基于遗传算法的地铁列车进站节能运行优化方法研究

摘要

近年来，我国城市轨道交通事业尤其是地铁运输系统迅猛发展，为市民的出行带来了许多便利，但同时也使电能消耗迅速增加。现代经济的迅速发展必须依靠能源，而我国又是一个能源相对比较短缺的国家，因此，研究地铁列车的能耗情况，分析并研究地铁列车节能途径是一项迫在眉睫的工作。
　　列车运行图是城市轨道交通运输组织的基础，也是列车有条不紊的运行的依据。其质量会直接影响运输组织的效率和交通的安全可靠性，但是客流量随节假日变化波动较大，若完全按照预先编制好的运行图运行，会导致大量乘客滞留，不能够很好的满足旅客出行的需求，因此需要探索一种根据客流量动态调整列车运行的方案。
　　本文根据地铁列车运行特点，详细分析了上下车乘客人数对于能量消耗的影响，同时深入研究了地铁列车进站时精确停车要求、工况转换规律及列车节能运行三者之间的内在关系，并在此基础上研究了地铁列车进站节能运行优化方法。本文首先研究了基于在站乘车人数来预测前行列车在站停靠时间的方法，建立了停靠时间计算模型。该模型深入分析了列车站台停靠全部过程，综合上下车人数、时段、地段、车门宽度等各种因素对于停靠时间长短的影响，预测出了前行列车的在站停靠时间。同时，本文根据后行列车进站的操控工况优化方法，探索了基于在站乘客人数优化列车停站时分来降低运行能耗的节能优化模型。为了满足精度高、搜索空间大的需求，该优化模型采用遗传算法的实数编码方式对模型中的最佳惰行控制点进行求解。最后，本文使用Matlab仿真工具对不同模式下的列车运行状况进行仿真，结果表明，采用的节能优化模式大大降低了列车的运行能耗，达到节能的目的。
　　本研究对列车运行时刻表的编制和调整具有一定的借鉴作用，另外还可以为未来研究全线路网的节能运行和调度奠定基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 论文组织结构

2 相关知识与技术

2．1 力学原理

2．1．1 列车牵引力

2．1．2 列车制动力

2．1．3 列车阻力

2．2 列车运动学计算方程

2．3 列车能耗计算

2．4 本章小结

3 列车停靠时间计算模型

3．1 客流量统计方法

3．2 地铁列车站台停靠过程分析

3．3 数据取样

3．4 站台停靠子过程时间的分析与建模

3．4．1 车门解除闭锁子过程

3．4．2 开门子过程

3．4．3 乘客上下车子过程

3．4．4 列车关门子过程

3．4．5 地铁列车离开子过程

3．4．6 地铁列车停靠时间

3．5 实例分析验证

3．6 本章小结

4 遗传算法及节能优化模型

4．1 遗传算法

4．1．1 术语

4．1．2 遗传算法介绍

4．1．3 遗传算法流程及主要步骤

4．1．4 算法涉及的重难点分析

4．2 节能运行优化模型

4．2．1 后行列车与前行列车的关系

4．2．2 优化模型

4．3 节能运行优化的主要流程

4．3．1 参数编码

4．3．2 初始化种群方法

4．3．3 适应度函数的选取方法

4．3．4 优化遗传操作

4．4 本章小结

5 实验过程及结果分析

5．1 实验环境

5．2 实验前提

5．3 实验步骤

5．4 参数设置

5．5 实验结果与分析

5．5．1 不同模式下列车运行时间和能耗分析

5．5．2 乘客人数对运行时间和能耗的影响

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果