横风下基于滚动GAPSO算法的列车速度曲线优化

针对普通环境下高速列车目标速度曲线优化算法不适用于横风环境的问题,提出一种横风环境下基于滚动GAPSO(遗传粒子群)算法的列车速度曲线优化方法。首先,考虑横风风速阻力作用改进列车动力学模型,并建立列车运行多目标优化模型;其次,基于GAPSO算法寻优巡航构建列车在起始阶段的最优目标速度曲线,引入滚动优化框架实时调整目标速度曲线,并在横风限速区按照改进快行策略运行;最后,在列车进站前采用GAPSO算法寻优惰行点生成目标速度曲线。仿真实验结果表明：GAPSO算法较GA算法和PSO算法具有搜索能力强、收敛速度快的优点;滚动GAPSO算法能在不同横风环境下实时生成优化后的目标速度曲线,并与改进快行策略和RH-PSO算法相比,具有较优的节能性和准时性。横风下基于滚动GAPSO算法的列车目标速度曲线优化可为横风环境下列车节能、准时运行提供一种可行的解决方案。     

CTCS-3级列控系统超速防护的仿真研究

从速度防护曲线生成的角度研究列车超速防护算法。根据静态限速和临时限速等,合成最严格限速曲线。分析了单限速区速度防护曲线的算法,针对多限速区,通过递推算法,完成了分级速度控制与目标速度控制模式的结合;实现了司机驾驶模式和自动驾驶模式下,CTCS-3级列车运行控制系统的超速防护。使用该仿真系统对郑西线线路数据进行运行仿真,验证了该速度防护算法的有效性,并为以后进行列车速度防护的研究提供了可靠的实验环境。     

一种晚点地铁列车实时调整策略及其动态速控模式

针对追踪运行地铁列车群,分析晚点情况下的常规“赶点”运行调整措施的缺陷,提出在晚点列车“赶点”运行调整措施的基础上,扩充后续列车的“延赶结合”运行调整策略:在晚点发生期间“延点”运行,以提高列车群分担时段客流的合理水平并挖掘节能运行的潜力;在晚点发生之后“赶点”运行,以消除前、后列车之间的晚点传播效应。基于此策略,后车ATO系统根据“追踪间隔”与“发到间隔”的双重均衡原则,以晚点时分的动态递增为依据,实时更新ATO模式曲线,并根据列车v-t实迹曲线的时序特征,动态调整牵引末速或制动初速,避免列车v-t实迹曲线与最优ATO模式曲线冲突,实现基于最优ATO模式曲线的实时的列车速度控制。根据牵引电机有功电流、列车牵引加速度及其变化趋势的综合作用对于列车能耗的决定性影响的分析可知:在牵引电机有功电流与列车牵引加速度分别相等条件下,与“正点”运行相比较,“延点”运行的节能量能够弥补“赶点”运行的费能量,实现列车能耗的总量节省。     

基于控制参数化方法的列车节能操纵优化研究

以列车运行全过程牵引能耗最小为目标,综合考虑定时、变坡道、线路限速、牵引力和制动力限制以及驾驶舒适度等约束条件,建立列车节能操纵最优控制模型。基于控制参数化方法,将列车节能操纵最优控制问题转化为以线路子分段上的列车控制力为优化参数的非线性规划问题。为克服常规方法不能有效处理阶梯状线路限速的不足,提出一种离散化方法,使无限维状态约束简化为有限维不等式约束。针对牵引力上边界约束随速度非光滑变化的特点,利用二次函数对列车牵引特性曲线进行光滑化近似,进而将上边界约束转化为不等式约束,最终得到的非线性规划问题可由序列二次规划算法求解。仿真结果表明:该算法能够在精确满足所有约束的前提下,有效获取列车节能最优操纵序列及相应的参考速度曲线。     

基于车站无线通信下的临时限速研究

针对仅站内覆盖无线网络条件下的临时限速处理进行研究,在站内有无线网络覆盖条件下,与列车通信,将站内列车走行路径范围的临时限速信息及区间临时限速信息发送给列车,实现列车在区间运行时,在未覆盖无线网络条件下,使用出站前接收到的临时限速信息控制列车安全运行。相比全线覆盖无线网络,或全线设置有源应答器,临时限速研究方式造价更低,适用性更强。     

考虑电力牵引链路非线性损耗的列车节能驾驶方法

针对列车节能驾驶问题,以牵引变电站输出能量最小为目标,研究运行操纵策略。分析列车运行能量与功率流关系,结合实测数据和电路理论建立牵引链路非线性损耗模型。考虑线路限速、坡道和准点时间约束,构建节能最优控制模型。采用极大值原理进行分析,得出列车运行时间对应的伴随变量为恒定常数。在此基础上,设计一种满足列车正点运行条件的动态规划算法。选取实际运行线路,验证模型和算法的有效性。结果表明,变电站电能最小化模型会改变列车节能驾驶策略,在部分运行区段小功率电制动工况取代惰行工况以减小牵引链路损耗。相比轮周机械能最小化优化结果,电能最小化策略可节能约8%。     

