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铁道科学与工程学报 2022年第8期19卷 2169-2181页

作者：李蔚刘高峰赵思哲于晓泉韩锟李茜中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司北京100070

列车驾驶策略优化通过优化列车速度曲线降低列车牵引能耗,在列车准点运行的前提下降低铁路系统运营成本。为了探究连续控制型和离散控制型列车节能速度曲线的节能效果差异,对比优化2种速度控制模式的列车节能速度曲线,并给出了相应的结... 详细信息

列车驾驶策略优化通过优化列车速度曲线降低列车牵引能耗,在列车准点运行的前提下降低铁路系统运营成本。为了探究连续控制型和离散控制型列车节能速度曲线的节能效果差异,对比优化2种速度控制模式的列车节能速度曲线,并给出了相应的结论。分析列车牵引计算模型和节能运行工况模型,建立列车区间运行多目标优化数学模型。分析列车运行时间与列车运行能耗的关系,将区间运行时间最短的列车区间最速曲线作为参考基准,同时给出列车区间最速曲线生成方法。分别提出2种速度控制模式的列车驾驶策略多目标优化方法及其对应的优化算法决策变量通用设置规则,再采用粒子群优化、模拟退火和模式搜索法优化列车速度曲线。基于实例进行验证,生成2种区间运行时间方案下CRH3C型动车组列车从岳阳东站到汨罗东站的列车区间最速曲线、连续控制型列车节能速度曲线和离散控制型列车节能速度曲线。此外,对比水平线路上的3种列车速度曲线。结果表明:延长列车区间运行时间可以有效降低列车区间运行能耗;含有下坡道的变坡度线路上,连续控制型列车节能速度曲线节能效果更优;水平线路上,离散控制型列车节能速度曲线节能效果更优;2种速度控制模式下,粒子群优化的节能效果优于模拟退火和模式搜索;在优化算法寻优作用下,下坡道对列车驾驶策略节能优化具有促进作用;坡道附加阻力造成列车所受合力的变化,对列车运行过程的影响显著。

关键词：高速列车列车驾驶策略列车节能控制多目标优化优化算法

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面向多目标优化的高速列车节能驾驶策略研究

面向多目标优化的高速列车节能驾驶策略研究

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作者：刘高峰中南大学

学位级别：硕士

列车节能驾驶策略可以指导列车准点运行的同时降低列车运行能耗,对推动实现“碳达峰、碳中和”目标具有积极意义。为探究连续速度控制模式和离散速度控制模式的节能效果差异,同时解决已有方法中过度依赖算法寻优特性而导致建模复杂的问... 详细信息

列车节能驾驶策略可以指导列车准点运行的同时降低列车运行能耗,对推动实现“碳达峰、碳中和”目标具有积极意义。为探究连续速度控制模式和离散速度控制模式的节能效果差异,同时解决已有方法中过度依赖算法寻优特性而导致建模复杂的问题,进行如下研究:研究了高速列车节能驾驶策略的优化基准。分析了列车节能驾驶策略的反问题——列车最速驾驶策略,提出了对应的生成方法,并生成了CRH型动车组从岳阳东站到汨罗东站的列车最速驾驶策略。结果表明:列车区间最速驾驶策略的运行时间低于区间给定运行时间。研究了面向连续控制和离散控制的高速列车驾驶策略多目标优化。根据列车运行评价指标构建列车驾驶策略多目标优化数学模型,分别提出了不同速度控制模式的列车驾驶策略多目标优化方法及其对应的优化算法决策变量通用设置规则。采用粒子群优化、模拟退火和模式搜索分别求得两种给定运行时间方案下CRH型动车组从岳阳东站到汨罗东站的连续控制型和离散控制型列车节能驾驶策略。结果表明:含有下坡道的变坡度线路上,连续控制型列车节能驾驶策略节能效果更优;延长列车运行时间可以有效降低列车运行能耗;运行时间方案为1140s和1200s的列车节能驾驶策略最高分别可以节省约19.83%和24.41%的能耗;三种算法中,粒子群优化的节能效果更优。对比分析了坡道附加阻力对高速列车驾驶策略的影响。构建了列车位置与单位坡道附加阻力的映射模型,提出了单位坡道附加阻力的实时调用算法,对比分析了不同线路坡度条件的高速列车驾驶策略。结果表明:下坡道对列车节能优化具有促进作用;水平线路上,离散控制型列车节能驾驶策略节能效果更优;线路坡道全程影响列车运行能耗,而仅在加速阶段和制动阶段影响列车运行时间。图54幅,表12个,参考文献128篇

