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.     

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.     

CBTC系统列车追踪间隔计算及优化

针对城市轨道交通系统在某些情形下,列车在车站区域的追踪间隔过大,导致系统整体性能降低的问题,对已有基于通信的列车控制(CBTC)系统列车追踪间隔算法进行了分析,提出了一种基于站台限速值和限速区域参数调整的正线列车追踪间隔的优化方法.该方法通过系统仿真得到站台限速设置、列车追踪间隔和列车旅行速度的关系,从而获得优化的设置方案.在西南交通大学CBTC系统仿真与性能分析平台上对该方法进行了仿真测试,详细描述了测试案例中将96 s追踪间隔优化为90 s的过程.结果表明,所提出的方法能够优化系统关键区域的列车追踪间隔,提高系统性能.     

考虑运营收益与车厢空间感知的轨道列车发车间隔优化

轨道交通系统中运营收益与乘客车厢空间感知度是一种对立关系,通过研究该两因素对轨道发车间隔进行优化,能够实现合理收益范围内提升乘客车厢空间感知.考虑列车上下行两方向影响以及乘客候车时间、供需平衡、最大载客量、配备车辆数,列车运行安全间隔等方面的约束,建立发车间隔优化模型,采用遗传算法求解多变量非线性优化问题,得到不同子时间段的优化方案.应用模型对武汉市轨道交通4号线高峰期间不同时段优化计算,发现轨道发车间隔调整后,运营收益小幅度下降能够有效提升车厢空间感知度;并通过客流敏感性分析,研究客流量按一定幅度提升下轨道运营收益与乘客车厢空间感知度的变化规律,可为城轨列车运营决策提供参考.     

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。     

基于安全车距实时标定的列车间隔动态控制

分析了列车间隔与其跟驰行为的关系, 利用Petri网形式化建模工具描述了当高速列车跟驰稳态被破坏时, 列车间隔的动态控制。面向CTCS-4级列车运行控制系统, 运用数值分析方法建立了全速域范围内最小安全车距随后车当前速度变化的拟合函数, 并运用该拟合函数进行列车跟驰行为质量评估, 进而构建了基于跟驰行为评估的列车间隔动态控制模型, 并对该模型进行了仿真验证。仿真结果表明: 列车跟驰系统从速度为200km·h^-1、列车间隔为5 849.18m的安全、高效跟驰稳态运行到速度为380km·h^-1的跟驰稳态期间, 列车间隔的动态控制能够通过后车的行为调整得到实现, 且当速度为380km·h^-1的跟驰稳态实现时, 列车间隔仅比安全车距大358.00m, 说明新的安全、高效跟驰稳态已经建立; 当前车紧急停车时, 后车在控制律的作用下采取因应措施, 安全、高效、平稳地减速运行, 直至完全停车。仿真结果验证了控制方法的有效性和可行性, 能够实现列车安全、高效跟驰运行。     

考虑列车追踪的自动驾驶控制算法

为了研究追踪列车安全、平稳的操纵策略,在分析列车间相互纵向动力学关系的基础上,提出了列车追踪模型. 列车在不同情况下控制目标有所不同:单独运行模式下以最优速度模式曲线运行,追踪运行模式下保证安全追踪间隔运行.为了实现不同的控制目标,采用模型预测控制的分层结构,结合二次型优化算法实现最优列车速度控制.以CRH2型列车、武广线为例验证该模型的有效性. 仿真结果表明,本文方法可使追踪列车安全性得到有效提高,且当使加速度控制在-0.75~0.5 m/s2之间,加加速度控制在-0.5~0.5 m/s3之间时,乘车舒适性得到了有效的保障.      

考虑乘客满意度的轨道交通列车行车间隔研究

为解决轨道交通运营组织方案制定时考虑乘客满意度缺少定量行车间隔的问题,构建不同车站形式和车站性质的轨道交通行车间隔与乘客满意度模型,以重庆市轨道交通为例,利用SPSS软件对行车间隔方差进行分析,分别求解两类站台行车间隔对乘客满意度的影响.研究表明,行车间隔对满意度有显著影响,乘客对岛式站台可接受行车间隔时间较长,其中换...     

