中高速列车共线运行的仿真研究

以京沪高速为背景,对中高速列车共线运行仿真问题进行探讨。分别建立单列车运行模型和多列车共线运行模型。单列车运行模型全面考虑了列车物理特性、线路条件、列车受力情况以及运行控制过程。多列车模型在上述基础上,附加了共线运行不同速度列车间的相互影响,对列车间距控制和避让进行了重点考虑,研究多列车共线运行时的列车间距控制策略和避让策略。用VisualC 6 0进行了中高速列车共线运行的软件实现。仿真计算结果表明,该软件能较好模拟多列车共线运行情况,可作为列车调度系统中负责列车运行模拟的子系统。     

面向定时节能运行的列车牵引计算算法

列车牵引定时计算是轨道交通列车牵引仿真系统的重要功能模块,对于实现列车按运行图模拟仿真运行具有重要意义。在考虑定时运行的基础上,实现列车运行全过程能耗最小化,则使该研究更具实际价值。在分析列车牵引计算运动学理论基础上,构建基于巡航惰行组合中间过程的列车运行定时节能仿真双层规划模型,分析以巡航速度为能耗控制变量、以惰行点位置为运行时间控制变量的二分法求解模型的可行性及解的存在性,设计基于二分法的列车运行定时节能优化算法。完成定时节能仿真模块的计算机程序编写,并以广州市域快线18号线(规划方案)万顷沙—横沥区段做案例分析。仿真计算列车运行时间与时刻表时间误差满足精度要求,且在能耗上求得最优解,表明模型构建和算法设计有效,且具有计算量少的优点。     

基于模糊时间Petri网的列车运行时间不确定性问题的处理

定义一种应用于铁路列车运行系统的模糊时间Petri网；针对列车运行时间存在的不确定性，该Petri网引入了4个模糊集理论函数：模糊时间片、模糊使能时间、模糊发生时间和模糊延迟，来处理时间的不确定性问题；能够对列车运行过程中的时间不确定性问题进行定量分析，可以有效应用于列车交会、列车终到时间、列车运行计划调整的分析等；其相对于已有的方法具有精确分析、计算简单、简化系统、便于系统集成的特点。     

列车节能控制的优化分析

为研究列车节能控制问题，采用带有非线性约束的微分方程描述列车运行过程，用牵引力积分形式描述节能优化目标，并将最大值原理应用于模型求解。在确保安全运行、满足线路限速约束、机车性能约束和运行时间约束的条件下，充分利用线路坡道，以能量消耗最小为控制目标，得到列车优化控制的策略。针对由于模型奇异性而使控制策略还不能确定出列车所有工况转换点的问题，结合列车操纵经验给出列车节能控制算法。在列车运行仿真平台上验证了优化控制方法与算法的正确性。     

快慢车组合运行条件下市域快线节能坡优化模型与算法研究

基于既有研究大多局限于站站停列车运行条件下的地铁节能坡优化,为解决快慢车组合运行条件下市域快线节能坡优化问题,在对列车受力分析的基础上,提出快慢车组合运行下列车运行能耗表达函数,并构建以运行能耗最小和列车运行时间偏离最小为目标的节能坡优化模型,并基于改进的遗传算法设计快速求解算法。通过广州市域快线18号线验证,研究结果表明:本文所提模型与算法能够有效求解节能坡设计方案,相对于原始方案,优化方案在保持运行时间小幅变动的前提下,使列车牵引能耗降低了15.2%～25.2%。并发现快慢车的不同比例对节能坡设计方案和节能效果有影响,慢车比例越大,方案的节能效果越显著。     

列车出厂状态跟踪系统

列车运行跟踪系统主要跟踪列车运行过程中的状态,通过对司控器状态变化和列车移动速度的实时记录,取得列车交付牵引和运行过程中的状态信息,是列车生产厂家和客户检测车辆的重要装置。     

基于遗传算法的高速铁路行车调整模型

高速铁路采用“高中速列车共线运行”的运输模式,其行车调度具有高实时性和整体性两大特点。以列车计划运行图为优化目标,给出运行图之间的距离定义,建立列车运行调整数学模型,给出列车的发车时刻、股道数量、列车在区间的运行时分、追踪运行间隔时间、维修天窗时间5个约束条件表达式。按照遗传算法的原理,采用罚函数的方法对数学模型中的约束条件进行处理并建立适应度函数,采用整数编码方法对个体进行编码,并定义交叉算子和变异算子。基于遗传算法的调整算法流程开发列车运行调度仿真子系统。仿真结果表明:使用该模型可大大减轻调度人员的工作量,彻底摒弃了在计算机上手工拖动运行线确定列车运行时刻的调整方式,提高了列车运行调整的科学性。该模型已应用在高速铁路综合调度仿真系统中。     

