考虑节能目标的有轨电车时刻表优化

研究了半独立路权下有轨电车时刻表的优化问题, 基于运行区间速度限制及区间首、末端节点构成, 对有轨电车运行区间进行了分类; 考虑有轨电车区间运行过程的复杂性, 构建了以减小列车总旅行时间和总能耗为目标的有轨电车区间车速引导节能优化模型; 为了使2个优化目标拥有相同的趋优满意程度, 提出了采用模糊数学规划的方法将双目标优化问题转化为单目标优化问题; 针对节能优化模型非线性特点, 设计了基于仿真的遗传算法对优化模型进行求解; 为了验证模型的有效性, 以南京市麒麟有轨电车1号线实际数据为基础, 选取某工作日早高峰7:00~8:00作为研究时段, 采用设计优化方法对既有时刻表进行了优化; 考虑企业管理者运营服务理念侧重性对优化结果的影响, 分别以最小旅行时间、最小能耗为目标的方案与本文模型对比。优化结果表明: 采用节能优化模型综合优化后的时刻表与既有运营时刻表相比, 其上行方向总旅行时间节省了124.9 s, 减少约7.7%, 下行方向总旅行时间节省了394.9 s, 减少约24.3%, 有效提升了有轨电车运行效率; 节能优化模型与最小旅行时间方案相比, 有轨电车上、下行总能耗分别降低了56.7%和53.5%, 与最小能耗方案相比, 上、下行有轨电车总旅行时间分别降低了14.9%和14.1%, 有效消解了旅行时间目标与能耗目标的冲突。      

液压互联悬架能耗分析与参数优化

以液压互联悬架为研究对象,从能耗的角度出发,建立液压系统中各元件的能耗模型,并在3种常见的城市道路工况下进行了仿真分析。针对能耗占比较大的阻尼阀,研究了其孔径对于能耗及互联悬架动力学性能的影响,在此基础上建立了液压互联悬架多目标优化模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对目标函数进行优化求解。结果表明:优化后的悬架在保证其动力学的同时,能够有效降低阻尼阀能耗,实现节能减排的功能。     

数控雕铣加工铝合金材料进给速度的优化与实验验证

针对数控雕铣机床加工铝合金件的特点,运用多目标优化理论,建立了加工成本与加工效率的数学模型.经过计算,得到了一系列的进给速度的优化解.经过实验加工和验证,最终得到了在该条件下较为理想的进给速度取值范围（Vf∈2400~2560 mm/min）.研究表明,以该进给速度范围进行加工铝合金材料时,能够以相对较低的加工成本和较高的效率得到良好的表面质量.     

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。     

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%.     

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%.     

列车动能闯坡的节能操纵优化

为了优化列车通过局部陡坡区段的操纵曲线,基于列车运行的动力学理论,充分考虑列车运行的速度、时间等限制条件,建立了基于连续变量的列车牵引能耗计算模型.该模型分析了列车在全区段的能耗构成及其影响因素,以速度、距离、功率为控制变量,满足运行时间和速度等约束,以区段总能耗最低建立了目标函数.通过模型离散化方法,以序列二次规划算法求解列车的动能闯坡点,实现满足区段行车条件下的运行优化.利用实例数据进行了数值仿真分析,结果表明,该模型求解的优化运行曲线,在已有优化的基础上,能再节约能耗1.771 8%,可满足限时、限速条件下列车在区段运行的节能操纵需求.     

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采用混合整数优化方法,研究城市公交系统宏观网络优化整合问题. 根据区域间服务水平要求、公交供给能力以及满足一定乘客出行要求,构造公交系统宏观网络优化整合多目标模型,该多目标函数考虑乘客总出行时间成本、各公交方式的建设总费用、各公交方式的能耗和污染物排放总费用、枢纽建设总费用最优;并给出最优解的多方案求解步骤;针对多节点采用Branch-Cut算法进行求解,提高求解效率;通过算例对模型和算法的可行性和有效性进行了验证,说明该算法可得出不同发展阶段下的公交宏观网络最优布局方案;结果表明,提出的模型与算法能对城市公交宏观网络布局提供辅助决策支持.     

基于节点重要度的高速列车停站方案优化

通过构建节点重要度评价指标体系,实现高速铁路客运节点等级划分。以旅客损失时间最少、车辆空走距离最短、停站总次数最少为目标函数,再以不同等级节点服务频率、OD服务频率、客流量和单次列车停站次数为约束条件,构建高速铁路列车停站方案的多目标优化模型,运用线性加权组合法将该模型转化成单目标规划模型,并设计遗传算法求解。通过对武广高铁的实例研究表明,根据本文模型及算法得到的新停站方案在旅客旅行时间和运输效益方面优于既有方案。     

