[发明专利]一种基于动态规划算法的列车运行优化方法

说明书

一种基于动态规划算法的列车运行优化方法，通过设置列车区间的基本参数，充分考虑到列车运行的约束条件，建立列车运行节能优化模型，并利用动态规划算法求解优化模型，有效利用列车运行的“多阶段多决策”的特点，大大提高了列车节能优化的精度，优化速度快，并具有最优解搜索范围广的优点。

技术领域

本发明属于列车运行优化领域，主要涉及一种基于动态规划算法的列车运行优化方法。

背景技术

随着城市轨道交通系统的快速发展，在工程设计、运营中引入“节能”理念，推动城市公共交通节能减排和节约资源，是建设“资源节约型、环境友好型”社会的必然要求。城市轨道交通具有单位周转量能耗低的特点，但是由于客流量大的原因，总体能耗依然非常巨大。而根据相关研究统计结果，城市轨道交通系统中，列车牵引能耗又占到了总能耗的40％至50％，是城市轨道运营成本的主要部分。因此如何在满足列车在不超过规定运行时间的基础上，更加有效地提高能源利用率，降低运营成本，对我国的铁路事业发展有重大意义。

地铁列车在多个区间运行时按照牵引-巡航-惰行-制动四个策略行使，属于一个多阶段的多决策问题，一旦当前阶段的状态确定，就可以根据状态变量做出选择，以使系统进入下一个阶段。而现有的列车运行优化方法并没有有效利用到列车运行的这一特点，优化效果不佳。

发明内容

本发明目的在于针对现有方法的缺陷，提供一种基于动态规划算法的列车运行优化方法，大大提高了列车节能优化的精度，优化速度快，并具有最优解搜索范围广的优点。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方法方案进行实施：

一种基于动态规划算法的列车运行优化方法，包括以下步骤：

S1、确定欲优化的列车线路区间的基本参数；所述基本参数包括列车参数、线路参数、运营参数；

S2、建立列车定时节能优化模型；所述列车定时节能优化模型的目标函数是列车运行的能耗和时间误差均达到最小，约束条件为列车运行的限制指标和所述基本参数，解是列车的运行策略；所述时间误差为列车运行的时间和区间计划运行时间之间的误差；

S3、建立能耗-时间成本的递推关系模型；使用动态规划算法，结合所述能耗-时间成本的递推关系模型，对所述列车定时节能优化模型进行优化，得到列车优化运行策略。

进一步的，所述步骤S1中，所述列车参数包括列车的编组方式、载重等级、牵引特性曲线、制动特性曲线、最大限制速度、最大加速度、再生制动能力转换效率和戴维斯系数；所述线路参数包括线路的限速、长度、坡度、曲率；运营参数为所述区间计划运行时间。

进一步的，所述步骤S2中，所述列车定时节能优化模型的目标函数为：

其中，u₁为牵引力系数，F为列车所受牵引力，u₂为制动力系数，B为列车所受制动力，E为能耗值，T为时刻表给定的旅行时间，T_r为实际旅行时间，x0～xf指列车的旅行起点和终点。

进一步的，所述步骤S2中，所述约束条件为：

其中，M为列车当前总质量，v为列车行驶速度，f为列车所受摩擦阻力，s为要求停车位置，sp为实际停车位置，C为列车所受合力，i为线路坡度千分数，c为线路曲率数据，V_T为线路临时限制速度，L_c为列车型号等参数。

进一步的，所述步骤S3中的所述能耗-时间成本的递推关系模型为：