[发明专利]一种列车实时调整与站台等待人数控制的联合优化方法

权利要求书

1.一种列车实时调整与站台等待人数控制的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集列车实时信息；

所述列车实时信息包括：实际的到发时间、列车上的人数、计划到发时间、站台等待人数和乘客到达率；

S2：根据列车的实际的到发时间与原有计划时刻表的计划到发时间进行对比，判断列车是否发生偏离；

S3：如果列车偏离原有计划时刻表，则使用列车实时调整与站台等待人数控制的联合优化方法进行控制，具体包括以下步骤：

S31：给定列车辆数、车站数、预测时域和控制时域；

S32：根据列车的出发时间和站台等待人数建立地铁列车自动调整动态模型，采用模型预测控制算法进行滚动优化，预测得到预测时域的相关信息；

S33：以列车时间延时、车站等待人数和能耗的最小化目标函数式为优化控制目标，考虑地铁系统自动调整控制中的相关约束条件，在预测时域内建立列车实时调整与站台等待人数联合优化控制模型；

S34：实时求解列车实时调整与站台等待人数联合优化控制模型，得到实时的自动调整控制策略，并作用于地铁系统；

S4：重复步骤S1-S3，直到控制过程结束。

2.如权利要求1所述的列车实时调整与站台等待人数控制的联合优化方法，其特征在于：步骤S32的具体步骤如下：

S321、建立列车实时调整动态模型：

列车i在车站j+1的实际出发时间如式(1)所示，

其中，i是列车车次编号，j是车站站台编号，l是列车运行等级，t_i,j表示：列车i在车站j的实际出发时间，表示：在l运行等级下，列车i在车站j到j+1的区间运行时间，是一个二进制数系数，用0或1表示，且满足s_i,j+1为列车i在车站j+1的停站等待时间；

列车i在车站j+1的停站等待时间如式(2)所示，

s_i,j+1＝α(m_i,j+1+n_i,j+1)+D_i,j+1+u_i,j+1+d_i,j+1 (2)

其中，m_i,j+1为列车i在车站j+1的上车人数，n_i,j+1为列车i在车站j+1的下车人数，D_i,j+1为列车i在车站j+1的最小等待时间，u_i,j+1为列车i在车站j+1的控制策略，d_i,j+1为列车i在车站j+1的不确定扰动，α是一个固定的值，为列车等待延迟率；

综合式(1)和式(2)，并通过整理得到列车i在车站j+1的实际出发时间如式(3)所示，

列车i在车站j+1的实际到达时间x_i,j+1如式(4)所示，

式(1)-(4)为所述列车实时调整动态模型；

S322、建立站台等待人数动态模型和列车出发时间和站台等待人数的联合动态模型：

列车i在车站j+1的站台等待人数如式(5)所示，

w_i,j+1＝w_i-1,j+1+o_i,j+1-m_i,j+1+p_i,j+1 (5)

其中，w_i,j+1为列车i在车站j+1的站台等待人数，w_i-1,j+1为上一辆列车i-1滞留在车站j+1的等待乘客数，o_i,j+1为列车i在车站j+1的到站的等待乘客数，m_i,j+1为列车i在车站j+1的上车人数，p_i,j+1为列车i在车站j+1的站台等待人数的控制策略；

两列车间隔时间内到站的等待人数如式(6)所示，

o_i,j+1＝β_i,j+1(t_i,j+1-t_i-1,j+1) (6)

其中，β_i,j+1为：列车i在车站j+1的乘客等待到达率，t_i-1,j+1为：列车i-1在车站j+1的实际出发时间；

列车i在车站j+1的车内人数如式(7)所示，

v_i,j+1＝v_i,j+m_i,j+1-n_i,j+1 (7)

其中，v_i,j+1为：列车i在车站j+1的车内人数，v_i,j为：列车i在车站j的车内人数；

假设下车人数与车内人数成正比，下车人数表示为式(8)，

n_i,j+1＝λ_i,j+1v_i,j (8)