考虑弹性需求的城市枢纽间多方式时刻表优化

针对城市客运枢纽间综合运输通道协同性欠缺、运输效率低等问题,提出考虑弹性需求的城市客运枢纽间多方式时刻表协同优化方法。基于多项Logit模型对枢纽间乘客出行方式选择行为进行建模,分析各方式时刻表变动对出行需求的影响;以乘客等待总时间,时刻调整总数量,时刻调整总时间最小为优化目标,考虑弹性需求、时间窗、容量限制等约束,构建枢纽间多方式时刻表协同优化模型,并基于非支配排序遗传算法,结合客流加载仿真过程设计模型求解算法;最 后,以“北京南站-北京首都国际机场”多方式通道为例检验模型的有效性。结果表明,时刻表优化方案的实施使各方式产生了较为明显的需求弹性变化效果,模型求解得到10种时刻表优化方案,其评价结果整体优于传统模型,最终筛选方案可缩短乘客等待时间10.36%。     

基于航班时刻优化的多机场地面等待问题——模型和算法

为了优化航班的多机场地面等待问题,根据航班时刻信息,考虑空域容量和飞机周转限制,建立了以总延误时间最少、总延误成本最低、总调整航班架次最少、总延误航班架次最少的多目标、多机场地面等待问题模型.用非支配分类遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)求出了该模型的优化多目标解集.以2008年秋季北京、上海和广州三大枢纽机场为例对该模型进行了验证,与先到先服务情况相比,平均总延误成本减少了约24%,平均总航班调整数减少了约62%.     

城市公交停保场选址模型研究

为优化城市公交停保场站的选址方法,以公交停保场的服务能力和出行效率最优为目标,建立多目标优化的城市公交停保场选址模型。首先,以满足服务能力要求的公交停保场可选点作为备选地址,选取满足公交车辆停车需求的备选场站方案;然后,以公交停保场的建设费用、首末站及枢纽站所有公交车辆到达停保场的总出行费用、总停放效率为优化目标,以首末站的停放需求、停保场的服务能力为约束条件建立公交停保场选址优化模型;最后,运用递归思想和运筹学相关方法设计该选址模型的求解算法,并通过对比各备选方案的适应度确定停保场的最优选址方案。结果表明,该多目标优化选址模型可以有效获得公交停保场的最佳选址,对于城市公交停保场选址规划具有一定的指导意义。     

基于双层规划的危险货物配送路径鲁棒优化

针对不确定环境下带时间窗的多配送中心危险货物配送路径优化问题, 提出一种含鲁棒控制参数的鲁棒优化方法; 综合考虑危险货物运输风险、运输费用和服务时间窗, 构建了危险货物配送路径多目标双层鲁棒优化模型, 上层模型追求运输风险和运输费用最小化, 下层模型采用用户均衡交通分配模型; 根据Bertsimas-Sim鲁棒优化理论, 对含有不确定参数的上层模型进行鲁棒对等转化; 联合增强型Pareto遗传算法和Frank-Wolfe算法构建了求解多目标双层鲁棒优化模型的混合算法, 采用3段式编码和解码方法、等位匹配交叉操作以及翻转变异等遗传操作方法求解上层模型, 采用Frank-Wolfe算法求解下层用户均衡模型; 以经典的Sioux-Falls交通网络为例, 对含有3个配送中心、7个需求点的危险货物配送路径优化问题进行案例分析, 以验证模型及其算法的合理性。研究结果表明: 当鲁棒控制参数分别为0、30和60时, 构建的混合算法能分别快速得到3、2和3组鲁棒最优解, 且所有解均为包含具体运输路段和发车时刻的配送方案, 而非配送顺序; 该混合算法与传统两阶段启发式算法相比, 运算时间能节省54.74%。可见, 该混合算法无论是在求解效率上, 还是在解的表达形式上均优于两阶段启发式算法, 能较好地完成不确定环境下危险货物配送路径多目标双层鲁棒优化任务。      

数控铣床加工低碳钢零件的进给速度优化

论述了数控铣床加工低碳钢零件时进给速度的优化问题．在基于加工效率（可等效转化为加工工时）和加工成本目标函数的基础上，对这两个目标函数运用多目标函数理论进行综合，得到了多目标综合函数．通过计算，并综合表面粗糙度，进而得到进给速度的优化范围，并对不同转速下的进给速度给出了相应的优化参数，目的更接近生产实际，使技术人员不仅了解影响生产效率和成本的因素，也可在实际生产的应用中更加快捷和方便．     

兼顾公平与效率的入口匝道协调控制

为解决高速公路匝道控制片面追求控制效率而忽略交通公平性的问题,提出一种兼顾公平与效益的入口匝道协调控制策略.定义排队延误基尼系数,有效刻画匝道控制的公平性.基于宏观交通流模型,构建双目标优化模型,优化目标包含反映控制效率的总旅行时间和反映公平性的基尼系数.改进差分演化算法的约束惩罚和罚函数构造方法,使差分演化算法能适于约束多目标优化问题的求解.应用研究表明,改进差分演化方法能获取Pareto最优解,决策者可根据个人喜好选择满意解.     

