基于遗传算法的列车运行能耗优化算法

研究了CBTC系统中列车控制模型和列车运行调整,以降低能耗为目标,对列车在区间的运行控制进行优化组合,提出了基于遗传算法的能耗优化算法,根据具体的线路条件,计算了在不同的运行等级下或不同区间运行时分对应的列车运行速度曲线。以一段2 400m长,具有典型节能坡设置,且包含一段60km.h-1区间限速的线路为例,进行了能耗计算和优化仿真。研究结果表明:优化之后速度曲线与其对应的运行等级2、3、4的速度曲线相比,列车牵引能耗减少到原来的62%、58%、60%,节能效果显著,算法有效。     

列车节能运行优操纵的研究

在确保列车运行安全、平筝、正点的前提下，研究列车节能运行的优化操纵方法。分析了列车运行的能耗构成及节能的主要原则；提出下坡道入口的两个特征速度；即惰行进坡速度和动力制动进坡速度。通过对列车运行线路进行预处理，给出列车节能运行的优化操纵序列和寻优略，使列车节能运行的寻优成为可能，而且加快了导优进程。     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型，以降低列车总延误时间与运行能耗为目标，同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同，本文基于列车牵引计算，通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合，根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素，精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间，动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型，设计分段近似法将非线性约束进行重构，从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算，给出双目标问题的帕累托解集，与单目标优化方法对比，本文方法可以减少总能耗2.46%，降低运行总延误7.33%.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点，将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标，研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式，考虑列车安全、正点运行约束，构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法，提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例，求解得到一组列车最优操纵Pareto解，体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔，为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间，列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

列车节能运行优化操纵的研究

在确保列车运行安全、平稳、正点的前提下,研究列车节能运行的优化操纵方法。分析了列车运行的能耗构成及节能的主要原则;提出下坡道入口的两个特征速度:即惰行进坡速度和动力制动进坡速度,通过对列车运行线路进行预处理,给出列车节能运行的优化操纵序列和寻优策略,使列车节能运行的寻优成为可能,而且加快了寻优进程。      

基于多速度调控的城轨列车区间运行策略优化

针对城市轨道交通区间运行时分要求,将列车在区间的最高运行速度、最低惰行速度作为速度参数,提出多速度参数调控的城轨列车区间运行策略优化问题。考虑线路平纵断面、列车性能等的影响,以及区间限速、运行时分限制等约束,以区间运行能耗最小化为目标,建立均布质量模型下的给定运行时分下基于多速度参数调控的列车运行节能优化策略模型,优化确定各速度参数取值和对应的区间运行控制方案,设计针对多速度参数综合调控的模拟退火求解方法。以广州地铁8号线中大-晓港为例,测算不同时分下的运行控制方案。结果表明：最高运行速度参数可有效控制区间运行时分取值;最低惰行速度的合理取值可显著降低能耗,最多可降低4.68%;列车操纵模式的确定需综合考虑区间运行时分、节能效果和惰行次数,节能操纵模式在较长运行时分下节能作用更为显著。优化结果可为城轨节能化列车运行组织提供决策支持。     

考虑客流空间分布的地铁列车节能时刻表优化方法

客流变化引起的列车质量变化是影响地铁列车能耗与节能运行的重要因素之一. 本文考虑地铁线路客流空间分布差异，研究耗散型再生制动能利用方式下的列车节能时刻表优化方法. 结合各区间载荷差异和列车运动方程，建立以净能耗最小为目标的时刻表优化模型，通过适度优化计划停站时间、区间运行时间和折返时间协同多列车牵引、巡航、惰行和制动过程的时空分布，设计二分法和粒子群算法对模型求解. 以北京地铁某线路进行实例研究，结果表明，优化模型能有效协同多列车的节能运行，考虑客流空间分布差异比假定列车载荷为常数能进一步提升节能效果.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型,以降低列车总延误时间与运行能耗为目标,同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同,本文基于列车牵引计算,通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合,根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素,精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间,动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型,设计分段近似法将非线性约束进行重构,从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算,给出双目标问题的帕累托解集,与单目标优化方法对比,本文方法可以减少总能耗2.46%,降低运行总延误7.33%.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