多类干扰下的高铁列车运行调整优化模型

高速铁路列车运行实时调整一直是行车调度指挥工作中的重要核心任务之一.为解决有多种行车干扰事件(初始晚点、限速和到发线不可用)影响下的列车运行调整问题,针对准移动闭塞行车方式,基于替代图理论,兼顾车站进路调整约束,建立混合整数线性优化模型,设计两阶段近似求解算法,在600 s内可以实现列车变更到发线次数最少和列车晚点延误时间最短的列车调整方案的快速求解.研究结果表明:模型可以同时实现列车运行调整和列车径路优化,相比时间间隔法行车方式,该模型可以有效避免列车在闭塞区间的冲突;有初始晚点的干扰会加剧列车的二次晚点;列车限速值越低会指数型加剧晚点时间.     

基于多智能体的地铁列车运行调整方法

针对移动闭塞条件下地铁列车运行的特点,将降低列车群的总晚点时间和提高相邻列车对客流的吸纳水平作为性能指标,建立地铁列车运行调整模型。应用Agent、多Agent协作技术,构建地铁列车Agent,设计地铁列车运行调整算法,给出基于规则的地铁列车运行调整控制策略。根据列车群晚点程度的不同,列车运行调整分为全局调整和局部调整。全局调整采用偏移计划运行图方法,局部调整采用滚动优化方法,通过多次调整达到恢复计划运行图的目的,并分别给出相应的调整方法和调整步骤。以北京1号线为背景进行仿真测试,仿真结果表明:基于多Agent协作技术的地铁列车运行调整方法是合理的,并具有动态的扩展性。     

基于改进DE的城轨列车节能速度曲线研究

采用改进交叉策略的差分进化（DE，Differential Evolution）算法，研究城轨列车节能优化的速度曲线生成。该算法以起点到目标停车点的距离和工况状态值作为个体基因，基于改进交叉策略，结合工况转换原则，对变异后的个体基因进行有效化处理。建立末速度、停车位置误差、运行时间和牵引能耗的评价模型，在满足安全运行和舒适度要求下生成最优列车自动运行（ATO，Automatic Train Operation）速度曲线。经数据仿真测试，牵引能耗为28.8 kw·h。生成的速度曲线，在准时到达的前提下，具有较好的节能效果，对城市轨道交通的列车节能优化运行研究具有一定的参考价值。     

一种基于能耗分析的高速动车组节能算法

高速动车组在两个停车车站之间运行,如按照时刻表规定的运行时间计算的区间平均速度为目标速度,则必然晚点。如按照轨道设计限速运行,则必然早于时刻表到站。在这两个速度之间,存在一个“理想目标速度”能确保高速动车组准时到站。文中通过建立并分析高速动车组的能耗模型,认为高速动车组的能耗方程是速度的3次方。因此,通过迭代算法找到的“理想目标速度”,就能同时满足高速动车组准点到站和能耗最低两大要求。通过仿真对比,证明该节能算法完全能满足这两大要求。     

基于极大值原理的电动车组节能操纵

为了研究电动车组列车的节能操纵策略,以列车牵引能耗最小为优化目标,基于极大值原理推导出列车节能运行的最优工况集。考虑线路限速,通过分析伴随变量的变化规律,得到最优工况的切换原则,并在此基础上设计求解列车节能操纵工况序列的数值算法。仿真算例验证了该算法的有效性以及将其用于在线计算电动车组列车节能速度模式曲线的可行性。     

基于目标速度追踪的城轨列车节能优化算法

为了实现城市轨道交通的节能运行,提出基于目标速度追踪的城轨列车节能优化算法。首先构建列车均质棒动力学模型和节能优化目标函数,利用极大值原理推导出列车节能运行工况。然后重点分析列车运行时间和运行方式对能耗的影响。在对典型方案仿真分析的基础上,提出通过陡坡时的基于等效平均速度法的运行策略,以及目标速度改变时合理利用惰行的运行策略。最后通过目标速度追踪的方法得到速度曲线,实现城轨列车的节能运行。利用上海地铁3号线的数据对本文提出的算法进行验证,结果表明相较实际运行情况,本文提出的算法可以降低25.39%的运行能耗,同时求解得到的速度曲线更加平缓,更适合城市轨道交通的实际运行情况。     

城市轨道交通大小交路套跑下列车晚点分析与行车调整策略探讨

城市轨道交通大小交路套跑运行时,大交路列车与小交路列车的晚点将相互制约、相互影响。文章基于小交路折返站采用站前单渡线侧进直出折返方式,根据列车折返作业流程,分析不同列车不同程度晚点下的行车调整制约点,建立列车晚点行车调整模型,提出相应行车调整策略,为行车调度人员在应对列车晚点情况下高效组织行车提供最佳决策。以厦门地铁3号线为例,探讨列车晚点下行车调整策略应用实施方案,相关研究对大小交路套跑晚点分析及行车调整具有借鉴意义。     