考虑总延误时间和延误恢复时间的城轨列车运行调整优化

现阶段城市轨道交通具有行车密度大、追踪间隔短等特点,列车延误一旦发生,其传播的速度快、影响范围大。为保证列车运行的正点率以及运输效率,根据城轨列车实际运营需要,在传统列车运行调整模型的优化目标中加入延误恢复时间最小这一目标,建立了以列车总延误时间和延误恢复时间最小为优化目标的城轨列车运行调整模型,并采用遗传算法对问题进行求解。最后以成都地铁一号线的列车运行调整问题为案例,根据城市轨道交通实际运营情况分别分析模型在ATO模式以及人工驾驶模式下的优化效果。结果表明当列车在人工驾驶模式下运行时,该列车运行调整模型可以在基本不影响总延误时间的同时显著降低列车的延误恢复时间。     

考虑能耗的铁水联运集装箱装卸设备协同调度

随着集装箱港站铁水联运作业量增大,以及节能减排压力与日俱增,实现港站作业设备的高效调度和低能源消耗间的协同优化将是亟待解决的问题.本文研究了集装箱铁水联运港站中多设备间的高能效协同调度问题,基于混合流水车间调度(HFSS)思想,构建了综合考虑岸桥、集卡、正面吊三阶段装卸过程的协同调度模型,以总完成时间最短和能耗最低为目标,设计了基于遗传算法和模拟退火的混合优化算法.通过实验验证了模型和算法的可行性,证明可以实现高能效利用下的港站设备协同调度优化.     

网联环境下信号交叉口车速控制策略及优化

为实现车辆在信号交叉口区域的节能减排及提高道路通行效率,本文构建基于目标车速关联的油耗排放模型,建立生态驾驶诱导车速控制策略。在加减速通过场景下以油耗、排放和通行时间为优化目标,以道路限速和不停车通过车速为约束,利用多目标遗传算法优化生态驾驶目标车速;基于MATLAB与交通仿真软件VISSIM进行不同算法渗透率及道路饱和度场景下的联合仿真,将仿真结果导入微观排放模型MOVES测算能耗排放。仿真结果表明：控制策略与无控制时相比,在高算法渗透率、低道路饱和度场景下,车辆平均速度提高13.8%,怠速工况比例下降 33%,中速巡航工况比例上升18%,能耗及N2O、NOX、HC、CH4排放分别减少6.6%及12.2%、4.0%、 6.3%、2.9%,CO排放增加2.5%。最后,依据仿真得到不同控制策略下的速度轨迹在底盘测功机上完成实车实验,实验结果表明,基于交通流优化的控制策略与无控制场景相比,能耗及 CO、 CO2、PN排放分别减少53.1%及47.6%、50.4%、39.8%,NOX排放增加13.6%。     

基于路网通行效率最优的路侧停车资源配置方法

为实现动静态交通和谐统一,构建与停车需求相协调、停车资源时空均衡的路侧泊位动态供给方案,应用图论的方法建立了含有路侧停车网络的车辆运行模型,将路段分为通行路段与路侧停车路段,并根据用户通行性质与运行状态,基于改进的BPR（Bureau of Public Road）函数量化了通行用户与停车用户在常规通行路段和路侧停车路段的通行阻抗。为实现路网整体通行效率最高,以路网中用户总通行时间最短为目标函数,以路网中停车设施利用水平的高效性与空间均衡性为约束,构建了最佳泊位资源配置模型,并应用相继平均算法（Method of Successive Averages, MSA）设计了路网总效率最高的交通流路径分配方案。以典型的Nguyen-Dupuis网络为实例,设计了多模式、动态的停车资源配置方案,量化了用户出行时间与通行需求和停车比例的关系。研究结果表明,当已知路网中的出行起讫点和泊位规划目标时,通过应用该优化求解模型能有效配置路侧停车资源数目,合理规划出行路径,改善用户出行效率。     

考虑服务水平的纯电动快速公交发车间隔优化研究

随着电动汽车被引入城市快速公交领域,由于其充换电等特殊的运营调度需求,在发车间隔计划等制定过程中传统方法不再适用.本文在综合考虑服务水平和车辆充电时间约束条件下,对纯电动快速公交(E-BRT)发车间隔优化进行了研究.根据分析服务水平指标项与车辆能耗的相关性,建立了面向能耗评估的服务水平评价体系;综合考虑服务水平和充电时间约束条件,以车辆运营能耗为目标函数,建立了发车间隔优化模型;基于金华市E-BRT1号线运营数据进行实例验证,结果表明,在满足相同服务水平情况下,本文提出的优化模型可以节约能耗6.21%.本文构建的纯电动快速公交发车间隔优化模型具有较强实用性,为企业在满足一定服务水平的基础上降低运营能耗提供了依据.