[發明專利]一種重載列車運行的多目標優化方法

有效

• 申請號: 201810522692.4
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108764571B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 王青元;白寶雪;孫鵬飛;郭佑星;朱宇清;馮曉云
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;B61L27/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種重載列車運行的多目標優化方法，包括以下步驟：獲取待優化區段數據，包括機車、車輛信息、編組信息、線路數據、線路限速和時刻表數據等；S2：初始化目標函數的權重集，以及S1中的相關數據；S3：針對待優化線路范圍內的各段長大下坡道的列車運行優化進行數值求解，獲得節能優化曲線；S4：針對非長大下坡道的多目標平衡調節，綜合利用二次規劃模型和權重自適應調整方法，獲得滿足運行指標的平穩、節能優化曲線；S5：對S3與S4求解的曲線結果，進行滿足列車運行平穩的過渡連接；S6：輸出完整的列車速度優化曲線。本發明的優點在于：在安全、準點的基礎上，實現重載列車包含長大下坡道、非長大下坡道在內全過程的平穩節能運行全局優化。

技術領域

本發明涉及重載列車運行控制技術領域，特別涉及一種重載列車運行的多目標優化方法。

背景技術

20世紀50年代以來，鐵路中的重載貨物運輸因其巨大的經濟效益和社會效益而被世界各國器重并迅速發展。然而，從最初的5000噸級提高到1萬噸、2萬噸，甚至3萬噸，重載列車的運輸安全問題逐漸突顯——制動失靈、車輛斷鉤等問題不斷發生，嚴重制約著重載鐵路運輸的發展，重載列車的安全行駛、平穩駕駛問題亟待解決。另一方面，由于機車牽引能耗的巨額經濟成本，使得節能操縱成為該領域研究的熱點問題。

在我國重載運輸的現有技術條件下，列車運行品質的好壞主要依賴于司乘人員操縱水平的高低。在我國重載列車實際行車過程中，司機只能憑借自身積累的經驗和操縱提示卡的提示信息來行車。而目前我國操縱示意圖的生成主要依靠優秀司機LKJ2000運行記錄曲線人工拼接的方式，其結果難以實現全局最優且該方法不具備普適性。另外由于重載列車車體長、質量大，運行線路復雜，使得駕駛操縱相對困難，又因目前我國客貨混運的現實條件，容易造成司機的操縱失誤及列車運行安全隱患。若給出能夠指導司機的優化運行曲線，將有效提高運輸效率和降低司機工作強度。

由于列車運行環境較為復雜，在運行過程受很多因素的影響，因而存在著各種操縱方式和不同的能耗水平。因此，給定列車優化曲線做參考可以提高列車運行安全、平穩性，優化機車操縱序列，可有效降低列車能耗。尋找切實可行的列車節能操縱算法，對鐵路運輸的高效能運輸具有重要意義。

綜上所述，重載列車的運行優化問題是一個典型的多目標優化問題，開展其優化方法研究，形成基于多目標優化的列車運行速度曲線和對應的工況序列，對優化司機操縱，較小司機工作強度，提升司機操縱水平，提高列車運行平穩性，降低列車運行能耗具有重要的理論意義和工作應用價值。

國內外的專家學者在列車操縱領域進行了大量研究，并取得了豐碩的成果。國外學者在研究列車操縱問題時，側重于理論研究，其計算模型較為復雜，且研究重點在于地鐵列車、車輛的節能操縱。國內學者多采用離線優化計算、或離線與在線尋優控制相結合的研究策略，例如模糊預測控制、遺傳算法。這類算法或多或少在解的全局最優性、解質量和計算耗時方面存在不足。

現有技術一

[1]王新培.重載列車多目標優化操縱研究[J].現代計算機(專業版),2016(14):14-18.

[2]王新培.基于多目標的重載列車優化操縱研究[D].西南交通大學,2016.

以上兩篇文章是本發明的研究基礎，原作者研究了基于二次規劃的多目標重載列車優化操縱，本發明進一步修正了該技術的缺點。

現有技術一的缺點

1)目標函數中平穩性只考慮牽引力，未考慮制動力；

2)約束條件簡單，沒有考慮列車牽引力/制動力特性、電分相的約束等，不符合實際；

3)沒有求解結果對權重的反饋環節，需要人工擇優。

4)長大下坡道以打補丁形式拼接到原二次規劃優化曲線，影響了運行時間和速度、工況的平穩過渡，且由于打補丁后，長大下坡道上的平均速度降低，導致時間損失，需要進行速度曲線的二次調整。