城市轨道交通列车故障救援延误计算与仿真

针对城市轨道交通列车故障救援方式及延误计算问题,对列车故障救援作业流程进行分析,然后根据作业流程建立5种救援方式的延误计算方法,最后使用Open track对福州市某地铁线路进行列车故障救援仿真,并对仿真与计算结果进行比较分析.研究结果表明:在一定范围内提高救援速度可有效减小救援列车作业时间;所提出的计算方法可较为准确反映延误情况;在救援起讫点内,以固定闭塞运行的后序列车的延误会突增并积累,造成延误增幅的差异.     

基于舒适性的高原列车空调系统控制模式研究

运行在青藏线上的空调列车,其车内环境受车外环境条件影响很大.在分析了现运行青藏线空调列车空调系统控制过程的基础上,从舒适性的角度提出了同时考虑车内新风量需求、氧气浓度限值、污染物浓度控制、舒适性等因素的列车空调系统及制/供氧系统控制方案.该系统除了考虑人体因素和车内环境因素对舒适性的影响,还将车外大气压和车内氧浓度归入舒适性的影响因素,实现了舒适与节能的统一.研究对现运营的青藏线列车空调系统的技术改进、运行管理、车内空气品质改善有重要的理论指导意义.     

基于数据驱动的高速列车速度复合控制研究

针对高速列车在外部干扰下的速度控制问题,本文提出基于Koopman算子的高速列车高维线性模型的建模方法,并设计一种结合扩张状态观测器(ESO)与基于Koopman算子的模型预测控制(K-MPC)的复合控制器(ESO-K-MPC)。利用扩展动态模式分解算法来近似无限维线性Koopman算子,建立具有动态非线性特性的高速列车动力学高维线性模型;引入模型预测控制,设计扩张状态观测器,对系统总扰动进行估计与补偿,构建基于ESO-K-MPC的高速列车速度控制系统,再设计控制器与控制算法;结合CRH3列车参数和郑西高铁华山北站—西安北站实际线路数据,分别在没有扰动和白噪声干扰下对设计的控制方法与算法进行仿真研究。仿真结果表明：基于Koopman的高速列车建模对位移与速度的预测精度相比于线性状态空间模型分别提高了83.86%与87.40%;ESO-K-MPC可以准确估计与补偿高速列车运行中受到的干扰,控制输出曲线与期望曲线几乎重叠,实现了列车运行期望曲线的高精度跟踪。     

基于自适应迭代学习控制的列车自动驾驶算法

针对高速列车自动驾驶系统受到时变外部扰动和受限状态的情况,提出一种基于迭代学习控制的自适应控制算法. 基于Lyapunov 函数,利用列车运行过程中的状态偏差,推导出自适应迭代学习控制律和参数学习更新律. 构造类Lyapunov 函数的复合能量函数,通过迭代域的差分,证明其差分负定性和收敛性. 采用所提控制算法对列车跟踪性能进行计算机仿真和实例仿真验证,结果表明,所提出的自适应迭代学习控制算法对列车期望曲线跟踪具有较高的精度和较快的收敛速度,能够在较短的迭代次数实现对期望曲线的精确跟踪.     

