[發明專利]適用于快速貨運列車的貨物裝載優化方法及系統

有效

• 申請號: 201811021030.5
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109214569B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 彭勇;張洪浩;燕春光;鄧功勛;侯林;張得志;李旭;祝偉麗
• 申請（專利權）人: 中南大學;中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/30;G06N3/12
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發明提供了一種適用于快速貨運列車的貨物裝載優化方法及系統，該方法包括步驟：以車廂數量、尺寸和位置、車廂內裝載的集裝箱數量和集裝箱內貨物的材料參數作為約束條件，構建快速貨運列車的有限元模型并進行驗證；分別在直道和彎道兩種運行工況下，以車輪抬升量最小化和車輪脫軌系數最小化作為優化目標，采用多目標優化方法進行貨物裝載優化，得到Pareto前沿非劣解集；對Pareto前沿非劣解集中的方案進行多屬性決策分析，得到最優解。本發明綜合考慮了車輛動力學響應和貨物的材料屬性，能優化快速貨運列車的貨物裝載，提高快速貨運動車組運行安全性，簡便高效，精確可靠。

技術領域

本發明涉及軌道交通領域，尤其涉及一種適用于快速貨運列車的貨物裝載優化方法及系統。

背景技術

隨著經濟水平的提高，市場對小批量、高價值且時效性強的高附加值貨物需求也在增加。目前鐵路快速貨物運輸能力和服務水平與市場的要求還存在很大差距。2013年底，中國高鐵運營里程達到11028公里，2020年將超過16000公里。

為了更充分地利用高鐵線路的運輸能力、更好地為國民經濟建設服務，時速250公里高速貨運列車(高速貨運列車組)將被應用。由于其速度高、運行環境復雜等特征，如何合理分配貨物以保證運行安全性也成為了亟需解決的問題。

發明內容

本發明實施例提供了一種適用于快速貨運列車的貨物裝載優化方法及系統，用以解決如何合理分配貨物以快速貨運列車的運行安全性的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提出的技術方案為：

一種適用于快速貨運列車的貨物裝載優化方法，包括以下步驟：

以車廂數量、尺寸和位置、車廂內裝載的集裝箱數量和集裝箱內貨物的材料參數作為約束條件，構建快速貨運列車的有限元模型并進行驗證；

分別在直道和彎道兩種運行工況下，以車輪抬升量最小化和車輪脫軌系數最小化作為優化目標，采用多目標優化方法進行貨物裝載優化，得到Pareto前沿非劣解集；

對Pareto前沿非劣解集中的方案進行多屬性決策分析，得到最優解。

優選地，快速貨運列車的頭車車廂裝載第一數量的集裝箱，中間車廂裝載第二數量的集裝箱。

優選地，貨物的材料參數根據每個集裝箱的待裝載貨物的屬性確定；待裝載貨物的屬性包括固體的屬性和液體的屬性；固體的屬性包括：形狀、尺寸、彈性模量、屈服強度、率相關性、密度和泊松比；液體的屬性包括本構模型、狀態方程及流固耦合。

優選地，采用多目標優化方法進行貨物裝載優化，包括以下步驟：

根據所需運載的貨物隨機分配到每個車廂，抽樣生成初始解集；通過有限元模型的仿真模擬和數值計算得到每個解在在直道和彎道兩種運行工況下的車輪抬升量和車輪脫軌系數，從而得到每個解的目標值，采用多目標優化方法生成Pareto前沿非劣解集。

優選地，多目標優化方法采用NSGA-II算法。

優選地，對Pareto前沿非劣解集中的方案進行多屬性決策分析時，采用TOPSIS方法，并設置四個等權重的優化目標：直道運行工況下的車輪抬升量、直道運行工況下的車輪脫軌系數、彎道運行工況下的車輪抬升量和彎道運行工況下的車輪脫軌系數。

優選地，采用TOPSIS方法對Pareto前沿非劣解集中的方案進行多屬性決策分析，包括以下步驟：

設定n個Pareto前沿非劣解和m個目標值，基于多目標優化得出的非劣解集構建初始矩陣；對初始矩陣進行規范化，對規范化矩陣進行加權；確定理想方案和負理想方案；計算各方案到理想解和負理想解的歐氏距離；計算各方案的相對貼近度，并根據貼近度的大小進行排序，確定最優解。