基于工况序列寻优的列车节能操纵策略优化

传统“三阶段”“四阶段”工况序列的列车操纵模式难以满足城市轨道交通复杂线路条件下的列车节能运行需求,本文提出一种基于工况序列寻优的列车节能操纵策略优化方法。将物理区间离散为多个等距离子区间,建立工况序列与子区间之间的映射关系,以区间总牵引能耗和运行时间最小化为目标构建列车节能操纵策略多目标优化模型。为提高模型求解效率,改进非支配排序遗传算法的交叉算子和距离算子,通过离散仿真求解列车节能操纵策略集。以福州地铁1号线的两个典型区间为对象进行案例分析,结果表明,相比传统操纵模式,优化后列车牵引能耗平均降低约19%。本文方法通过合理选择算法参数能够有效构建适应不同线路条件的运行工况序列,生成秒级运行时间划分下的列车节能操纵策略集。     

列车节能运行目标速度控制优化研究

探讨了城市轨道交通列车节能运行控制问题,提出了一种分段目标速度控制策略,将目标速度的大小、调速范围和里程范围作为控制参量,建立了定时约束下的列车节能运行优化模型.设计了一种双重惩罚机制的实数编码遗传算法求解模型,对列车晚点和非节能方案进行惩罚以提高算法收敛速度.仿真分析表明,该方法得到的目标速度控制方案较好地适应了线路条件,有效地避免了列车在下坡道的制动调速,与启发式算法得到的运行结果相比,案例中不同富裕时分程度下的优化方案平均节能率22.2%.     

列车节能运行模拟系统的研究

探讨了列车牵引特性下的节能操纵问题，研究了起伏坡道条件下的节能操纵方法。开发了一套可用于不同运行条件下的列车节能运行模拟软件．系统重点探讨了定时约束条件下的列车节能操纵的计算模型，给出了求解的启发式算法及其专家控制原则，并对内燃机车进行了实例分析，初步实现了给定线路条件下的列车运行优化，效果令人满意．     

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在城市轨道交通中，影响列车运行能耗的因素包括列车的牵引制动性能、列车重量、限速、线路条件、信号闭塞方式以及列车的操纵方式等，通过对相关条件的改变，可以实现列车节能的目的．论文通过案例设计与系统模拟，重点研究了线路条件对城市轨道交通节能的作用．文中分别从曲线(特别是小半径曲线)、坡道(分上、下坡道)以及列车重量等方面对能耗的影响进行了研究，并对节能坡的节能情况进行了分析，得到适合不同区间条件下的节能坡方案．     

基于时间逼近搜索算法的城轨列车运行节能优化研究

针对地铁列车准点节能运行,提出了基于时间逼近搜索的列车节能优化算法。首先建立城市轨道列车在满足定时运行条件下的节能控制模型,通过庞特利亚金最大值原理得到了列车节能最优控制工况集;其次,推导了列车在不同节能运行模式下的能耗差异;在此基础上,提出了一种将列车运行区间进行分段优化的方法,采用时间逼近搜索求解列车工况转换点的位置,最终达到定时节能运行的目的。以上海地铁3号线铁力路至友谊路线路为算例,与实测负荷过程对比,列车采用本文算法优化后可节能12.5%。      

考虑轮轨黏着的高速列车多目标速度曲线优化

高速列车运行环境复杂多变，现有的给定运行速度目标曲线主要考虑列车运行的安全性和正点性，难以改善列车的其他运行性能。为了满足高速列车日益增加的行车需求，并改善列车的运行性能，针对安全、节能、正点及舒适多个目标，考虑轮轨间最优黏着，提出一种改进的多目标运行速度优化方法。首先，在满足区间限速以及列车动力学模型约束的前提下，建立安全、节能、正点、舒适4个评价指标，构成高速列车运行过程多目标优化模型；其次，在节能模型中考虑轮轨间黏着的影响，优化牵引/制动力使得其保持在最优黏着范围内，节约运行能耗；最后，采用基于参考点的非支配排序的优化算法（NSGA-Ⅲ）对多目标运行速度曲线进行优化。对真实线路的仿真验证表明，本文提出的考虑轮轨黏着的优化效果显著提高，尤其在节能方面；优化算法相较于GA和NSGA-Ⅱ，NSGA-Ⅲ算法在收敛效果和收敛速度上均为更优。     