基于最小到达间隔的高铁车站进路分配问题研究

在给定站型布局、列车停站方案的前提下,考虑列车密集到发时受前后列车停靠股道组合影响的到达追踪间隔,以及咽喉区进路与到发线的整体性,以单方向追踪列车到达间隔时间总和最小为优化目标,构建了高铁车站列车进路分配模型。模型采用Lingo全局求解器求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明:所求进路分配方案中,正线及接近正线的股道占用频次较高,进路冲突得到疏解,能够实现到达间隔总和最小;停站方案对到达间隔具有影响,当列车密集到发,供停站、不停站通过列车占用的股道数目不足3条时,受到发线安全使用间隔约束,列车到达间隔显著增大。     

基于元胞自动机模型的地铁列车折返间隔分析

科学、合理的仿真模型是研究地铁列车折返间隔的关键.本文建立的连续型元胞自动机模型,在参数设置上具有更好的适配性,且能有效缩短步长,以提高仿真精度从而更精确地模拟列车实际运行.该仿真基于列车运行状态,对移动闭塞地铁列车追踪运行及站后折返场景进行了仿真,得到的时间-距离图、距离-速度图及现场实测数据验证了模型的可用性及仿真...     

基于缓解公交列车化现象的最小发车间隔研究

在分析公交列车化现象及其产生原因的基础上,从考虑约束发车间隔下限出发,以缓解公交列车化现象为约束条件,以公交企业运营成本最小和乘客利益最大为目标函数,探讨了公交车最小发车间隔的确定方法.用成都市81路公交车调查数据验证了该模型的可行性和有效性.     

列车编组对桥梁振动和乘坐舒适性的影响

利用三角级数法模拟了轨道的不平顺，采用列车编组和桥梁组合的模型，建立了车桥耦合振动方程。对不同列车编组作用下桥梁的竖向振动和车体加速度进行了研究，结果发现列车编组对桥梁的振动和乘坐舒适性影响很大。通过改善列车编组的方法可以提高车桥耦合振动中车辆的动态性能。     

考虑定制化列车的运行图与能力协同优化方法

基于调查数据建立旅客在不同时间段的乘车概率函数,分析旅客对定制化列车的开行时间及坐席类型等具体需求。考虑需求、停站、运行时间等约束条件建立定制化列车开行备选集,整合可行的定制化列车开行方案。建立加开定制化列车情况下,同时满足企业收益最大化和剩余可用能力最大化的双层协同优化模型。构建优化算法进行模型求解,得到基于定制化列车,且同时考虑既有列车调整成本和能力使用情况的运行图。最后,以内蒙古自治区呼和浩特-乌海线路为例进行分析,结果表明,既有列车的单位调整成本会影响定制化列车的开行,定制化列车的开行对运行图的整体结构和剩余可用能力也均有影响。     

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。     

高速列车的自适应容错跟踪控制

针对执行器故障下高速列车的速度和位移跟踪控制问题,考虑模型参数的不确定性,引入自适应控制技术,设计了列车的自适应容错跟踪控制器.该控制器不依赖于列车模型参数的先验知识,不需要故障检测与诊断设备,可以有效克服列车模型参数未知以及执行器故障的影响,实现执行器故障下高速列车对目标速度和位移曲线的精确跟踪.基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果说明该控制器具有良好的容错跟踪控制能力.     

线路不平顺波长对提速列车横向舒适性影响

为提高列车在提速区段的乘坐舒适性, 借助于现场试验测试数据, 运用车辆-轨道耦合动力学理论, 通过轨道随机不平顺功率谱变换得到不同波长的不平顺, 研究了线路不平顺波长对列车运行平稳性及乘坐舒适性的影响及规律。分析结果表明: 提速机车以150km.h-1速度在直线轨道上运行时, 如果线路不平顺波长为1~20m, 则车体振动主频主要集中在2.20~4.00Hz, 避开了人体正常敏感频率, 平稳性指标属优级; 如果线路不平顺波长为20~30m, 则车体振动主频降低至1.50Hz左右, 正好处于人体敏感频率范围, 乘坐舒适性大大降低, 平稳性指标值增加了20%多; 更长的波长(大于30m)对机车运行平稳性影响较小, 指标与1~20m波长的相应值处于相同等级。可见, 对于既有提速线路, 必须严格控制不平顺的20~30m波长, 虽然该波段的不平顺幅值很小, 但对列车在提速区段车体横向振动影响甚大。