列车自动监控仿真系统中列车运行模拟的设计与实现

将牵引计算、牵引控制策略应用到列车运行模拟中,着重从闭塞分区、道岔、临时限速3个方面完善行车模拟。以目前普遍采用的混合控制策略为基础,针对不同行车环境设计相应的列车工况切换策略,再依据牵引计算公式,利用迭代算法获得列车运行数据。最后,利用VC++软件平台实现了列车运行模拟功能。     

基于改进遗传算法的高速列车节能优化研究

为有效降低列车运行能耗,针对高速列车行进过程中的能耗优化问题,讨论了列车运行阻力的计算及列车停车点的设置,以此建立以列车能耗最小为优化目标的列车运行优化模型,提出3代逼近搜索的引导机制,改进了传统遗传算法中的算子,同时引入逆转算子提高算法求解能力。以CRH380B型高速列车和合福高铁(合肥—福州)数据为基础进行仿真,列车运行能耗降低了10.7%。仿真结果表明,提出的改进遗传优化算法在高速列车行进过程中,满足列车运行准时性和安全性,且能够有效降低运行能耗。     

面向O-D时变需求的城轨列车运行计划优化方法

面向城轨客流时变需求,在给定乘客服务水平的限制下,耦合出行需求与列车始发时间,优化城轨线路列车运行计划,使得列车对数和列车车底数最小化。以具有单一尽头车场的列车运行计划优化问题为研究背景,将该问题分解为列车时刻表优化子问题和列车周转方案优化子问题。针对列车时刻表优化子问题,提出基于时刻表的客流分配方法,构建相应的列车时刻表优化模型,并设计列车时刻表双向关联序列化优化算法;针对列车周转方案优化子问题,建立相应的列车周转方案优化指派模型,同时设计求解该模型的匈牙利算法。算例分析表明:本优化产生的列车运行计划,在满足乘客服务水平的基础上,最大限度地降低了列车运行成本,依次使得列车对数、列车车底数最少,证明模型和算法的有效性。     

城市轨道交通列车牵引节能综合技术研究与实践

牵引能耗与单车驾驶策略、列车运行计划的编排、线路规划设计等因素相关。结合广州地铁运营能耗数据分析,利用城市轨道交通列车牵引计算仿真系统对牵引节能技术进行仿真模拟。经对比分析,总结出有利于降低牵引能耗的单车牵引曲线、节能运行图及线路条件等综合节能技术措施,且综合节能效果达5%~10%,可为已开通地铁线路的运营综合节能提供参考,也为国内城市轨道交通规划设计阶段的节能措施提供参考。     

高速列车应急自走行辅助驾驶研究

当牵引供电网发生故障,高速列车应急自走行系统受车载储能装置容量限制,特别是在线路条件复杂时,如何操纵列车实现就近停车变得异常困难。为了解决高速列车应急自走行系统的速度曲线规划问题,进行了应急自走行辅助驾驶装置的功能设计和系统结构设计。根据列车应急运行的特点,设计了应急自走行优化算法。以CR400BF复兴号动车组列车运行于国内某高速铁路线路为例进行仿真,仿真结果表明,该装置可在能量受限的情况下规划列车自走行的运行速度曲线,与司机巡航驾驶相比实现了良好的节能性;同时,基于节能优化操纵策略,采用不同的牵引目标恒速速度进行仿真,仿真结果表明,根据线路条件选择合适的牵引目标恒速速度,对于车载储能装置容量受限的高速列车应急自走行驾驶具有重要的指导意义。     

城市轨道列车惰行优化研究

提出了一种基于改进目标速度的惰行节能控制策略。该策略使列车在满足运行时分的前提下以较低的能耗运行。同时在研究和比较了传统的列车惰行控制策略之后,优化了列车在惰行过程中运行工况频繁变换的问题,使列车运行更加合理和满足实际的操纵。最后利用VC++软件实现了该优化控制策略仿真模块的开发,线路模拟结果验证了该控制策略的正确性和可行性。     

CIPSO算法在城市有轨电车控制策略中的应用研究

在保证电车安全的前提下,轨道交通中的城市有轨电车控制策略优化问题实质上是多目标优化问题,主要是针对节能、正点、停靠准确和乘客舒适度优化等方面的复杂问题,以电车运动学方程为基础,针对粒子群优化算法在离散优化问题中处理不佳,容易陷入局部最优的问题,采用混沌Tent映射初始化粒子群,建立其多目标优化模型。而后采用免疫接种和免疫选择的方法提高PSO优化算法的优化能力,对模型进行求解。以广州市海珠区环岛新型有轨电车试验段数据为对象进行实例仿真,结果表明,混沌免疫微粒群优化算法较传统微粒群优化算法可获得更好的控制策略,能更有效的解决电车运行多目标优化问题。     

