基于遗传算法的城市轨道交通列车节能操纵方法研究

作     者：李丹 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海东

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：城市轨道交通 列车运行能耗 节能操纵 遗传算法 

摘      要：近年来,我国城市轨道交通发展迅速,在缓解城市道路拥堵、为居民出行提供便利的同时,也产生了巨大的能源消耗和极高的运营成本。列车运行能耗是城市轨道交通系统运营能耗的重要组成部分,而列车节能操纵是降低列车运行能耗的有效途径。因此,在满足城市轨道交通系统运营需求的前提下,研究列车节能操纵策略,具有重要的现实意义。 本文在借鉴国内外已有研究成果的基础上,建立考虑先行列车影响的列车节能操纵优化模型,设计针对模型特点的多种群遗传算法,并利用仿真手段进行求解。论文主要研究内容如下。 (1)城市轨道交通列车节能操纵优化模型的建立。充分考虑线路条件和先行列车对列车运行能耗的影响,以列车操纵序列为控制变量,以列车运行能耗最小为目标函数,以列车运行距离、速度、工况转换为约束条件,建立城市轨道交通列车节能操纵优化模型。 (2)基于进化阶段的多种群遗传算法研究与设计。针对列车节能操纵优化模型特点,对列车操纵序列采用实数矩阵编码方式,引入染色体长度变异算子,进行多种群并行优化及子种群间个体迁移,利用基于进化阶段的概率因子进行概率控制,实现算法的快速有效收敛。 (3)遗传算法的仿真实现。以Microsoft Visual C++6.0为程序设计平台,将基于进化阶段的多种群遗传算法嵌入至城市列车运行计算系统,进行基于遗传算法的仿真流程设计、数据结构设计和重点模块设计,以仿真手段实现列车节能操纵优化模型的求解。 (4)案例设计与仿真结果分析。在既有线路和列车条件、先行列车影响状态和不同技术设备条件三类情况下进行列车运行仿真,验证模型和算法的有效性、优化效果和适用范围,探讨受先行列车影响条件下的列车节能操纵方法,并对不同技术设备条件下列车运行能耗的变化趋势和不同操纵方法对能耗的影响进行研究,为合理进行城市轨道交通系统的线路设计、车辆选型和列车节能操纵等规划设计和运营管理活动提供参考。