其中，n_i,j+1为：列车i在车站j+1的下车人数，λ_i,j+1为列车i在车站j+1的下车率；

考虑列车最大承载量，列车上车人数表示为式(9)，

m_i,j+1＝min{(C-v_i,j+1+n_i,j+1),(o_i,j+1+w_i-1,j+1)} (9)

其中，m_i,j+1为列车i在车站j+1的上车人数，C为列车最大承载量，

综合式(5)、式(6)和式(9)，得到列车等待人数如式(10)所示，

w_i,j+1＝w_i-1,j+1+β_i,j+1(t_i,j+1-t_i-1,j+1)-min{(C-v_i,j+1+n_i,j+1),(o_i,j+1+w_i-1,j+1)}+p_i,j+1 (10)

式(5)-(10)为所述站台等待人数动态模型；

由式(3)、式(8)、式(9)和式(10)得到列车出发时间和站台等待人数的联合动态模型，如式(11)所示：

S323、建立列车能耗模型：

列车总质量表达式如式(12)所示，

M_a＝M_pv_i,j+M_t (12)

其中，M_p为乘客人均质量；M_t为列车空车质量；

列车i在车站j+1的能耗为列车在运行等级为l下的单位能耗与总质量M_a的乘积，列车能耗表达式如式(13)所示，

则

式(12)-(13)为所述列车能耗模型；

S324、建立目标函数，具体步骤如下：

1)列车总延时时间如式(14)所示，

其中，T_i,j为：列车i在车站j的计划出发时间，X_i,j为：列车i在车站j的计划到达时间，x_i,_j为：列车i在车站j的实际到达时间，M为：地铁线路运行的列车总辆数，N为：地铁线路中列车运行经过的总站数；

2)列车总等待乘客数P_waiting如式(15)所示，

其中，w_i,_j为：列车i在车站j的站台等待人数，W_i,j为：列车i在车站j的站台计划等待人数；

3)列车总能耗如式(16)所示，

其中，表示：在运行等级l下列车i在车站j+1的能源消耗；

4)建立目标函数：

目标函数表示为式(17)，

minJ＝α₁T_delay+α₂P_waiting+α₃E_total (17)

其中，α₁,α₂,α₃均为非负值系数，且α₁+α₂+α₃＝1；

目标函数(17)的约束条件如式(18)-(24)所示，

两辆列车追踪间隔限制约束如式(18)所示，

(t_i,j-T_i,j)-(t_i-1,j-T_i-1,j)≥t_min-H (18)

其中，t_i-1,j为：列车i-1在车站j的实际出发时间，H为：两辆列车追踪的时间间隔，是固定常数，t_min为两辆列车之间的最小允许安全间隔时间，也是固定常数；

区间运行时间限制约束如式(19)所示，

等待时间最大最小限制约束如式(20)所示，

D_min≤t_i,j-x_i,j≤D_max (20)

其中，D_min为：列车在站台等待时间的最小值，D_max为：列车在站台等待时间的最大值；

站台等待人数限制约束如式(21)所示，

0≤w_i,j-W_i,j≤w_max-W_i,j (21)

其中，w_max为：在保证站台不造成拥挤的情况下的最大等待人数；

车上人数限制约束如式(22)所示，

0≤v_i,j≤C (22)

其中，C为列车最大承载量(即列车上能够承载的最大乘客数)；

控制策略限制约束如式(23)和式(24)所示，

u_min≤u_i,j≤u_max (23)

p_min≤p_i,j≤p_max (24)

其中，u_i,j为列车i在车站j的控制策略，p_i,j为列车i在车站j的站台等待人数的控制策略，u_min为：控制列车出发时间的最小控制量，u_max为：控制列车出发时间的最大控制量，p_min为：控制站台等待人数的最小控制量，p_max为控制站台等待人数的最大控制量，所述u_min、u_max、p_min和p_max均为固定常数。