[發明專利]基于魯棒策略的雙層地鐵列車沖突解脫的規劃方法

在審

• 申請號: 201711420251.5
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN108153154A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 韓云祥;黃曉瓊
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 陳曉君

1.一種基于魯棒策略的雙層地鐵列車沖突解脫的規劃方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟A、通過地鐵交通控制中心獲得其在每一采樣時刻t推測的各地鐵列車在未來時段內的列車軌跡；

步驟B、基于步驟A得到的在每一采樣時刻t推測到的各地鐵列車在未來時段內的列車軌跡，建立從列車的連續動態到離散沖突邏輯的觀測器，將地鐵交通系統的連續動態映射為離散觀測值表達的沖突狀態；當系統有可能違反交通管制規則時，對地鐵交通混雜系統的混雜動態行為實施監控，為地鐵交通控制中心提供及時的告警信息；

步驟C、當告警信息出現時，在滿足列車物理性能、區域容流約束和軌道交通調度規則的前提下，通過設定優化指標函數，采用自適應控制理論方法對列車運行軌跡進行魯棒雙層規劃，并將規劃結果傳輸給各列車，各列車接收并執行列車避撞指令直至各列車均到達其解脫終點；其具體過程如下：

步驟C1、基于步驟B的分析結果，確定具體所采取的交通流調控措施，包括調整列車的運行速度和/或調整列車在站時間三類措施，以及采用以上調控措施的具體地點和時機；

步驟C2、設定列車避撞規劃的終止參考點位置P、避撞策略控制時域Θ、軌跡預測時域

步驟C3、運行沖突解脫過程建模，將軌道交通網絡上列車間的運行沖突解脫視為基于宏觀和微觀層面的內外雙重規劃問題，其中表示外層規劃模型，即軌道交通路網上列車流流量-密度配置問題，表示內層規劃模型，即軌道交通路段上單列車的狀態調整問題；F、x₁和u₁分別是外層規劃問題的目標函數、狀態向量和決策向量，G(x₁,u₁)≤0是外層規劃的約束條件，f、x₂和u₂分別是內層規劃問題的目標函數、狀態向量和決策向量，g(x₂,u₂)≤0是內層規劃的約束條件，將宏觀層面的外層規劃結果作為微觀層面內層規劃的參考輸入；

步驟C4、運行沖突解脫變量約束建模，構建包含可調列車數量a、列車速度ω和列車在站時間γ變量在內的宏觀和微觀約束條件：其中t時刻需實施沖突解脫的路段k的變量約束可描述為：a_k(t)≤a_M、ω_k(t)≤ω_M、γ_k(t)≤γ_M，a_M、ω_M、γ_M分別為最大可調列車數量、最大列車運行速度和最長列車在站時間，此類解脫變量會受到交通流分布狀態、列車物理性能和安全間隔方面的約束；

步驟C5、多目標魯棒最優路網流量配置方案求解：基于合作式避撞軌跡規劃思想，針對不同的性能指標，通過選擇不同的沖突解脫目標函數，在交通流運行宏觀層面求解基于歐拉網絡模型的多目標交通流最佳流量配置方案且各控制路段在滾動規劃間隔內僅實施其第一個優化控制策略；

步驟C6、多目標魯棒最優路段列車運行狀態調整：依據各路段或區域流量配置結果，基于列車運行混雜演化模型和拉格朗日規劃模型獲取最優的單列車控制量，生成最優的單列車運行軌跡且各調控列車在滾動規劃間隔內僅實施其第一個優化控制策略；

步驟C7、各列車接收并執行列車避撞指令；

步驟C8、在下一采樣時刻，重復步驟C5至C7直至各列車均到達其解脫終點；

其中，步驟C5的具體過程如下：令

其中表示t時刻列車i當前所在位置和下一站點間的距離的平方，P_i(t)＝(x_it,y_it)表示t時刻列車i的二維坐標值，表示列車i下一停靠站點的二維坐標值，那么t時刻列車i的優先級指數可設定為：

其中n_t表示t時刻路段上存在沖突的列車數目，由優先級指數的含義可知，列車距離下一站點越近，其優先級越高；

設定優化指標

其中i∈I(t)表示列車代碼且I(t)＝{1,2,...,n_t}，P_i(t+s△t)表示列車在時刻(t+s△t)的位置向量，Π表示控制時段，即從當前時刻起未來軌跡規劃的時間長度，u_i表示待優化的列車i的最優控制序列，Q_it為正定對角矩陣，其對角元素為列車i在t時刻的優先級指數λ_it，并且