[發明專利]一種地鐵列車運行操縱多目標優化方法及系統

有效

• 申請號: 202010072449.4
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111291856B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王興成;王龍達;魯森魁;李雅男
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06N3/006
• 分類號: G06N3/006;G06N3/126;G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明提供了一種地鐵列車運行操縱多目標優化方法及系統。為解決列車運行過程需要同時滿足節能、準時、舒適等多個性能指標的優化問題，本發明以列車能量消耗、舒適度、準時性為優化目標，建立列車運行操縱多目標優化模型；引入遺傳進化機制的粒子群改進優化算法，采用多目標夾角余弦作為解優劣的評價標準，同時，將融合距離作為判斷粒子群聚集于極值粒子的判定條件，以獲得最優地鐵列車運行過程綜合性能指標。依據上述優化方法設計了相應的優化系統，并在兩種不同的地鐵列車自動駕駛場景下進行了仿真試驗。試驗結果表明，在地鐵列車及其運行線路被指定且計劃運行時間相同的情況下，本發明的技術方案具有更佳的尋優性能、因而能夠得到更好的尋優結果。

技術領域

本發明涉及地鐵列車運行技術領域，具體而言，尤其涉及一種地鐵列車?運行操縱多目標優化方法及系統。

背景技術

列車自動駕駛系統中的運行操縱優化系統應當具有良好的運行操縱優化?性能，以能夠給出使得列車自動駕駛運行過程中舒適、節能、準時及準確停?車等各項優化指標都盡可能優化的地鐵列車目標速度軌跡。這是確保地鐵列?車運行過程具有舒適性、節能性、準時性良好的運行操縱綜合性能指標的重?要前提。

隨著地鐵交通事業的蓬勃發展，由于其快速及便利舒適的特點，地鐵交?通開始受到越來越多人的青睞。然而列車運行過程是一個需要同時滿足節?能、準時、舒適等多個性能指標的優化問題，并且優化的解集中存在不止一?個甚至無窮多個相互非劣的Pareto解。因此，依靠單一優化目標尋優獲得的?優化解不能同時兼顧節能、準時、舒適等多個性能指標的綜合性能指標的優?化。為了實現地鐵列車自動駕駛運行過程的舒適、節能、準時、準確停車等?各項優化指標都盡可能優化的目的，需要設計一種具有良好的運行操縱優化?性能的地鐵列車運行操縱多目標優化方法及系統。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種地鐵列車運行操縱多目標優化方?法及系統。本發明以列車能量消耗、舒適度、準時性為優化目標，建立了列?車運行操縱多目標優化模型，提出了一種基于夾角余弦和融合距離的多目標?遺傳粒子群算法。相比于線性加權法，本發明采用解目標向量和目標需求向?量夾角余弦作值作為解優劣的評價指標更加客觀合理，因其避免了主觀參數?的盲目選擇問題。相比于歐式距離，采用融合距離能夠兼顧多特征變量的相?關性和獨立性，能夠準確地檢測出粒子在迭代末期是否存在個體聚集的現?象，從而抑制其局部收斂。在地鐵列車及其運行線路被指定且計劃運行時間?相同的情況下，本發明所設計的地鐵列車運行操縱多目標優化方法及系統具?有更佳的尋優性能、能夠得到更好的尋優結果。

本發明采用的技術手段如下：

一種地鐵列車運行操縱多目標優化方法，包括如下步驟：

S1、以列車能量消耗、舒適度、準時性為優化目標，建立列車運行操縱?多目標優化模型；

S2、引入遺傳進化機制的粒子群改進優化算法，選擇出一組最優的列車?操縱序列作為一個優化解；

S3、在步驟S2的基礎上，采用多目標夾角余弦作為解優劣的評價標?準，同時，將融合距離作為判斷粒子群聚集于極值粒子的判定條件，獲得最?優地鐵列車運行過程綜合性能指標。

進一步地，所述步驟S1中建立的列車運行操縱多目標優化模型如下所?述：

式中，K_E表示能耗衡量指標，K_A表示舒適?度衡量指標，K_T表示準時性衡量指標，?其中，a_i表示第i個工況的加速度,si表示?第i個工況的位移,R_i表示第i個工況的阻力；min表示取函數F(u)的最小?值，若多目標優化問題的目標向量為F(x)＝(f₁(x),f₂(x),…,f_k(x))，其具體的優化?模型可以表示為：