方程,分析了列車區(qū)間運(yùn)行的節(jié)能效果.通過實(shí)例驗(yàn)證了惰行進(jìn)站策略的節(jié)能效果優(yōu)于降速行駛策略.利用動(dòng)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(shí)間的關(guān)系,便于運(yùn)營管理部門制定更節(jié)能的列車運(yùn)行計(jì)劃.

地鐵列車在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)偏離計(jì)劃運(yùn)行圖的情況,為使列車盡量正點(diǎn)運(yùn)行,提升列車的正點(diǎn)率及乘客滿意度,需對(duì)偏離運(yùn)行圖的列車進(jìn)行調(diào)整。改變列車的運(yùn)行等級(jí)是列車調(diào)整的一種重要手段。通過對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行等級(jí)的研究,改進(jìn)了列車運(yùn)行等級(jí)劃分,將列車運(yùn)行等級(jí)劃分為p1—p8共8個(gè)等級(jí),每個(gè)運(yùn)行等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)運(yùn)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(dòng)減速度。并基于鄭州地鐵1號(hào)線的部分線路進(jìn)行牽引仿真計(jì)算,驗(yàn)證該運(yùn)行等級(jí)劃分的合理性。仿真結(jié)果表明,運(yùn)行等級(jí)的劃分合理,通過改變列車的運(yùn)行等級(jí),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(diǎn)模型基礎(chǔ)上,進(jìn)行列車牽引計(jì)算分析,對(duì)城市軌道交通列車運(yùn)行過程進(jìn)行仿真研究,希望能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌熊囘\(yùn)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(diǎn)模型基礎(chǔ)上,進(jìn)行列車牽引計(jì)算分析,對(duì)城市軌道交通列車運(yùn)行過程進(jìn)行仿真研究,希望能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌熊囘\(yùn)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(diǎn)模型基礎(chǔ)上,進(jìn)行列車牽引計(jì)算分析,對(duì)城市軌道交通列車運(yùn)行過程進(jìn)行仿真研究,希望能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌熊囘\(yùn)營提供參考。

探討了開發(fā)城市軌道交通多列車運(yùn)行模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵問題.研制了可用于多列車運(yùn)行模擬、牽引計(jì)算、方案評(píng)價(jià)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(jì),具有良好的可擴(kuò)展性.重點(diǎn)介紹了模擬系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和多列車追蹤運(yùn)行的計(jì)算模型.此外,本文以實(shí)際線路為背景,對(duì)多列車的運(yùn)行過程進(jìn)行了模擬,模擬結(jié)果表明,系統(tǒng)可用于分析列車安全運(yùn)行間隔、研究多列車運(yùn)行時(shí)相互間的影響、研究不同的信號(hào)顯示制式對(duì)列車運(yùn)行的影響等.

研究了單列和多列列車運(yùn)行能耗優(yōu)化決策問題。城市軌道交通系統(tǒng)對(duì)能源的需求量非常大,通過對(duì)列車的合理調(diào)度,可使列車的運(yùn)行能耗進(jìn)一步降低。列車運(yùn)行環(huán)境和線路路型的復(fù)雜性,導(dǎo)致列車運(yùn)行過程中其本身所受到的力是隨時(shí)變化的。通過模擬現(xiàn)實(shí)列車運(yùn)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(jià)值。主要采用極大值原理、非線性方程模型、多目標(biāo)二次規(guī)劃對(duì)列車消耗的能量進(jìn)行優(yōu)化。在能量最優(yōu)化的情況下,對(duì)速度與位移和時(shí)間與速度的變換規(guī)律進(jìn)行了研究。

當(dāng)下,城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快,城市內(nèi)的人口也逐年增加,增加了人們對(duì)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(jì),是基于當(dāng)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(yùn)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(yùn)行間隔小、站間距離短、車站線路布置比較簡(jiǎn)單等特點(diǎn),一旦列車發(fā)生運(yùn)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(yùn)行延誤發(fā)生的隨機(jī)性特征的基礎(chǔ)上,指出城市軌道交通列車運(yùn)行延誤具有直接性、快速性和雙向性的特點(diǎn)以及基于這些特點(diǎn)的列車運(yùn)行延誤傳播的兩種表現(xiàn)形式,然后運(yùn)用系統(tǒng)仿真的理論與方法,建立了基于列車運(yùn)行圖的城市軌道交通列車運(yùn)行延誤的仿真模型,通過設(shè)計(jì)合理的列車運(yùn)行延誤統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和仿真分析方案,以某城市軌道交通線路為背景進(jìn)行仿真分析。通過仿真分析發(fā)現(xiàn),列車運(yùn)行延誤及其傳播主要與能力利用率、緩沖時(shí)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(yùn)行的實(shí)際情況,按照車輛和線路最高運(yùn)行速度80km/h,以b型車為例,分析了列車運(yùn)行的基本過程,計(jì)算出列車在不同運(yùn)行距離情況下列車運(yùn)行時(shí)間,從而為制定城市軌道交通列車運(yùn)營時(shí)刻表提供具體的參數(shù)支持.

