[发明专利]一种考虑地铁快慢线的列车运行调度一体化优化方法

摘要

本发明公开了一种考虑地铁快慢线的列车运行调度一体化优化方法。通过对固定地铁线路信息进行分析，优化出各站台间列车控制模式的切换方案，其结果作为运行调度一体化模型的输入，建立了考虑地铁快慢线的列车运行调度一体化优化模型，其中通过对再生制动能量利用将列车的运行与调度联系起来，一体化研究；并采用粒子群算法对模型求解，求解获得列车的运行曲线及时刻表，将其输入给仿真平台进行仿真，并进行后期闭环控制。该发明在运行调度一体化研究的基础上考虑了地铁快慢线的实际背景，对研究城市轨道交通有深远的实际意义。

主权项

1.一种考虑地铁快慢线的列车运行调度一体化优化方法，其特征在于，该方法在地铁运行调度一体化优化系统上实现，该系统包括以下模块：数据库模块、操纵序列优化模块、一体化优化模块、速度计算模块、追踪间隔计算模块以及仿真平台；数据库模块存储列车线路信息、列车本身数据、原有的列车运行曲线、时刻表信息以及优化后的运行曲线、时刻表信息；操纵序列优化模块根据输入的线路信息优化出列车各站间的控制模式序列；一体化优化模块根据数据库模块输入的列车、线路信息以及操纵序列优化模块所优化出来的列车在各个站间最优的控制模式序列建立地铁运行调度一体化优化模型，并对模型进行求解，获得列车速度曲线以及运行时刻表；速度计算模块根据一体化优化模块优化出的列车站间控制模式的持续时间来进行速度计算；追踪间隔计算模块根据速度计算模块传输过来的速度实时计算相邻列车的追踪间隔，保证相邻列车间隔在安全阈值之内；仿真平台接收一体化优化模块所优化出的列车速度曲线以及运行时刻表，列车按照优化结果进行仿真运行，根据仿真结果与优化结果的偏差实时进行闭环控制；该方法包括以下步骤：(1)获取列车所行驶的固定地铁线路信息，包括站间距离、线路具体坡道、弯道数据、路段限速信息、快慢车停站点信息、越行站点信息，以及站间供电所数据；(2)获取固定地铁线路上所行驶的快慢列车的属性信息，包括列车型号、重量、牵引特性、制动特性、有功电流与速度关系曲线以及列车原来的发车时刻表，列车原来的发车时刻表包括发车间隔、发车次数、站间运行时间以及各个站点的停站时间；(3)站间操纵序列优化：列车的操纵序列即列车控制模式的切换次序，采用四种列车节能驾驶模式，分别为最大牵引、部分牵引巡航、惰行以及最大制动，根据各站间的地铁道路信息优化出列车的最优操纵序列；(4)建立考虑地铁快慢线的列车运行调度一体化优化模型，模型背景假设M个站点，I辆列车按快慢车1:1比例发出，以列车在整条线路上的能耗最少为目标，道路的限速、列车的追踪间隔、运行时间及等待时间为约束条件，模型如下所示：min E＝E₁+E₂‑W目标函数表示所有列车在整条线路上的总能耗，为列车的总运行能耗扣除掉再生制动利用的能量，通过再生制动能量的利用建立了运行调度一体化模型；由于快车和慢车的牵引特性、制动特性均不一样，因此列车的总运行能耗分成了两部分E₁和E₂，它们都由四部分组成：列车的最高牵引能耗、巡航时间段能耗、惰行能耗和制动能耗，这四部分都引入了0‑1变量，这个代表了操纵序列优化模块所优化出来的结果，E2又由两部分组成，它代表了列车两种运行状态：越行和非越行；扣除的部分为再生制动利用能量W，W由三部分组成，第一部分为慢车再生制动能量利用值，后两部分为快车再生制动能量利用值，由于列车存在越行和非越行状态，因此分成了两部分；约束条件中，第一、二、三项为列车的限速条件，将限速转化为运行时间的约束；第四、五、六项为站台到达约束条件，对列车还没到达站台就停车的情况进行约束；第七、八项表示列车在整条线路总运行时间的约束，为保证效率，总运行时间不能过长；第九项描述了列车之间追踪间隔的约束，保证列车的安全行驶；第十、十一项表示发车间隔和停站时间的范围约束；另各个变量的意义定义如下：决策变量：慢车在第m站台最高牵引时间；慢车在第m站台巡航时间；慢车在第m站台惰行时间；慢车在第m站台制动时间；快车在第m站台最高牵引时间；快车在第m站台巡航时间；快车在第m站台惰行时间；快车在第m站台制动时间；快车发生越行时在第m站台最高牵引时间；快车发生越行时在第m站台巡航时间；快车发生越行时在第m站台惰行时间；快车发生越行时在第m站台制动时间；h₁：慢—快发车间隔；h₂：快—慢发车间隔；x_m：列车在第m站台停站时间；中间变量：I：I辆列车；M：M个站台；U_w：慢车受弓处电压；U’_w：快车受弓处电压；pull(m)：0‑1变量，表示是否采用最高牵引控制，0表示不采用，1表示采用；cru(m)：0‑1变量，表示是否采用巡航控制，0表示不采用，1表示采用；none(m)：0‑1变量，表示是否采用惰行控制，0表示不采用，1表示采用；de(m)：0‑1变量，表示是否采用制动控制，0表示不采用，1表示采用；c：线路上越行站个数；I_p1：慢车最高负荷平均有功电流；λ_y：列车牵引力使用系数，值取为0.9；I_p0：慢车牵引自用有功电流；I_p2：慢车部分牵引平均有功电流；I_p'0：慢车惰行、制动时自用有功电流；I'_p1：快车最高负荷平均有功电流；I’_p0：快车牵引自用有功电流；I'_p2：快车部分牵引平均有功电流；I’_p'0：快车惰行、制动时自用有功电流；λ(m‑1,m)：0‑1变量，判断第m‑1站和第m站是否在同一供电段，0表示不在，1表示在同一供电段；各站间最小运行时间；快车发生越行，即跨站后站间最小运行时间；s_m：m站与m+1站之间的距离；v_i,m：第i辆慢车从第m站出发后的速度；v’_i,m：第i辆快车未发生越行从第m站出发后的速度；v”_i,m：第i辆快车发生越行后从第m站出发后的速度；T：整条线路最大总运行时间；S_i：第i辆列车的实时位移；L_i,m：第i辆列车与前向列车的追踪间隔；L_min：相邻列车最小追踪间隔；T_min、U_n：发车间隔的下限与上限；U_min、U_max：各站台停站时间的下限与上限；over(m)：0‑1变量，若第m站台为越行站则为0，否则为1；Stop：表示线路上快车停站次数总和；(5)求解步骤(4)中的运行调度一体化优化模型，得到列车速度曲线以及运行时刻表；(6)将步骤(5)优化出的结果输入给仿真平台，进行场景可视化；列车按照优化结果进行仿真运行，后期根据仿真结果与优化结果的偏差来进行闭环控制。