新型供电方式有轨电车运行能耗优化方法

针对无接触网新型供电方式有轨电车运行能耗的问题，研究了一种在储能容量有限的情况下降低运行能耗并提高再生制动能量回收的方法. 该方法在保证列车站间运行距离不变、站间运行时间在可行范围内、且满足超级电容吸收制动功率能力的前提下，通过重新分配牵引、惰行、制动3种工况执行的距离以及列车在牵引与制动工况的出力大小，计算出一条既实现节能又提高制动能量回收的列车目标运行曲线；最后使用该方法对某有轨电车实际运行线路进行优化. 仿真结果表明:在冗余时间内，该方法平均减少4%的运行能耗；同时超级电容在有轨电车制动过程中平均增加4%的制动回馈能量回馈，且能够安全运行.      

高铁列车区间最优节能驾驶策略研究

随着全国高铁线路的逐步成网,高铁列车区间节能驾驶策略对降低高铁列车区间运行能耗显得尤为重要。论文结合动力学相关知识,构建了一种列车节能驾驶策略模型,通过确定高速铁路列车在区间各工况转换点以及区间最高运行速度的方法来寻找最优节能驾驶策略。最后以CRH3型动车组在京津城际之间运行为例,利用Lingo软件编程可迅速寻找出高铁列车区间最优运行工况转换点,从而确定出局部最优条件下的高铁列车最佳节能驾驶策略。对模型参数(列车区间运行时间)做了灵敏度分析,得出列车在区间的最高运行速度随着区间运行时间的增加而降低的结论。     

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由于机车牵引能耗的巨额经济成本和气体排放引起的污染问题,列车节能运行控制与研究日益重要。本文根据机车牵引力做功与能量转换方程分析了列车运行能耗的主要作用形态,即克服列车运行阻力和调速制动导致的动能损失。基于对运行阻力功和制动动能损失的考虑,从理论分析及仿真计算的角度,探讨了调速制动前的惰行距离和途中运行速度均衡性对列车运行能耗的影响。案例分析表明：在运行时分相近的要求下,通过避免不必要的制动调速和增加停站制动前的惰行距离,可降低运行能耗9%;通过设置合理的目标速度上下限保持列车运行速度均衡性,可降低运行能耗6.8%。     

地震作用下高速列车-线路-桥梁系统动力响应

为分析地震对高速列车通过桥梁时行车安全性的影响,基于高速铁路列车-线路-桥梁动力相互作用理论,建立了考虑地震输入的高速列车-线路-桥梁耦合动力学模型.以跨度32 m的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,对地震作用下高速列车通过桥梁时系统的动力响应进行了数值计算.结果表明:地震对高速列车-线路-桥梁系统动力响应的影响明显,对桥梁横向振动响应的影响大于对竖向振动响应的影响;地震会降低高速列车通过桥梁时的行车安全性和运行平稳性———在水平1.0 m/s2,竖向0.5 m/s2的规格化El Centro地震波作用下,当列车运行速度超过250 km/h时,轮重减载率超过了安全限值;当列车运行速度达300 km/h时,脱轨系数超过了安全限值.因此,评判地震作用下高速列车通过桥梁时的行车安全性,应考虑行车速度的影响.     

重载列车动能闯坡计算方法及应用

为了研究重载列车动能闯坡性能,基于列车纵向动力学理论,充分考虑线路的平纵断面因素,建立了列车多质点分析模型.以列车坡顶速度不得小于机车的计算速度为评判准则,提出了列车动能闯坡的最低速度计算方法.针对重载列车扩编后遇到的动能闯坡实际工程问题,以某运煤专线计划增开万吨重载列车为例进行了动能闯坡最低速度的计算,计算结果表明:最低闯坡速度为72.80 km/h,坡顶最低速度为51.62 km/h,机车的计算速度为51.50 km/h,二者仅相差0.23%,说明该方法具有较高的计算精度.