关键词：高速列车列车驾驶策略列车节能运行多目标优化优化算法

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区域临时限速下列车运行态势在线推演研究

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铁道运输与经济 2022年第7期44卷 127-132页

作者：王荣笙张琦闫璐丁舒忻中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

针对区域临时限速情形,研究列车运行态势的在线推演,为调度员实时预测列车运行态势信息。建立列车运行态势推演模型,分析临时限速、电分相、坡度等线路条件下的列车牵引计算过程和工况转换关系,给出列车在各位置处运行加速度、速度和通... 详细信息

针对区域临时限速情形,研究列车运行态势的在线推演,为调度员实时预测列车运行态势信息。建立列车运行态势推演模型,分析临时限速、电分相、坡度等线路条件下的列车牵引计算过程和工况转换关系,给出列车在各位置处运行加速度、速度和通过时刻的计算方法。研究节时和最优节能驾驶策略下的列车运行态势离线推演方法。利用该方法下的运行态势历史信息,提出基于专家系统的在线推演方法。仿真结果表明,选取距离步长为10 m可有效保证求解精度和效率。相较于离线推演方法,在线推演方法能有效减小列车晚点时间,降低牵引能耗,提升约20倍求解效率,并为调度员实时提供列车在未来运行区间的加减速情况,预测列车到站晚点时间,辅助调度员调整阶段计划。

关键词：铁路运输临时限速列车运行态势列车驾驶策略专家系统

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基于优化粒子群算法的列车节能策略研究

基于优化粒子群算法的列车节能策略研究

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作者：任啸宇北京交通大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通中能耗问题日益严重,降低轨道交通运行能耗已成为城市可持续发展的追求目标。如今,基于通信的列车控制(CBTC)系统已成为国内外城市轨道交通列车控制系统的首选,列车通过ATO系统追踪目标速度曲线以完成自动驾驶,在运行... 详细信息

随着城市轨道交通中能耗问题日益严重,降低轨道交通运行能耗已成为城市可持续发展的追求目标。如今,基于通信的列车控制(CBTC)系统已成为国内外城市轨道交通列车控制系统的首选,列车通过ATO系统追踪目标速度曲线以完成自动驾驶,在运行准点率、安全性及节能方面取得了良好的效果。因此,利用列车节能目标速度曲线以指导列车运行成为降低列车能耗的有效手段之一。在以往的研究中,大多将列车运行控制与列车运行计划优化看作两个独立的过程,但实际上列车的运行控制方案是以计划运行时间为前提进行优化的,二者相互影响。因此,本文旨在研究将列车控制与运行计划相结合的列车节能双层优化方法。由于现代列车自动控制系统(如CBTC系统)在列车运行的过程中会产生与存储大量行车信息,如线路条件(坡度、永久限速)、临时限速和站间运行时间等信息。这些线路因素又时刻影响着列车的驾驶策略,间接地影响列车的节能驾驶。因此,需采用一种可处理上述大量行车约束信息并能计算出优化结果的算法,以得出在线路因素影响下的列车节能驾驶策略。进化算法便是一种成熟且具有高鲁棒性及广泛适应性的全局优化算法,能够有效解决传统优化算法因存在大量的约束数据而无法处理的复杂寻优问题。本文采用优化粒子群算法为核心算法,在粒子群算法的基础上进行优化改进,进一步提升了算法的搜索速度与搜索能力,减少早熟现象的发生。同时,提出列车在起伏坡道和时间约束下的两阶段双层列车节能优化方法,即在获得最优节能目标速度曲线后对时刻表的运行时间再进一步优化,即第一阶段利用优化粒子群算法全面搜索列车最优节能驾驶曲线,在符合运行时间的前提下获得最优运行曲线。第二阶段优化为时刻表运行时间优化,充分利用第一阶段所获得的优化结果信息,生成各区间的能耗-时间曲线,对列车运行时间进一步分配与优化,进而优化列车时刻表。本文选取北京亦庄线的线路数据进行优化与仿真,通过对比可知所得结果较好,在最优驾驶策略的基础上,全局优化方法可降低总体能耗的14.77%。因此,本文采用的全局优化算法对实际线路中列车的节能运行以及时刻表的制定与优化具有较好的节能效果。

关键词： CBTC 节能优化粒子群算法列车驾驶策略仿真

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