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

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(shí)段。在分析客流廣義出行費(fèi)用的基礎(chǔ)上,合理考慮運(yùn)輸能力、運(yùn)輸組織要求、運(yùn)輸效益和客流需求,明確列車開行的約束條件和目標(biāo)函數(shù),建立了城市軌道交通列車開行方案的多目標(biāo)規(guī)劃模型。根據(jù)模型特點(diǎn),借鑒開行方案制定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了三階段求解方法。針對(duì)長沙地鐵2號(hào)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(yùn)用多質(zhì)點(diǎn)列車運(yùn)行計(jì)算模型和列車節(jié)能運(yùn)行算法,分析列車運(yùn)行圖要素與能耗間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以沈陽地鐵一號(hào)線為例,提出了滿足不同運(yùn)行策略下的列車運(yùn)行圖優(yōu)化方案,為城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)在編制綠色節(jié)能列車運(yùn)行圖時(shí)提供了參考依據(jù).

針對(duì)城市軌道交通全日客流時(shí)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(shí)間和企業(yè)成本最小為優(yōu)化目標(biāo),以運(yùn)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(biāo)列車開行方案優(yōu)化模型,并設(shè)計(jì)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(shí)間和車公里數(shù)分別減少17%和27%,列車運(yùn)行小時(shí)增加20%;當(dāng)客流不均衡系數(shù)大于1.48時(shí),宜采用多編組運(yùn)輸組織方式.

針對(duì)軌道交通列車存在偏離列車時(shí)刻表的問題,為保證列車的實(shí)際到站時(shí)間和發(fā)車時(shí)間與計(jì)劃到站發(fā)車時(shí)間絕對(duì)值之差最小,將pso算法引入軌道交通運(yùn)行調(diào)度,在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和約束條件的基礎(chǔ)上,運(yùn)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(shí)時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行,確保列車晚點(diǎn)時(shí)間在較小的范圍內(nèi),與此同時(shí),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(shí)間誤差。

為了使城市軌道交通列車運(yùn)行曲線能更好地為司機(jī)提供駕駛指導(dǎo),進(jìn)一步保證列車高效運(yùn)行,在前人研究的基礎(chǔ)上,建立包含巡航模式的列車運(yùn)行過程優(yōu)化模型。在建模過程中綜合考慮列車運(yùn)行過程的時(shí)間、能耗、乘坐舒適度、精確停車等多個(gè)性能指標(biāo),并使用差分進(jìn)化算法對(duì)建立的模型進(jìn)行求解。由于傳統(tǒng)的差分進(jìn)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(jìn)差分進(jìn)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(kuò)大了全局搜索區(qū)域,避免了局部最優(yōu)解,同時(shí)在后期也加快了收斂速度。通過對(duì)所選線路的仿真優(yōu)化,使各優(yōu)化性能指標(biāo)達(dá)到了整體相對(duì)最優(yōu),驗(yàn)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(zhǔn)公共產(chǎn)品”,有著明顯的外部效應(yīng),通過重點(diǎn)考查城市軌道交通對(duì)其沿線房地產(chǎn)的增值影響,就影響程度提出可行性計(jì)算方法,并就外部效應(yīng)內(nèi)部化提出建議。

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

本文設(shè)計(jì)了一種多車協(xié)作利用再生能量的節(jié)能方法,提出時(shí)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(dòng)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(yùn)行曲線,調(diào)整站間運(yùn)行時(shí)間、站停時(shí)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(duì)比現(xiàn)有調(diào)度控制一體化節(jié)能方法,驗(yàn)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(qiáng)的實(shí)用性。

城市軌道交通列車測(cè)速系統(tǒng)通常采用多傳感器融合方式實(shí)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(duì)比了主流測(cè)速系統(tǒng)的配置方案、安裝布置及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不同測(cè)速算法的設(shè)計(jì)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(hào)系統(tǒng)判定車輪打滑的經(jīng)驗(yàn)參數(shù);實(shí)時(shí)檢測(cè)法則是基于信號(hào)系統(tǒng)自身的速度采集設(shè)備判定車輪打滑,更加準(zhǔn)確、貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況。

根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn),分析客流需求的時(shí)變特征、乘客在車站的等待行為和列車與運(yùn)行線的匹配關(guān)系。以軌道列車運(yùn)行要求、動(dòng)車組數(shù)量和運(yùn)營企業(yè)利益為約束條件,以最小化乘客的等待時(shí)間為目標(biāo)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(xué)模型。采用遺傳算法求解模型,設(shè)計(jì)基于二進(jìn)制結(jié)構(gòu)的特殊編碼方法。以南京市地鐵1號(hào)線為背景,應(yīng)用本文的模型和算法進(jìn)行了仿真測(cè)算。計(jì)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(yùn)營企業(yè)雙方的利益。

列車牽引計(jì)算是整個(gè)城市軌道交通的重要組成部分。利用計(jì)算機(jī)對(duì)列車的牽引計(jì)算進(jìn)行模擬研究,可以較好地實(shí)現(xiàn)在整個(gè)列車運(yùn)行過程中牽引過程的模擬。