天津集中台列车运行阶段计划自动调整

针对列车调度指挥系统在开通天津集中台的过程中，出现的列车运行阶段计划调整方案不能满足调度指挥要求的问题，研究天津集中台列车运行阶段计划自动调整方案。天津集中台管辖车站多，车站间环状相连，连接方向多，列车走行径路有300多条。为此，建立以列车优先级别、列车追踪间隔时间、列车区间运行时分、列车起停车附加时分、车站股道接车能力、旅客列车最早发车时间和列车固定停站时间为约束条件，以列车加权晚点总时间最小为目标函数的调整模型。采用动态规化算法进行求解，设计相应的算法步骤，并以天津集中台天津（临时）至下直通场间的车站为例进行验证。计算结果表明：采用上述模型和求解算法进行列车阶段计划调整，能够快速给出列车运行阶段计划的调整方案。该方法在天津集中台已经得到了应用。     

蚁群算法在城轨列车运行调整中的应用

当城市轨道交通列车在行车过程中由于设备故障、乘客拥挤等情况发生晚点时，需要对列车时刻表进行调整，使之尽快恢复正点运行。本文以调整区段内总晚点时间最小为目标函数，提出了基于蚁群优化算法的列车调整模型，在Visual C++ 6.0编程环境下，以深圳地铁6号线为例，对模型的实用性进行了验证。     

基于场景设计的列车调度系统需求建模方法

采用基于场景设计的用户需求建模方法进行列车调度系统建模.将列车调度主要业务场景分解为列车运行计划调整场景、进路控制场景、临时限速场景等.以临时限速场景为例,根据用户需求,将其分解为临时限速命令设置正常、设置错误、下达正常、下达失败4个子场景,分别构建UML消息序列图,并转换为单个场景的CPNs模型,采用模型聚合算法对4个子场景聚合,生成临时限速场景CPNs模型.采用该方法构建的列车调度系统模型具有可靠性高、开发效率高的特点.     

基于改进的粒子群算法的地铁时刻表调整方法研究及实现

为应对突发状况下地铁列车的晚点问题,尽快消除与既定时刻表的偏移时间,采用Visual Studio 2012和SQL Server 12.0数据库搭建时刻表系统,同时建立列车运行动态调整模型,选择改进的粒子群优化算法对模型进行求解,得出消除偏离时间的最优解,完成列车的动态调整仿真。仿真结果表明,该方法通过自动调整多辆列车的站间运行时间和停站时间,能有效地消除晚点时间,恢复列车正常运行。     

考虑乘客流影响的列车运行调整难点研究

本文针对基于通信的列车控制(CBTC)系统中列车运行的特点,研究了运行调整中的难点问题-晚点传播,即在前行列车发生初始延误的条件下,引起后行列车或其自身的后效晚点现象.分析了乘客流对列车晚点的影响,在建立列车停站模型时,考虑乘客流的影响,提高该系统的可行性.建立了以列车总晚点时间为优化函数的运行调整模型,最后利用matlab中的遗传算法工具箱对此进行求解,实验结果显示了该模型应用于实际运行调整时的可行性和有效性.     

考虑再生制动能量利用的高速列车节能最优控制仿真研究

高速列车采用电空复合制动,具有综合制动的特性。为求解高速列车准点运行的节能最优控制问题,将电力再生制动工况和空气制动工况从综合制动特性中分离,建立适用于描述高速列车节能控制的运动学模型;将列车牵引传动系统效率和电力再生制动能量利用率引入能耗函数,并应用庞特利亚金极大值原理分析实现高速列车节能最优控制的必要条件,得到完整的高速列车节能最优控制工况集,推导牵引恒速、电力再生制动恒速和综合制动恒速这3种恒速控制工况下最优保持速度与电力再生制动能量利用率、牵引传动系统效率之间的定量关系,从而提出能够满足高速列车准点运行的节能优化控制算法。通过案例仿真,验证了算法的正确性。     

一种可在线调整的列车正点运行节能操纵控制算法

在给定列车站间运行时分的前提下,以能耗和时间成本最小为优化目标,以列车牵引力、制动力和速度为约束函数,建立基于列车受力特征函数的运动方程.运用动态规划法和二分法,通过回溯计算,建立回溯记录表和调整目标函数价值关系系数,设计列车离线最优节能操纵和正点运行在线调整的控制算法.算例分析以及与基于极大值原理的正点节能方案对比结果表明,给出的算法不仅可以获得与传统算法相似的离线最优节能操纵方案,而且可以对外界干扰做出动态响应,在线调整运行轨迹,在保证正点的前提下控制列车节能运行.