高速铁路行车调度节能运行图编制方法研究

针对高速铁路行车调度节能需求的现状,以列车在区间运行效率最高和总能耗最低为优化目标,提出以区间运行时间和停站时间为输入变量,对能耗成本和运行时间进行优化,建立节能运行图编制模型.通过仿真实验,结果表明在列车运行图编制中,考虑适当地增加列车运行时间和优化停站方案时,可以节省很多列车运行能耗.     

基于混合整数规划的高速列车多区间节能优化研究

当今巨大的能源消耗成为高速铁路发展不可忽视的问题,节能优化显得格外重要。从列车优化操纵与区间运行时分分配两方面出发,在总运行时分约束下,探讨全程最节能的运行时分分配方案及所对应的列车操纵策略。在列车运动方程基础上,引入经停站约束,建立列车运行能耗和区间运行时分分配同步优化的非线性连续节能优化模型。通过离散化与线性变换,将节能优化模型重构为混合整数规划模型,并利用Cplex求解。以高速铁路线路为背景设计算例,验证模型的有效性。仿真结果证明在列车优化操纵策略的基础上,优化区间运行时分分配方案可以进一步降低列车总运行能耗。在不改变总运行时间的情况下,运行总能耗可降低1.03%。     

城市轨道交通列车定时节能优化方法研究

针对城市轨道交通启停频繁的运行特点,从降低牵引能耗的角度出发,应用"四阶段"最优运行策略,得到各个阶段牵引能耗的计算公式。以牵引距离为自变量,将运行距离和线路条件等作为约束条件,设计了单列车站间牵引能耗计算方法。在此基础上,以牵引能耗值和运行时间误差的权重和作为目标函数,采用遗传算法进行优化,得到最优的牵引距离,从而得到各个阶段的运行距离,达到定时节能的目的。通过限制最大加速度值达到同时降低牵引能耗值和提高乘客舒适度的目的。通过算例在MATLAB软件中进行仿真分析,与实测值相比,定时节能优化情况下可节能22.45%;兼顾舒适度情况下,可节能21.99%。从仿真图可以看出,优化结果减少了工况转换次数,曲线更平滑。     

基于事件的控制技术在地铁列车运行中的应用

研究移动闭塞条件下地铁列车的运行规律,建立地铁列车运行模型,将基于事件的控制技术应用到地铁列车控制中。引入运动参考变量,求出在以站间最小运行时间为目标的单列列车控制中,列车运行速度、加速度关于列车走行距离的表达式,根据列车走行距离实时调整规划列车的运行。研究移动闭塞条件下地铁列车间的控制,采用基于事件的控制技术和编队思想降低列车间的最小追踪允许间隔,在保证不撞车以及尽量减少站外停车的前提下,提高地铁线路的通过能力,并且能够方便地实现系统的重新配置以及各子系统间的协调协作。以相邻的3列列车运行为例,研究在移动闭塞条件下后续列车的控制策略,根据列车的走行距离以及前后列车间所要求保留的安全距离,动态调整列车的运行速度、加速度。仿真结果表明,运用基于事件的控制技术来控制列车的运行,可提高列车的正点率到95%。     

基于移动闭塞的列车自动运行仿真

介绍ATO系统功能作用及节能操纵方案,移动闭塞原理,以及列车在自动驾驶过程中所需要的运动方程.通过对相应公式的分析,将其应用在ATO系统中,采用节能操纵方案,计算出ATO系统在移动闭塞条件下的加速度,速度,并确保列车在安全、经济的条件下运行.     

基于滚动优化的地铁列车节能运行协同控制方法

针对地铁列车节能运行问题,提出基于滚动优化的列车协同控制方法,将系统整体最优问题分解为基于时间推进的局部优化问题。考虑列车每次停站时同一供电分区内其它列车的操纵方案,实时计算下一站间运行净能耗最小的操纵方案。在计算操纵方案时,对传统的列车4阶段操纵策略进行改进,允许列车在运行途中进行2次牵引,减小列车牵引能耗并提高再生能的利用率。结果表明:相比列车基于传统4阶段的个体最优控制策略,采用本文提出的列车协同控制方法在不同发车间隔下均可提高再生能利用率并节约列车运行净能耗,平均节能率达8.37%。